PON技術介紹

    PON（Passive Optical Network：無源光纖網(wǎng)絡）。 PON（無源光網(wǎng)絡）是指（光配線網(wǎng)中）不含有任何電子器件及電子電源，ODN全部由光分路器（Splitter）等無源器件組成，不需要貴重的有源電子設備。一個無源光網(wǎng)絡包括一個安裝于中心控制站的光線路終端（OLT），以及一批配套的安裝于用戶場所的光網(wǎng)絡單元（ONUs）。在OLT與ONU之間的光配線網(wǎng)（ODN）包含了光纖以及無源分光器或者耦合器。

PON系統(tǒng)結構主要由中心局的光線路終端(OLT: Optical Line Terminal)、包含無源光器件的光分配網(wǎng)(ODN: Optical Distribution Network)、用戶端的光網(wǎng)絡單元/光網(wǎng)絡終端(ONU/ONT Optical Network Unit / Optical Network Terminal)組成，其區(qū)別為ONT直接位于用戶端，而ONU與用戶之間還有其它網(wǎng)絡，如以太網(wǎng)) 以及網(wǎng)元管理系統(tǒng)(EMS)組成，通常采用點到多點的樹型拓撲結構。在下行方向，IP數(shù)據(jù)、語音、視頻等多種業(yè)務由位于中心局的OLT，采用廣播方式，通過ODN中的1：N無源光分配器分配到PON上的所有ONU單元。在上行方向，來自各個ONU的多種業(yè)務信息互不干擾地通過ODN中的1：N無源光合路器耦合到同一根光纖，最終送到位于局端OLT接收端，類似于點到點的結構。

PON網(wǎng)絡的突出優(yōu)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用戶宅內設備完成。而且這種接入方式的前期投資小，大部分資金要推遲到用戶真正接入時才投入。它的傳輸距離比有源光纖接入系統(tǒng)的短，覆蓋的范圍較小，但它造價低，無須另設機房，維護容易。因此這種結構可以經濟地為居家用戶服務。

• 特征

PON的復雜性在于信號處理技術。在下行方向上，交換機發(fā)出的信號是廣播式發(fā)給所有的用戶。在上行方向上，各ONU必須采用某種多址接入?yún)f(xié)議如時分多路訪問TDMA（Time Division Multiple Access）協(xié)議才能完成共享傳輸通道信息訪問。目前用于寬帶接入的PON技術主要有： EPON和GPON。

• 標準

ITU-T G.983

APON (異步傳輸模式PON，ATM Passive Optical Network). 這是第一種被動式光網(wǎng)絡標準，它基于ATM，主要用于商業(yè)應用。

BPON (寬帶PON，Broadband Passive Optical Network) 這是一個基于APON的標準.這個標準增加了對WDM，動態(tài)和高速上聯(lián)帶寬分配，和耐久性的支持。BPON也創(chuàng)立了一個管理接口標準OMCI, 在OLT和ONU/ONT之間的授權混合供應商網(wǎng)絡

IEEE 802.3ah

EPON or GEPON (以太網(wǎng)絡PON Ethernet Passive Optical Network) 這是一個為使用以太網(wǎng)絡包數(shù)據(jù)的IEEE/EFM標準。802.3ah標準現(xiàn)在是IEEE 802.3標準的一部分. 現(xiàn)在大約有一千五百萬正在使用的EPON端口。2008年，中國大力發(fā)展EPON技術。據(jù)估算，截止至2008年底，中國總共有200萬個EPON安裝用戶。

ITU-T G.984

GPON (千兆PON，Gigabit Passive Optical Network) 這是BPON標準的發(fā)展。GPON支持更高的速率，增強的安全性和可選擇的第二層協(xié)議(ATM, GEM, Ethernet). 在2008年中旬，弗萊森電訊已經安裝了80萬條線. 英國電信（British Telecom）和美國電話電報公司（AT&T ）正在進行高級試驗。其他一些公司如獨立光網(wǎng)絡有限公司（Independent fiber networks LTD）正和服務提供商如See the Light合作提供更高速的GPON連接和光纖到戶（FTTH-fiber to the home).

IEEE P802.3av

10G-EPON (10千兆以太網(wǎng)PON)是一個IEEE專門工程為了達到10Gbit/s的速率, 向下兼容802.3ah標準的EPON. 10GigEPON將會使用分隔波長給10G和1G下行。802.3av 將會繼續(xù)使用單獨波長TDMA隔離為在10G和1G間的上行. 10G-EPON也會被WDM-PON兼容（依據(jù)WDM-PON的定義). 這使得使用多波長在兩個方向之間變?yōu)榭赡?

SCTE IPS910

RFoG (RFoverGlass)是一個SCTE的接口實踐分委員會標準，應用于有波長計劃兼容數(shù)據(jù)PON解決方案的點對多點(P2MP)操作，例如EPON,GEPON or 10GigEPON. RFoG 提供了一個光纖到戶PON（FTTH PON）就像不一定要選擇或者部署PON的MSOs架構。

PON技術現(xiàn)狀與發(fā)展

• PON技術現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的PON系統(tǒng)下行數(shù)據(jù)流采用廣播技術、上行數(shù)據(jù)流采用TDMA技術，以解決多用戶每個方向信號的復用問題。傳統(tǒng)PON技術采用WDM技術，在光纖上實現(xiàn)單纖雙向傳輸，解決2個方向信號的復用傳輸。PON一般由光線路終端(OLT)、分光器(ODU)、用戶終端(ONU)3個部分構成。目前在現(xiàn)網(wǎng)中廣泛應用的PON技術包括EPON和GPON 2種主流技術，EPON上下行帶寬均為1.25 Gbit/s，GPON下行帶寬為2.5 Gbit/s，上行帶寬為1.25 Gbit/s.

目前在實際的FTTx應用場景中，大多數(shù)EPON/GPON只配置了以太接口，可選配置POTS和2M接口。但從技術標準要求上，EPON/GPON均可實現(xiàn)IP業(yè)務和TDM業(yè)務等多業(yè)務接入，并可實現(xiàn)QoS分類。

EPON/GPON均可傳遞時鐘同步信號，可通過OLT的STM-1接口或GE接口，從外部線路中提取頻率同步信號，此時OLT需要支持同步以太網(wǎng);也可以在OLT設備上從外部BITS輸入時鐘信號，作為該PON的公共時鐘源，ONU與該時鐘源保持頻率同步。

• PON技術標準的發(fā)展

雖然10G EPON和PON尚未大規(guī)模商用，但10 Gbit/s以上速率的PON技術是近2年ITU-T和FSAN研究的重點和熱點。XG-PON1的相關技術標準已經趨于成熟，XG-PON1之后的NG-PON2標準框架也已基本完成。向多波長擴展是近期技術研究的重點，F(xiàn)SAN已經明確TWDM-PON是未來NG-PON2的技術選擇，但在ITU-T SG15中規(guī)范多種技術的G.multi標準也已基本完成，這說明有關多波長擴展的多個技術流派之爭遠沒有結束。

• 優(yōu)勢

相對成本低

1) 相對成本低，維護簡單，容易擴展，易于升級。PON結構在傳輸途中不需電源，沒有電子部件，因此容易鋪設，基本不用維護，長期運營成本和管理成本的節(jié)省很大

純介質網(wǎng)絡

2) 無源光網(wǎng)絡是純介質網(wǎng)絡，徹底避免了電磁干擾和雷電影響，極適合在自然條件惡劣的地區(qū)使用。

資源占用很少

3) PON系統(tǒng)對局端資源占用很少，系統(tǒng)初期投入低，擴展容易，投資回報率高

4) 提供非常高的帶寬。EPON目前可以提供上下行對稱的1.25Gb/s的帶寬，并且隨著以太技術的發(fā)展可以升級到10Gb/s。GPON則是高達2.5Gb/s的帶寬。

5) 服務范圍大。PON作為一種點到多點網(wǎng)絡，以一種扇形的結構來節(jié)省CO的資源，服務大量用戶。用戶共享局端設備和光纖的方式更是節(jié)省了用戶投資。

6) 帶寬分配靈活，服務質量（QoS）有保證。G/EPON系統(tǒng)對帶寬的分配和保證都有一套完整的體系。可以實現(xiàn)用戶級的SLA。

補充

pon無源光纖網(wǎng)絡的英文縮寫，與有源光接入技術相比，PON由于消除了局端與用戶端之間的有源設備，從而使得維護簡單、可靠性高、成本低，而且能節(jié)約光纖資源，是未來FTTH的主要解決方案。隨著PON成本的逐步降低，不但在FTTB/FTTC場合PON有了一定的應用市場，而且利用PON來實現(xiàn)FTTH在日本等發(fā)達國家也取得了很大的進展。目前PON技術主要有APON、EPON 和GPON等幾種，其主要差異在于采用了不同的二層技術。

監(jiān)控傳輸網(wǎng)絡結構設計

監(jiān)控傳輸網(wǎng)絡系統(tǒng)主要作用是接入各類監(jiān)控資源，為中心管理平臺的各項應用提供基礎保障，能夠更好的服務于各類用戶。網(wǎng)絡結構如下圖所示：

網(wǎng)絡拓撲示意圖

1) 核心層

? 數(shù)據(jù)中心核心網(wǎng)

核心層主要設備是核心交換機，作為整個網(wǎng)絡的大腦，核心交換機的配置性能較高。目前核心交換機一般都具備雙電源、雙引擎，故核心交換機一般不采用雙核心交換機部署方式，但是對與核心交換機的背板帶寬及處理能力要求較高。

2) 接入層

? 前端視頻資源接入

前端網(wǎng)絡采用獨立的IP地址網(wǎng)段，完成對前端多只監(jiān)控設備的互聯(lián)。前端視頻資源通過IP傳輸網(wǎng)絡接入監(jiān)控中心或者數(shù)據(jù)機房進行匯聚。前端網(wǎng)絡接入目前采用兩種常用方式，通常為點對點光纖接入的方式和點對多點的PON接入方式。接入層需對NVR存儲設備的網(wǎng)絡接入提供支撐，確保NVR存儲設備網(wǎng)絡環(huán)境安全可靠。

? 用戶接入

對于用戶端接入交換機部分，需要增加相應的用戶接入交換機，提供用戶上網(wǎng)服務。監(jiān)控中心部署接入交換機，通過萬兆/千兆光纖鏈路接入到傳輸網(wǎng)絡中。保證監(jiān)控中心解碼器及客戶端的正常適用。

對于網(wǎng)絡設計中存在兩級架構如下圖所示，具體設計這里不做詳細介紹。

二級網(wǎng)絡結構設計圖

• 網(wǎng)絡傳輸帶寬要求

考慮到網(wǎng)絡傳輸過程及其它應用的開銷，鏈路的可用帶寬理論值為鏈路帶寬的80%左右，為保障視頻圖像的高質量傳輸，帶寬使用時建議采用輕載設計，輕載帶寬上限控制在鏈路帶寬的50%以內。

3) 核心層交換機到接入交換機的網(wǎng)絡采用光模塊來傳輸，帶寬需達到千兆以上；

4) 傳輸設備如光纖收發(fā)器到接入交換機之間的帶寬建議達到百兆；

5) 傳輸設備如光纖收發(fā)器之間的傳輸帶寬建議達到百兆；

• 組網(wǎng)方案

視頻監(jiān)控項目采用萬兆骨干環(huán)網(wǎng)，千兆匯聚接入的方式組建三級圖像專用網(wǎng)絡系統(tǒng)，通過分布式視頻接入與存儲的方式，建設數(shù)字視頻監(jiān)控點。

前端采用高清網(wǎng)絡攝像機進行數(shù)字視頻采集，通過PON光纖鏈路傳輸視頻到分控中心進行統(tǒng)一接入。

分控中心做為網(wǎng)絡三級節(jié)點負責所有前端視頻接入數(shù)字視頻專網(wǎng)，在分控中心部署集視頻監(jiān)控系統(tǒng)和存儲系統(tǒng)為一身的集成化網(wǎng)絡視頻存儲系統(tǒng)進行數(shù)字視頻的接入、存儲和轉發(fā)，對圖像進行為期30天的存儲。

控制中心做為網(wǎng)絡核心節(jié)點負責整網(wǎng)的視頻實時調用和重點監(jiān)控點的實時監(jiān)看，做為視頻業(yè)務的核心管理節(jié)點，部署視頻管理平臺，對全網(wǎng)的設備和用戶進行集中統(tǒng)一的授權、維護和管理。

拓撲圖如下：（PON）

拓撲圖

用無源光網(wǎng)絡傳輸做監(jiān)控架構的好處

1、PON設備的網(wǎng)絡規(guī)劃- OLT的部署。xPON建設初期，宜采用集中設置，在傳輸匯聚節(jié)點設置OLT節(jié)點覆蓋一定區(qū)域內的零散用戶。在xPON應用成熟期，宜采用分散設置的原則，將OLT設置在條件較好的有線接入或無線接入點機房，逐步向接入網(wǎng)接入和無線接入點相統(tǒng)一進行過渡，充分實現(xiàn)基礎資源的綜合利用。采用大容量的OLT設備，充分利用光接入的距離優(yōu)勢，減少局所，降低維護成本。

2、PON設備的網(wǎng)絡規(guī)劃-分光器的部署。分光器分光：目前PON可以采取兩級分光方式來保證部署的靈活和端口的充分利用；當用戶滲透率提高時，將二級分光調整為一級分光；就目前接入PON網(wǎng)絡宜采用一級分光，盡量不超過兩級分光。用戶規(guī)模較小時，分光器應集中設置；用戶規(guī)模較大時，分光器可適當分散設置，以便盡量靠近用戶。分光器布放位置：分光器可以根據(jù)工程的實際情況布放在交接箱、小區(qū)機房、樓道和弱電井等地方。

3、PON設備的網(wǎng)絡規(guī)劃- ONU的部署。建設PON網(wǎng)絡實現(xiàn)接入網(wǎng)/FTTB時，宜盡量選用內置語音模塊的設備實現(xiàn)綜合業(yè)務接入。ONU應根據(jù)FTTx網(wǎng)絡的應用模式、業(yè)務需求進行設置。對于接入網(wǎng)應用，應盡量將ONU設置在用戶家里，避免安裝在門口或樓道內。對普通公眾用戶，可將ONU設置在用戶終端智能盒內提供保護，或者放置于桌面(采用光纖信息插座)。對于FTTB應用，可選擇將ONU設置在大樓樓道或豎井內機柜、室外光交接箱等不同位置集中放置。ONU原則上采用本地供電方式，盡量不采用遠端供電方式。為保證斷電時語音業(yè)務的正常開展，可以根據(jù)提供電池模塊提供備用電源。

4、PON設備的網(wǎng)絡規(guī)劃-網(wǎng)管。集中建設廠家網(wǎng)管，開放北向接口，便于接入傳輸綜合網(wǎng)管。