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10G PON技术的现状、发展以及部署建议

2019年02月27日 2435

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100Mbit/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。10G PON+ 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。

(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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