1、背景

　　首先，隨著用戶對寬帶接入提出越來越高的要求，現有的寬帶接入方式，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，光接入技術快速發展，從有源光接入技術（PDH、SDH、MSTP、點到點以太網系統）到PON無源光接入技術（APON、BPON、GPON、EPON、GEPON）。最后，由于光纖本身的成本，光收發模塊、OLT和ONU的設備成本，以及現有光纖到戶的配套成本不斷下降，使得目前實現光纖到戶的設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外通信行業的熱點。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中，哪種光纖接入技術比較適合FTTH的大規模發展呢？

　　2、有源光纖接入技術

　　2.1　PDH

　　PDH技術以其成熟性在光接入領域得到廣泛應用，其安全可靠性和高QoS保障性能，使其在一段時間內仍然是電信運營商重要的光纖接入技術方式。但是傳統PDH技術在接入應用中不可避免存在一定局限性，主要體現在：

　　（1）缺乏統一的網絡管理；

　　（2）組網能力欠缺；

　　（3）對業務的保護能力差；

　　（4）對急劇增長的IP數據業務缺乏有效的承載手段；

　　（5）擴容升級缺乏靈活性；

　　（6）接口單一，設備層疊，外部線纜連接比較多，故障點增多，給維護帶來困難。

　　PDH光接入技術主要應用于點對點小容量專線企業用戶。

　　2.2　SDH

　　在目前企事業客戶光纖接入中應用得比較多的SDH，與PDH相比，有如下明顯優點：

　　（1）統一的比特率，統一的接口標準，便于設備間的互聯；

　　（2）網絡管理能力大大加強；

　　（3）具有自愈保護功能。

　　SDH主要缺點在于是為傳輸TDM信息而設計的。該技術缺少處理基于TDM技術的傳統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和以太網業務。

　　SDH光接入技術主要應用于點對點大容量專線企業用戶、局間或匯接點（POP）間通信。

　　2.3　MSTP

　　基于SDH、同時實現TDM、ATM、以太網等業務接入、處理和傳送，提供統一網管的MSTP，具有如下優勢：

　　（1）提供多種物理接口，滿足新業務快速接入。在保證兼容傳統TDM業務的同時，能夠提供多業務靈活接入。典型的業務主要有：IP、ATM、SDH、FR。

　　（2）由于它是基于現有SDH傳輸網絡的，可以很好地兼容現有技術，保證現有投資。

　　（3）MSTP采用VC虛級聯技術，有效地利用帶寬并實現了較小顆粒的帶寬管理。

　　（4）MSTP采用LCAS技術，保證了在不中斷數據流的情況下動態地調整虛級聯的個數。

　　（5）MSTP技術支持網狀、樹型、星型、多環切接等組網方式，這樣可以提高網絡的可擴展性，便于靈活高效地配置系統環境。

　　（6）傳輸的高可靠性和自動保護恢復功能。MSTP繼承了SDH的保護特性，小于50ms的自動保護恢復，保證用戶對服務的滿意程度。

　　MSTP的缺點主要有：

　　（1）帶寬利用率較低；

　　（2）最大提供的帶寬有限；

　　（3）主要實現二層功能，以及較為簡單的三層功能；

　　（4）靈活提供業務能力不足。

　　（5）光纖的占用較多

　　MSTP的應用場合主要定位于局間或匯接點間通信以及大型企事業用戶的點到點通信。

　　2.4　點到點以太網系統

　　點到點以太網系統是最直接的以太網光纖接入技術。每個用戶通過一根/對光纖直接連接到局端以太網交換機的一個用戶光接口。在點到點以太網系統方式中，通過擴充的以太網OAM協議，可以通過局端交換機對用戶端設備進行遠程管理，從而提供電信級可運營、可管理的以太網接入方式。

　　2.4.1　優點

　　（1）接入帶寬高，網絡升級方便；

　　（2）網絡層次簡單，接入網和用戶以太網無縫連接；

　　（3）以太網交換機放在大樓、小區或者局端機房，局端和用戶端之間直接通過光纖連接，整個接入網絡結構簡單；

　　（4）業務開通率高，投資回收快；

　　（5）通過局端交換機可以對用戶端設備進行遠程管理，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

　　（1）需要重新鋪設光纖線路；

　　（2）每個用戶占用一根/對光纖，光纖數量多，施工較困難；

　　（3）因為以太網技術的固有機制不提供端到端的包時延、包丟失率和帶寬控制，難以保證實時業務的服務質量，提供TDM業務比較困難；

　　（4）維護成本很高；

　　（5）缺乏安全機制保證；

　　2.4.3　應用場合

　　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域，比較適合分散用戶接入。

　　3、無源光纖接入技術

　　無源光網絡（PON），是指在OLT（光線路終端）和ONU（光網絡單元）之間的光分配網絡（ODN）沒有任何有源電子設備。其典型的拓撲結構為點對多點的星型結構（如圖1所示）。在光分支點不需要節點設備，只需要安裝一個簡單的無源光分路器，因此具有節省光纜資源、帶寬資源共享、節省機房投資、安全性高、綜合建網成本低、維護成本低、可靠性高等優點。

　　圖1　無源光網絡（PON）拓撲圖

　　PON光纖接入技術的缺點：

　　（1）初期投資成本太高；

　　（2）其拓撲結構使用戶不具有保護功能或保護成本太高。

　　PON光纖接入技術的應用場合主要適合于分散的小企業和居民用戶，特別是那些用戶區域較分散，而每一區域用戶又相對集中的小面積密集用戶地區。

　　目前基于PON的光纖接入技術有APON、BPON、GPON、EPON和GEPON等5種，由于APON和BPON是基于ATM，而ATM不是發展方向，而且其速率有限，設備復雜，滿足不了用戶高帶寬和低成本的要求，因此，APON和BPON不是發展方向。本文主要介紹EPON/GEPON和GPON光纖接入技術。

　　3.1　EPON/GEPON

　　EPON/GEPON是IEEE提出的基于以太網的PON技術，已形成標準802.3ah，該標準主要是設備商推動的。

　　3.1.1　優勢

　　（1）消除了ATM層，降低設備復雜度和實現難度，從而降低成本。

　　（2）速率更高，上下行帶寬高達1Gbit/s。

　　（3）標準和設備成熟。

　　3.1.2　缺點

　　（1）難以支持以太網以外的業務，特別是實時性要求要的TDM業務。

　　（2）傳輸效率低，由于線路編碼、承載層、傳輸匯聚層、業務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　應用場合

　　主要定位于為用戶提供數據業務接入，以商業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，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，可適應任何新老業務；具有豐富的運行、管理、維護和配置（OAM&P）特點；對各種業務均具有很高的傳輸效率，即便對于TDM業務也能高效無開銷地傳送。

　　3.2.1　優勢

　　（1）速率更高，達到2.5Gbits/s；

　　（2）傳輸效率更高；

　　（3）能夠有效承載TDM業務。

　　3.2.2　劣勢

　　（1）硬件實現難度大，成本高；

　　（2）設備和標準不太成熟。

　　3.2.3　應用場合

　　主要定位于為高端用戶提供數據、語音業務和專線接入，以大客戶和商業用戶為主。

　　4、GEPON關鍵問題和技術

　　4.1　測距、同步

　　測距技術是TDMA方案中的一個關鍵問題。它實質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間的環路時延不同，而且由于環境溫度的變化和器件老化等原因，環路延時也會發生不斷的變化。因此必須引入測距技術對上述原因引發的時延差異進行補償，以確保不同ONU所發出的信號能夠在OLT處準確地按時隙復用在一起，避免由于上行時隙間的不同步而導致在OLT上發生信號碰撞的現象。GEPON中采用的同步技術是絕對時標（ATS）技術，包括ATS的插入和提取等。

　　OLT有一個本地時鐘計數器，該計數器對時間顆粒計數。當OLT發送MPCP幀時，它就將本地時鐘計數器的值，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器。這個計數器也是對時間顆粒計數。但是。ONU無論何時接收到OLT發送的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器的值。當ONU發送MPCP幀時，它也要將自己的時鐘計數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

　　圖中TR為ONU總的響應時間，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）到發送窗口開始之間的等待時間。OLT在本地時間為to時，給ONU發送一個MPCP幀，它攜帶的時間標簽值為TS=to。經過TDOWN時間的傳輸延時后，這個MPCP幀到達ONU。ONU將本地時間計數器的值更新為to，然后就等待。等待TWAIT時間后，這個ONU的發送窗口開始了，它就發送數據和MPCP幀，并將本地時鐘計數器的值t1插入到MPCP幀的時標域。ONU發出的MPCP幀經過TUP時間的傳播延遲后到達OLT。

　　4.2　突發發送和接收

　　與所有的采用TDMA技術的PON一樣，GEPON中也面臨著上行信號的突發發送和接收的問題。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，導致OLT容易產生誤判。

　　為了解決OLT誤判的問題，有兩種方法，一種是要求ONU動態調整發光功率，另外一種是要求OLT動態調整判決電平，如圖3所示。前一種方法對ONU提出更高的要求，成本較高，后一種方法實現簡單，成本較低，目前大部分采用后一種方法。

　　圖3　GEPON突發接收技術

　　4.3　安全性問題

　　由于GEPON下行是一個共享網絡，因此用戶安全也是GEPON中比較受到關注的一個問題。如圖4所示，為了確保用戶數據的安全，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加密技術對用戶數據進行加密，ONU將定時產生新的密鑰，并發送到OLT，OLT根據一定算法將ONU產生的密鑰轉換成真正的加密圖樣，對下行數據流進行加密。

　　圖4　GEPON安全問題

　　4.4　QoS問題和DBA技術

　　由于以太網中的數據流具有很強的突發性，如果采用靜態的帶寬分配方案，就會產生帶寬利用率低下或帶寬分配不公平的現象。因此，為提高帶寬利用率，在GEPON中采用動態的帶寬分配機制。采用DBA的好處在于不但可以提高帶寬利用率，還可以采用帶寬調度算法來保證某些優先級高的業務的QoS。DBA能確保用戶所簽訂的服務等級合同（包括最小帶寬、最大帶寬和延時敏感性）得到公平的執行。在簽訂SLA時可以規定業務和用戶的優先級。高優先級的業務或用戶可以優先獲得網絡資源。在確保所有的業務或者用戶的最小帶寬得到保障的情況下，可以動態地分配剩余帶寬，供突發性較強的業務使用。

　　4.5　MPCP技術

　　MPCP是一種多點控制協議，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

　　（1）控制網絡啟動導入過程，即ONU的注冊過程。

　　（2）給終點站（ONU）分配帶寬

　　（3）詢問來自終點站（ONU）的帶寬請求

　　5、結束語

　　綜上所述，各種光纖接入技術都有其最佳使用場合和時機，PDH、SDH和MSTP最適合企事業用戶，點到點以太網系統適合在低密度用戶分散地區應用，PON光纖接入技術最適合新建或改建的密集用戶區應用，其中又以GEPON和GPON光纖接入技術在FTTH將來大規模發展中最具潛力。