企業(yè)寬帶光纖接入網的前景與技術選擇
首先簡要介紹了寬帶接入網的發(fā)展狀況和主要應用，接下來重點分析比較了各種寬帶點到點有源光纖系統(tǒng)和寬帶點到多點無源光纖系統(tǒng)的特點和發(fā)展，最后指出我國的發(fā)展將可能跨越APON、BPON和EPON階段，從寬帶點到點以太網光纖系統(tǒng)和GEPON開始，乃至很快過渡到GPON階段。
一、寬帶接入網的發(fā)展現狀和應用
進入21世紀以來，全球寬帶接入網進入了一個大發(fā)展階段，其中亞太地區(qū)，特別是韓國和日本是發(fā)展最迅猛的國家，這與其政府的大力推動是密不可分的。韓國經過三年的大發(fā)展，寬帶用戶總數突破1 000萬，寬帶普及率達到世界第一，占家庭用戶的70％，互聯網用戶的90％，市場規(guī)模達到40億美元。日本政府也通過各種措施（包括eJapan、uJapan等一系列國家項目）大力推動寬帶技術的發(fā)展，目前寬帶用戶總數為1 500萬，其中光纖到戶（FTTH）達到120萬，計劃到2005年將寬帶用戶總數提高到3 000萬，其中FTTh達到1 000萬。美國的寬帶接入以電纜電視和ADSL為主，近來光纖到駐地（FTTP）已引起不少地方政府的興趣，成為近期FTTP發(fā)展的主要驅動力，傳統(tǒng)電信公司中Verizon的態(tài)度最積極，計劃在2004年敷設100萬戶。
從寬帶應用看，按照美國麥肯錫公司的最新分析，初期的寬帶應用主要是高速上網，可以增加約30％的上網時間。此后，隨著寬帶業(yè)務的大規(guī)模拓展，開發(fā)新的業(yè)務將成為繼續(xù)發(fā)展的動力。據美國ＲhＫ在2004年第一季度的調查結果顯示，2003年美國前五名的寬帶消費是網上賭博、成人節(jié)目、游戲、音樂下載和視頻點播，具有明顯的向消費類業(yè)務傾斜的趨勢。韓國寬帶市場的成功發(fā)展主要取決于兩大因素：第一是政府的大力支持，包括政策推進、政府資金的支持等，例如韓國政府撥出15億美元資助運營商建網，發(fā)放10億美元低息貸款鼓勵建網，開發(fā)200美元的低價電腦扶貧以及開放健康的市場競爭環(huán)境；第二是豐富的在線應用和內容，教育與游戲相結合形成的應用突破使網民的上網時間從每月17h提高到44h。
需要指出，討論應用驅動要防止進入一個基本認識上的誤區(qū)，即不能寄希望于人為事先研究開發(fā)出一兩項所謂的"殺手锏應用"來推廣應用。事實上，從電信發(fā)展歷史看，當網絡用戶數達到一定規(guī)模時，各種應用會自然產生，這也是所謂的邁特卡夫定律的威力所在。歷史上沒有一種技術生來就帶著一大堆應用，無論是移動通信還是互聯網，其短信、瀏覽、網上聊天等關鍵應用都是在用戶規(guī)模發(fā)展到一定程度后自然產生的，而不是事先刻意設計和策劃出來的。
二、寬帶光纖接入網的優(yōu)勢
寬帶接入網的技術實現手段有多種，包括銅線上的DSL和以太網技術，同軸電纜上的HFC技術，光纖上的各種有源和無源技術，以及無線上的寬帶接入技術等。當前各種寬帶接入技術都在發(fā)展和應用，從世界范圍看，電信公司是以ADSL為主發(fā)展的。根據ATM論壇的統(tǒng)計，2004年第一季度全球已有7 340多萬ADSL寬帶用戶，其他寬帶接入技術的用戶量都不是很大。
目前的ADSL技術是建立在銅線基礎上的寬帶接入技術，然而銅是世界性戰(zhàn)略資源，所以隨著國際銅纜價格的持續(xù)攀升，以銅纜為基礎的ｘDSL的線路成本會越來越高；其次，作為有源設備，電磁干擾難以避免，維護成本也會越來越高；最后，隨著全網的光纖化進程繼續(xù)向用戶側延伸，端到端寬帶連接的限制將越來越集中在接入段，目前ADSL上行1 MBit/s和下行8 MBit/s的連接速率已無法滿足高端用戶的長遠需求。盡管ADSL2和ADSL2＋技術有望緩解這一壓力，但其速率和傳輸距離的繼續(xù)大幅度提高是受限的，不能指望有本質性突破。顯然，隨著光纖在長途網、城域網乃至接入網主干段的大量應用，邏輯的發(fā)展趨勢將是繼續(xù)向接入網的配線段和引入線部分延伸，關鍵是推進速度有多快。這將取決于多種因素，包括市場的需求、競爭的需要、應用的刺激、技術的進步、成本的下降以及配套運維系統(tǒng)的開發(fā)，等等。我國舉辦2008年奧運會和2010年世界博覽會這兩大事件將在一定程度上推進寬帶光纖接入網的發(fā)展。下面將重點從技術角度來分析幾種主要寬帶光纖接入技術的特征、問題和發(fā)展趨勢。
三、點到點有源光纖接入網
1.寬帶數字環(huán)路載波系統(tǒng)
光纖接入網可以粗分為有源和無源兩類，所謂的有源光接入網以前主要指第二代數字環(huán)路載波（DLC）系統(tǒng)，即綜合的數字環(huán)路載波（IDLC）系統(tǒng)。隨著寬帶的發(fā)展，DLC也在進一步改進以支持DSL等寬帶接入業(yè)務，構筑統(tǒng)一的寬窄帶綜合接入平臺，支持向光纖到路邊（FTTC）/FTTH的演進，國際上（例如heavy Reading）將其看作第三代DLC系統(tǒng)或寬帶數字環(huán)路載波（B－DLC）系統(tǒng)。其中又分為兩種：一種是在原有IDLC的基礎上加寬帶背板總線，支持獨立DSL接入；另一種是新設計的系統(tǒng)，所有用戶接口都是普通老式電話業(yè)務（POTS）加DSL，而成本幾乎沒有明顯變化，設備往往還集成了VoIP媒體網關，具有h.248控制協議和信令，可以由軟交換直接控制，適合網絡在從傳統(tǒng)電話網端局向軟交換統(tǒng)一控制的寬帶網過渡時期應用。
傳統(tǒng)DLC的缺陷是由于低用戶密度區(qū)數字用戶線接入復用設備（DSLAM）的敷設缺位或DSL的傳輸距離和速率限制而只能支持大約50％的用戶。而B－DLC可以增加DSL的可用性，在所有有業(yè)務需求的地區(qū)都可以按需提供DSL業(yè)務。B－DLC也是推動接入網靈活點（交接箱處）融合的理想平臺，可以按需以用戶線為基礎逐步實現向軟交換的平滑過渡。這種技術在較低DSL密度下是比較經濟的解決方案，轉折點大約為25％左右，對于大規(guī)模高密度DSL敷設，則DSLＡＭ是更理想的解決方案。然而，B－DLC技術作為有源設備仍然無法完全擺脫電磁干擾和雷電影響以及有源設備固有的維護問題，盡管在近中期會有發(fā)展，但不是接入網的長遠解決方案。
2.點到點同步數字系列/多業(yè)務傳送平臺系統(tǒng)
在接入網中應用點到點同步數字系列（SDH） 的主要優(yōu)勢在于可以提供理想的網絡性能和業(yè)務可靠性。SDH的最新發(fā)展趨勢是支持以太網等業(yè)務接口的映射，于是SDH逐漸發(fā)展成為多業(yè)務傳送平臺（MSTP）?；舅悸肥菍⒍喾N不同業(yè)務直接或經過處理后再通過虛電路（VC）級聯等方式映射進不同的SDH時隙， 而將SDH設備與二層乃至三層分組設備在物理上集成為一個實體，構成業(yè)務層和傳送層一體化的SDH多業(yè)務節(jié)點，定位于網絡的邊緣。具體實施時相當于將SDH復用器、數字交叉連接器（DXC）、WDM終端、二層交換機乃至IP邊緣路由器等多個獨立的設備集成為一個MSTP網絡設備，統(tǒng)一控制和管理。當然，這種融合不是一步到位的，隨著業(yè)務的發(fā)展和技術的進步，近期可以首先實現物理融合，中長期再走向完全的功能融合，成為名副其實的融合節(jié)點。特別是集成了VC級聯、通用成幀協議（GFP）、動態(tài)鏈路容量調整機制（LCAS）三種標準功能的新一代MSTP，不僅能大大增強自身靈活有效支持數據業(yè)務的能力，而且可以將核心智能光網絡的智能特征擴展到網絡邊緣，增強整個網絡的智能范圍和效率。
最新的發(fā)展則是將具有很好匯聚特性和優(yōu)化數據接入能力的彈性分組環(huán)（RPR）功能集成進來，最適合于城域網的接入層應用，特別是以太網業(yè)務帶寬需求占絕對優(yōu)勢的場合。然而，由于RPR沒有跨環(huán)標準，獨立組大網的能力較弱，若利用與MPLS相結合的方法可以使跨環(huán)業(yè)務流配置成同一個MPLS的標記交換通道，從而實現多個RPR環(huán)業(yè)務的互通和端到端業(yè)務調度。利用MPLS還能提供基于全網的流量工程，實現空間重用和帶寬保證，提供有QoS保證的端到端的業(yè)務連接，加強了支持數據靈活聯網的能力，應用范圍則可以擴展到網狀網等復雜的拓撲結構。鑒于這種方案基于同步工作，抖動要求嚴格，設備成本較高，而且靈活生成業(yè)務的能力不足，因此主要適用于局間或匯接點（POP）間，以及大型企事業(yè)用戶的點到點通信。
3.點到點有源以太網系統(tǒng)
傳統(tǒng)以太網技術不屬于接入網范疇，而屬于用戶駐地網（CPN）領域。然而其應用領域卻正在向包括接入網在內的其他公用網領域擴展。歷史上，對于企事業(yè)用戶應用環(huán)境，以太網技術一直是最流行的方法，目前已成為僅次于供電插口的第二大住宅和辦公室公用設施接口。采用以太網作為企事業(yè)用戶接入手段的主要原因是：已有巨大的網絡基礎和長期的經驗知識，目前所有流行的操作系統(tǒng)和應用都與以太網兼容，性能價格比好，可擴展性強，容易安裝開通以及可靠性高等。
對于公用網住宅用戶應用環(huán)境，點到點有源以太網系統(tǒng)采用有源業(yè)務集中點來替代無源點到多點系統(tǒng)的無源器件，使傳輸距離可以擴展到160km。主要優(yōu)點是：專用接入，帶寬有保證，每用戶可以獨享100 Mbit/s的接入速率，局端設備簡單，傳輸距離長，成本隨用戶數的實際增長而線性增加，投資風險低，在低密度用戶分散地區(qū)成本較低。缺點是光纖設施專用，當需求快速增長且用戶很密集時，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(qū)域。
由于計費、質量、管理、安全等多種因素，以太網作為公用網接入方式尚需進一步改進，主要是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(yè)務的服務質量，缺乏安全機制保證等。
四、點到多點系統(tǒng)
1.無源光網絡技術
無源光網絡（PON）是一種很有吸引力的純介質網絡，其主要特點是避免了有源設備的電磁干擾和雷電影響，減少了線路和外部設備的故障率，提高了系統(tǒng)的可靠性，同時節(jié)省了維護成本，并能比較經濟地支持模擬廣播電視業(yè)務，即具備三重功能（triple-play）。據美國貝爾運營公司報道，采用PON技術每年每線可節(jié)約50美元的維護費用，是電信維護部門長期期待的技術；其次，PON的業(yè)務透明性較好，原則上可適用于任何制式和速率的信號；最后，由于其光發(fā)送機和光纖由用戶共享，因而線路成本較其他點到點通信方式低。特別是隨著光纖向用戶日益推進，其綜合優(yōu)勢越來越明顯。PON的靈活組網能力和經濟適用能力使其最適合于分散的小企業(yè)和居民用戶，特別是那些用戶區(qū)域較分散，而每一區(qū)域用戶又相對集中的小面積密集用戶地區(qū)。
PON的主要缺點是一次性投入成本較高，因為局端光線路終端（OLT）很貴，光纖和分路器等無源基礎設施又必須一次到位，這樣當用戶數較少或用戶分布超過某一限定距離時，單用戶成本就很高。另外，其樹形分支拓撲結構使用戶不具備保護功能或保護功能成本較高，影響了其大規(guī)模發(fā)展。
2.ATM無源光網絡和寬帶無源光網絡
早期的窄帶PON是基于TDM的，性能價格比低，已經自然消亡。ATM化的無源光網絡/寬帶無源光網絡（APON/BPON）可以利用ATM的集中和統(tǒng)計復用功能，再結合無源分路器對光纖和光線路終端的共享作用，使性能價格比有很大改進，目前在美國和日本等國已經開始商用，在日本已經敷設了約50萬線。
然而，目前實際APON/BPON的業(yè)務適配提供卻很復雜，業(yè)務提供能力有限，數據傳送速率和效率不高，成本較高，其市場前景由于ATM的衰落而變得很不確定。從長遠的業(yè)務發(fā)展趨勢看，APON的可用帶寬仍然不夠。以FTTC為例，盡管典型主干下行速率可達622 Mbit/s，但分路后實際可分到每個用戶的帶寬將大大減小。按32路計算，每一個分支的可用帶寬僅剩19.5 Mbit/s，再按10個用戶共享計算，則每個用戶僅能分到約2 Mbit/s。顯然，這樣的性能價格比無法滿足網絡和業(yè)務的長遠發(fā)展需要。
3.以太網無源光網絡/千兆以太網無源光網絡
近幾年隨著IP的崛起和發(fā)展，有人提出了以太網無源光網絡（EPON）的概念，即在與APON和BPON類似的結構和G.983的基礎上，設法保留其精華部分——物理層PON，而以以太網代替ATM作為鏈路層協議，構成一個可以提供更大帶寬、更低成本和更寬業(yè)務能力的新的結合體——EPON。這一思想在以太網界得到了積極響應，在IEEE 802.3的旗幟下已經形成了初步標準千兆以太網無源光網絡（GEPON）。在實際中，EPON和GEPON的基本差別就是標準化，前者往往指非標設備，后者指符合IEEE 802.3ah規(guī)范的設備。另外，GEPON的傳輸距離和分路比均比EPON有所減小。
從EPON/ＧEPON的結構看，其關鍵優(yōu)點是極大地簡化了傳統(tǒng)的多層重疊網絡結構，主要特點有：
·消除了ATM和SDH層，從而降低了初始成本和運行成本；
·下行業(yè)務速率高達1G bit/s，允許支持更多用戶，每用戶帶寬可以更高，并能提供視頻業(yè)務能力和較好的QoS；
·硬件簡單，無須室外電子設備，使安裝部署工作得以簡化；
·改進了電路的靈活指配以及業(yè)務的提供和重配置能力。
IEEE 802.3ah規(guī)范的GEPON技術的規(guī)范性好，上下行波長分別是1 310 nm和1 490 nm，上下行速率為1.25Gbit/s，傳輸距離是10/20km，分路比是16，主要業(yè)務是數據和語音，增加一個1 550 nm電視廣播波長后，可提供語音、數據和電視三合一的所謂"triple-play"寬帶業(yè)務捆綁服務，而這將是未來家庭業(yè)務的"殺手锏應用"。
EPON/GEPON的主要缺點是效率低和難以支持以太網以外的業(yè)務。前者是由于采用8B/10B的線路編碼，有20％的帶寬損失，而APON和GPON都采用不歸零（NRZ）擾碼為線路碼，因此沒有帶寬損失。再加上承載層、傳輸匯聚層、業(yè)務適配效率等原因，使得EPON總的傳輸效率很低，大約僅為千兆無源光網絡（GPON）的一半。
4.千兆無源光網絡
2001年，在IEEE積極制訂EPON標準的同時，全業(yè)務接入網絡（FSAN）組織開始發(fā)起制訂速率超過1 Gbit/s的PON網絡標準——GPON。隨后，ITU-T也介入到這一新標準的制訂工作中來，并于2003年1月通過兩個有關GPON的新標準G.984.1和G.984.2（速率提高到2.5G bit/s）。按照這一最新標準的規(guī)定，GPON可以提供1.244 Gbit/s和2.488 Gbit/s的下行速率以及所有標準的上行速率，傳輸距離至少達到20 km，具有高速高效傳輸的特點。而且，GPON還在傳輸匯聚層采用了一個全新的標準GFP，這是一種可以透明高效地將各種數據信號封裝進現有網絡的、開放的、通用的標準信號適配映射技術，可以適應任何用戶信號格式和任何傳輸網絡制式，全面體現了業(yè)務提供商對業(yè)務提供的靈活要求，而APON/BPON和EPON/GEPON對每種特定業(yè)務都需要提供特定的適配方法。由于采用GFP映射，GPON的傳輸匯聚層本質上是同步的，并使用標準SDH的125 μs幀，因而使得GPON可以直接支持TDM業(yè)務。
從提供的業(yè)務看，GPON不僅可以提供10/100 MBit/s、1 Gbit/s的業(yè)務，而且可以提供VLAN業(yè)務和語音業(yè)務，事實上可以適應任何現有業(yè)務和未來新業(yè)務的適配要求。GPON不是制造商驅動的技術標準，而是一種運營商驅動的標準，因此具有更周到的運營利益考慮，速率更高，可達2.4 Gbit/s；具有通用的映射格式，可適應任何新老業(yè)務；具有豐富的運行、管理、維護和配置（OAM&P）特點；對各種業(yè)務均具有很高的傳輸效率，即便對于TDM業(yè)務也能高效無開銷地傳送。
由于三種PON技術的主要成本都是來自光接口的成本，因而其硬件成本相差不多，傳輸效率是關鍵。GPON在擾碼效率、傳輸匯聚層效率、承載協議效率和業(yè)務適配效率等方面都是最高的，因此其總效率最高，等效系統(tǒng)成本最低。例如，假設TDM業(yè)務占10％，數據業(yè)務占90％，則GPON的總效率為94％，而APON和EPON分別為72％和49％?？偟膩砜矗珿PON似乎應該具有更廣闊、更長遠的應用前景。
GPON和EPON/GEPON面臨的共同挑戰(zhàn)有：首先怎樣才能在以太網/GFP上有效承載TDM業(yè)務并能提供電信級的服務質量；其次，由于GPON和EPON/GEPON是點對多點的星形或樹形網絡，需要通過一個"1＋1"并經過不同路由的光網絡來實現電信級的保護恢復要求，網絡成本將非常高；第三，目前GPON和EPON/GEPON設備的成本主要受限于突發(fā)光發(fā)送/接收模塊以及核心的控制模塊/芯片。這些模塊要么是技術不成熟無法商用，要么就是價格昂貴難以適應市場需要；第四，GPON和EPON/GEPON的一次性投入成本較高，不太適合逐步投資擴容的傳統(tǒng)電信建設模式，最適合完全新建或改建的密集用戶區(qū)域。
五、結語
總的來看，各種寬帶光纖接入網都有其最佳使用場合和時機，寬帶點到點有源光纖系統(tǒng)最適合企事業(yè)用戶，其中寬帶DLC系統(tǒng)適合從傳統(tǒng)電話網向寬帶網轉型的過渡期應用，寬帶點到點有源以太網光纖系統(tǒng)適合在低密度用戶分散地區(qū)應用，寬帶點到多點無源光纖系統(tǒng)最適合新建或改建的密集用戶區(qū)應用。我國的發(fā)展趨勢將可能跨越APON、BPON和EPON階段，從寬帶點到點以太網光纖系統(tǒng)和ＧEPON開始，乃至很快過渡到GPON階段。
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