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浅析FTTH在中国的发展
 
慧聪网   2005年12月26日13时52分   信息来源:泰尔网    

    【导语】本文首先介绍了FTTH的发展历程和应用优势,在对实现FTTH应用的点到点和PON等技术方式进行详细说明的同时,还介绍了目前各国FTTH网络发展的现状。 在此基础上,文章分析了我国发展FTTH所面临的各种问题以及可能的解决方法。

    1、FTTH的兴起

  FTTH(fiber to the home,光纤到户)的概念兴起于20世纪90年代,至今已经历了十余年的发展与演变,在众多宽带接入技术中一直是人们关注的重点。FTTH是一种光纤从通信局端一直延伸至用户家庭的宽带光接入方式,在这种接入方式下,每个用户家庭独享一根光纤分支,多个用户的信号通过有源或无源汇聚点分/合路至局端。从最早提出FTTH概念的那一天开始,人们就相信FTTH可以实现PSTN、Internet和CATV的“三网合一”,利用其可同时向用户提供语音、数据和视频三类业务,是实现宽带接入的最理想方案。但由于价格昂贵、缺少业务需求而使FTTH一直很难得到广泛应用,成为人们心中可望而不可及的美丽蓝图。

  近两三年全球宽带接入市场快速发展,不仅宽带用户数目急剧增长,而且用户对接入带宽的需求随着视频点播、网络游戏和IPTV等高带宽业务的出现进一步大幅增加,现有的以ADSL为主的宽带接入方式已经很难满足用户对高带宽、双向传输能力以及安全性等方面的要求。面对这一困境,各国把关注的目光重新投向了FTTH,计划利用光纤这一迄今为止最好的传输媒质来突破接入的“瓶颈”,实现昔日人们心中的美好蓝图。

  FTTH接入方式比现有的ADSL/LAN等宽带接入方式更适合一些已经或即将出现的宽带业务和应用,这些新业务和新应用包括可视电话、会议电视、视频点播、IPTV、网上游戏、远程教育/医疗等。这些新业务尤其是HDTV和高清视频点播和交互式电视业务一般要求对称双向高带宽支持或要求支持广播/组播传送,而原有的ADSL/LAN接入方式由于受到传输距离和传输速率的限制很难同时满足上述业务对远传输距离和高接入带宽的需求。尤其是目前倍受关注的“Triple Play”业务,要求同时向用户提供数据+语音+视频三类业务,FTTH无疑是同时解决业务需求和带宽需求的最佳方式。另一方面,由于FTTB/C接入方式采用2级接入方式,在局端设备和用户端设备之间存在一个有源的媒质转换/汇聚设备,极大地增加了运营商的运营和维护成本和复杂度;而FTTH采用光纤直接到用户家中的方式,给运营维护带来了极大的便利。

    2、FTTH的实现技术

  在十多年的发展历程中,FTTH实现技术不断推陈出新,从有源接入方式到无源接入方式,从点到点(P2P)方式的MC(媒体转换器)发展到点到多点方式的APON、EPON和GPON等技术。

  2.1 点到点接入技术实现FTTH

  FTTH网络中的点到点接入技术是将电信号转换成光信号进行长距离的传输,从中心局到每个用户均使用一根光纤,上下行带宽都可以达到100Mbit/s甚至1000Mbit/s。采用点到点方式实现FTTH具有产品成熟、结构/技术简单、安全性较好的特点,其优势包括以下几个方面:

  ●高带宽,可轻易提供双向100Mbit/s甚至1000Mbit/s带宽的专线接入;

  ●集中在小区机房配线,易于放号、维护和管理;

  ●设备端口利用率高,可以根据接入用户数的增加而逐步扩容;

  ●由于用户可独立享有一根光纤,因此信息安全性较好。

  但这种技术最大的缺点是需要铺设大量的光纤和光收发器,在大规模应用情况下网络铺设困难,设备成本也很难再下降甚至会上升,因此被认为是实现FTTH的过渡技术,可以有以下两种实现方案。

  (1)实现方案一:MC+传统以太网交换机

  MC+传统以太网交换机是一种过渡性的点到点FTTH方案,它利用MC将电信号转换成光信号进行长距离传输。MC是一个单纯的光/电或电/光转换器,它并不对数据包进行处理,因此成本低廉。这种方案的优点是对于目前已经普及的100Mbit/s速率的以太网交换机而言,不必更换支持光纤传输的网卡,只需要加上MC即可,这样用户可以减少升级的成本。MC+传统以太网交换机方案的拓扑结构如图1所示。

图1  MC+传统以太网交换机实现的点到点FTTH网络

图1  MC+传统以太网交换机实现的点到点FTTH网络

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  (2)实现方案二:点到点光接入设备

  点到点光接入设备又被称为光纤以太网方式的FTTH,可采用无分配点的单级点到点的光传输方式,也可以采用有源分配点的2级光传输方式。在设备具体形态上,可以是传统的具有光接口的以太网交换机,也可以是新的符合IEEE 802.3ah规范的光以太网接入设备。根据IEEE 802.3ah的规定,接入网所采用的光以太网技术应采用单纤双向传输方式,上下行采用WDM方式分别使用不同的波长进行传输,上行使用1310nm波长,下行使用1550nm波长。

  2.2 无源光网络技术实现FTTH

  无源光网络(PON)技术是目前实现FTTH的最主要技术方式,尤其是EPON技术更被视为实现FTTH的最理想技术方案。PON系统由光线路终端(OLT)、光网络单元(ONU)/光网络终端(ONT)和光分配网(ODN)组成,所谓“无源”,是指ODN全部由无源光分路器和光纤等无源光器件组成,不包括任何有源节点。PON技术采用了点到多点拓扑结构,OLT发出的下行光信号通过一根光纤经由无源光分路器分路广播给各ONU/ONT,xPON的拓扑结构如图2所示。虽然PON技术可细分为APON、EPON和GPON等多种具体的技术,但它们均具有以下技术特点:

图2  xPON拓扑结构

图2  xPON拓扑结构

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  ●ODN由无源光器件组成,OLT和ONU/ONT之间没有昂贵的有源电子设备;

  ●可以灵活地组成树型、星型、总线型等拓扑结构,典型拓扑结构为树型,各ONU/ONT共享OLT和ODN之间的光纤;

  ●上行采用TDM方式,下行采用TDMA方式;

  ●可采用单纤双向或双纤双向两种上下行传输方式;

  ●在采用单纤双向方式的PON系统中,下行使用1490nm波长,上行使用1310nm波长,如果提供CATV业务则使用1550nm波长;

  ●业务透明性较好,理论上可适用于任何制式和速率的信号。

  不同的数据链路层技术和物理层PON技术结合形成了不同的PON技术,例如ATM+PON形成了APON,Ethernet+PON形成了EPON,ATM/GEM+PON则形成了GPON,这是各种PON技术之间的最大区别。

  (1)APON技术

  APON是20世纪90年代中期由FSAN(全业务接入网联盟)开发完成的,并提交给ITU-T形成了G.983.x标准系列。APON下行传输速率一般为622Mbit/s,上行一般为155Mbit/s,由于采用了ATM技术,因此可承载64kbit/s语音业务、ATM业务和IP业务等各种业务类型,并可提供强有力的QoS保证。

  APON经过多年的发展,并没有能够很好地占领市场,主要原因是ATM协议复杂,使APON的推广受到很大阻碍,另外其设备价格较高,相对于接入网市场来说还较昂贵。但APON可提供丰富的业务类型,能够较容易地满足FTTH的最高业务需求Triple Play并能提供业务质量保证。从设备成熟度看,APON设备也是目前最成熟的PON设备,在业务承载能力、性能稳定性和管理维护功能方面都比较成熟。作为业界最早出现的宽带PON技术,APON拥有Motorola、Terawave和Optical Solution等众多厂商的支持,烽火通信、华为等国内厂商也都推出了实用化的APON产品。

  (2)EPON技术

  EPON由2000年11月成立的EFM(Ethernet in the first mile)工作组提出并在IEEE 802.3ah标准中进行规范,它在PON层上以Ethernet为载体,上行以突发的Ethernet包方式发送数据流。EPON可提供上下行对称1.25Gbit/s传输速率,下行10Gbit/s的传输速率也正在积极研究中。

  在多种基于PON的技术中,EPON由于其技术和价格方面的优势已逐渐成为最受欢迎的FTTH技术。由于采用Ethernet封装方式,因此非常适于承载IP业务,符合IP网络迅猛发展的趋势,这也是EPON技术能够获得业界青睐的重要原因。但Ethernet封装方式也给EPON技术带来了一个致命的缺点——难以承载语音或电路方式数据等TDM业务,虽然目前国内外均对TDM over Ethernet技术进行了积极的研究并取得了一定的成果,但并不十分成熟,要完全达到TDM业务要求的严格QoS更是面临相当大的困难,这给EPON的应用带来了很多限制。尽管IEEE制定802.3ah的初衷是为了接入IP数据业务,并没有考虑TDM业务接入的特殊需求,但目前国内有部分厂商如格林威尔、烽火等突破IEEE对EPON标准的规定,在EPON承载TDM业务方面进行了技术创新,突破性地实现了EPON系统承载语音和电路型数据业务。但由于厂商实现TDM over EPON时或多或少都使用了私有协议,所以对不同厂商的OLT和ONU间的互通造成严重的不良影响。在EPON芯片方面,目前已经有Passave和Teknovus等芯片厂商能够提供成熟的商用芯片。

  (3)GPON技术

  ITU-T针对APON技术未能获得成功的原因,以APON标准为基本框架,重新设计了新的物理层传输速率和TC层,发布了G.984.x系列的GPON标准。GPON的下行最大传输速率可高达2.488Gbit/s,上行最大传输速率达1.244Gbit/s,TC层可采用ATM和GEM(GPON encapsulation mode,GPON封装模式)两种封装方式。GEM为GPON特有的TC层适配协议,它的提出源于GFP的通用成帧思想,同时考虑到PON网络多ONU、多端口复用的情况,引入了Port ID。此外,GEM借鉴了GFP的帧同步机制,采用自描述方式确定帧边界。由于采用了GEM封装方式,GPON的封装是高效透明的,由PLOAM(物理层OAM)和高层的OMCI(ONT管理控制接口)协议组成的OAM机制也相当完善。在业务承载能力上,GPON延续了APON的全业务接入理念,其特有的TC层封装方式也完全能支持QoS保证。

  ITU-T制定的GPON系列标准相当完善,但同时也相当复杂,标准正式发布至今,全球只有屈指可数的几家公司如Flex-Light、BroadLight、OpticalSolution等宣布推出符合G.984标准的GPON产品,并且多采用GEM封装模式。由此带来的是GPON产品的价格相对较高,在现阶段将GPON应用到FTTH中有很大的价格压力。

    3、FTTH网络发展与设备现状

  尽管多家国际研究咨询机构对FTTH的前景保持相当乐观的态度,均认为2005-2008年是FTTH技术快速应用和推广的几年,但是不可否认,目前许多国家的运营商对实现FTTH商用以及大规模推广还是心存疑虑,因而大都采取了“积极试验、谨慎部署”的策略。

  日本是目前FTTH应用开展最积极的国家,由于市场竞争激烈以及政府政策鼓励,日本各大运营商相继大规模推广FTTH应用,据日本总务省统计,截至2004年7月,日本FTTH用户已经突破130万,预计在2005年达到450万。日本FTTH开展的业务可分为高速数据、高速数据+语音和高速数据+语音+视频三种类型,体现了FTTH业务发展的趋势——三网合一。在技术选择方面,日本宣布放弃早期采用的MC方式转而大力推广使用PON尤其是APON和EPON技术。在ADSL/VDSL非常普及的韩国,根据其政府“IT839战略规划”在2003年宣布将逐步发展FTTH替代现有的DSL网络,计划2005年推广30万FTTH用户,到2007年使FTTH家庭普及率超过70%。

  在欧洲和北美地区,美国、荷兰、瑞典等国运营商均开始选择PON技术开展小规模的FTTH应用试验,但与日本和韩国不同的是,欧洲和北美运营商更倾向于选择GPON技术而不是EPON技术来实现FTTH应用。造成技术选择差异的原因一方面是欧洲和北美运营商受ITU-T和FSAN影响巨大,ATM网络基础较好,另一方面是欧洲和北美运营商更注重具有QoS保证的全业务接入能力,GPON比EPON更能满足他们的需求。

  我国的FTTH应用还处于起步阶段,发展比较缓慢,不论是主流电信运营商还是新兴接入提供商,对FTTH均还没有进入真正的实施阶段。政府相关主管部门也还未就FTTH的发展与推广制定系统的政策措施。中国电信和中国网通两大固网运营商首先在北京、上海和武汉等大城市的新建高级住宅区开展了一些小型的FTTH商业试验,主要向用户提供高速数据和IPTV等服务。

  从目前各国已经铺设的FTTH网络来看,运营商向用户首先也是最主要提供的业务类型仍然是普通Internet数据业务,电路方式的语音业务由于技术实现复杂并且成本相对昂贵目前很少提供给普通用户,VoIP业务在中国由于受到政策的限制也面临困境,而CATV业务由于节目源的限制也很难由电信运营商来独立提供。针对目前的应用环境,同时考虑到国际标准仅规范了EPON承载IP业务的实现方式,设备制造商现阶段为FTTH网络所提供的设备在业务承载能力上还比较单一,只能提供IP数据业务,尤其是采用商用芯片实现的系统,下一阶段计划通过VoIP的方式提供语音业务。目前有少数厂商的FTTH设备可向集团用户提供E1业务。

    4、我国发展FTTH面临的问题

  从国内外开展FTTH应用的经验来看,我国发展FTTH面临以下几个方面的问题:

  (1)缺少“杀手级应用(killer application)”

  “杀手级应用”是很多新技术推出时必须面对的问题,FTTH也不例外。目前FTTH的确难以找到符合大多数用户需求的杀手级应用,提供的主要业务类型仍然和DSL类似。IPTV被认为是推动FTTH发展的关键业务,但这涉及到电信与广电行业之间的行业管制、版权保护、内容监管以及合适的商业模式等方面。除了电信运营商应该在内容提供方面主动与广电运营商合作外,从日本、韩国发展的经验来看,政府在法规的制定和促进产业链的形成方面有不可替代的作用。

  (2)成本需进一步降低

  实践已经证明FTTH应用并没有不可实现的技术难点,但要使FTTH走向成功,必须进一步降低相关产品成本,可以考虑从以下几方面着手进行:开发系统级商用芯片,开发适应FTTH特点的、采用新型集成和封装技术的低成本光器件,以及开发低成本易安装的室内光纤和单芯光缆。在FTTH发展初期,特别是大楼或小区内初期实装率不高的情况下,要想使FTTH的价格定位与ADSL接近是很困难的,应通过带宽和业务类型等方面的优势尽量在性价比上使FTTH具有较强的竞争力。

  (3)解决设备间的互通问题

  解决不同厂商设备之间的互通问题是目前PON技术面临的一个难题,也是FTTH应用能否得到运营商肯定并大力推广的关键之一。这需要相关芯片厂商和系统厂商的共同努力,为了达成一致甚至可能需要某些厂商牺牲部分的利益。

  (4)给城域网带来带宽压力

  PTTH带来了接入网的高带宽,也给城域网和数据汇聚后的核心骨干网带来了巨大的带宽压力,目前的城域网和核心网架构以及网上交换机/路由器等都不足以承受FTTH带来的巨大业务流量。为了使FTTH的高带宽能力为用户所真正感受,必须消除网络上的瓶颈,甚至构建下一代网络体系架构。

  (5)线缆所有权问题

  FTTH的应用再次提出了接入线路铺设所有权的问题,光纤的长距离传输能力使得局端设备能够远远移出小区范围外,如此庞大的光缆线路所有权应该归谁,是FTTH网络建设和政府政策管制应该重点考虑的问题之一。此外,为了竞争,很有可能会造成重复建设,如何避免也是一个问题。

  (6)进一步加强标准化工作

  标准化工作对FTTH产业发展和降低成本有直接的关系。在积极参与国际标准化工作的同时应加紧制定适合我国国情的FTTH系列标准,包括体系结构、设备系统规范、网络管理、关键光器件等。尤其是大楼内和室内光纤布线规范,目前在国内外均属于标准化空白。目前我国已经完成或正在进行的FTTH相关标准化工作主要集中在器件和设备系统规范上,今后应考虑将重点转移到设备互通、网络结构和业务应用上。

    5、结束语

  我国的FTTH市场还需要培育,对FTTH既要有信心也要有耐心。从电信运营的角度分析,将FTTH应用于实际网络环境之中,需要切实考虑诸多因素,如技术因素、成本因素、管制政策因素等,需要整个业界的共同关注、共同努力,并在不断的经验积累中逐步深化和发展。


 

 
作者:陈洁 
 
 
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