FTTH多业务承载技术和方案探讨

lg0702

    从1966年高锟先生首次提出用玻璃纤维进行长距离通信的设想、1976年美国在芝加哥两个相距7000米的电话局间率先进行了光纤通信试验以来，光纤通信技术发展突飞猛进：一方面，单根光纤承载的带宽容量不断提升，已到几十THz；另一方面，光纤通信从长途传送网、城域网逐渐向最终用户延伸，开始渗透于整个通信网。中国电信近期提出的“光进铜退”的发展策略就是对光纤通信向接入网延伸、进而实现FTTH（FiberToThe Home）这一现象的生动描述。
    虽然FTTH也是一类光纤通信技术，但与用于城域网和骨干传送网的光纤通信技术如SDH、Ethernet技术相比，由于其位于网络末端、需要考虑接入庞大的用户群，所以在技术实现上有别于现有的SDH技术和Ethernet技术。
    事实上，FTTH技术也只是对末端网络光纤接入技术的总称，其本身就有多种不同的技术方案，例如点对点（P2P）的光接入技术，点对多点（P2MP）的APON/BPON、EPON、EPON、WDMPON、OCDMA－PON技术。不同方案的链路层实现机制存在差异，各自的QoS能力以及对多种业务接入实现上也就存在较大的差别。
    本文主要探讨EPON、GPON和P2P以太网等3种主流的FTTH技术方案，分析它们在多业务承载方式上异同，以及探讨FTTH系统应如何提供端到端的QoS保障能力来实现多业务的接入。
    一、EPON、GPON和P2P技术比较
    光纤接入技术主要有“点到点”以太网和“点到多点”两种应用。其中点到点接入技术主要是光纤以太网技术，点到多点即PON技术，目前有两种主要的标准：EPON/GPON。
    P2P光以太网：一条单模光纤上双向传送的点对点100Mbit/s和1000Mbit/s以太网，距离大于等于10km。其主要特点是，单条光纤物理层是在两个方向上使用不同的波长；下行波长1510nm、上行波长1310nm，而非两条独立的光纤使用相同的波长。在MAC层，则采用已有的技术，100Base-FX和1000Base-LX。
    EPON：遵循IEEE802.3ah标准，标准已成熟，上下行速率为对称1.25G，与P2P光以太网一样，也采用单纤双向光通信技术，波长分配则遵循G.983的标准，即下行数据波长为1490nm，上行数据波长为1310nm，叠加的RF视频波长为1550nm；在数据链路层，采用以太网技术，器件成本较GPON低。
    GPON：遵循ITU-TG.984系列标准，标准基本成熟，下行最高速率可达2.5G，上行最高速率可达2.5G。而且由于增加了类似于GFP封装－GEM适配层，ATM和以太网两种类型的帧都可以融合在该适配层中，另外125us的定长帧结构可以适配TDM的实时性。
    表1为这三种技术的主要对比。

    二、EPON、GPON和P2P多业务承载机制分析
    EPON和P2P都是基于以太网的通信技术，实际上，EPON网络使用多点控制协议(Multi-PointControlProtocol，MPCP)来控制OLT和多个ONT实体相互通讯，该协议使得点到多点物理拓扑对于高层来说相当于多个点对点链路的集合。所以，本质上看，EPON和P2P的业务承载能力和QoS能力是一样的，都归结为如何在以太网上承载多业务的问题。故下面着重分析EPON和GPON在多业务上支撑能力的异同。
    由于GPON基于GEM封装，而GEM的思想类似于MSTP的GFP技术，能支撑TDM、Ethernet、ATM等多种业务的适配，所以从纯技术角度看，GPON的QoS要优于EPON。从发展的角度看，ATM技术已衰落，不可能大量应用于接入层来接入终端用户，所以主要是GPON承载TDM这一业务能力获得部分电信运营商青睐。高价值商业客户往往租用电信运营商的TDM专线，如果同一PON网络具有同时接入住宅用户的基于IP的业务和商业用户的TDM业务的能力，这显然能节省运营商的建网成本。实际上，EPON也能支撑TDM业务的传送，只不过，与GPON相比，EPON是通过业务仿真方式（TDMoverEthernet技术，如PWE3）来实现TDM承载，而GPON能够传送“NativeTDM”，能提供与PDH和SDH相比拟的TDM业务质量。图1为EPON和GPON的TDM业务承载方式的比较。

图1aEPON通过PWE3实现TDM业务承载
   

图1bGPON两种TDM业务承载方式
    除商业用户需要的TDM业务外，其它的业务往往是承载在IP包上，以住宅用户为例，FTTH网络提供的VoIP话音业务、Internet上网业务、IPTV、VoD业务以及未来其它新业务都是承载在IP上。对于IP业务流，无论EPON还是GPON，其承载能力和QoS都是相同的，本质上，都归结为在Etheret上支撑差分业务。
    部分运营商看重GPON的TDM承载能力，实际上GPON提供的TDM承载只是局限在OLT到ONT这一段，对运营商来说，需要保证端到端的TDM业务质量。如果存在一个全程的TDM网络，OLT上行通过TDM接口与TDM网络相连，这种情况下，显然GPON这种高质量的TDM业务承载能力具有优势；大家知道，为顺应业务IP化、高带宽化的趋势，城域网络在从ATM到IP/MPLS方向迁移；为降低网络建设和运维成本，更为了便于提供新型业务及其业务组合，包括接入层、汇聚和骨干网络在内的网络融合是网络发展的趋势，而TDM逐渐沦为一个业务网络、作为一个独立的端到端网络存在已发生动摇。欧美许多主流运营商正在尝试在IP网络上承载TDM业务，不再保留一个独立的全程的TDM网络。在这种情况下，GPON的TDM业务需要在OLT侧适配到IP上来承载，这与EPON直接在ONT上将TDM转换到IP/Ethernet上比较，从端到端的QoS上看，没有本质区别。
    三、HUAWEI企业FTTH系统OFA5920多业务接入功能剖析
    大家知道，当前以铜缆双绞线为基础的PSTN网络和xDSL宽带接入网络是固网运营商最重要的电信平台，这一电信平台主要用于满足用户话音和宽带数据业务需求。而目前，用户数据业务需求从最初的宽带Internet接入这一单一业务逐渐扩展到VoD、IPTV等多种业务，带宽要求也越来越高；而话音业务在逐渐萎缩，逐渐成为宽带业务的一个特性。为满足用户业务发展的需要，ADSL在向ADSL2+、VDSL2等更高速度接入方向迁移，而FTTH系统的引入，会将用户接入速度提升数倍甚至数十倍的，这必然加快电信网络IP化的进程。所以FTTH系统本身应该是一个基于IP/MPLS的平台，这样才能满足大带宽、丰富的增值业务的用户需求。HUAWEI企业的FTTH正是基于IP/MPLS平台开发的，其模型如图2所示。

图2基于IP/MPLS架构FTTH系统
    HUAWEI的FTTH系统能同时支撑EPON、GPON接口，以满足不同运营商不同的技术和业务选择需要。无论是EPON和GPON，对于基于IP的业务，具备相同的QoS能力，如支撑高达80个字节的深度业务分析和流分类能力、具备8个优先级队列，支撑PQ、WRR等多种调度方式。至于TDM业务，HUAWEIFTTH系统的EPON和GPON都可以支撑，EPON网络上通过在商用型ONT实现PWE3功能来接入TDM业务，而GPON则同时支撑PWE3和“NativeTDM”两种实现方式。