盛安

（陽(yáng)江市氣象局，廣東陽(yáng)江 529500）

基于GPON技術(shù)的應(yīng)急指揮中心網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)

盛安

（陽(yáng)江市氣象局，廣東陽(yáng)江 529500）

針對(duì)應(yīng)急指揮中心的業(yè)務(wù)特點(diǎn)，基于網(wǎng)絡(luò)扁平化思想，采用GPON技術(shù)實(shí)現(xiàn)全光網(wǎng)絡(luò)。利用光纖網(wǎng)絡(luò)高速穩(wěn)定和保密性高的優(yōu)勢(shì)，解決應(yīng)急指揮中心融合多個(gè)部門(mén)帶來(lái)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)困難的問(wèn)題。該系統(tǒng)在陽(yáng)江市應(yīng)急指揮中心（突發(fā)事件預(yù)警信息發(fā)布中心）部署，降低了設(shè)備初次投入和后期維護(hù)成本，實(shí)現(xiàn)了多部門(mén)數(shù)據(jù)高速交換和保密傳輸。

計(jì)算機(jī)技術(shù)與應(yīng)用；吉比特?zé)o源光網(wǎng)絡(luò)；接入網(wǎng)；信息化；網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

吉比特?zé)o源光網(wǎng)絡(luò)（gigabit-capable passive optical network，GPON）是基于ITU-TG.984.x標(biāo)準(zhǔn)而形成的最新一代無(wú)源光綜合接入標(biāo)準(zhǔn)，擁有高帶寬、高效率、覆蓋范圍大、接口豐富等特點(diǎn)。由于GPON技術(shù)優(yōu)點(diǎn)眾多，符合當(dāng)下網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的需要，因此被全球運(yùn)營(yíng)商作為接入網(wǎng)業(yè)務(wù)改造的理想技術(shù)。該技術(shù)目前在國(guó)內(nèi)主要應(yīng)用于光纖進(jìn)小區(qū)、智能化樓宇建設(shè)等方面。

近幾年隨著廣東省各級(jí)突發(fā)事件預(yù)警信息發(fā)布中心建設(shè)的推進(jìn)，各種新技術(shù)不斷被應(yīng)用到建設(shè)中，與外部門(mén)的信息交互量也在快速增加，如何建設(shè)一個(gè)高帶寬、安全可靠、支持多部門(mén)協(xié)同的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，成為一個(gè)亟待解決的問(wèn)題［1］。工信部編制的《通信業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》指出“全面構(gòu)建面向應(yīng)用、普遍覆蓋、綠色高效的下一代國(guó)家信息基礎(chǔ)設(shè)施，以光纖寬帶為重點(diǎn)，推進(jìn)光纖寬帶網(wǎng)示范工作，加快信息網(wǎng)絡(luò)的寬帶化升級(jí)”，并提出：“加快實(shí)施‘光進(jìn)銅退’的寬帶網(wǎng)絡(luò)改造，實(shí)現(xiàn)光纖到商業(yè)樓宇、到辦公室的寬帶網(wǎng)絡(luò)覆蓋。”同時(shí)提出了建設(shè)目標(biāo)：“節(jié)能降耗、綠色環(huán)保新技術(shù)全面應(yīng)用?！保?］針對(duì)這些情況，陽(yáng)江市氣象局在比較技術(shù)成熟性、先進(jìn)性、開(kāi)放性、安全性和綠色節(jié)能的基礎(chǔ)上，綜合考慮成本效益，第一次將GPON技術(shù)運(yùn)用在陽(yáng)江市應(yīng)急指揮中心的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)上，通過(guò)GPON的部署實(shí)現(xiàn)了全光網(wǎng)絡(luò)，解決了使用傳統(tǒng)電纜存在的部署復(fù)雜、能耗高、保密性差的缺點(diǎn)。本研究重點(diǎn)介紹系統(tǒng)建設(shè)中所使用的主要技術(shù)和系統(tǒng)功能特點(diǎn)。

1系統(tǒng)的應(yīng)用技術(shù)

1.1 GPON技術(shù)應(yīng)用

GPON最早于2002年9月由FSAN組織提出，在此基礎(chǔ)上ITU-T相繼完成了G.984.1、G. 984.2、G.984.3的標(biāo)準(zhǔn)化，最終成功形成了GPON的標(biāo)準(zhǔn)體系［3］。GPON一般采用FTTx（Fibertothex，x=H for home，D for desk and B for Building）的形式實(shí)現(xiàn)用戶接入。在其中，GPON加FTTH是GPON常用組網(wǎng)方式，這種組網(wǎng)方式由光線路終端（optical line terminal，OLT）、光網(wǎng)絡(luò)單元（optical network unit，ONU）、和光分配網(wǎng)絡(luò)（optical distribution network，ODN）組成［4］，如圖1所示。其中，OLT是用于連接光纖干線的終端設(shè)備，也是光纖網(wǎng)絡(luò)的核心交換設(shè)備，所有信息點(diǎn)通過(guò)光纖，經(jīng)OLT進(jìn)行數(shù)據(jù)交互；ONU負(fù)責(zé)將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成所需要的數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、IPTV等接口；ODN的作用是為OLT和ONU之間提供光傳輸通道，通過(guò)光分路器的色散原件將一條光纖分配給多個(gè)ONU使用。

GPON作為構(gòu)建應(yīng)急指揮中心網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，將接入層和匯聚層合二為一，從而提供了一個(gè)扁平化易于部署和管理的網(wǎng)絡(luò)。GPON的數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)2.5 Gbps，能提供足夠大的帶寬以滿足應(yīng)急指揮中心對(duì)高帶寬的需求，同時(shí)GPON可以隨時(shí)平滑升級(jí)到10 Gbps GPON，實(shí)現(xiàn)10 Gbps的傳輸速率，能適應(yīng)未來(lái)對(duì)帶寬需求的爆發(fā)式增長(zhǎng)。陽(yáng)江市應(yīng)急指揮中心在實(shí)際部署中，利用GPON能夠同時(shí)承載ATM信元和GEM幀、支持QoS保證和全業(yè)務(wù)接入的特點(diǎn)，每個(gè)信息點(diǎn)僅使用一根光纖承載了VoIP、 Ethernet、IPTV等多種業(yè)務(wù)，極大地降低了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)難度和成本。

圖1 GPON拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

1.2 FTTx應(yīng)用

FTTx是新一代的光纖接入方式，主要用于光線路終端和光網(wǎng)絡(luò)單元之間的連接［5］。該系統(tǒng)為了配合GPON設(shè)備，選用了FTTH的方式，將ONU部署到每個(gè)桌面實(shí)現(xiàn)光纖到桌面的目標(biāo)，并采用點(diǎn)到多點(diǎn)的方案，大大減少了光模塊數(shù)量和光纖用量。FTTH的顯著技術(shù)特點(diǎn)是不但提供更大的帶寬，而且增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)對(duì)數(shù)據(jù)格式、速率、波長(zhǎng)和協(xié)議的透明性，放寬了對(duì)環(huán)境條件和供電等要求，簡(jiǎn)化了維護(hù)和安裝［6］。此外，陽(yáng)江市應(yīng)急指揮中心選用FTTH方式主要考慮了以下幾個(gè)方面：

1）可支持遠(yuǎn)距離的高帶寬傳輸。在光分路比為1∶16時(shí)，最大物理距離為20 km，當(dāng)光分路比為1∶32時(shí)仍能支持最大10 km的物理距離。傳統(tǒng)銅纜系統(tǒng)當(dāng)傳輸距離超過(guò)了100 m，必須要增加網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和布線材料，這都會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)成本增加，并增加鏈路故障點(diǎn)。

2）光信號(hào)傳輸，無(wú)電磁泄露，具有先天保密特性。由于應(yīng)急指揮中心內(nèi)部涉及大量保密信息，可以解決數(shù)據(jù)安全的問(wèn)題。

3）抗干擾能力強(qiáng)，光纖通信不易受到外界電磁干擾和無(wú)線電頻干擾。

4）高可靠性，光纖連接頭遠(yuǎn)比6類(lèi)網(wǎng)絡(luò)通訊電纜連接頭可靠。

5）網(wǎng)絡(luò)線路長(zhǎng)壽命，光纜線路壽命40年，而且通信質(zhì)量不會(huì)隨時(shí)間而變化。

6）線路采用單模光纖布設(shè)，帶寬可以根據(jù)需要增加，設(shè)備可以不斷平滑升級(jí)。

2系統(tǒng)設(shè)計(jì)和功能特點(diǎn)

2.1 需求分析

陽(yáng)江市應(yīng)急指揮中心共有3層，單層面積約1 250m2，樓層布局呈方正矩形，每層均有獨(dú)立弱電間。3層樓共有各類(lèi)信息點(diǎn)數(shù)量：網(wǎng)絡(luò)406個(gè)、電話135個(gè)、有線電視36個(gè)。設(shè)計(jì)目標(biāo)為光纖到每個(gè)人的桌面，房間根據(jù)需要信息點(diǎn)的數(shù)量進(jìn)行2級(jí)分光，保證每個(gè)辦公位至少1個(gè)接入點(diǎn)。此外，設(shè)備的配置還需要滿足：1）主干1 000 Mbps、末端100 Mbps的網(wǎng)絡(luò)傳輸要求；2）光纖的配置冗余備份，滿足將來(lái)擴(kuò)展的需要；3）可以與運(yùn)營(yíng)商VoIP、IPTV專(zhuān)網(wǎng)的進(jìn)行連接［7］。

2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)考慮到綜合性能、部署便利等多個(gè)方面，設(shè)計(jì)內(nèi)容包含以下幾個(gè)方面：

1）光纖網(wǎng)絡(luò)核心。該系統(tǒng)采用一套華為技術(shù)有限公司的MA5680T作為光纖網(wǎng)絡(luò)核心設(shè)備。MA5680T支持GPON/EPON一體化接入，是一款大容量、高帶寬和高集成度的xPON匯聚接入平臺(tái)，可支持VoIP、IPTV、VOD等綜合業(yè)務(wù)，具備強(qiáng)大的QoS能力和電信級(jí)的可靠性設(shè)計(jì)。MA5680T背板數(shù)據(jù)總線帶寬為3.2 Tbit/s，交換板容量為雙向400 Gb/s，單框支持最大128個(gè)接入端口，完全滿足系統(tǒng)的建設(shè)需要。

2）ONU。采用華為技術(shù)有限公司的HG8240F，以保持與OLT設(shè)備之間的良好兼容性。HG8240F功耗小，可支持VoIP、IPTV和寬帶數(shù)據(jù)等多項(xiàng)業(yè)務(wù)。HG8240F具備1個(gè)GPON接口、4個(gè)自適應(yīng)以太網(wǎng)接口和2個(gè)POTS口，可遠(yuǎn)程復(fù)位、管理和升級(jí)，非常適合本系統(tǒng)多網(wǎng)融合的需要。

3）分光設(shè)計(jì)。對(duì)于GPON系統(tǒng)，F(xiàn)TTH可以支持1∶8、1∶16、1∶32、1∶64、1∶128、1∶256的分光比，此外，根據(jù)建筑復(fù)雜程度可以采取1級(jí)分光和2級(jí)分光?？紤]到部署的實(shí)際情況，該系統(tǒng)采用了2級(jí)分光，在每層樓的弱電間第1次分光（1∶2），在辦公室第2次分光（1∶8），最終實(shí)現(xiàn)1∶16分光比，如圖2所示。

圖2 FTTH配置圖

4）光功率控制。一般只要保證ONU端測(cè)得光功率值為-8～-24 dB則為正常，影響OLT到ONU之間的光功率衰減的因素包括分光器插入損耗、光纖自身?yè)p耗、跳線的插入損耗等［8］，參考值分別為13.5 dB（分光比1∶16）、0.35 dB/km（1 310 nm）、0.3 dB。在該系統(tǒng)中每條光纖接頭為6個(gè)，分光器2個(gè)，光纖長(zhǎng)度以0.2 km計(jì)，再加上光富裕度1 dB，衰減總計(jì)16.97 dB，符合使用要求。

5）傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)核心。采用一套華為技術(shù)有限公司的S9306路由交換機(jī)作為傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)核心設(shè)備。S9306采用模塊化設(shè)計(jì)，支持多電源雙主控，背板數(shù)據(jù)總線帶寬為6 Tbit/s，包轉(zhuǎn)發(fā)率1 152 Mbps，完全滿足目前和未來(lái)5～10年的業(yè)務(wù)需求。

6）網(wǎng)絡(luò)安全。為了滿足應(yīng)急指揮中心網(wǎng)絡(luò)安全需求，在光纖網(wǎng)絡(luò)核心和傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)核心均架設(shè)防火墻等網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備。應(yīng)急成員單位網(wǎng)絡(luò)接入時(shí)，提出保密要求的，主要通過(guò)GPON系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)安全管理和傳輸；確定為涉密線路的，所有涉密信息點(diǎn)，通過(guò)光纖進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸，直接進(jìn)入指揮中心專(zhuān)設(shè)的保密機(jī)房。

2.3 系統(tǒng)各業(yè)務(wù)功能測(cè)試

1）VoIP測(cè)試結(jié)果。VoIP語(yǔ)音業(yè)務(wù)接入由中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)廣東有限公司陽(yáng)江分公司提供，經(jīng)過(guò)移動(dòng)公司協(xié)助進(jìn)行多次反復(fù)測(cè)試，在各種網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)下，丟包率＜0.005%，延時(shí)＜5 ms，MOS值＞4.5，PSQM值＜0.3，無(wú)語(yǔ)音斷續(xù)和抖動(dòng)現(xiàn)象，測(cè)試結(jié)果完全達(dá)到了電信級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)。

2）IPTV測(cè)試結(jié)果。由于該系統(tǒng)暫時(shí)未接入運(yùn)營(yíng)商的IPTV，測(cè)試結(jié)果僅針對(duì)中國(guó)移動(dòng)發(fā)送的高清IPTV測(cè)試信號(hào)，其中的抖動(dòng)因素（DF）= 12 ms；MOS_V=4.5；媒體丟失率（MLR）=0.000 2，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到高清IPTV的要求。

3）網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)測(cè)試結(jié)果。利用華為技術(shù)有限公司Tesgine2000專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)測(cè)試儀進(jìn)行測(cè)試，在100 Mbit帶寬的條件下，效率為96%時(shí)，丟包率為1×10-8，吞吐量為97%，256 byte大小的幀長(zhǎng)時(shí)延為0.12 ms，完全滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)。

2.4 系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)

該系統(tǒng)經(jīng)過(guò)1年多時(shí)間的正式運(yùn)行，集中體現(xiàn)了幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：

1）針對(duì)以傳統(tǒng)太網(wǎng)系統(tǒng)在網(wǎng)路管理和性能監(jiān)測(cè)的不足，利用GPON提供了3種操作管理與維護(hù)（operation administration and maintenance，OAM）通道，形成控制和管理平面，平面中的不同信息對(duì)各自的OAM功能進(jìn)行管理。GPON還繼承了G.983中規(guī)定的OAM相關(guān)要求，具有豐富的業(yè)務(wù)管理和電信級(jí)的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)能力。

2）系統(tǒng)扁平化以后，去掉了中間環(huán)節(jié)，故障節(jié)點(diǎn)也相應(yīng)減少，減輕了維護(hù)壓力。

3）銅纜系統(tǒng)目前演變到Cat6A，在結(jié)構(gòu)上增加了十字骨架、屏蔽層，線徑變得越來(lái)越大，施工難度和線纜價(jià)格快速增加。而且，為了保證銅纜的通信質(zhì)量，CAT6A的測(cè)試參數(shù)有十幾個(gè)，使得Cat6A布線系統(tǒng)的測(cè)試和后期的故障排查更加繁瑣和費(fèi)時(shí)［9］。但是，光纖故障排查時(shí)主要考慮“衰減”和“長(zhǎng)度”這2個(gè)參數(shù)，優(yōu)勢(shì)明顯。

4）環(huán)保節(jié)能優(yōu)勢(shì)明顯，銅纜的主要材料為銅，而光纖的主要材料為玻璃，光纖更為環(huán)保。此外，通過(guò)FTTH部署的光分配網(wǎng)絡(luò)，不需要中間用電設(shè)備，更加節(jié)能。

5）ONU可單獨(dú)遠(yuǎn)程配置，不容易出現(xiàn)以往因?yàn)榻粨Q機(jī)配置錯(cuò)誤造成的網(wǎng)絡(luò)大面積癱瘓。此外，ONU可以根據(jù)需求快速更換，隨意增加端口數(shù)量和改變端口類(lèi)型。

GPON技術(shù)成熟優(yōu)勢(shì)眾多，符合未來(lái)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的需求，能充分滿足應(yīng)急指揮中心的網(wǎng)絡(luò)需求。該系統(tǒng)自2014年11月投入業(yè)務(wù)運(yùn)行后，故障率低、節(jié)省能源、易于管理維護(hù)、接入帶寬大，運(yùn)行效果良好。由于GPON替代傳統(tǒng)電纜在氣象應(yīng)急業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中部署尚屬首次，新技術(shù)的采用對(duì)維護(hù)人員提出了更高的要求。此外，未來(lái)的工作中應(yīng)充分利用OLT設(shè)備中的OAM功能，完善網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，以便快速排查和處置故障。

［1］方宇凌，吳嘉豪，湯沛，等.珠江口西岸氣象災(zāi)害的監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)［J］.廣東氣象，2013，35（5）：59-63.

［2］工業(yè)和信息化部.《通信業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》發(fā)布http：//www.miit.gov.cn/n11293472/n11293832/n112 93907/n11368223/14578927.htm l.

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TP39

A

10.3969/j.issn.1007-6190.2016.06.019

2016-08-05

盛安（1980年生），男，本科，工程師，主要從事應(yīng)用氣象和弱電信息化管理。E-mail：xingsa@sina.com

盛安.基于GPON技術(shù)的應(yīng)急指揮中心網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)［J］.廣東氣象，2016，38（6）：77-80.