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10G PON技术的现状、发展以及部署建议

随着宽带网络光纤化改造工作的部署与实施,实现宽带网络光纤化的地区,网络质量提升、故障率降低,用户的使用好感度上升。目前,宽带接入网络的形成以FTTH为主,PON+LAN为辅的网络格局,未来宽带接入网如果统一采用PON技术进行组网,不仅可以提供优质的用户体验,同时能降低企业运营成本,提高经济效益。

随着宽带网络光纤化改造工作的部署与实施,实现宽带网络光纤化的地区,网络质量提升、故障率降低,用户的使用好感度上升。目前,宽带接入网络的形成以FTTH为主,PON+LAN为辅的网络格局,未来宽带接入网如果统一采用PON技术进行组网,不仅可以提供优质的用户体验,同时能降低企业运营成本,提高经济效益。接下来,本文将结合业务需求,对10G PON的技术发展及部署提出建议。

什么是PON网络

PON 网络由OLT、ODN 和ONU 3 部分组成。OLT设备在网络拓扑结构中位于核心位置,向上接入多个业务网络,向下通过ODN 接入多个用户的业务,是业务汇聚分发的重要节点。OLT 同时实现对用户端设备 ONU 的控制、管理、测距等多项网络管理功能。无论从所处的网络位置还是所具有的网络功能,OLT 设备都是PON 网络的核心。随着互联网接入、4K IPTV 视频、智能家居业务、中小企业专线、IMS 语音、移动回传等越来越多业务承载在PON 网络上,对带宽的需求和管理的精细化程度不断提高。PON 技术的发展和OLT设备的部署演进对宽带接入网的发展起着至关重要的作用。
PON网络

PON 网络现状分析

(1)OLT 设备部署

国内运营商的OLT 设备基本从2006 年开始部署,初期主要用于PON+DSL 接入。2009 年开始规模部署FTTH,至今已经经历了10 多年的时间。厂商的产品按照槽位带宽、整机交换能力、对PON 板卡的支持情况,分别有2~3 代产品在现网运行。现网运行的厂家主推设备单槽位交换能力达到40G/槽位,并均支持10G EPON 和XG-PON1。

(2) PON 技术部署

随着10G PON 技术逐渐商用,现网中OLT 设备配置的 PON 板卡类型分为 EPON、GPON、10G EPON 和 XG-PON 4 类,其中以EPON 和GPON 为主。
在中国电信和中国联通对EPON 标准完善工作的推动下,国内运营商EPON 商用早于GPON 约2~3年时间。2013 年之前的建设以 EPON 为主,之后由于 GPON 在带宽方面的优势,逐渐在 OLT 建设中占据主导地位。从现网存量部署来看,中国联通和中国移动的OLT 设备以GPON 为主,中国电信则以EPON 为主。
10G PON 在 2015 年前后陆续开始建设。由于10G光模块价格始终居高不下,导致10G PON ONT 的价格是现有EPON/GPON 终端的5 倍左右。在目前普遍由运营商向客户赠送终端的大环境下,同时业务需求基本在100 Mbit/s 以下,各大运营商对10G PON 的部署应用均持谨慎态度。目前10G PON 的建设方式主要在 10G PON + LAN 和 FTTH 部署中应用。10GPON + LAN 主要是对现有的小区LAN 网络和PON + LAN 网络进行改造。一方面解决接入用户数高带来的带宽不足问题;另一方面由于多个用户分摊了MDU中的光模块价格,整体造价与PON+LAN 网络相比增加不大,因此得到了规模应用,技术上 10G PON 和 XG-PON 均有采用。10G PON FTTH 的建设主要为各运营商进行的千兆入户试点,主要目的是对外宣传以及对10G PON FTTH 的产品进行验证等。

10G PON 技术发展

(1)10G PON 技术发展路线

IEEE 主导的EPON 和ITU 主导的GPON 目前均演进至10G PON 阶段,后续规划均为100G PON,在具体的演进路线上二者存在一定的差异,相应的演进路线见下图。
10G PON 技术发展路线

(2)EPON 技术演进

10G EPON 对称、非对称技术标准和产品均已经完善,且在标准上具有不需要增加合波器就能与EPON 终端共存于同一ODN 网络的优势。2016 年集中采购后OLT 的10G PON 光模块大幅降价,各运营商考虑到未来网络的演进,在局端开始提前部署10G EPON,在客户端仍采用EPON ONT 来进行FTTH 建设。同时由于对称模式光模块与非对称方式光模块价格相差不大,并考虑到非对称10G EPON 上下行的带宽比例为1∶10,为避免后续上行业务发展带来的升级需求,运营商更加倾向于在OLT 侧部署10G EPON 对称模式。EPON 下一步将向100G PON技术演进。

(3)GPON 技术演进

对于10G GPON 的标准,非对称的XG-PON 技术标准和产品已经完善。固定波长对称10G GPON 标准 XGS-PON 于2016 年2 月发布,由于该标准涉及的器件相对成熟,目前部分厂家的产品已经具备商用条件。可调波长的NGPON2(TWDMPON)标准已经完善,目前已有OLT 产品在欧美实现商用,同时有相应的 MDU 产品用于企业专线市场。 NGPON2 可调波长的光模块造价较高、实现难度大,在 ITU 补充了对称的固定波长10G 标准(XGS-PON)之后,部分厂家认为NGPON2 有可能被跳过,直接演进至4×25G 的100G PON 方案,并有可能和100G EPON标准实现融合。
短期内10G PON 的ONT价格不会下降至现有EPON/GPON 的价格区间,因此必然面临局端的10G PON 和用户侧EPON/GPON 终端共存的局面。由于GPON和XG- PON 终端要共存于同一ODN 网络,需要增加WDM1r 模块,限制了XG-PON 在现网的部署。因此优势厂家均有将GPON 和XGPON 2 种光模块和WDM1r封装在一个光模块的 Combo PON方案。但 Combo PON方案的光模块只能采用XFP 封装,单板只能实现 8 个PON 口(常规方式为SFP+封装,单板可以实现16个PON 口),同时由于增加WDM1r 的插损,对光模块的发光功率要求更高。目前只能实现B+/N1 的发光功率,短期内不能提供C+/N2a 高功率模块,限制了远距离大分光比场景下的应用。

OLT 设备的发展趋势

OLT 设备有以下2 个主要趋势:一是对10G PON 板卡的支持,包括单槽交换容量和整机交换容量提升,以及上联端口对10GE 等更大带宽端口的支持等;其二是随着各运营商整体网络结构向SDN/NFV 化演进,OLT 设备自身面临向SDN/NFV 化演进的问题。

(1)现网设备对10G PON 的支持

现网的设备通过升级主控板卡、电源等可以实现对10G PON 板卡的支持。经过升级的设备,大多数现网设备还支持10G PON。因此现网OLT 设备在配置10G PON 板卡时,除设备本身的支持外,各商家还需要对网管与设备进行升级。

(2)向SDN/NFV 化演进

SDN/NFV 化可以共享接入资源,方便业务管理,实现多业务承载。通过SDN/NFV 化,可实现以下功能:硬件资源独立,VLAN 资源、MAC 表、路由表、QoS队列资源独立;软件特性独立,特性功能可以配置的不一样,差异化定制;管理分权分域,vOLT 的配置管道隔离,包括业务发放、运维、告警、日志等。
OLT 设备作为接入设备向SDN/NFV 演进,主流观点认为很难实现“白盒化”,主要实现网络级管理和部分非实时控制功能的上移。初期主要实现网络切片,即OLT 的虚拟化,将一个OLT 虚拟为多个OLT,目前已经可以实现基于板卡、PON 端口、终端设备以及用户端口(UNI)来划分虚拟化OLT。后期逐步实现标准的南北向接口(Netconf/YAGN、OpenFlow),通过 SDN控制器实现控制和转发分离。
SDN/NFV 化主要应用场景模式为平安城市(视频监控)、PON 承载LSN 业务、校园网、小站回传、涉外宾馆酒店等。

(3)下一代OLT 产品

目前下一代光接入平台,大多是基于现有产品实现向下一代100G 接入和SDN 化的演进,且其OLT 设备SDN 化基本还在规划阶段,因此OLT 短期内还不具备SDN 化的条件。

10G PON 技术现网部署及OLT 演进建议

(1)10G PON 技术部署

目前的宽带建设以FTTH 为主,但10G PON 的建设仍以10G PON+LAN 为主。先期部署FTTH 的北上广深等城市,已经开始面临着原有FTTH 网络升级换代的需求。但由于10G PON ONT 终端类型少、价格高等因素,短期内10G PON 还主要部署在OLT 侧,终端侧仍主要采用EPON/GPON 终端增加对GE 端口的支持,对少量用户提供千兆入户业务。未来随着高带宽用户的普及,以及10G PON 终端规模提升和价格下降,将逐步推动10G PON FTTH的规模应用。目前10G EPON在OLT侧的规模部署替代EPON已经具备条件,XG(S)-PON在OLT的部署有待于Combo PON的成熟。由于受技术标准实现的约束,Combo PON的成本必然高于 10G EPON。另外简化 XG- PON的标准,采用与10G EPON相同的波长策略从而在 ODN 网络中去掉WDM1r,通过牺牲带宽换取与GPON ONT 的共存也是一条可行的道路,但需要推动XG-PON 标准的修改。
对于现网中不支持10G PON 板卡的厂家的设备应逐步进行替换,采用用户迁移至其他OLT、设备整体替换等方式逐步实现上述设备退网。

(2)相关技术部署建议

目前PON 网络已经承载了宽带、语音、IPTV 直播、 IPTV 点播和专线等多种业务,同时PON 网络承载PON设备和家庭网关的网管信息,后续还可能承载移动的回传和前传等业务。随着业务种类的增多,以及单 PON 口下接入的用户数量少(一般为十几到几十户)的情况,决定了单PON 口的流量具有突发性强、不确定性大的特点。原有按照业务模型计算流量的方式已不适应PON 网络的流量特点,建议PON 网络部署采用下面的技术策略,以增大网络带宽、提升用户体验。
①开展 IPTV 业务的接入网络全面部署二层组播,其中OLT 部署IGMPProxy,ONU 部署IGMP Snoop-ing,以最大程度降低PON 端口带宽占用。
②宽带接入网部署基于802.1p 的二层QoS 技术,局部短时网络拥塞时,优先保证高优先级业务的转发。
③家庭网关和机顶盒内置软探针,同时配合网络流量监测分析系统(如华为uTraffic、中兴BigDNA 等)实现业务层面和网络层面的动态监控。
通过上述技术策略部署仍不能满足带宽需求的PON 端口应采用调整用户分布、降低分光比、升级 10G PON等方式进行扩容调整。

(3)OLT上联的调整

OLT设备的上联根据流量需求,逐步从N×GE 调整为N×10GE。同时根据OLT 的分布情况,对于数量少、距离远的用户采用小容量OLT 接入,并通过OLT的级联和虚拟化实现对级联OLT 的统一管理。同时应逐步减少OLT 上联交换机的情况,多级级联交换机会提高网络复杂性和增大网络时延。最后达到提高带宽通量,提升用户的视频业务体验的目的。

结语

目前PON是实现FTTH的主要技术,无论是从设备成本、运维管理方面,还是从带宽接入问题上来看,PON技术之下的 OLT 的部署和演进在很大程度上提高了带宽接入网的能力,同时降级了经济成本,实现了更多业务接入、更高带宽承载和更精细化管理。

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