GPON技術及其在寬帶接入中的應用

周志剛

摘 要：通過介紹GPON的概念，簡單描述了GPON的網絡構成，并分析了GPON技術在寬帶接入中的應用優勢，以期為日后的相關工作提供參考。

關鍵詞：GPON技術；寬帶接入；網絡構成；光纖

中圖分類號：TN915.6；TN929.1 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.19.136

1 提出問題

隨著Internet的普及，網絡已經成為了人們生產和生活中的重要組成部分，人們的生活、學習和工作越來越離不開它，企業的生產和經營也越來越依賴互聯網。據CNNIC統計，截至2014-12，我國網民規模已達6.49億，互聯網普及率為47.9%.

目前，互聯網已經覆蓋了許多領域，企業和個人都在享受互聯網帶給我們的巨大福利，而人們對網絡帶寬的需求也在不斷增長。僅從家庭用戶層面來說，隨著數字家庭的出現，人們已經不能滿足1條寬帶僅供1臺電腦的上網需求，而是要同時支持臺式電腦、平板電腦、手機等多種不同類型的終端同時上網。同時，高保真音樂、高清晰度視像等業務都需要較大的帶寬，傳統的DSL接入，比如ADSL和VDSL，都已經無法滿足用戶對帶寬的需求。而光纖在傳輸帶寬方面所具有的優勢和較低的成本將取代傳統的DSL接入方式。

為了應對全球信息化大潮的沖擊，電信運營商必須做好充分的準備面對不斷擴大的網絡帶寬需求。為此，光纖接入技術成為了寬帶接入網絡替代升級的首選方案。其中，GPON技術具有廣泛的應用前景。

2 GPON技術的概念

無源光網絡PON（Passive Optical Network）的概念由來已久，因為它全部采用無源器件，不包含任何有源節點，同時，以其容量大、傳輸距離長、成本較低和全業務支持等優勢成為了電信運營商解決接入網“最后一公里”、實現FTTx的首選技術。

無源光網絡采用點對多點的光纖傳輸和接入技術，下行采用廣播方式、上行采用時分多址方式或者以太網技術，可以靈活地組成各種網絡拓樸結構。光分支點不需要節點設備，只需要安裝一個簡單的光分支器即可，因此，具有節省光纜資源、帶寬資源共享、節省機房投資、設備安全性高、建網速度快和綜合建網成本低等優點。目前，已經被廣泛應用的PON技術包括APON（ATM-PON）、EPON（Ethernet over PON）和GPON（吉比特PON）3種。

APON技術發展得比較早，ITU-T的G.983建議規范了APON技術的網絡結構、基本組成和物理層接口，我國信息產業部也已經制定了完善的APON技術標準。但是，鑒于ATM技術的一些固有弱點以及數據以53字節固定長度的ATM信元方式傳輸（48字節的凈負荷和5字節的開銷）和IP/Ethernet技術的不斷發展，進一步縮小了ATM的市場。

EPON是由IEEE802.3 EFM（Ethernet for the First Mile）提出的。EPON把簡單、經濟的以太網技術與PON的傳輸結構結合起來，采用了點到多點的網絡結構、無源光纖傳輸方式，在以太網之上提供了多種電信業務，可以說，EPON是幾種最佳的技術和網絡結構的結合，是早期寬帶光接入網絡建設的主要選擇。目前，仍有大量的已建網絡在電信運營商內運行。

GPON最早是由FSAN（Full Service Access Networks）組織于2002-09提出的。FSAN組織的成員主要是全球各大網絡運營商和設備制造商，他們聚集在一起希望能提出一種光接入解決方案，同時，制定了光接入網設備標準。根據該標準制定的設備應能夠同時具備語音、數據和圖像等業務能力。國際電信聯盟遠程通信標準化組織（ITU-T）在此基礎上于2003-03完成了ITU-TG.984.1和G.984.2的制定，2004-02和2004-06完成了G.984.3的標準化，形成了GPON的標準協議族（ITU-TG.984.x標準）。GPON以帶寬大、傳輸效率率、覆蓋范圍廣、用戶接口豐富等優點被大多數運營商視為實現接入網業務寬帶化、綜合化改造的理想技術。

對于其他PON標準而言，GPON標準是目前所有PON技術中上、下行帶寬最大的，其最大下行速率可達2.5 Gbit/s，而其上、下行的非對稱特性更加適合互聯網數據業務。同時，GPON提供全業務的QoS保障，能夠提供多重服務等級，并具備全業務接入的能力。正是因為這些優勢，GPON一推出就受到了全球各大運營商的青睞。隨著GPON技術的發展和大規模應用，GPON設備的成本也在大幅下降。如果說早期EPON網絡是寬帶光接入建設的首選，那么，如今GPON已經成為了運營商寬帶接入網絡建設的必選。

3 GPON與EPON的技術對比

3.1 技術指標比較

GPON和EPON的技術指標如表1所示。

表1 GPON和EPON的技術指標

指標 GPON EPON

下行線路速率/（Mbit/s） 1 244/2 488 1 250

上行線路速率/（Mbit/s） 155/622/1 1 250

線路編碼 NRZ 8B/10B

以太網傳送效率 上行93%，下行94% 上行61%，下行73%

分路比 64-128 32-64

最大傳輸距離/km 60 20

TDM支持能力 TDM over ATM或Packet TDM over Ethernet

視頻支持能力 支持有線電視和IPTV 不支持有線電視

安全性 支持高級封裝標準（AES） 未定義

管理（OAM） 提供標準ONT

管理控制標準 以太（可選SNMP）

GPON技術與EPON技術的差別并不大，相比之下，GPON網絡的承載能力和它能夠提供的最大帶寬要優于EPON網絡，而這可能是電信運營商看重的地方。

3.2 成本因素比較

EPON設計原則繼承了傳統以太網的最大優點——技術復雜程度低和實現難度小，從而可以更好地控制初期成本。如果以單個光口計，GPON要比EPON貴，特別是單用戶接入終端的價格在300元左右，這讓多數用戶難以接受。但是，如果從整體網絡構建成本計算，GPON要更便宜一些。GPON的每個端口能夠接入64個，甚至是128個用戶，而每個EPON端口只能接入32個用戶。作為電信運營商，接入用戶越多，則單用戶成本會越低。由此可見，網絡規模直接決定了網絡成本，但是，這些對電信運營商來說都不是問題。

3.3 多業務和安全性比較

上文所述的GPON標準是由FSAN組織制定、ITU-T頒布的。FSAN聯盟是一個由電信運營商主導的光接入標準論壇。GPON技術是由運營商推動建立的標準，它在帶寬、業務承載、安全性、管理和維護等方面考慮得比較多，對實現“三網融合”有強烈的意愿。因此，從標準上來講，GPON要比EPON帶寬更高，覆蓋范圍更廣，承載的業務種類更多，操作、維護功能更完善；從向下一代網絡（NGN）演變的角度出發，GPON網絡的生命周期會更長。

3.4 總結

從技術指標上來看，GPON和EPON均適用于寬帶接入網絡的建設，它們能夠滿足寬帶提速的應用需求。但是，從網絡建設成本、全業務運營的需要和“三網融合”的大背景下看，GPON更具優勢。

由于技術特點不一樣，EPON技術和GPON技術實際是2個不同的市場應用——EPON技術比較適合互聯網接入的應用類型，GPON技術比較適合全業務運營和三網融合的應用類型。從電信運營商寬帶接入網絡建設的目的出發，GPON技術是目前運營商級寬帶接入網絡建設的首選。

4 GPON的構成

圖1 GPON系統結構圖

所有PON 系統的構成大同小異， GPON系統都是由ONU、OLT 和無源光分配網組成的，其網絡結構如圖1所示。其中，OLT 為接入網提供用戶駐地網與骨干網之間的接口，通過ODN與各ONU連接。OLT是PON系統的核心設備，具有集中分配帶寬、控制各接入ONU、實時監控、運行維護等功能；ONU是接入用戶側的接口，用于提供話音、數據、視頻等多業務流與ODN的接入，受OLT集中控制。

與EPON一樣，GPON也是用1根光纖傳輸的，在同一根光纖上，GPON可采用波分復用（WDM）技術實現信號的雙向傳輸。同時，根據實際組網的需要，還可以在傳統網絡拓撲的基礎上采用比如光纖冗余保護等PON保護結構等提高網絡的生存性。

5 GPON技術在寬帶接入網中的應用

由GPON技術終端和用戶的分布情況可知，其主要以下述3種形式存在，即FTTH-光纖到戶、FTTB-光纖到樓層或到單元、FTTV-光纖到鄉村。由于FTTH的成本比較高，一般用于高檔的住宅小區或企業，但是，目前，其有被普遍應用于運營商中的發展趨勢。其實，對于住宅小區和一些商務樓宇，還是應以FTTB方式為主。FTTB可以分為GPON+LAN 和GPON+DSL 等方式。其中，GPON+LAN適用于新建住宅小區或辦公樓宇接入，PON+DSL則可以作為原電纜接入小區改造。

對于農村地區，應采用PON+DSL方式建設網絡，利用PON+ADSL方式實現接入；對于已經敷設了主干銅纜的鄉鎮，要用光纜替換主干電纜，從而解決維護成本過高的問題。

GPON的接入方式十分靈活，對于電信運營商，可以根據不同區域用戶的實際情況和帶寬需求采用不同的接入方式。特別是對于既有ADSL網絡和EPON網絡的改造，更要做好網絡規劃和發展評估，在節約網絡建設成本的同時適度超前投資。

6 EPON技術在吉林鐵通的應用展望

作為固話運營商的吉林鐵通，其面臨的經營形勢十分嚴峻，一方面，由于受到異質電信運營企業的沖擊，基礎業務的固話業務收入不斷下滑；另一方面，互聯網業務的迅猛發展又使得傳統的銅纜接入方式，甚至是EPON接入網絡無法滿足用戶對帶寬的需求，同時，銅纜網的故障率很高，建設成本和維護運行成本也很高。針對目前技術發展的情況，吉林鐵通有必要嘗試采用GPON技術作為寬帶接入的首選技術方案，針對新建小區、新接入的辦公樓宇、對農村局所的更新改造等建設光纖接入網，讓其逐步替代原有的銅纜網。在此過程中，更加重要的是要在既有EPON網絡上逐步實現GPON與EPON的混合組網，最大限度地利用現有EPON設備，將主干光纖的利用率提高一倍，或者將入戶的帶寬提高一倍。從接入網改造層面實現企業的戰略轉型，響應國家的號召，在帶寬提速的同時降低企業的運營成本，提高企業的競爭力。

7 結束語

通信產業的發展是技術發展的過程，不論網絡應用如何演變，電信運營商作為基礎網絡提供商的地位是不會改變的。隨著三網合一和NGN網絡的不斷演進，網絡融合的大潮將再度被掀起。GPON技術很好地解決了目前接入網存在的問題，使IP接入網絡更可靠、更穩定，使新一代網絡中的語音、視頻、數據等綜合業務成為可能。

參考文獻

[1]陳雪.無源光網絡技術[M].北京：北京郵電大學出版社，2006.

[2]格倫.克雷默.基于以太網的無源光網絡[M].陳雪，譯.北京：北京郵電大學出版社，2007.

〔編輯：白潔〕

GPON Technology and Its Application in Broadband Access

Zhou Zhigang

Abstract： By introducing the concept of GPON， this paper simply describes the network structure of GPON， and analyzes the application of GPON technology in broadband access， in order to provide a reference for future work.

Key words： GPON technology； broadband access； network structure； optical fiber

文章編號：2095-6835（2015）19-0138-02