保定钟家营小区GPON光纤接入网规划设计_wenkub

2021-01-10 09:38:33 本页面

【导读】针对用户的业务需要对网络设备进行选型。传输介质的好坏会影响网。络的服务质量,设计还对光缆线路维护作了简要分析。

文章介绍图

  

【正文】 北京邮电大学毕业设计(论文)
I
内容摘要
随着信息化步伐的加快和用户对宽带接入需求迅猛增长,很多大中型企业单位
也都在追求更快、更稳定,所以光纤在向用户端延伸,以高性能介质回应用户的
高性能需求。
本文通过分析了目前接入网的发展现状以及GPON技术相关知识和优势,采用
基于GPON的光纤接入方式为所选片区用户提供高宽带业务,同时分析用户宽带
需求,为小区、学校等用户采用FTTH接入方式,为会展中心、宾馆采用FTTN+UTP
接入方式。针对用户的业务需要对网络设备进行选型。传输介质的好坏会影响网
络的服务质量,设计还对光缆线路维护作了简要分析。
关键词GPONONUFTTH
北京邮电大学毕业设计(论文)
II
目录
一绪论...................................................................................................................1
(一)光纤接入技术......................................................................................1
1光纤接入技术概述.................................................................................1
2光纤接入技术的研究意义.....................................................................1
(二)GPON技术介绍...................................................................................2
1GPON技术概述........................................................................................2
2GPON技术概述........................................................................................4
3GPON系统概述........................................................................................4
4GPON系统各部分功能............................................................................5
5GPON信号传送原理................................................................................6
(三)FTTH技术...........................................................................................7
1FTTH技术概述........................................................................................7
二光纤接入网的基本概念.....................................................................................8
(一)光纤接入网的优势..............................................................................8
(二)光纤接入网结构..................................................................................8
(三)光纤接入网的分类............................................................................10
(四)接入网的拓扑结构............................................................................11
三钟家营小区本地网络结构和运行数据............................................................12
(一)钟家营小区本地平面图及局所位置..................................................13
(二)本设计所涉及范围的用户群状况.....................................................13
(三)现行用户接入方式及接入业务状况..................................................14
四建设接入网的可行性和必要性........................................................................15
(一)成熟的GPON技术............................................................................15
(二)用户需求分析....................................................................................15
五钟家营小区GPON光纤接入网规划设计方案................................................16
(一)接入网网络结构的设计.....................................................................16
(二)设备选型............................................................................................17
1OLT选型...............................................................................................18
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III
2ONU选型...............................................................................................19
3无缘分光器选型...................................................................................20
(三)OLT容量的计算................................................................................21
(四)光功率分配计算过程.........................................................................21
(五)IP地址分配.......................................................................................22
1IP地址概述..........................................................................................22
2A、B、C类地址研究............................................................................23
3公有和私有IP地址.............................................................................24
(1)公有IP地址.....................................................................................25
(2)私有IP地址.....................................................................................25
4小区用户IP地址分配.........................................................................26
(六)网络保护方式的选择.........................................................................27
(七)网同步的设计....................................................................................29
1OLT与ONU的时钟同步与MPCP时钟同步............................................29
结论........................................................................................................................31
参考文献................................................................................................................31
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1
保定钟家营小区GPON光纤接入网规划设计
一绪论
(一)光纤接入技术
1光纤接入技术概述
接入网也称为光纤用户环路(FITL),它的光线路终端(OLT)可以设
在交换局中也可设置在远端。它的光网络单元(ONU)设在用户侧,光线
路终端和光网络单元之间是由光纤连接。ONU可以以多种方式连接用户,
一个ONU可以连接多个用户。根据与用户的距离,光纤接入网FITL又有
多种方式,例如:光纤到户(FTTH)、光纤到大楼(FTTB)、以及光纤
到路边(FTTC)等几种形式。从光纤接入网是否有电源分类,又可以分成
无源光网络(PON)和有源光网络(AON)两类。
由于我们只讨论无源光网络,有源光网络就不做介绍了。
无源光网络(PON)技术是点到多点的光纤接入技术,由局侧的光线路
终端(OLT)、用户侧的光网络单元(ONU)以及光分配网络(ODN)组
成。它的一般采用TDM广播方式、上行采用时分多址接入(TDMA)方式,
并且可以灵活地组成星型、树形、总线型等拓扑结构。而“无源”,是指ODN
中不需要电子电源及有源电子器件,全部由光分路器(Splitter)等无源器
件组成,因此其维护的成本相比较低,对雷电、磁场等环境因素的干扰影
响不明显。
光接入网因为采用光纤作为传输媒介,具有传输距离长,传输容量大,
抗干扰性强,衰减小,重量轻,等特点,是有线宽带接入技术的理想方案,
代表了宽带接入网的发展方向。
2光纤接入技术的研究意义
随着Inter的快速发展,我国已经进入了一个信息交流爆炸的网络型社
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会,我们的学习、工作及生活已经无法再离开网络,光纤在传输带宽方面具有
极大的优势。经过多年的发展,传输网已经基本上实现了数字化和光纤化,
交换网也已经基本实现了数字化和程控化,而接入网却发展缓慢。为了提高
网络业务的容量、质量、速度以及对网络资源的开发利用,我们必须要突破
这一瓶颈,最大程度的提高这“最后一公里”的传输效率。
目前,国内DSL接入提供的速率大概为1Mbit/s或者2Mbit/s,对于宽带
上网,这个速率似乎足够了,但是对于传输电视节目则明显不够了。常规
数字电视编码的一路SDTV节目需要2Mbit/s,加上数据接入业务,
接入带宽至少需要4Mbit/s。这就使得改善接入网的速率问题更加紧迫。
现如今我国经济的高速发展,各地城市的迅猛建设,使得光纤通信再一
次被人们关注。为了全面提升国家信息基础架构的安全、层次、质量,研究
接入网是关键,而最终的解决方案是FTTH。对于电信运营商而言,FTTH是
关系到网络和业务转型的重要领域,采用GPON方式进行FTTH接入有其强
大的优势。
(二)GPON技术介绍
1GPON技术概述
PON(无源光纤网络)是指光配线网中不含有任何电子器件及电子电源,
它具有节约光纤材料、对网络协议透明的优点,是电信维护部门长期期待
的技术,在光接入网中扮演着相当重要的角色。
PON是实现宽带光接入的一种常用网络形式,从概念的提出到现在已有
20多年的时间。在这期间,人们根据PON的独特物理结构,提出了一些标
准和规范。按承载的内容来分类,PON主要包括基于异步传输模式
(AsynchronousTransferMode,ATM)的无源光网络(APON)∕宽带无源光
网络(BroadbandPassiveOpticalNetwork,BPON),基于Ether的
无源光网络(EPON),基于通用成帧规程(GenericFramingProcedure,
GFP)的比特无源光网络(GPON)等。他们主要差异在于采用了不同的二层
交换技术,APON二层交换采用的是ATM技术,最高速率为622Mbit/s;EPON
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二层交换采用的是Ether技术,可以支持,将来速率
还能升级到10Gbit/s;GPON二层交换则采用GFP对Ether、TDM和ATM
等多种业务进行封装映射技术。如表1-1所示对EPON和GPON两种千兆比
无源光网络技术的主要参数进行了比较,为更加全面,同时也将BPON列入
其中。
表1-1(BPON、EPON、GPON技术主要参数比较)
BPONEPONGPON
下行线路速率
(Mbit/s)
155/622/12
44
12501244/2488
上行线路速率
(Mbit/s)
155/6221250155/622/1244/
2488
线路编码NRZ8B/10BNRZ
分路比3232/6464/128
最大传输距离
(km)
202060
TDM支持能力TDMoverATMTDMover
Ether
TDMoverATM
TDMover
Packet
上行可用带宽
(Mbit/s)
(传输IP业务)
500(在上行
622Mbit/s速率
情况下)
760~860(在上
行1250Mbit/s速率
情况下)
1100(在上行
1244Mbit/s速率情
况下)
OAM有有有
下行数据加密搅动或AS加密没有定义AS加密
由表可知,EPON简单、高速、成本低、用户面广,技术、产品相对GPON
成熟,是近期大力发展的无源接入技术;而GPON可透明传输,高速高效,
具有电信级服务质量,是无源接入技术发展的趋势。虽然目前GPON的成本
相对EPON较高,商业化程度低,但是,随着产业化的成熟度不断加深,光
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器件价格的下降、技术的成熟、商用网络规模的扩大,GPON必将能成为新
一代宽带接入网络的的主流技术。
2GPON技术概述
由于APON成本高、速率低、系统复杂,并且在传输IP数据时需要进行
协议的转换和格式的转换,ITU-T很快推出了用于代替APON的GPON系列
标准:、、。由于GPON是在APON的基础上专门针
对APON的缺点发展起来的,所以GPON保留了APON的许多优点,与APON
有很多相同之处。但GPON更高效、高速,提供
的可升级的框架结构,支持上、下行不对称速率(下行,上
行),支持多业务,特别是以本色模式和极高的效率同时支
持数据和TDM,提供明确的服务质量保证和服务级别,具有电信级的网络
监测和业务管理能力。因此,GPON成为目前最为理想的宽带光接入网技术。
GPON的基本技术要求如下:
1)基于GFP帧或ATM信元;
2)支持对称/非对称线路速率,包括对称622Mbit/s、
对称(上/下行)155/1244Mbit/s、622/1244Mbit/s、155/2488Mbit/s、
622/2488Mbit/s、,具有前所未有的高比特率;
3)最大逻辑距离和最大物理距离分别为60㎞和20㎞;
4)系统分支比为1:16、1:32或1:64,最大可支持的分支比为1:128;
5)平均最大传输时延为;
6)上行工作波长1260~1360nm,下行工作波长1480~1500nm(单纤系统)
或1260~1360nm(双纤系统);
7)利用定义的增强波长提供其他业务;
8)线路码型为扰码的NRZ码。
3GPON系统概述
如图1-1所示是建议的GPON参考模型。GPON由光线路终端OLT、
光网络单元/光网络终端(ONU/ONT)和光纤分配网ODN组成。其中OLT位于
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中心机房,向上提供广域网接口,包括GE、ATM、DS-3等;ONU/ONT放在
用户侧,为用户提供10/100BaseT、T1/E1、DS-3等应用接口,适配功能
AF在具体实现中可能集成于ONU/ONT中;ODN由分支器/耦合器等无源器件
构成;上下行数据工作在不同波长,下行数据采用广播方式发送,上行数
据采用基于统计复用的时分多址(TimeDivisionMultipleAccess,TDMA)
方式接入。图中波分复用器WDM和网络单元NE为可选项,用于在OLT和
ONU之间采用另外的工作波长传输其他业务,如视频信号。
图1-1(GPON系统参考配置)
4GPON系统各部分功能
OLT(光线路终端):以广播方式向ONU发送以太网数据;发起并且控制
测距过程,并且记录所测信息;控制ONU功率和ONU注册;为ONU分配带
宽,也就是控制ONU的发送窗口大小和发送数据时间。
ODN(光分配网):分发下行方向数据并且集中由ONU上传的上行数据。
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无源分光器可将输入的一路光信号进行不等比例的光功率分割,并输出所
分割的多路信号。
ONU(光网络单元):响应OLT所发出的功率控制和测距命令,并对命令
作出调整;缓存所属用户的以太网数据,并在OLT所分配的发送窗口内发
送上行方向数据。
5GPON信号传送原理
GPON系统运用WDM技术来实现单纤双向的信号传输。为了将用户的上下
行方向信号分离,EPON使用了两种复用。
下行数据流采用广播方式,取下行波长1490nm。各自ONU根据下行数据
标识信息接收属于自己数据,并丢弃其它数据。
图1-2下行方向信号传输原理
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上行数据流采用TDMA方式,取上行波长1310nm。各自ONU发送的时间
和长度由OLT集中控制。
图1-3上行方向信号传输原理
(三)FTTH技术
1FTTH技术概述
尽管如今移动通信发展速度很快,但其由于带宽难以提高,终端体积追
求小巧,显示屏幕受限等因素,人们依然需要性能更强得多的固定终端。
信息化进程的前进和网络业务需求的提高,快速推动着网络的发展。
FTTH(光纤入户)的意思是光纤和终端设备一同进入家庭,也就是说将
光网络单元(ONU)安装到用户家庭,从而实现数据,图像,语音业务的整
合。它是光接入系列中最接近用户的类型之一。FTTH的优点是增强了网络
对波长、速率、数据格式和协议的透明性,可以提供更大的带宽,支持的
协议也较为灵活。值得一提的是其对环境影响和供电都要求都不高,便于
了安装和维护。光纤到户的最大优势在于,它具有非常大的带宽,是解决
“最后一公里”瓶颈的最佳方案。
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根据光纤深入用户的程度,可以分为FTTC(光纤到路边)、FTTZ(光纤到
小区)、FTTO(光纤到办公室)、FTTF(光纤到楼层)、FTTH(光纤到用
户)等。
这里我们只研究FTTH,其它方式暂不多谈。
FTTH从拓扑结构分类可以分为点到点(P2P)和点到多点(P2MP)两种。
FTTH从封装协议的不同可分为BPON,EPON,GPON等,这些PON技术的网
络拓扑结构都为树型结构。
二光纤接入网的基本概念
(一)光纤接入网的优势
光线接入网一种以光纤作主要传输媒介的接入网.
它的主要优点有:
1)光纤带宽容量大,可以满足未来更多业务的需要。
2)光纤抗干扰性好,不会被电磁或雷电等的影响。
3)光纤寿命长久,可达50年。
4)衰减小。
5)体积小,重量轻。
于是,它以频带宽、损耗低、重量轻、抗干扰能力强、工作性能可靠、
原材料丰富等优点赢得了市场的肯定。虽然有成本较铜线高的缺点,但随
着技术的成熟,其成本在逐渐降低,大大增加了其推广的可行性。
(二)光纤接入网结构
可以说OLT和ONU组成光纤接入网(OAN),其包含与UNI(用户网络接
口)有关的用户端口功能、与SNI(业务节点接口)有关的业务端口功能
以及核心功能(如集线、电路仿真和通路选择),这些功能分布在OLT(光
线路终端)和ONU(光网络单元)中。其通过光线路终端(OLT)与业务节点
相连,通过光网络单元(ONU)与
用户连接,而通常为了降低成本,一个光线路单元OLT可以带多个ONU。
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图2-1光纤接入网模型
光线路终端OLT的功能是为接入网络提供与本地交换机之间信息传输的
接口,并且通过光传输的方式与用户端的光网络单元通信。其具体的工作
有:1、向ONU以广播方式发送以太网数据。2、发起并控制测距过程,并
记录测距信息。3、为ONU分配带宽。它能够将交换机的交换功能与用户接
入完全隔开,并提供对自身和用户端的监控和维护。对于位置的设置,可
以和本地交换机一起设置在交换局端,也可以放置于远端。
光网络分配单元ONU的功能是为其接入网络提供用户侧的接口。具体工
作的有:1、选择性的接收OLT发送的广播数据。2、响应OLT发出的测距
以及功率控制命令,并遵照控制命令作出相应的调整。3、对用户的以太网
数据进行缓存,并且在OLT分配的发送窗口内发送向上行方向的信息。ONU
可以接入多种用户终端,并且具有光电转换的功能以及相应的维护和监控
的功能。ONU的主要功能是结束来自OLT的光纤,处理光信号并为多个用
户提供业务接口。ONU的网络端是光接口,而它的用户端是电接口。因此,
ONU具有光信号和电信号相互转换的功能。同时,它仍具有对话音的数字
信号和模拟信号相互转换功能。ONU通常可以放置离用户较近的位置。
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(三)光纤接入网的分类
按技术上分,光纤接入网可分为有源光网络和无源光网络,有源光网络
可以分为基于PDH和SDH两种。由于EPON系统是以太网无源光网络,所以
有源光网络我们就不多讨论了。
对于无源光网络(PON)是指在OLT和ONU之间是光分配网络(ODN),不
需要任何有源电子设备。PON即无源光网络(无源的光接入网)分为APON、
EPON和GPON等几种。
按照拓扑结构,光纤接入网可以分成:环形、总线形、星形或它们的混
合形,也有点对点的应用。
总线型:总线形结构是将光纤作为公共总线,各用户终端通过耦合器与
总线直接连接。其优点有:共享主干光纤,节省线路投资,比较点容易增删
节,各用户彼此干扰较小。但其缺点是:存在损耗累积,用户接收机的动
态范围要求较高,对主光纤的依赖性强。它结构属串联型结构。
环形结构:它是所有节点共享一条光纤链路,将光纤链路首尾相连,自
成封闭回路的网络结构。这种结构的优点是无需外界干预,网络即可在比
较短的时间内,从失效故障中恢复所传业务,即:实现网络自愈。
星形结构:它是将各用户终端通过一个位于中央节点(设在端局内)具有
控制和交换功能的星形耦合器进行信息交换的。它不具有损耗累积,易于
升级和扩容,各用户之间干扰性小,业务适应性强。但它缺点是:所需光
纤较多,对中央节点的可靠性要求非常高。星形结构又可分为单星形结构、
有源双星形结构和无源双星形结构。它属于并联形结构。
按照光纤到达的位置,光纤接入网可以分为光纤到户(FTTH),光纤到路
边(FTTC),光纤到大楼(FTTB),光纤到办公室(FTTO)。其中最常用的三种
是FTTH(光纤到用户)、FTTB(光纤到大楼)、FTTC(光纤到路边)。
FTTH是直接将ONU放置在用户住宅内,为家庭用户提供综合宽带业务。
FTTH是光纤接入网的最终目标,但是由于每一用户都需要一对光纤和独自
的ONU,因此成本非常昂贵。
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FTTB是将ONU设置在大楼内的配线箱。主要应用于远程医疗、远程教育、
综合大楼及大型娱乐场所,为大中型企事业单位和商业用户服务,并为其
提供高速数据、电子商务等宽带业务。
而FTTC将光网络单元(ONU)设置在路边,也就是用户住宅的附近,从
ONU出来的电信号再传送到各个用户。主要是为住宅用户提供宽带服务。
视频业务一般用同轴电缆传送,电话业务用双绞线传送。
(四)接入网的拓扑结构
ODN的基本结构:根据光分路器(OBD)的连接方式,网络可组成很多种
结构,而星型和树型是最普遍的。
关于星型结构:是ONU与OLT之间按照点对点配置。也就是一个ONU直
接与一个OLT连接,而中间不需要OBD(光分路器)。而OLT与ONU之间
的光链路则只是一根光纤或两根。
图2-2星型结构
关于树型结构,树型结构可分为两种:
1)OLT与ONU按照一点对多点配置,也就是一个OLT连接多个ONU,并且
中间有一个POS。此结构的优点为跳接相对少。因此,减少了光缆线路的
衰减和故障率。同时,便于数据库管理。而缺点是光分路器后的光缆数量、
对管道需求量很大。
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图2-3典型树型结构
2)而当采用两个、两个以上的光分路器时,按照级联的方式连接时,就
构成了第二种树型结构。
其优点是由于安装光分路器比较分散,于是减少了对管道的需求,更适
用于用户更加分散的小区。而缺点是增加了跳接点,加大了线路衰减,故
障率增加,同时数据库管理难度也增加了。
图2-4多级联树型
三钟家营小区本地网络结构和运行数据
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(一)钟家营小区本地平面图及局所位置
钟家营小区位于保定东区。小区共有居民楼5栋,均为6层,每层均为
2户。因此,钟家营小区共18个单元,共216户。
本期工程钟家营小区采用FTTH,采用一级分光的形式对该小区进行覆盖,
具体施工方案如下:
1)小区内走线采用小区的管道。(特殊标注除外)。
2)本工程从钟家营原有OLT基站新放一条12芯光缆到钟家营小区
FL01-360光交箱。
3)从光交箱引出光缆至各个单元的分线箱。
图3-1钟家营小区布线工程路由图
(二)本设计所涉及范围的用户群状况
由于钟家营小区的楼宇分布密集,用户数量多,且基本为普通居民用户。
需要网络覆盖范围较大。居民楼等用户密集区域,广阔的网络覆盖区域和
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大量的接入数需要强劲的网络核心为其保证充沛动力。同时设备的安全性
也至关重要。因此对于钟家营小区网络建设要综合考虑多方因素。
(三)现行用户接入方式及接入业务状况
现行小区的用户接入方式为ADSL接入方式,其属于铜线宽带接入。铜线
宽带接入技术也叫做xDSL技术,xDSL是各种类型DSL(DigitalSubscribe
Line)数字用户线路)的总称,其中包括ADSL非对称用户数字环路、HDSL
高比特率的用户数字环路和VDSL甚高比特率的用户数字环路。
由于本小区现行接入为ADSL本章只介绍ADSL接入,其他暂不介绍。
ADSL是目前DSL中技术比较成熟的一种,也是普通家庭用户中最普遍的
一种。其优点是带宽相对较大、连接简单、成本较小。ADSL系统主要是适
合住宅用户,它采用频分复用技术把普通的电话线分成了电话、上行和下
行三个相对独立的信道。它在一对电话线上同时传送一路高速下行数据、
一路较低速率下行数据和一路模拟电话数据。各种信号以频分复用方式占
用不同频段,低频段传输语音信号,中间窄频段传输上行信道数据和控制
信息,剩下高频段传送下行信道数据和图像。从而成功避免了相互之间的
干扰。即便边打电话与上网同时进行,也不会影响上网的速率
和通话的质量。通常ADSL在不影响正常电话通信的情况下可以提供最高
的上行速度和最高24Mbps的下行速度。
ADSL技术允许多种格式的数据、视频信号、语音以铜线为媒介从局端传
给用户终端,可以支持高速Inter/Intra访问、视频点播、在线业
务、电视信号传送等。但它们的缺点是覆盖面有限,并且一般高速传输数
据是非对称的,上行传输数据传输速度较低。
ADSL是一种异步传输模式(ATM)。在电信服务提供商端,需要将每条
开通ADSL业务的电话线路连接在DSLAM(数字用户线路访问多路复用器)
上。而在用户端,用户需要使用一个ADSL终端(由于类似传统的调制解调
器(Modem),所以也称为“猫”)来连接电话线路。由于ADSL使用的是
高频信号,所以在两端还都要使用ADSL信号分离器(Demultipexer),将
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ADSL数据信号和普通音频电话信号分离开,以免用户打电话的时候出现噪
音干扰的现象。
在实际应用中,由于有传输高频信号的限制,ADSL需要电信提供商端接
入设备和用户端口之间的传输距离不得超过5千米,也就是用户的电话线
连到电话局的距离不能超过5千米。
总之,ADSL是众多DSL技术中更为成熟的一种,其带宽较大、投资较小、
连接简单的优点使其发展的很快。但从技术角度上看,ADSL技术对宽带业
务来说仍是一种过渡性方法。
四建设接入网的可行性和必要性
(一)成熟的GPON技术
目前,GPON技术已经很成熟了,它的体现主要为:经过各组织的标准制
定、运营商设备商的努力拓展、GPON的芯片和光模块性能成熟,并且在中
国电信的引导下,实现了GPON芯片级和系统级的互通。与此同时,GPON
产业链也进一步成熟,并且形成了良性的竞争格局。由于设备成本不断下
降,其大规模推广的可行性以达到运营标准,并可广泛运用于城市和农村
的综合接入。
(二)用户需求分析
钟家营小区共5幢居民楼18个单元,共6*2*18=216户,需要开通的业
务有:宽带业务和普通电话业务,来满足小区用户的新需求。由于前期业
务需求量不会达到百分之百,所以在光交箱里只放置一个1分64的分光器。
FTTH作为一种综合接入手段,可以提供高带宽和QoS(服务质量)保证
能力,并可承载以太网/IP业务、语音业务等多种业务:
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图4-1GPON提供的用户三种业务类型
1)数据业务:可以为用户提供4M的带宽,可以在长期满足基于以太网
/IP的数据业务的需要,比如用户互联网接入、文件下载、网络游戏等各
种业务。
2)语音业务:可以为用户提供语音业务,包括采用VOIP(将模拟声音
讯号数字化,以数据封包的型式在IP数据网络上做实时传递)的软交换
电话语音以及各种增值业务和64kbit/s电路仿真方式的传统电话。对于通
讯技术发展趋势,软交换方式最终将会成为由FTTx技术支持的实现方式。
3)视频业务:当前用户的视频业务为电视台提供的CATV,但正在向DTV
方向转移,由于政策关系,通讯网络运营商与上诉业务无太大关系。他们
关心的是IPTV业务。对于IPTV,接入网要提供信息传输的通道,带宽和
通道的QoS保证能力便是IPTV业务能否提供的主要因素。
总之,对于钟家营小区的,GPON主要提供语音、数据等业务。
五钟家营小区GPON光纤接入网规划设计方案
(一)接入网网络结构的设计
钟家营小区的网络结构为从钟家营原有OLT机房新放一条12芯光缆至钟
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家营小区光交箱。光交箱选用落地式360芯光交箱。由光交箱引出2条36
芯、三条48芯光缆到各单元分线箱。其中,36芯经过接头盒分出三条12
芯光缆,48芯经过接头盒分出4条12芯光缆。
图5-1接入网网络结构的设计
(二)设备选型
GPON网络结构主要是有OLT(光线路终端)、ODN(分配网络)、POS(光
分路器)、ONU(光网络单元)组成。
OLT位于ODN与核心网之间,实现核心网与用户之间不同业务的传递功
能,它可以区分交换与非交换业务,管理来自ONU的信令和监控信息,同
一个OLT可以连接若干个ODN。OLT在分配侧提供与ODN相连的光接口,在
网络测通过标准SNI接口连接到业务网络,可设置在本地交换局或远程。
ODN位于ONU和OLT之间,为多个ONU到OLT的物理连接提供光传输媒
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质,完成光信号的传输和功率分配任务。通常ODN是由光连接器、光分路
器、波分复用器、光衰减器、光滤波器和光纤光缆等无源光器件组成的无
源光分配网络。
ONU位于用户和ODN之间,实现OAN的用户接入,为用户提供通往ODN
的光接口,完成光电转换。
1OLT选型
图5-2华为SmartAXMA5680TOLT
SmartAXMA5680T,全球首款汇聚型OLT。融合汇聚交换功能,提供高密
度接入,高精度时钟,支持TDM、ATM、以太网专线,能够实现流畅的三重
播放业务、高可靠的企业接入服务。可级联DSLAM、MSAN及远端接入设备,
直连BRAS组网。在节省网络建设投资的同时,增强网络的可靠性,节约运
维成本。
超高汇聚交换能力,背板容量,960G交换容量,512KMAC地址容
量;超高密度级联能力,单框最大768个GE端口,无需额外投资汇聚交换
机;超高可靠组网能力,可直连BRAS,支持OLT双机热备份、异地容灾、
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升级不断业务。接入汇聚一体,避免重复投资,提升网络部署效率;减
少网络节点,减少站址、机房等配套设施,降低设备投资及运维成本;
EPON/GPON/10GPON共平台,实现网络平滑演进。
满足FTTH光纤到户、FTTB光纤到楼、基站传输、IP专线互联、批发等
组网需求。支持P2PFE光接入和以太网级联等宽带接入业务,通过与光接
入终端配合,为用户提供点对点的FTTH接入。能够提供带宽长距离接入,
解决大规模光纤接入问题。利用单根光纤提供语音、数据、视频业务、适
应电信用户个性化需求。
提供的接口类别有网络接口、业务接口、维护接口。其中网络接口有:
GE光/电接口、10GE光接口、E1接口。业务接口有GPON、EPON光接口,
以太网接口、P2PFE光接口。维护接口有维护串口、维护网口、环境监控
串口。
具有强大的QOS能力。支持良好的管理维护,监控功能,便于日常管理
和故障诊断。严格符合ITU-T标准。
2ONU选型
图5-3华为HG813ONT
华为HG813是一种光网络终端(ONT),专为家庭用户以及小型办公室设
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计。提供高速接入网络,传输速率是100Mb/s。提供高速光纤到一个单一
的有线频道。上行带宽至/s的下行带宽高达bit/s。
使用HG813,用户可以高速接入到网络,提供宽带语音和视频服务。HG813
使家庭用户和SOHO用户可透过光学上游的IP连接IPTV网络。为用户提供
IPTV业务。HG813提供从本地网络连接到其他设备的多个接口,能够灵活
地适应各种网络条件。支持4个以太网接口,自动识别数据模式。华为HG813
完全符合“光缆的房子”(光纤到户)技术所要求的标准,符合ITU-T
标准的GPON标准兼容。
HG813提供三网合一,包括语音,数据和IPTV。提供了多种接口,允许
连接各种终端设备。支持通过Tel远程维护设备,维护简单,同时支持
远程配置和设备管理。
应用适用性:可灵活应用于FTTH模式、视频监控、网吧接入等。
五芳园小区共需ONU216个。另外,ONU提供FE口和POTS口,分别接
五类线和双绞线,并通过RJ45和RJ11与电脑和电话相连。
3无缘分光器选型
无缘分光器选用1:64盒式分光器。
图5-4无源分分光器
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1310nm
8.6~9.5±0.7
±
±
应用
场合
最广泛用于数据通信和模拟图像传输媒介,其缺点是工作波长为1550nm是色散系数高达
17ps/(nm·km)阻碍了高速率、远距离通信的发展
性能
1550nm<
λcc≤126013101310或1550
常规单模光纤的性能及应用:
零色散波

工作波长
最大衰减系数
(dB/km)
最大色散系数
(ps/(nm·km))
性能模场直径(μm)
截止波长λ
cc(nm)
1550nm:
λcj≤12501550nm:~
模场直径(μm)
截止波长λ
cc(nm)
零色散波

工作波长
1280~1625
应用
场合
这种光纤的优点是工作波长范围宽,即1280~1625nm,故其主要用于密集波分复用的城域网
的传输系统,它可提供120个或更多的可用信道。
λc≤1250要求值
λcc≤12601300~13221310nm:
最大色散系数
(ps/(nm·km))
最大衰减系数
(dB/km)
1310nm<1310nm:0
λc≤1250








线
G
.
6
5
2


低水峰(全波)单模光纤的性能及应用:
1550nm:17
λcj≤1250
(三)OLT容量的计算
本小区宽带总容量根据用户数考虑。根据式带宽计算公式:
式(5-1)
推荐经验值:最大并发率:70%(这个数值比实际值偏大一点)。用户浏
览特性值:25%(下载时间/阅读时间)。五芳园小区共216户,承诺4M
给每户。则:216*70%*4M*25%=,小区宽带总容量为。
PSTN业务,所耗带宽很小,可以暂不做计算。
(四)光功率分配计算过程
为了保证小区每一个用户的业务能够正常提供,我们要计算接入过程中
的ODN光通道损耗。
ODN光通道损耗公式为:
式(5-2)
本小区使用的光纤为。其最大衰减系数取。
表5-1G.652光纤性能及应用
光通道损耗=光纤衰耗+光分路器插损+活接头损耗+死接头
损耗+损耗富余度
上行带宽=用户数*最大并发率*每用户带宽*用户浏览特
性值
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光分路器插损取1*64为。
表5-2PLC分光器损耗参数
PLC光分路器
参数
单位
指标
1×41×81×161×322×321×64
插入
损耗
典型值
dB
1
最大值18
法兰盘损耗取,熔纤点损耗取,损耗富余度取1dB/km
(L≤5km)。
若求最大光通道损耗,需取距离OLT最远距离的ONU与OLT间的光纤长
度。经估算距离最远的ONU为5km。
表5-3损耗明细
分光器
1::64
光纤长度
主干+配线
熔纤点
数目
法兰盘
个数
光缆富余
度≤5km
合计
单位损耗1
数量162
合计1
(五)IP地址分配
1IP地址概述
IP地址包含许多方面,如构建IP地址的计算、为数据到达目的地指定
的IP地址类以及公有和私有IP地址。
IP地址又可以分为IPV4(IP第四版)和IPV6(IP第六版)两类地址,
32位的
IPV4地址是当今最常用的地址类型,理论有大约40亿个的主机地址,
但是因为IPV4地址不能被全球用户所分配,所以就引申而来IPV6类型的
IP地址,IPV6使用的是128位编码,因此大大的能为全球所有用户分配
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IP地址。在很多大学和重要机构现在都开始用IPV6作为其内部网地址编
码;但是在EPON通信网络中还是主要用的是IPV4的地址。
对于IPV4地址,为了满足不同规模网络的需求并帮助对其进行分类,所
以将IP地址分成不同类别,称之为“类”。
为类分配IP地址称为有类编址,在早期inter中类是有互联网编号
指派机构(IANA)确定的,每个IP地址都分为网络ID和主机ID。此外,
每个地址起始处的位或位序列可确定地址的类。
图5-5IP地址的分类
2A、B、C类地址研究
A类地址只是用32位数的第一个二进制八位数来表示网络地址,而其余
三个二进制八位数用来表示主机地址的。A类地址的第一位始终为“0”,
所以可表示的最小数是十进制的0(00000000),可表示的最大网络位数
为十进制127(01111111)。然而,需要保留网络号得全0(00000000)和
全1(11111111),他们不能用作网络地址。如果32位地址的第一个二进
制八位数以1和126之间的值开头,则它为A类地址。
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B类地址是以32为数的前两个二进制八位数用来表示网络地址,其余两
个二进制八位数用来表示主机地址。对于B类地址的分配第一个二进制八
位数以二进制数10开头可保证B类空间与A类空间的上限分开。第一个二
进制八位数的其余6为可以填入1和0。因此,B类地址可表示的最小数是
1000000(十进制128),可表示的最大数是10111111(十进制191)。如
果地址的第一个二进制八位数以128到191之间的值开头,则它为B类地
址。IP地址范围如图5-6所示
图5-6IP地址范围
对于C类的IP地址分配,我们采用A、B类IP地址的分配方法,因此得
到第一个二进制八位数中包含192到223之间的数,则它是为C类地址。
3公有和私有IP地址
网络设备的互联是通过Inter彼此连接的,而另一些网络则是私有
的。如在学校寝室内用傻瓜式搭建的TP-link路由器网络,内部主机获取
的IP地址就是私有IP地址,而私有IP地址是不能被路由到公网中的,下
面我们来介绍公有和私有IP地址。
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(1)公有IP地址
Inter的稳定性直接取决于公用网络地址的唯一性。因此,需要采用
某种机制来确保地址的唯一性。这一机制最初是由InterNIC(Inter
网络信息中心)的组织来负责,后来这一机构演变成为IANA仔细管理IP
地址的剩余供应,以确保不会出现公用地址重复的情况。如果重复了会造
成Inter的不稳定,并损害其将数据报传送到使用重复地址的网络的能
力。而要获取IP地址或地址块,必须联系Inter服务提供商(ISP)。
随着Inter的快速发展,公有地址几乎用完,因此后来出现了一些技
术来解决此类问题,如网络地址转换(Net)、IPV6,如下图公有IP
地址:
图5-7公共IP地址
(2)私有IP地址
虽说Inter主机需要全球唯一的IP地址,但未连接到Inter上的
私有主机可使用任何有效地址,只要其在私有网络内是唯一的即可。但是
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由于许多私有网络与公有网络共存,因此是禁止占用“任意地址”。
在RFC1918文档中,其中有提到建议将可用的IP地址空间快保留给私有
网络。对于需要IP来支持应用程序或主机的但无需连接到Inter的私
有网络,可以简单地使用分配给私有用途的地址。
其中有三个IP地址块(一个A类网络、16个B类网络和256个C类网
络)被指定为用于私有内部用途,该范围内的地址不能在Inerter主干上
路由。Inter路由器被配置成丢弃私有地址(即不被路由到公网中)。
对于EPON中的IP地址来说,在OLT和ONU的接入端我们是采用公有IP
地址来给设备编号或配置IP地址,或者是从ONU一端到用户端我们是采用
动态的IP地址。使用私有地址的网络必须连接到Inter上时,必须将
私有地址转换成公有地址,转换程序可以是NAT,而执行NAT的网络设备
通常是路由器(router)。
图5-8私有IP地址
4小区用户IP地址分配
对于钟家营小区用户的IP地址分配,我们将会使用在小区中心机房设置
SmartAXMA5680T设备,在上面我们已经提到MA5680T的主要功能和支持
的业务。因为此小区是作为实验的目的来运行GPON的,所以我们为小区分
配一个C类的地址池。由于小区用户为216个,所以需要C类地址1个(一
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个C类地址,就可以提供254个主机IP地址)。
顺便要提到:IP地址池的分配是城域网的BAS的功能。用户的电脑PPPOE
拨号,经过PON,到达BAS,BAS在地址池中选取一个IP,分配给用户电脑。
就可以发送用户名和密码到认证服务器,认证服务器通过认证后,用户就
可以正常上网了,就是PPPOE拨号成功的全部过程,这个过程中间,PON
只是一个传输通道,不参与的IP分配。
(六)网络保护方式的选择
对于一些重要的应用场所,我们要求接入网具有快速的保护倒换功能。
因此,PON提供了多种不同线路备份、冗余。不同的接入网所应用环境的
需要而采用不同的保护倒换方案。冗余可以是整个PON的冗余,也可以是
某一部分的冗余,但是在通信的高要求、高成本的情况下,我们是采用低
成本高效率的冗余,而对于将整个PON来进行冗余,那么成本将是很昂贵
的,下面将提到4种类型的网络保护拓扑方式来做比较,比较那种方案最
好如图所示:
图5-9主干冗余
图5-10OLTPON口冗余
1:N光分路器
1:N分光器
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图5-11分支冗余
图5-12树冗余
在计算中我们采用Uc表示器件c的不可用性,Ug为一组关联器件的不
可用性。Uc和Ug分别对应器件或器件组的不可用时间。定义由主干光纤、
OLT发送机和接收机组成为主干组,由分支光纤、ONU发送机和接收机组成
为分支组,光分路器为独立的一组。主干组的不可用性可计算为:
式(5-3)
这里uolt_Tx表示为OLT发射机的不可用性,uoltT_Rx表示为OLT接收
机的不可用性,utrunk为主干光纤的不可用性。
Utrunk=1-(1-uolt_Tx)(1-uolt_Rx)(1-utrunk)
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Ubranch=1-(1-uonu_Tx)(1-uonu_Rx)
(1-ubranch)
类似的我们可以得出分支组的不可用性为:
式(5-4)
这里的uonu_Tx为ONU发射机的不可用性,uonu_Rx为ONU接收机的不
可用性,ubranch为分支光纤的不可用性。由于因为数据时双向传输,所
以把发送和接受归到一组里。
树保护PON所示,它具有整个“树”型光纤网的冗余。这种结构不想分
支保护、主干保护和分支均保护方案那样受增加分支树的影响。这种保护
方案的重要优点是:在正常情况下,主用和备用部分均可用来传送业务,
也就是PON具有两倍的容量。树保护方案需要的光纤和收发器数量与主干
保护和分支保护方案相同,但是,它的不可用性要高于主干和分支均保护,
其不可用性为:
式(5-5)
在GPON系统所处在不同的环境中,我们应依据不同的环境而采用不同的
保护倒换方案,以致网络的安全、网络的低成本。
对于钟家营小区设计了接入网具有快速的保护倒换功能。在OLT到POS
之间我们提供了1:64的分光器来保证设备以及设备的安全,PON提供了多
种不同线路备份、冗余。不同的接入网所应用环境的需要而采用不同的保
护倒换方案。
(七)网同步的设计
1OLT与ONU的时钟同步与MPCP时钟同步
在网络的运行中,我们都要面对网络设备的数据同步和业务同步;如果
数据的不同步或者业务的不同步,那么就会造成用户对业务的需求和数据
的到达产生时延,对于IP宽度上网的业务时延是可以容许有的,但是当
EPON中运行CATV或者POTS业务(语音)的时候,那么时延是不能容许有的,
U=【1-(1-Utrunk)(1-Usplit)(1-Ubranch)】*【1-(1-Utrunk)
(1-Usplit)(1-Ubranch)】
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或者是在很小的范围内。
对于当今社会上运行的三网合一都是采用或者大多数采用EPON这一载
体技术,所以EPON技术的同步、OLT与ONU的时钟同步是光网络技术的核
心;因此,下面我们来讨论OLT与ONU的时钟同步设计与研究。
图5-13时间标签系统同步
由于EPON的上行线路是一个多点到点的网络结构,并采用TDMA方式传
输数据,每个ONU发送时隙与OLT分配的时隙一致是防止ONU上行数据发
送碰撞的基础,故ONU侧的时钟应该与OLT的时钟同步。
EPON系统是采用时钟标签来进行系统同步的。OLT、ONU都有同频系统时
钟,OLT以一定的时间给每个ONU发送当前OLT的时钟数值(时间标签值),
ONU收到该时间标签后,用此标签值来刷新ONU的当前时间标签,这样就
保证了ONU以落后于OLT一定的时间同OLT在时间上时同步的。但是在这
种定时计数器是有一定的误差的,这是不影响系统的同步的。
OLT在T1时刻发送时间标签T1,ONU收到后会将自己的时钟计数器替换
成T1,在T2时刻发送时间标签T2,ONU收到后也会将自己的时钟计数器
替换成T2。下行时间标签封装在OLT发给ONU的包含ONU发送开始时间和
结束时间的GATEMAC控制中(下行MPCP帧有两种,GATE、REGISTER),
并以此来控制OLT和ONU的系统时钟同步。
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结论
通过对本小区的用户数目和业务需要,进行了详细的调查研究。由于钟
家营小区所需改进的稳定带宽要求,和宽带与电话业务的大量需求。本规
划采用了GPON接入技术。
通过成熟的GPON技术接入,和详细的规划设计方案。钟家营小区已经达
到预期的接入目的,满足了小区用户的基本业务需求。合理的IP分配和良
好的网络保护为GPON接入的正常运营与维护奠定了稳定的运行基础。因
此,本规划设计可以为钟家营小区的接入改进提供可靠理论与实践依据。
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