石振榮（上海貝爾股份有限公司，上海，201206）

0 引言

目前電信運(yùn)營商寬帶接入網(wǎng)基本上是為WWW、Email等傳統(tǒng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)的，雖然能夠提供基于Web的視頻（如在線電視，視頻通信）等內(nèi)容，但距離真正的大規(guī)模“三網(wǎng)融合”業(yè)務(wù)的運(yùn)營仍存在較大差距，主要問題有：

● 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不合理；

●帶寬嚴(yán)重不足，不能支持高寬帶業(yè)務(wù)，特別是視頻類業(yè)務(wù)的運(yùn)營能力；

●無法支持全程全網(wǎng)組播；

●缺乏基于DiffeServ的QoS保證；

解決或者改善上面這些問題，需要制定新的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃策略以滿足IPTV和手機(jī)電視等新業(yè)務(wù)。加速基于GPON技術(shù)新型光網(wǎng)絡(luò)的部署是其中一種很有前途的發(fā)展策略。

1 GPON技術(shù)分析

PON（Passive Optical Network）又名無源光網(wǎng)絡(luò)，其技術(shù)起源于A/B PON，目前GPON系統(tǒng)中采用了WDM的方式，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到多點(diǎn)為特征的單纖雙向傳輸。

WDM（Wavelength Division Multiplexing） 即波分復(fù)用技術(shù)是利用多個(gè)激光器在單條光纖上同時(shí)發(fā)送多束不同波長激光的技術(shù)。每個(gè)信號經(jīng)過數(shù)據(jù)（文本、語音、視頻等）調(diào)制后都在它獨(dú)有的色帶內(nèi)傳輸。為了分離同一根光纖上多個(gè)用戶的雙向信號，GPON采用兩種復(fù)用技術(shù)（見圖1）：1)下行數(shù)據(jù)流采用廣播技術(shù)；2)上行數(shù)據(jù)采用TDMA技術(shù)。下行信號的技術(shù)特點(diǎn)是GPON OLT連續(xù)廣播發(fā)送，GPON ONU根據(jù)VPI/VCI（ATM）或者PTI（GEM）選擇性接收。上行信號的技術(shù)特點(diǎn)是分時(shí)突發(fā)發(fā)送，采用測距技術(shù)保證上行數(shù)據(jù)不發(fā)生沖突。

圖1 GPON數(shù)據(jù)復(fù)用

各光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）在上行方向上（從ONU到OLT）分時(shí)復(fù)用信道，適用多種帶寬，較為常用的速率是1.25Gbit/s，在下行方向上（從OLT到ONU）主流速率是2.5Gbit/s。GPON不僅在速率上有優(yōu)勢，其完備的組網(wǎng)能力是其在電信級的運(yùn)營中也顯示出較強(qiáng)的生命力。如表1所示。

表1 GPON網(wǎng)絡(luò)性能表

與基于以太網(wǎng)的EPON技術(shù)相比，GPON的QoS和TDM傳輸能力對全網(wǎng)全業(yè)務(wù)的運(yùn)行特別有利。同時(shí)，出色的OMCI管理是的運(yùn)營商對終端用戶可以采用不同的服務(wù)方式，計(jì)費(fèi)方式更加豐富。

基于GPON技術(shù)的組網(wǎng)方式有下列幾種：FTTH（Fiber To The Home），F(xiàn)TTB（Fiber To The Building）和FTTN（Fiber To The Node）。FTTH將光纖直接引入用戶家中，適合光纖入戶的新建住宅。FTTB是將主干光纖引入用戶樓或者商用樓內(nèi)，通過MDU（Multiple Dwelling Unit）將光信號轉(zhuǎn)換為電信號（ADSL/VDSL）引入用戶家里，這里電纜長度一般為100m。FTTN是將光纖先引導(dǎo)至住宅小區(qū)附近，然后通過室外機(jī)柜內(nèi)的DSL設(shè)備將光信號轉(zhuǎn)換成DSL信號，送入住戶中，這里的電纜往往在500m左右。無論FTTH還是FTTN，其主要目的是盡量縮短電纜長度，增加光纖長度，最終提高信號的傳輸速率。

2 端到端的QoS保證方案

與EPON相比較，基于端到端的QoS是GPON接入網(wǎng)的強(qiáng)大功能之一。OLT可以在上行和下行兩個(gè)級別上實(shí)現(xiàn)基于用戶的業(yè)務(wù)級別的服務(wù)質(zhì)量保證。示意圖如圖2所示。

圖2 OLT上下行QoS機(jī)制示意圖

上行方向上，ONU在用戶側(cè)方向上通過靈活的業(yè)務(wù)流映射機(jī)制，實(shí)現(xiàn)各種入口業(yè)務(wù)流量的QoS標(biāo)記，如p-bit，C-VLAN等。在上聯(lián)（GPON接口）方向，通過豐富的GPON硬件隊(duì)列資源對以太網(wǎng)業(yè)務(wù)進(jìn)行GEM封裝、映射和隊(duì)列調(diào)度，最終實(shí)現(xiàn)在GPON TC層面的高質(zhì)量業(yè)務(wù)承載和區(qū)分服務(wù)的保證。當(dāng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)入線路板卡后，OLT將根據(jù)用戶的流量合同，在PON的層面上根據(jù)相應(yīng)的以太網(wǎng)流量合同進(jìn)行GPON資源的調(diào)度和帶寬資源的調(diào)度，最終OLT將通過DBA進(jìn)行帶寬分配，實(shí)現(xiàn)對以太網(wǎng)的帶寬保證和QoS保證。

下行方向上，OLT通過WRR和SP兩種方式對網(wǎng)絡(luò)側(cè)的流量進(jìn)行調(diào)度，并根據(jù)MAC地址，IP地址和VLAN進(jìn)行相應(yīng)的QoS優(yōu)先級處理，并將以太網(wǎng)業(yè)務(wù)流發(fā)往相應(yīng)的用戶板卡。線路板卡和ONU終端對GEM的業(yè)務(wù)進(jìn)行封裝和解封裝，并根據(jù)流量合同和QoS定義將相應(yīng)的流量進(jìn)行相應(yīng)的用戶端口的排隊(duì)和轉(zhuǎn)發(fā)。

3 多業(yè)務(wù)承載網(wǎng)絡(luò)的QoS功能的實(shí)現(xiàn)

在給省電信用戶的方案中包括兩種模式，模式1：ONU直接連接用戶設(shè)備（見圖3），模式2：ONU通過家庭網(wǎng)關(guān)連接用戶終端設(shè)備兩種模式（見圖 4）。

圖3 模式1：ONU直接連接用戶終端設(shè)備

圖4 模式2：通過家庭網(wǎng)關(guān)連接用戶終端設(shè)備

上行端到端業(yè)務(wù)具體實(shí)現(xiàn)步驟如表2所示。

表2 上行端到端業(yè)務(wù)具體實(shí)現(xiàn)步驟

5 線路板卡的可配置隊(duì)列映射和調(diào)度線路板卡的上行方向有8個(gè)QoS隊(duì)列，對這些業(yè)務(wù)可采用SP或WRR機(jī)制。6 網(wǎng)絡(luò)板卡的可配置隊(duì)列映射和調(diào)度網(wǎng)絡(luò)上行方向上有8個(gè)QoS隊(duì)列，對這些包進(jìn)行調(diào)度可以是SP或者WRR機(jī)制。

上述6個(gè)步驟列舉了基于GPON接入網(wǎng)的上行業(yè)務(wù)流量的質(zhì)量保證功能。同樣，其下行業(yè)務(wù)流量與上行流量也類似。但也有不同的地方：

流量限速：在下行方向上ONU的速率限制特性是受到限制的，特別是單播流。

固定流映射：ONU可能會接收到超過它的出口所能支持的數(shù)據(jù)量。一個(gè)固定的數(shù)據(jù)緩沖被用來吸收任何突發(fā)數(shù)據(jù)，直到它們可以被傳送到用戶側(cè)。

4 系統(tǒng)仿真

對于用GPON承載的視頻采用輪播或單播方案為用戶提供視頻點(diǎn)播，GPON的用于視頻點(diǎn)播的帶寬1G，采用64QAM調(diào)制，一個(gè)頻點(diǎn)占用8MHz帶寬，每個(gè)頻點(diǎn)可擴(kuò)展的帶寬為36Mbps，視頻流采用H.264編碼，每個(gè)視頻流所占的平均帶寬為1 Mbps左右，這里取一個(gè)頻點(diǎn)可傳輸25套節(jié)目，那么GPON可提供3200個(gè)信道；每個(gè)輪播節(jié)目占用的信道數(shù)為n，那么GPON最大可支持的輪播節(jié)目數(shù)K為500/n；

采用公式1來確定K值（K為整數(shù)且小于等于500/n）；設(shè)L=90分鐘，N=500，n=10；?=0.271。

圖5中表示出采用輪播方案的節(jié)目數(shù)K隨點(diǎn)播強(qiáng)度λ的變化情況。由圖中看出，當(dāng)用戶的請求強(qiáng)度增大時(shí)，就會有更多的熱門節(jié)目，因?yàn)檩啿タ梢杂煤苌俚男诺罃?shù)便可滿足對該節(jié)目的所有點(diǎn)播請求，所以能夠減少信道的占有率，從而降低了阻塞率。

圖5 節(jié)目數(shù)K隨點(diǎn)播強(qiáng)度λ的變化情況

另外從圖5中3條曲線的比較還可以看出，同樣的用戶請求強(qiáng)度下，節(jié)目數(shù)越多，使用輪播的節(jié)目數(shù)K減少，那么導(dǎo)致的結(jié)果是需要的并發(fā)信道就越多，這是因?yàn)楣?jié)目數(shù)的增加意味著用戶請求將分布在更多的節(jié)目上，從而減少了信道共享的概率。

圖6是輪播節(jié)目數(shù)K按公式1隨點(diǎn)播強(qiáng)度的變化，并且考慮實(shí)際的情況下的單播和輪播相結(jié)合的分配方案，與傳統(tǒng)的單播和輪播相比的仿真圖。從圖中我們可以看出這種單播和輪播相結(jié)合的分配方案，可以明顯的降低總的并發(fā)信道數(shù)。圖中單播和輪播相結(jié)合的方案的帶寬消耗最終超過0.5×104Mbps，是因?yàn)楸鞠到y(tǒng)EPON提供的最大的輪播節(jié)目數(shù)K為3200/n，如果n取10的話，系統(tǒng)能夠提供的輪播節(jié)目數(shù)K最大是320，所以當(dāng)K取值達(dá)到320時(shí)，如果用戶的點(diǎn)播強(qiáng)度增大，系統(tǒng)只能用單播方案來滿足用戶點(diǎn)播要求。

圖6 帶寬消耗隨點(diǎn)播強(qiáng)度變化的情況

5 系統(tǒng)應(yīng)用

近期三網(wǎng)融合網(wǎng)絡(luò)建設(shè)目標(biāo)是：

●大幅度提升20M接入的用戶比例，從目前的20%提升到50%；

●對城域網(wǎng)、承載網(wǎng)和接入網(wǎng)進(jìn)行大面積改造：

●將IPTV業(yè)務(wù)接入認(rèn)證方式有PPPoE改為IPoE認(rèn)證；

奈達(dá)于1964年出版了專著 《翻譯科學(xué)探索》，此書是奈達(dá)翻譯思想中的一個(gè)重要里程碑。加以綜述可歸納為四個(gè)方面，其中第一即翻譯科學(xué)說：奈達(dá)認(rèn)為翻譯不僅是一種藝術(shù)、一種技巧，還是一門科學(xué)。這里所謂的科學(xué)是指可以“采用處理語言結(jié)構(gòu)的科學(xué)途徑、語義分析途徑和信息論來處理翻譯問題（Nida etal,1969：vii）即采用一種語言學(xué)描述的方法來解釋翻譯過程”ii。大學(xué)英語也可以按照科學(xué)的方法進(jìn)行翻譯，這樣譯出的譯本除了有的地方需要藝術(shù)處理幾乎與標(biāo)準(zhǔn)答案不謀而合?！安捎锰幚碚Z言結(jié)構(gòu)的途徑、語義分析途徑”，是非常關(guān)鍵的步驟指導(dǎo)。句式結(jié)構(gòu)語序有時(shí)需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋匾恼{(diào)整，以直譯為主。

●組播復(fù)制點(diǎn)從BRAS逐步下移到接入網(wǎng)層面；

●進(jìn)一步增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)措施；

新建的三網(wǎng)融合網(wǎng)絡(luò)主要技術(shù)要求是：

●滿足多種業(yè)務(wù)接入要求：在滿足原先固定接入業(yè)務(wù)后，同時(shí)兼容移動網(wǎng)絡(luò)的無線業(yè)務(wù)承載能力，需滿足如時(shí)鐘、時(shí)鐘同步等要求；

●支持業(yè)務(wù)傳送的品質(zhì)保障能力：接入網(wǎng)需要滿足每用戶每業(yè)務(wù)的QoS保障能力，同時(shí)具備層次化的QoS調(diào)度能力；

●保證多業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)安全性；

●網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備具有可擴(kuò)展性；

●具備網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量檢測能力；

●OLT支持IPoE組播復(fù)制能力：IPoE是解決組播效率的唯一方式，IPoE使得網(wǎng)關(guān)以下網(wǎng)絡(luò)設(shè)備能夠參與組播復(fù)制，提高網(wǎng)絡(luò)的承載效率，保證網(wǎng)絡(luò)的帶寬；

●支持多種網(wǎng)絡(luò)安全的管理手段；

新建GPON實(shí)驗(yàn)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃如圖7所示。該GPON實(shí)驗(yàn)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)端是IP城域網(wǎng)和IP多業(yè)務(wù)承載網(wǎng)。IP城域網(wǎng)承載的是互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)而IP多業(yè)務(wù)承載網(wǎng)承載的是部分語音業(yè)務(wù)。GPON網(wǎng)絡(luò)組成接入網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)通過多個(gè)GE端口分別上聯(lián)到IP城域網(wǎng)和IP多業(yè)務(wù)承載網(wǎng)。

圖7 GPON實(shí)驗(yàn)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

6 結(jié)論

本文描述了基于GPON技術(shù)的接入網(wǎng)和某個(gè)建設(shè)案例。GPON接入網(wǎng)是一種新型的接入網(wǎng)絡(luò)。其帶寬，QoS和網(wǎng)絡(luò)管理功能特別適合做承載多業(yè)務(wù)的接入網(wǎng)。利用GPON技術(shù)在視頻業(yè)務(wù)承載方面的優(yōu)點(diǎn)，通過合理的帶寬分配，最大限度的利用帶寬資源，為用戶提供更優(yōu)的業(yè)務(wù)服務(wù)。

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