[分享]光纤接入网先容

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光纤接入网（fiber-access network）

概述

近年来，以互联网为代表的新技术革命正在深刻地改变传统的电信概念和体系结构，随着各国接入网市场的逐渐开放，电信管制政策的放松，竞争的日益加剧和扩大，新业务需求的迅速出现，有线技术（包括光纤技术）和无线技术的发展，接入网开始成为人们关注的焦点。在巨大的市场潜力驱动下，产生了各种各样的接入网技术。光纤通信具有通信容量大、质量高、性能稳定、防电磁干扰、保密性强等优点。在干线通信中，光纤扮演着重要角色，在接入网中，光纤接入也将成为发展的重点。光纤接入网是发展宽带接入的长远解决方案。

一、光纤接入网的基本构成

光纤接入网(OAN)，是指用光纤作为主要的传输媒质，实现接入网的信息传送功能。通过光线路终端(OLT)与业务节点相连，通过光网络单元(ONU)与用户连接。光纤接入网包括远端设备——光网络单元和局端设备——光线路终端，它们通过传输设备相连。系统的主要组成部分是OLT和远端ONU。它们在整个接入网中完成从业务节点接口(SNI)到用户网络接口(UNI)间有关信令协议的转换。接入设备本身还具有组网能力，可以组成多种形式的网络拓扑结构。同时接入设备还具有本地维护和远程集中监控功能，通过透明的光传输形成一个维护管理网，并通过相应的网管协议纳入网管中心统一管理。OLT的作用是为接入网提供与本地交换机之间的接口，并通过光传输与用户端的光网络单元通信。它将交换机的交换功能与用户接入完全隔开。光线路终端提供对自身和用户端的维护和监控，它可以直接与本地交换机一起放置在交换局端，也可以设置在远端。ONU的作用是为接入网提供用户侧的接口。它可以接入多种用户终端，同时具有光电转换功能以及相应的维护和监控功能。ONU的主要功能是终结来自OLT的光纤，处理光信号并为多个小企业，事业用户和居民住宅用户提供业务接口。ONU的网络端是光接口，而其用户端是电接口。因此ONU具有光/电和电/光转换功能。它还具有对话音的数/模和模/数转换功能。ONU通常放在距离用户较近的地方，其位置具有很大的灵活性。光纤接入网（OAN）从系统分配上分为有源光网络(AON，Active Optical Network)和无源光网络(PON，Passive OpticaOptical Network)两类。

二、有源光纤接入网

有源光网络又可分为基于SDH的AON和基于PDH的AON。有源光网络的局端设备（CE） 和远端设备（RE）通过有源光传输设备相连，传输技术是骨干网中已大量采用的SDH和PDH技术，但以SDH技术为主，本文主要讨论SDH（同步光网络）系统。

1．基于SDH的有源光网络

SDH的概念最初于1985年由美国贝尔通信研究所提出，称之为同步光网络（Synchronous Optical NETwork,SONET）。它是由一整套分等级的标准传送结构组成的，适用于各种经适配处理的净负荷（即网络节点接口比特流中可用于电信业务的部分）在物理媒质如光纤、微波、卫星等上进行传送。该标准于1986年成为美国数字体系的新标准。国际电信联盟标准部（ITU—T）的前身国际电报电话资询委员会（CCITT）于1988年接受SONET概念，并与美国标准协会（ANSI）达成协议，将SONET修改后重新命名为同步数字系列（Synchronous Digital Hierarchy,SDH）,使之成为同时适应于光纤、微波、卫星传送的通用技术体制。SDH网是对原有PDH（Plesiochronous Digital Hierarchy准同步数字系列）网的一次革命。PDH是异步复接，在任一网络节点上接入接出低速支路信号都要在该节点上进行复接、码变换、码速调整、定时、扰码、解扰码等过程，并且PDH只规定了电接口，对线路系统和光接口没有统一规定，无法实现全球信息网的建立。随着SDH技术引入，传输系统不仅具有提供信号传播的物理过程的功能，而且提供对信号的处理、监控等过程的功能。SDH 通过多种容器C和虚容器VC以及级联的复帧结构的定义，使其可支撑多种电路层的业务，如各种速率的异步数字系列、DQDB、FDDI、ATM等，以及将来可能出现的各种新业务。段开销中大量的备用通道增强了SDH网的可扩展性。通过App控制使原来PDH中人工更改配线的方法实现了交叉连接和分插复用连接，提供了灵活的上/下电路的能力，并使网络拓扑动态可变，增强了网络适应业务发展的灵活性和安全性，可在更大几何范围内实现电路的保护、高度和通信能力的优化利用，从而为增强组网能力奠定基础，只需几秒就可以重新组网。特别是SDH自愈环，可以在电路出现故障后，几十毫秒内迅速恢复。SDH的这些优势使它成为宽带业务数字网的基础传输网。在接入网中应用SDH（同步光网络）的主要优势在于：SDH可以提供理想的网络性能和业务可靠性；SDH固有的灵活性使对于发展极其迅速的蜂窝通信系统采用SDH系统尤其适合。当然，考虑到接入网对成本的高度敏感性和运行环境的恶劣性，适用于接入网的SDH设备必须是高度紧凑，低功耗和低成本的新型系统，其市场应用前景看好。接入网用SDH的最新发展趋势是支撑IP接入，目前至少需要支撑以太网接口的映射，于是除了携带话音业务量以外，可以利用部分SDH净负荷来传送IP业务，从而使SDH也能支撑IP的接入。支撑的方式有多种，除了现有的PPP方式外，利用VC12的级联方式来支撑IP传输也是一种效率较高的方式。总之，作为一种成熟可靠提供主要业务收入的传送技术在可以预见的将来仍然会不断改进支撑电路交换网向分组网的平滑过渡。

2．基于PDH的有源光网络

准同步数字系列（PDH）以其低价的特性和灵活的组网功能，曾大量应用于接入网中。尤其近年来推出的SPDH设备将SDH概念引入PDH系统，进一步提高了系统的可靠性和灵活性，这种改良的PDH系统在相当长一段时间内，仍会广泛应用。

三、无源光纤接入网络

无源光网络（PON），是指在OLT和ONU之间是光分配网络(ODN)，没有任何有源电子设备，它包括基于ATM的无源光网络APON及基于IP的PON。APON的业务开发是分阶段实施的，初期主要是VP专线业务。相对普通专线业务，APON提供的VP专线业务设备成本低，体积小，省电、系统可靠稳定、性能价格比有一定优势。第二步实现一次群和二次群电路仿真业务，提供企业内部网的连接和企业电话及数据业务。第三步实现以太网接口，提供互联网上网业务和VLAN业务。以后再逐步扩展至其它业务，成为名副其实的全业务接入网系统。APON采用基于信元的传输系统，允许接入网中的多个用户共享整个带宽。这种统计复用的方式，能更加有效地利用网络资源。APON能否大量应用的一个重要因素是价格问题。目前第一代的实际APON产品的业务供给能力有限，成本过高，其市场前景由于ATM在全球范围内的受挫而不确定，但其技术优势是明显的。特别是综合考虑运行维护成本，在新建地区，高度竞争的地区或需要替代旧铜缆系统的地区，此时敷设PON系统，无论是FTTC，还是FTTB方式都是一种有远见的选择。在未来几年能否将性能价格比改进到市场能够接受的水平是APON技术生存和发展的关键。IPPON的上层是IP，这种方式可更加充分地利用网络资源，容易实现系统带宽的动态分配，简化中间层的复杂设备。基于PON的OAN不需要在外部站中安装昂贵的有源电子设备，因此使服务提供商可以高性价比地向企业用户提供所需的带宽。无源光网络（PON）是一种纯介质网络，避免了外部设备的电磁干扰和雷影片响，减少了线路和外部设备的故障率，提高了系统可靠性，同时节省了维护成本，是电信维护部门长期期待的技术。无源光接入网的优势具体体现在以下几方面：（1）无源光网体积小，设备简单，安装维护费用低，投资相对也较小。（2）无源光设备组网灵活，拓扑结构可支撑树型、星型、总线型、混合型、冗余型等网络拓扑结构。（3）安装方便，它有室内型和室外型。其室外型可直接挂在墙上，或放置于“H”杆上，无须租用或建造机房。而有源系统需进行光电、电光转换，设备制造费用高，要使用专门的场地和机房，远端供电问题不好解决，日常维护工作量大。（4）无源光网络适用于点对多点通信，仅利用无源分光器实现光功率的分配。（5）无源光网络是纯介质网络，彻底避免了电磁干扰和雷影片响，极适合在自然条件恶劣的地区使用。（6）从技术发展角度看，无源光网络扩容比较简单，不涉及设备改造，只需设备App升级，硬件设备一次购买，长期使用，为光纤入户奠定了基础，使用户投资得到保证。

四、光接入网的拓扑结构

光纤接入网的拓扑结构，是指传输线路和节点的几何排列图形，它表示了网络中各节点的相互位置与相互连接的布局情况。网络的拓扑结构对网络功能、造价及可靠性等具有重要影响。其三种基本的拓扑结构是: 总线形、环形和星形，由此又可派生出总线—星形、双星形、双环形、总线—总线形等多种组合应用形式，各有特点、相互补充。1．总线形结构：总线形结构是以光纤作为公共总线(母线)、各用户终端通过某种耦合器与总线直接连接所构成的网络结构。这种结构属串联型结构，特点是:共享主干光纤，节省线路投资，增删节点容易，彼此干扰较小；但缺点是损耗累积，用户接收机的动态范围要求较高；对主干光纤的依赖性太强。2．环形结构：环形结构是指所有节点共用一条光纤链路，光纤链路首尾相接自成封闭回路的网络结构。这种结构的突出优点是可实现网络自愈，即无需外界干预，网络即可在较短的时间里从失效故障中恢复所传业务。3．星形结构：星形结构是各用户终端通过一个位于中央节点(设在端局内)具有控制和交换功能的星形耦合器进行信息交换，这种结构属于并联形结构。它不存在损耗累积的问题，易于实现升级和扩容，各用户之间相对独立，业务适应性强。但缺点是所需光纤代价较高，对中央节点的可靠性要求极高。星形结构又分为单星形结构、有源双星形结构及无源双星形结构三种。（1）单星形结构：该结构是用光纤将位于电信交换局的OLT与用户直接相连，基本上都是点对点的连接，与现有铜缆接入网结构相似。每户都有单独的一对线，直接连到电信局，因此单星型可与原有的铜现网络兼容；用户之间互相独立，保密性好；升级和扩容容易，只要两端的设备更换就可以开通新业务，适应性强。缺点是成本太高，每户都需要单独的一对光纤或一根光纤（双向波分复用），要通向千家万户，就需要上千芯的光缆，难于处理，而且每户都需要专用的光源检测器，相当复杂。（2）有源双星形结构：它在中心局与用户之间增加了一个有源接点。中心局与有源接点共用光纤，利用时分复用（TDM）或频分复用（FDM）传送较大容量的信息，到有源接点再换成较小容量的信息流，传到千家万户。其优点是灵活性较强，中心局有源接点间共用光纤，光缆芯数较少，降低了费用。缺点是有源接点部分复杂，成本高，维护不方便；另外，如要引入宽带新业务，将系统升级，则需将所有光电设备都更换，或采用波分复用叠加的方案，这比较困难。（3）无源双星形结构：这种结构保持了有源双星形结构光纤共享的优点，将有源接点换成了无源分路器，维护方便，可靠性高，成本较低。由于采取了一系列措施，保密性也很好，是一种较好的接入网结构。

五、光纤接入网的形式

根据光网络单元（ONU）的位置，光纤接入方式可分为如下几种：FTTB（光纤到大楼）；FTTC（光纤到路边）；FTTZ（光纤到小区）；FTTH（光纤到用户）；FTTO（光纤到办公室）；FTTF（光纤到楼层）；FTTP（光纤到电杆）；FTTN（光纤到邻里）；FTTD（光纤到门）；FTTR（光纤到远端单元）。其中最主要的是FTTB（光纤到大楼）、FTTC（光纤到路边）、FTTH（光纤到用户）三种形式。FTTC主要是为住宅用户提供服务的，光网络单元（ONU）设置在路边，即用户住宅附近，从ONU出来的电信号再传送到各个用户，一般用同轴电缆传送视频业务，用双绞线传送电话业务。FTTB的ONU设置在大楼内的配线箱处，主要用于综合大楼、远程医疗、远程教育、及大型娱乐场所，为大中型企事业单位及商业用户服务，提供高速数据、电子商务、可视图文等宽带业务。FTTH是将ONU放置在用户住宅内，为家庭用户提供各种综合宽带业务，FTTH是光纤接入网的最终目标，但是每一用户都需一对光纤和专用的ONU，因而成本昂贵，实现起来非常困难。

六、光接入网的优点与劣势

与其他接入技术相比，光纤接入网具有如下优点：（1）光纤接入网能满足用户对各种业务的需求。人们对通信业务的需求越来越高，除了打电话、看电视以外，还希翼有高速计算机通信、家庭购物、家庭银行、远程教学、视频点播（VOD）以及高清晰度电视（HDTV）等。这些业务用铜线或双绞线是比较难实现的。（2）光纤可以克服铜线电缆无法克服的一些限制因素。光纤损耗低、频带宽，解除了铜线径小的限制。此外，光纤不受电磁干扰，保证了信号传输质量，用光缆代替铜缆，可以解决城市地下通信管道拥挤的问题。（3）光纤接入网的性能不断提高，价格不断下降，而铜缆的价格在不断上涨。（4）光纤接入网提供数据业务，有完善的监控和管理系统，能适应将来宽带综合业务数字网的需要，打破“瓶颈”，使信息高速公路畅通无阻。当然，与其它接入网技术相比，光纤接入网也存在一定的劣势。问题是成本较高。尤其是光节点离用户越近，每个用户分摊的接入设备成本就越高。另外，与无线接入网相比，光纤接入网还需要管道资源。这也是很多新兴运营商看好光纤接入技术，但又不得不选择无线接入技术的原因。现在，影响光纤接入网发展的主要原因不是技术，而是成本。但是采用光纤接入网是光纤通信发展的必然趋势，尽管目前各国发展光纤接入网的步骤各不相同，但光纤到户是公认的接入网的发展目标。