[情報] EPON 技術和在廣電 HFC 網路的應用

看板Fix-Network (固網電信)作者pttchang (chang)時間18年前 (2007/03/04 00:58)推噓0(0推 0噓 0→)

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EPON 技術和在廣電 HFC 網路的應用 1、EPON技術背景互聯網用戶的快速增長和寬帶應用的普及，推展著網路基礎設施的發展。網路的總帶寬以每半年翻一番的速度遞增，VoIP、ITPV、線上遊戲等新的網路應用和網路技術也不斷對網路帶寬提出新的挑戰。從長遠來看，現有的寬帶接入技術已經無法滿足這種高速的需求增長，在這種背景下，EPON技術作為一種可以滿足未來需求的寬帶接入技術越來越得到矚目。無源光網路PON(Passive Optical Network)包括OLT（Optical Line Terminal）、 ONU(Optical Network Unit)和ODN（Optical Distribution Network），ODN全部由光分路器（Splitter︰分支器）等無源器件組成，不需要昂貴的有源電子設備和其它安裝環境，大大降低了網路鋪設成本和運營支出。 PON（passive optical network）不是一個新概念。在1995年，ATM技術的全盛時期， ITU（the International Telecommunications Union）和FSAN(Full Services Access Network)聯盟建立了ATM標準，並把它作為在PON之上的第二層的幀和封裝技術。自那以後，許多設備供應商都在開發APON的產品。然而，由於ATM本身技術的複雜性和設備成本太高等原因，APON一直沒有被市場所接受。它的後繼者BPON雖然在帶寬和業務方面作了很多改進，但並沒有取得新的突破。 PON網路的突出優點是消除了戶外的有源設備，所有的信號處理功能均在交換機和室內設備完成。它的傳輸距離比有源光纖接入系統的短，覆蓋的範圍較小，但它造價低，無須另設機房，維護容易。因此這種架構具有良好的經濟性，適合大規模的駐地網用戶接入服務。目前主流的PON技術主要有︰ EPON和GPON。GPON技術由APON（ATM PON）發展而來， GPON（Gigabit PON）標準由APON/BPON發展而來，它具備更好的協議適配性、更高的帶寬和更高的傳輸效率。GPON標準還沒有最終完成，產品和和市場應用尚未成熟，目前價格也比較昂貴。眾所周知，以太網早已成為局域網的事實標準，幾乎所有用戶的網路環境都是以太網，在這種情況下，接入網使用以太網技術就順理成章。但是把道統以太網直接用於接入網有很多問題︰安全難以保證、無法有效管理帶寬、不能提供端到端的QoS，實裝率低導致成本過高等。基於這些原因，2000年11月，IEEE802.3標準化組織成立了EFM （Ethernet in the First Mile︰以太第一公里）研究組，這個組織致力於製定最後一公里以太網接入的標準。包括3Com, Salira, Alloptic, Aura Networks, CDTMohawk, Cisco Systems, DomiNet Systems, Intel, WorldCom等六十九家公司已經參與了這個小組。這個小組的一個很重要的議題，就是如何把以太網技術和PON結合起來，來提供更廉價，更高帶寬的接入系統，同時解決以太網接入存在的一些問題。這個標準於2004年最終獲得透過，也就是802.3ah標準。目前有多家晶片廠家推出了符合802.3ah標準的商用EPON晶片。 2、EPON市場走向成熟市場需求和產業鏈已經成熟自802.3ah標準正式頒佈以來，經過設備廠商和器件廠商的共同推展和發展，可以說 EPON技術從協議標準和設備應用方面都已經成熟，外圍配套的光纖光器件也日趨完善和成熟，EPON晶片已經實現規模量產，整個EPON產業鏈比較完善，具備了大規模市場發展的需求。由於光纖、光器件價格的大幅下降和用戶帶寬需求的增長，EPON逐漸顯示出了它的經濟性和技術上的優勢。目前，固網運營商面臨ARPU值降低和業務增長減弱的壓力，如何透過更好的服務和提供更豐富的業務來提升用戶在網率和增加收入成為運營商面臨的挑戰。另一方面，用戶對視頻、多媒體業務的需求也在快速增長，IPTV、VOIP、 Triple Play等業務需求和FTTH、FTTB等應用需求的增長都需要新的技術來滿足。 EPON技術的成熟正是順應了這種市場需求。光進銅退的趨勢不斷加速為了提供更多的帶寬，運營商們已經就長距離傳輸和接入網的城域段上進行了巨大的投資，鋪設了大量的光纜。光纖被廣泛採用是因為光纖與銅線相比具有明顯的優勢。首先，光纖比銅線能承載更多的帶寬。一公斤光纖能傳送的訊息量與20公頓銅線所傳送的訊息量相當。其次，銅線有衰減和串擾等電氣問題。第三，光纖的壽命大約是銅線的三倍。最後，光纖材料的價格已經大大下降，已經和銅線相近。光纖的優勢使得大家相信銅線最終會被光纖取代。光纖以及光設備的價格大大降低，使光纖已經從主干，走向城域，並進一步走向接入網。隨著更多的光纖鋪設，傳輸介質必然是走向全光纖。而FTTH（Fiber to the Home）將成為最終的接入模式。光設備市場快速發展根據Infonetics 和Dells’ Oro的調查，全球PON市場在2009年將達到 30億美金，使用PON的FTTH用戶將達到3800萬。在亞洲，日本的FTTH市場已經邁入一個高速發展的階段，日本的光纖到戶用戶已經達到600萬，日本目前的PON網路建設開始從BPON技術轉向EPON。由於EPON和GPON技術的興起，BPON的使用將會大幅度減少，在亞洲，EPON 將扮演重要的角色，而在北美，GPON逐漸被看好。未來的網路是一個光傳輸的世界，光設備的廣泛應用將使光設備的價格進一步降低，速度更高。對於PON來說，昂貴的無源光收發器也會因為市場需求得到大量生產，幾乎可以肯定這將導致成本的降低。從而為廉價和成熟的PON設備走向市場鋪平道路。國內外EPON市場狀況目前，EPON技術在亞太地區得到很好的應用，日本是擁有最大規模FTTH網路的國家，同時也是EPON設備部署最多的國家，截止2006年已經擁有600萬的FTTH用戶，主要採用的是BPON和EPON技術，在未來幾年，將連接超過上千萬用戶。包括中國在內的整個亞太地區對EPON技術的需求將快速增長。在美國，以Verizon為主的多家運營商主要使用GPON 技術部署FTTP網路。而為了和電話公司進行競爭，很多廣電運營商（MSO）開始關注和使用EPON技術。目前中國的EPON市場處於起步階段，但大量的實驗網路和商用網路已經開始部署，巨大的市場容量所蘊涵的機會不可小視。2006年，國內外EPON廠家在包括電信、網通、移動和廣電在內的很多運營商網路部署了EPON系統，大約有10萬線的寬帶接入用戶使用了 EPON技術，其中既有FTTH應用，也有FTTB的應用。預計今後幾年，這個數字會以超常規的速度發展。 3、EPON在廣電HFC雙向網路改造的應用需求背景目前，廣電網路面臨數字電視變革和一系列技術和需求變化帶來的衝擊，新型業務的出現和技術的發展促進了業務模式的變化和網路技術的發展，也帶來了新的市場的機會和發展可能，使廣電網路運營面臨著新的機遇和挑戰。道統電信運營商正逐步從單純的網路運營向綜合訊息服務提供商轉型，電信傳輸網路的發展也有了新的趨勢，一是光網路的發展趨勢，從核心層的ASON到接入層的FTTX，無不預示網路承載向光的演化；另外是以IP為核心的網路和業務整合，互聯網的發展使 IP成為最理想的業務承載協議， IPTV、VoIP等新業務的快速發展預示了IP承載網路的前景。在這種背景下，三網融合和FTTx的發展成為一種必然趨勢，十一五規劃也把三網融合列入電信行業發展的重點。面對這種網路和業務融合的發展趨勢，廣電網路最終將不能迴避，除了IP視頻業務帶來的挑戰，廣電網路也將面臨多業務運營的機會和抉擇。廣電系統在視頻業務、網路資源和用戶資源方面擁有突出的優勢，如何利用自身優勢，把握市場發展並搶得用戶需求的先機是廣電贏取市場的關鍵。廣電在光纖網路資源和入戶線路資源方面佔有很大優勢，但舊有的單向HFC網路無法滿足新業務的需求，EPON技術的成熟為HFC網路的雙向化改造帶來了新的契機，目前廣電也越來越認識到EPON技術在HFC網路改造的價值，很多地方的廣電網路已經部署了EPON網路。EPON網路架構和HFC光傳輸網路架構類似，部署起來比較方便，用EPON技術實現雙向 HFC網路比道統的CMTS改造模式更具成本和業務能力的優勢。EPON網路可以獨立組網完成雙向網路，實現互動電視業務的回傳，還可以實現多種基於IP話音和視頻業務。另外EPON也可以透過WDM技術和現有1550波長的有線傳輸網路結合，這樣可以節省光纖網路資源。雙纖到樓模式實現HFC雙向改造針對目前廣電網路系統的特點，FTTB（光纖到樓）解決方案比較符合目前雙向網路的實際，在主要的分前端機房部署OLT設備，ONU根據光纖的情況進行部署，可以放在摟頭或單元，然後使用五類線直接入戶或再透過交換機入戶，對那些無法部署五類線的樓，可以透過EOC技術使用同軸纜入戶。透過EPON網路的部署完成HFC雙向改造，網路可以實現交互電視的數據回傳，同時可以實現基於IP的各種寬帶業務，包括寬帶互聯網接入、 VOIP、IPTV等業務。雙纖到樓模式實現HFC雙向改造 EPON系統可以覆蓋10-20公里範圍的接入點。在城市中樓宇分佈比較分散，如果採用點到點的組網模式，將佔用大量局端端口資源和光纖資源，使用EPON網路可以節省大量局端端口和干路光纖，EPON網路分支點是無源設備，不需要電源等機房設施，也可以節省大量投資。和現下的接入模式相比，EPON解決方案具有以下明顯優勢︰ . 　使用光纖傳輸，不受外部環境干擾，並提供極富彈性的帶寬配置； . 　使用無源分光器替代有源設備，降低了機房和配電設施的建設和維護成本； . 　單一網路架構，簡化了網路架構，減少故障點，便於維護； . 　良好和安全性保證，提供端口級的帶寬控制和良好的業務質量保證（QoS）； . 　高效的網路管理，使用集中統一的網路管理和業務管理； . 　網路具有良好的擴展性和升級能力，適合接入網的建設和發展特點。 EPON+1550nm解決方案 HFC網路的下行架構與無源光網路一樣採用星型架構，與EPON十分相似。目前的HFC網路主要使用1310nm波長，對使用1550nm波長的網路或新建網路中，可以採用EPON+1550nm的方案，這種方案在同一個光纖網路上做簡單的配置，就可在較短時間內完成網路的疊加。透過波分複用（WDM）的模式將1550波長和EPON的1490/1310nm波長合成於一根光纖，經過分路，光纖傳輸送到ONU前解波分複用，還原出1550nm信號給CATV光接收機，提供RF視頻服務，1490/1310nm信號接到ONU，完成寬帶數據業務的傳輸。這種模式適合使用1550系統的網路，也適合將來光纖到戶網路的部署，是實現三網合一（Triple Play）的理想模式。利用EPON平台開展多種寬帶業務透過EPON平台實現雙向網路，使廣電HFC網路成為一個支援多種寬帶數據交換業務的網路平台，EPON系統從業務支援能力、帶寬能力、QoS、安全性和網路管理等各個方面對多種業務提供獨一無二的保證。這些業務包括︰ . 　以太網接入業務主要實現寬帶互聯網接入。EPON系統可以支援端口級的帶寬控制和管理，支援全面的QoS 和SLA，為以太業務提供獨一無二的帶寬和服務保證。另外EPON支援802.1Q VLAN, pVLAN 和VLAN TRUNK等特性。這些特性為數據接入業務提供了良好的保證。 . 　交互電視數據回傳道統HFC網路對高帶寬需求的廣播視頻業務具有很好的支援能力，網路成熟可靠。因此廣電運營商在開展交互電視業務時主要選擇HFC網路實現下行視頻節目傳送，而透過IP網實現數據回傳。 . 　IP話音業務對具備NGN網路業務能力的運營商，開展IP話音業務成為優選的解決方案，ONU可以內置IAD來連接國語機，或者使用IP話機實現VoIP業務。 . 　IP視頻業務 EPON系統可以很好的支援IPTV視頻業務，系統支援組播業務，結合充足的帶寬和QOS保證機製，不論是MPEG2/MPEG4視頻格式或其它視頻格式，都可以充分保證視頻業務質量。 . 　增值業務透過EPON網路，可以針對企業客戶開展數據VPN業務。另外也可以針對企業客戶和其它有特殊需求的客戶開展視頻增值業務，比如網上遠程教學、視頻會議等等。視頻業務和視頻內容是廣電的優勢，透過EPON網路的帶寬和服務能力，可以充分發揮這種資源優勢。解析︰寬帶終端接入技術前言隨著互聯網的迅猛發展，人們對遠程教學、遠程醫療、視頻會議等多媒體應用的需求大幅度增加，電子商務更是網路應用的典型熱點。同時，人們對網路帶寬及速率也提出了更高的要求，促使網路由低速向高速、由共享到交換、由窄帶向寬帶方面迅速發展。目前對於主干網來講，各種寬帶組網技術日臻成熟和完善，可以說網路的主干已經為承載各種寬帶業務作好了準備。但是位於通信網路與用戶之間的接入網發展相對滯後，接入網技術成為制約通信發展的瓶頸。為了適應新的形式和需要，出現了多種寬帶終端接入技術。包括銅線接入技術、光纖接入技術、混合光纖同軸（HFC）接入技術等多種有線接入技術以及無線接入技術等。 1、xDSL技術 DSL代表DigitalSubscriberLine（數字用戶線），是一種在現有銅雙絞線（電話線）上進行高速數據傳輸的技術，xDSL代表各種DSL技術，如ADSL、IDSL、HDSL、VDSL等。 xDSL具有一些共同的特點︰　採用現有的大量電話銅線資源　提供更高帶寬的接入業務　採用工業標準以確保互通性　採用特殊的數字信號處理技術，能有效提升接入質量　提供比撥號Modem接入快得多的鏈路建立時間根據上傳與下傳速率的不同，我們又將xDSL分為不同的形式 1）非對稱數字用戶環路（ADSL）技術用戶線的上行速率和下行速率不同，一般上行速率較低，下行速率則比較高。在信號調製數字相位均衡、回波抑制等方面採用先進的動態控制技術，採用正交調幅（QAM）、無線載波幅度相位調製（CAP）、離散多音頻調製（DMT）等調製技術，將原始訊息調製到多個載波上，再進行傳輸。傳輸距離一般為3Km--5Km。有關ADSL的標準有DMT （離散多音）和G.Lite（ADSL簡化版）。DMT標準上行速率640K，下行速率8M，要求用話音分離器；G.Lite標準上行速率為512K，下行速率1.5M，無須用話音分離器。 ADSL除可提供電話業務外，還能提供多種寬帶業務。在未來幾年內，將會是終端用戶最主要的寬帶接入模式。 2）超高比特率數字用戶線（VDSL）技術 VDSL和ADSL技術相似，也是一種非對稱的數字環路技術，採用頻分複用模式，將POTS、 ISDN、VDSL的上、下行信號放在不同的頻段傳播，採用CAP、DMT、DWMT等編碼模式，在一對普通電話雙膠線上提供的速率為上行1.6─2.3M，下行12.96─55.2M，傳輸速率高，但傳輸距離短，一般為0.3-1.5km，特別適合於光纖接入網中與用戶相連的“最後一公里”，並且要求光網路單元（ONU）盡量與用戶接近，其系統配置圖與ADSL類似，可同時傳送多種寬帶業務，其國際標準還正在製定。 3）高比特率數字用戶線（HDSL）技術 HDSL是一種對稱環路技術，採用的編碼類型為2B1Q碼或CAP碼，可以利用現有電話線纜的用戶線中兩對或三對雙膠線來提供全雙工的T1/E1信號傳輸，對於普通0.4─0.6mm線徑的用戶線路來講傳輸距離可達3─6km，若線徑更粗些，傳輸距離可接近10km。HDSL廣泛應用於移動通信基站中繼、無線尋呼中繼、視頻會議、遠端用戶線單元（RLU）中繼等業務，傳輸速率是2M左右。該技術目前還沒有統一的國際標準。對稱數字環路技術還有LSDL、IDSL等，與HDSL基本相似，這裡不再一一詳述。 XDSL技術當前已成為寬帶接入網中非常活躍、熱門的技術，在光纖到戶未實現之前，將是主要的寬帶接入模式之一。 2、混合光纖同軸網技術混合光纖同軸（HFC）網是寬帶接入技術中最先成熟和進入市場的，巨大的帶寬和相對經濟性使其對有線電視公司和新成立電信公司很具吸引力。HFC網路由光纖和同軸電纜組成，採用樹型架構，透過分支器連接到用戶。光分發節點到頭端為星型拓撲架構，採用AN─SCM光波技術透過光纜傳輸信號，所有連接到光節點的用戶共享一條光纖線路，在5─50M頻段透過QPSK技術提供上行非廣播數據通信業務，在50─550MHz頻段採用VSB 技術提供普通廣播電視業務，在55--750MHz頻段採用QAM和TDMA技術提供下行數據通信業務。用戶可以透過機頂盒連接到電視機，可以連接到電話機，也可以透過CableModem連接到計算機。若用戶端採用CableModem，它透過分離的信道對下行和上行通信提供網路接入，CM主要由調製/解調器、調諧器、網橋/路由模塊、網卡、部分Hub模塊等組成，HFC在局端採用CMTS(CableModem終接系統，TS: Termination System)，中間用光纖及同軸電纜連接。從長遠看，HFC網計畫提供的是全業務網（FSN），將來用戶數從500戶降到25戶，實現光纖到路邊。最終用戶數可望降到一戶，實現光纖到家，提供一條通向寬帶通信的新途徑。但回傳信道的干擾仍需解決。目前有多種解決方案，其中較徹底的是小型光節點方案，用獨立的光纖來傳雙向業務。小型光節點採用低成本鐳射器（約100元），很靠近用戶，同軸網部分為無源網。回傳信道則安排在高頻端，徹底避免回傳信道的干擾問題。第二種比較好的是採用同步碼分多址（S-CDMA）技術。此時信號處理增益可達21.5dB，干擾大大減少，系統可工作在負信噪比條件，較好解決回傳信道的噪聲和干擾問題。HFC的最新發展趨勢是與DWDM相結合，充分利用DWDM的降價趨勢簡化第二樞紐站，將路由器和伺服器等移到前端，消除光-射頻-光變換過程，簡化了系統，進一步降低成本。 3、光纖接入技術光纖接入網（OAN）指採用光纖傳輸技術的接入網，一般指本地交換機與用戶之間採用光纖通信或部分採用光纖通信的系統。光纖接入網有以下特點︰　容量大︰光纖能傳輸的帶寬很寬，最高可達106GHz，而電纜最高只達800MHz 　損耗低︰光纖的衰減系數比同軸的低幾十倍　防電磁能力強　光纖成本逐步下降，而銅纜成本卻逐步上升光纖接入網一般由局端的光線路終端（OLT）、用戶端的光網路單元（ONU）、以及光配線網（ODN）和光纖組成。按照用戶端的光網路單元ONU放置的位置不同，分為光纖到戶（FTTH）、光線到路邊（FTTC）、光線到大樓（FTTB）等幾種類型。根據網路架構看，主要分為有源和無源兩種。有源光網路AON(ActiveOpticalNetwork)︰指光配線網ODN含有有源器件（電子器件、電子電源）。無源光網路PON(PassiveOptical Network)指ODN不含有任何電子器件及電子電源，ODN全部由光分路器（分支器）等無源器件組成，不需要貴重的有源電子設備。目前光纖接入幾乎都採用無源光網路這種機構。與AON相比，由於無源光節點損耗較大，因此傳輸距離較短。 APON技術，是一種基於ATM信元的TDM/TDMA技術，其標準遵循ITU-TG.983建議。目前的G.983建議草案規定ATM-PON中數字信號的標稱比特率應該是8kHz的整倍數，標稱線路速率有兩種︰可適用於FTTCab/C/B/H的對稱155.52Mb/s與適用於 FTTCab/C/B的非對稱速率（下行622.08Mb/s，上行155.52Mb/s與適用於FTTCab/C/B的非對稱速率（下行622.08Mb/s，上行155.52Mb/s）。雙向傳輸方法主要有兩種，第一種採用單纖波分複用模式，採用粗波分複用模式降低成本，即兩個波長分別工作在1310nm區和1550nm區；第二種方法採用單向雙纖空分複用，工作在1310nm區以便充分利用低成本的光源。與窄帶PON不同之處在於不採用單纖雙向時分壓縮複用（TCM）模式，主要是考慮積體電路的速率和成本的限制原素所致。由於ATM在實現不同業務的複用以及使用不同帶寬方面的靈活性，使APON成為一種結合ATM多業務多比特率支援能力和無源光網路透明寬帶傳送能力的比較理想的解決方案。 4、寬帶固定無線接入主要的寬帶固定無線接入技術有三類，即已經投入使用的多路多點分發業（MMDS）和直播衛星系統（DBS）以及正在做現場試驗的本地多點分發業務（LMDS）。前兩者已為熟知，而LMDS則是剛剛興起，近來才成為新興寬帶無線接入技術。 LMDS工作在毫米波波段，其工作頻段為20－40GHz，目前一般用28GHz，帶寬達1.3GHz，可為用戶提供達155Mbps的接入速率，僅次於光纖，它採用分組交換技術，可以與骨干網無縫集成。典型LMDS由類似蜂窩配置的多個樞紐發送機組成，每個發送機經點到多點無線鏈路與服務區的固定用戶通信。單個蜂窩的覆蓋區為二至五公里，覆蓋區相互重疊。每一蜂窩的覆蓋區又可劃分為多個扇區，根據用戶需要在該扇區提供特定業務。這種模塊式架構使網路擴容靈活方便。 MMDS代表MultichannelMultipointDistributionService（多信道多點分發業務），它主要使用2－4GHz頻帶，MMDS與LMDS類似。寬帶固定無線接入技術代表了寬帶接入技術一種新的不可忽視的發展趨勢，它不僅敷設開通快，維護簡單，而且改變了本地電信業務的道統理念，最適於新的本地網競爭者跟道統電信公司與有線電視公司展開有效競爭，也可以作為電信公司有線接入的重要補充而得到應有的發展。結束語當前，寬帶接入網成為開展各種新業務必須盡快解決的瓶頸，鑑於目前的實際情況，數字用戶線技術xDSL應成為電信部門現階段最經濟有效的寬帶終端接入模式，隨著政策的開放，以CATV網路為基礎的HFC接入技術將成為現階段有線電視部門參與數據業務經營的最佳寬帶接入技術。而無線接入技術雖然本身還有許多尚待解決的問題，但以其特有的優點，將會作為有線接入模式的有效補充長久存在下去，甚至在特定的地區會超過有線接入。 -- ※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc) ◆ From: 61.31.165.55