1、背景
首先，隨著用戶對寬帶接入提出越來越高的要求，現(xiàn)有的寬帶接入方式，如ADSL和LAN接入，由于存在傳輸距離短、接入帶寬有限、安全性不高、QoS沒有很好的保證等問題，已越來越不能滿足用戶的需求。第二，光接入技術(shù)快速發(fā)展，從有源光接入技術(shù)（PDH、SDH、MSTP、點到點以太網(wǎng)系統(tǒng)）到PON無源光接入技術(shù)（APON、BPON、GPON、EPON、GEPON）。最后，由于光纖本身的成本，光收發(fā)模塊、OLT和ONU的設(shè)備成本，以及現(xiàn)有光纖到戶的配套成本不斷下降，使得目前實現(xiàn)光纖到戶的設(shè)備成本和線路成本比以前有了大幅度的下降。因此，光纖到戶接入方式逐漸成熟，目前也逐漸成為國內(nèi)外通信行業(yè)的熱點。在不久的將來必將成為用戶接入的重要手段。然而在目前眾多的光纖接入技術(shù)中，哪種光纖接入技術(shù)比較適合FTTH的大規(guī)模發(fā)展呢？
2、有源光纖接入技術(shù)
2.1 PDH
PDH技術(shù)以其成熟性在光接入領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，其安全可靠性和高QoS保障性能，使其在一段時間內(nèi)仍然是電信運營商重要的光纖接入技術(shù)方式。但是傳統(tǒng)PDH技術(shù)在接入應(yīng)用中不可避免存在一定局限性，主要體現(xiàn)在：
（1）缺乏統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)管理；
?。?）組網(wǎng)能力欠缺；
?。?）對業(yè)務(wù)的保護能力差；
?。?）對急劇增長的IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)缺乏有效的承載手段；
?。?）擴容升級缺乏靈活性；
?。?）接口單一，設(shè)備層疊，外部線纜連接比較多，故障點增多，給維護帶來困難。
PDH光接入技術(shù)主要應(yīng)用于點對點小容量專線企業(yè)用戶。
2.2 SDH
在目前企事業(yè)客戶光纖接入中應(yīng)用得比較多的SDH，與PDH相比，有如下明顯優(yōu)點：
（1）統(tǒng)一的比特率，統(tǒng)一的接口標準，便于設(shè)備間的互聯(lián)；
?。?）網(wǎng)絡(luò)管理能力大大加強；
?。?）具有自愈保護功能。
SDH主要缺點在于是為傳輸TDM信息而設(shè)計的。該技術(shù)缺少處理基于TDM技術(shù)的傳統(tǒng)語音信息以外的其他信息所需的功能，不適合于傳送TDM以外的ATM和以太網(wǎng)業(yè)務(wù)。
SDH光接入技術(shù)主要應(yīng)用于點對點大容量專線企業(yè)用戶、局間或匯接點（POP）間通信。
2.3 MSTP
基于SDH、同時實現(xiàn)TDM、ATM、以太網(wǎng)等業(yè)務(wù)接入、處理和傳送，提供統(tǒng)一網(wǎng)管的MSTP，具有如下優(yōu)勢：
?。?）提供多種物理接口，滿足新業(yè)務(wù)快速接入。在保證兼容傳統(tǒng)TDM業(yè)務(wù)的同時，能夠提供多業(yè)務(wù)靈活接入。典型的業(yè)務(wù)主要有：IP、ATM、SDH、FR。
?。?）由于它是基于現(xiàn)有SDH傳輸網(wǎng)絡(luò)的，可以很好地兼容現(xiàn)有技術(shù)，保證現(xiàn)有投資。
?。?）MSTP采用VC虛級聯(lián)技術(shù)，有效地利用帶寬并實現(xiàn)了較小顆粒的帶寬管理。
?。?）MSTP采用LCAS技術(shù)，保證了在不中斷數(shù)據(jù)流的情況下動態(tài)地調(diào)整虛級聯(lián)的個數(shù)。
（5）MSTP技術(shù)支持網(wǎng)狀、樹型、星型、多環(huán)切接等組網(wǎng)方式，這樣可以提高網(wǎng)絡(luò)的可擴展性，便于靈活高效地配置系統(tǒng)環(huán)境。
?。?）傳輸?shù)母呖煽啃院妥詣颖Ｗo恢復(fù)功能。MSTP繼承了SDH的保護特性，小于50ms的自動保護恢復(fù)，保證用戶對服務(wù)的滿意程度。
MSTP的缺點主要有：
?。?）帶寬利用率較低；
?。?）最大提供的帶寬有限；
（3）主要實現(xiàn)二層功能，以及較為簡單的三層功能；
?。?）靈活提供業(yè)務(wù)能力不足。
（5）光纖的占用較多
MSTP的應(yīng)用場合主要定位于局間或匯接點間通信以及大型企事業(yè)用戶的點到點通信。
2.4 點到點以太網(wǎng)系統(tǒng)
點到點以太網(wǎng)系統(tǒng)是最直接的以太網(wǎng)光纖接入技術(shù)。每個用戶通過一根/對光纖直接連接到局端以太網(wǎng)交換機的一個用戶光接口。在點到點以太網(wǎng)系統(tǒng)方式中，通過擴充的以太網(wǎng)OAM協(xié)議，可以通過局端交換機對用戶端設(shè)備進行遠程管理，從而提供電信級可運營、可管理的以太網(wǎng)接入方式。
2.4.1 優(yōu)點
（1）接入帶寬高，網(wǎng)絡(luò)升級方便；
?。?）網(wǎng)絡(luò)層次簡單，接入網(wǎng)和用戶以太網(wǎng)無縫連接；
?。?）以太網(wǎng)交換機放在大樓、小區(qū)或者局端機房，局端和用戶端之間直接通過光纖連接，整個接入網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單；
（4）業(yè)務(wù)開通率高，投資回收快；
?。?）通過局端交換機可以對用戶端設(shè)備進行遠程管理，在局端就可以輕松進行線路檢測、故障定位，降低了維護難度。
2.4.2 缺點
?。?）需要重新鋪設(shè)光纖線路；
?。?）每個用戶占用一根/對光纖，光纖數(shù)量多，施工較困難；
?。?）因為以太網(wǎng)技術(shù)的固有機制不提供端到端的包時延、包丟失率和帶寬控制，難以保證實時業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量，提供TDM業(yè)務(wù)比較困難；
（4）維護成本很高；
?。?）缺乏安全機制保證；
2.4.3 應(yīng)用場合
用戶很密集時，機房空間需求和成本也隨之迅速增加，因而不太適合高密集用戶區(qū)域，比較適合分散用戶接入。
3、無源光纖接入技術(shù)
無源光網(wǎng)絡(luò)（PON），是指在OLT（光線路終端）和ONU（光網(wǎng)絡(luò)單元）之間的光分配網(wǎng)絡(luò)（ODN）沒有任何有源電子設(shè)備。其典型的拓撲結(jié)構(gòu)為點對多點的星型結(jié)構(gòu)（如圖1所示）。在光分支點不需要節(jié)點設(shè)備，只需要安裝一個簡單的無源光分路器，因此具有節(jié)省光纜資源、帶寬資源共享、節(jié)省機房投資、安全性高、綜合建網(wǎng)成本低、維護成本低、可靠性高等優(yōu)點。
圖1 無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）拓撲圖
PON光纖接入技術(shù)的缺點：
（1）初期投資成本太高；
?。?）其拓撲結(jié)構(gòu)使用戶不具有保護功能或保護成本太高。
PON光纖接入技術(shù)的應(yīng)用場合主要適合于分散的小企業(yè)和居民用戶，特別是那些用戶區(qū)域較分散，而每一區(qū)域用戶又相對集中的小面積密集用戶地區(qū)。
目前基于PON的光纖接入技術(shù)有APON、BPON、GPON、EPON和GEPON等5種，由于APON和BPON是基于ATM，而ATM不是發(fā)展方向，而且其速率有限，設(shè)備復(fù)雜，滿足不了用戶高帶寬和低成本的要求，因此，APON和BPON不是發(fā)展方向。本文主要介紹EPON/GEPON和GPON光纖接入技術(shù)。
3.1 EPON/GEPON
EPON/GEPON是IEEE提出的基于以太網(wǎng)的PON技術(shù)，已形成標準802.3ah，該標準主要是設(shè)備商推動的。
3.1.1 優(yōu)勢
?。?）消除了ATM層，降低設(shè)備復(fù)雜度和實現(xiàn)難度，從而降低成本。
?。?）速率更高，上下行帶寬高達1Gbit/s。
?。?）標準和設(shè)備成熟。
3.1.2 缺點
?。?）難以支持以太網(wǎng)以外的業(yè)務(wù)，特別是實時性要求要的TDM業(yè)務(wù)。
（2）傳輸效率低，由于線路編碼、承載層、傳輸匯聚層、業(yè)務(wù)適配效率等方面的原因，使得傳輸效率很低，僅為GPON的一半。
3.1.3 應(yīng)用場合
主要定位于為用戶提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)接入，以商業(yè)用戶和個人用戶為主。
3.2 GPON
GPON是ITU-T提出的基于ATM和GFP的PON技術(shù)，已形成標準G.984.1和G.984.2，該標準主要是運營商推動的，因此具有更周到的運營利益考慮，速率更高，可達2.4Gbit/s；具有通用的映射格式，可適應(yīng)任何新老業(yè)務(wù)；具有豐富的運行、管理、維護和配置（OAM&P）特點；對各種業(yè)務(wù)均具有很高的傳輸效率，即便對于TDM業(yè)務(wù)也能高效無開銷地傳送。
3.2.1 優(yōu)勢
（1）速率更高，達到2.5Gbits/s；
（2）傳輸效率更高；
?。?）能夠有效承載TDM業(yè)務(wù)。
3.2.2 劣勢
?。?）硬件實現(xiàn)難度大，成本高；
（2）設(shè)備和標準不太成熟。
3.2.3 應(yīng)用場合
主要定位于為高端用戶提供數(shù)據(jù)、語音業(yè)務(wù)和專線接入，以大客戶和商業(yè)用戶為主。
4、GEPON關(guān)鍵問題和技術(shù)
4.1 測距、同步
測距技術(shù)是TDMA方案中的一個關(guān)鍵問題。它實質(zhì)上是上行信號的同步問題。由于各ONU距OLT的光纖路徑不同和各ONU元器件的不一致性造成OLT與各ONU間的環(huán)路時延不同，而且由于環(huán)境溫度的變化和器件老化等原因，環(huán)路延時也會發(fā)生不斷的變化。因此必須引入測距技術(shù)對上述原因引發(fā)的時延差異進行補償，以確保不同ONU所發(fā)出的信號能夠在OLT處準確地按時隙復(fù)用在一起，避免由于上行時隙間的不同步而導(dǎo)致在OLT上發(fā)生信號碰撞的現(xiàn)象。GEPON中采用的同步技術(shù)是絕對時標（ATS）技術(shù)，包括ATS的插入和提取等。
OLT有一個本地時鐘計數(shù)器，該計數(shù)器對時間顆粒計數(shù)。當(dāng)OLT發(fā)送MPCP幀時，它就將本地時鐘計數(shù)器的值，即絕對時鐘插入到其時間標簽域中。ONU中也有一個本地時鐘計數(shù)器。這個計數(shù)器也是對時間顆粒計數(shù)。但是。ONU無論何時接收到OLT發(fā)送的MPCP幀，就要將這個幀所攜帶的新的時間標簽值來刷新自己的本地時鐘計數(shù)器的值。當(dāng)ONU發(fā)送MPCP幀時，它也要將自己的時鐘計數(shù)器的值映射到時間標簽域中。OLT將對接收到的ONU的時間標簽進行檢查。時間標簽測距法就是通過時間標簽在OLT與ONU之間的傳遞，計算接收的時間標簽值和OLT本地時鐘的之間的差來得到ONU的RTT值。OLT只要接收到了ONU的MPCP幀，就要進行測距，利用時間標簽法進行測距的原理如圖2所示。
圖2 GEPON測距技術(shù)
圖中TR為ONU總的響應(yīng)時間，TDOWN為下行傳輸延時，TUP為上行傳輸延時，TWAIT為ONU接收到OLT的MPCP消息（一般為GATE消息）到發(fā)送窗口開始之間的等待時間。OLT在本地時間為to時，給ONU發(fā)送一個MPCP幀，它攜帶的時間標簽值為TS=to。經(jīng)過TDOWN時間的傳輸延時后，這個MPCP幀到達ONU。ONU將本地時間計數(shù)器的值更新為to，然后就等待。等待TWAIT時間后，這個ONU的發(fā)送窗口開始了，它就發(fā)送數(shù)據(jù)和MPCP幀，并將本地時鐘計數(shù)器的值t1插入到MPCP幀的時標域。ONU發(fā)出的MPCP幀經(jīng)過TUP時間的傳播延遲后到達OLT。
4.2 突發(fā)發(fā)送和接收
與所有的采用TDMA技術(shù)的PON一樣，GEPON中也面臨著上行信號的突發(fā)發(fā)送和接收的問題。由于不同的ONU到達OLT的距離不相等，以及每一個ONU的光模塊發(fā)出的光信號的強度不同，造成了OLT的接收機接收到的信號功率在每一個時隙都不相同，導(dǎo)致OLT容易產(chǎn)生誤判。
為了解決OLT誤判的問題，有兩種方法，一種是要求ONU動態(tài)調(diào)整發(fā)光功率，另外一種是要求OLT動態(tài)調(diào)整判決電平，如圖3所示。前一種方法對ONU提出更高的要求，成本較高，后一種方法實現(xiàn)簡單，成本較低，目前大部分采用后一種方法。
圖3 GEPON突發(fā)接收技術(shù)
4.3 安全性問題
由于GEPON下行是一個共享網(wǎng)絡(luò)，因此用戶安全也是GEPON中比較受到關(guān)注的一個問題。如圖4所示，為了確保用戶數(shù)據(jù)的安全，目前主要采用兩種方式，一種是為每個ONU分配唯一的LLID，另外一種是采用AES128加密技術(shù)對用戶數(shù)據(jù)進行加密，ONU將定時產(chǎn)生新的密鑰，并發(fā)送到OLT，OLT根據(jù)一定算法將ONU產(chǎn)生的密鑰轉(zhuǎn)換成真正的加密圖樣，對下行數(shù)據(jù)流進行加密。
圖4 GEPON安全問題
4.4 QoS問題和DBA技術(shù)
由于以太網(wǎng)中的數(shù)據(jù)流具有很強的突發(fā)性，如果采用靜態(tài)的帶寬分配方案，就會產(chǎn)生帶寬利用率低下或帶寬分配不公平的現(xiàn)象。因此，為提高帶寬利用率，在GEPON中采用動態(tài)的帶寬分配機制。采用DBA的好處在于不但可以提高帶寬利用率，還可以采用帶寬調(diào)度算法來保證某些優(yōu)先級高的業(yè)務(wù)的QoS。DBA能確保用戶所簽訂的服務(wù)等級合同（包括最小帶寬、最大帶寬和延時敏感性）得到公平的執(zhí)行。在簽訂SLA時可以規(guī)定業(yè)務(wù)和用戶的優(yōu)先級。高優(yōu)先級的業(yè)務(wù)或用戶可以優(yōu)先獲得網(wǎng)絡(luò)資源。在確保所有的業(yè)務(wù)或者用戶的最小帶寬得到保障的情況下，可以動態(tài)地分配剩余帶寬，供突發(fā)性較強的業(yè)務(wù)使用。
4.5 MPCP技術(shù)
MPCP是一種多點控制協(xié)議，指明了OLT和ONU之間的控制機制，如圖5所示，其功能如下：
圖5 GEPON MPCP技術(shù)
?。?）控制網(wǎng)絡(luò)啟動導(dǎo)入過程，即ONU的注冊過程。
?。?）給終點站（ONU）分配帶寬
（3）詢問來自終點站（ONU）的帶寬請求
5、結(jié)束語
綜上所述，各種光纖接入技術(shù)都有其最佳使用場合和時機，PDH、SDH和MSTP最適合企事業(yè)用戶，點到點以太網(wǎng)系統(tǒng)適合在低密度用戶分散地區(qū)應(yīng)用，PON光纖接入技術(shù)最適合新建或改建的密集用戶區(qū)應(yīng)用，其中又以GEPON和GPON光纖接入技術(shù)在FTTH將來大規(guī)模發(fā)展中最具潛力。