FTTX

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FTTX(Fiber To The X:光纖接入)

目錄

什麼是FTTX[1]

  FTTX是新一代的光纖用戶接入網,用於連接電信運營商和終端用戶。FTTX的網路可以是有源光纖網路,也可以是無源光纖網路,由於有源光纖網路的成本相對高昂得多,實際上在用戶接入網中應用很少,所以目前通常所指的FTTX網路都是指的無源光纖接入網。FTTX的網路結構可以是點對點(P2P)也可以是點對多點(P2MP)。P2P的成本較高,通常只用於VIP用戶或有特殊需求的用戶,大多數的FTTX網路採用的是P2MP的結構

FTTX的架構[1]

  FTTX寬頻光接入網採用光纖媒質代替部分或者全程的傳統的金屬線媒質,將光纖從局端位置向用戶端延伸,將ONU部署到傳統接入網路的靈活點(FP)和分配點(DP),乃至最終到達用戶設備或用戶網路。FTTX接入網在寬頻化和光纖化的進程中,受客戶群業務需求、運營商網路資源、光纖上各種承載技術所支持業務類型、功能和性能以及演進策略等因素影響,使得寬頻光接入網根據ONU位置的不同而具有不同的應用模型,如FTTCab、FTTBFTTC、FTTH等。FTTX是上述寬頻光接入網的各種應用類型的統稱,“X”有多種變體,可以是光纖到大樓(FTTB)、光纖到交接箱(FTTCab)、光纖到路邊(FTTC)、光纖到桌面(FTTD)、光纖到戶(FTTH)、光纖到駐地(FTTP)、光纖到辦公室(FTTO)、光纖到用戶(FTTu)等。下圖給出了主要的幾種FTTX的結構概念。

Image:典型FTTX的概念.jpg

  從圖中可以看出,FTTH全部由光纖網路連接至終端,與此相連的終端稱為光網路終端(ONT)。FTTB或FTTC通過光纖網路連接至大樓(Building)或路邊(Curb),再通過銅雙絞線網路或無線連接至終端,光纖網路的末端設備稱為光網路單元(ONU),由ONU通過銅雙絞線網路或無線連接至網路終端(NT)。FTTCab與FTTC相似,只是其ONU是位於電信交接箱(Cabinet)中。圖中的FTTB、FTTC、FTTCab都屬於“部分”光纖到戶,也就是說不是光纖直接連接到終端用戶,而是到達終端用戶附近,然後再通過雙絞線網路連接至終端用戶。在FTTCab中,電信交接箱中的ONU通常距離終端用戶1000~2000m,在此情況下一個ONU單元可以支持約500個終端用戶。在FTTC中,ONU距離終端用戶更近,為200—1000m,可以支持8~32個終端用戶。OLT和ONT/ONU之間的網路稱為光分配網路ODN,其距離可達到20km,如圖所示。

Image:各种FTTX示意结构.jpg

  在FTTH結構中,光纖網路在用戶家中終結,ONT通過光纖網路連接至中心機房的OLT。在FTTB結構中,光纖連接到大樓或建築物終結,連接ONT或ONU,如果連接ONU則通常支持多用戶。FTTB的用戶可以是居民用戶,也可以是大樓內的商業用戶,如果支持多用戶,ONU通過數字配線單元(MTU或MDU)連接至各個用戶。對於居民用戶,ONU通常通過XDSL連接至用戶終端,商業用戶則通常經乙太網直接連接至ONU。幾種主要的FTTX結構的主要特征比較可參見表。

表 幾種主要的FTFX結構的主要特征
主要特征FTTCabFTTBFTTHFTT
接入介質類型光纖作為主幹+金屬線/無
線作為末端
光纖作為主幹+金屬線/無線作
為末端
全程光纖全程光纖
光纖到達的位置交接箱樓宇/分線盒居民家中公司/辦公室
光節點距離用戶設備的
參考佈線距離
l000~2000m200~l000m幾米至幾十米幾米至幾十米
光纖段典型的物理拓撲
類型
P2P、樹型、匯流排型、環型樹型、匯流排型、環型樹型P2P、樹型
金屬線/無線段採用的
主要技術
XDSL、Wi-Fi、WiMAXxDSL、乙太網、Wi-Fi、WiMAX
現有技術條件下典型的
用戶接入速率最大能力
下行最大25Mbit/s(採用
ADSL2+/VDSL2)、上行最
大1.8Mbit/s(採用ADSL2+
/VDSL2)
上下行最大100Mbit/s(乙太網)上下行最大可
超過100Mbit/s
上下行最大可
超過100Mbit/s

實現FTTX的各種技術[1]

  FTTX這個名詞僅僅說明是光纖接入網,即採用光纖接入的方式為接入網“最後一公裡”提供解決方案,並沒有限定必須使用什麼拓撲和用什麼方法實現等。PON的出現使得FTTX的光纖接入成為可能,由於PON具有成本低以及運營維護簡易的特性,其幾乎成為FTTX技術的代名詞,人們已經習慣性地把PON等同於FTTX。目前已經商用化地實現FTTX的PON技術有APON/BPON、EPON和GPON三種。

  1.APON/BPONA

  PON/BPON是最早標準化並獲得商用的無源光網路技術,BPON最初稱為APON,以ATM作為承載協議,下行傳輸的是連續的ATM流,比特率為155.52Mbit/s或622.08Mbit/s,上行傳輸的是突發形式的ATM信元,速率為155Mbit/s。APON/BPON在數據流中插有專門的物理層運行管理維護(PLOAM)信元,因此具有豐富的管理維護功能。

  實現APON/BPON的關鍵技術有多址和接入控制技術(在使用TDMA上行接入時包括測距、帶寬分配等)、突發信號的發送和接收技術、快速比特同步技術以及安全保密等方面的技術。APON/BPON的特點在於多業務支持和靈活的組網能力。BPON對多業務的支持可以表現在豐富的業務介面方面,APON/BPON可以支持TDM-E1/DS3、ATM和10/100Base-T介面。APON/BPON系統靈活的拓撲結構體現了設備在擴容和升級方面的靈活性,可組建星型、樹型或者匯流排型的網路。

  然而APON/BPON系統存在兩大缺點:一是數據傳送效率低,二是在ATM層上適配和提供業務比較複雜。用APON/BPON傳送數據還需在p和ATM信元及SONET/SDH格式之間來迴轉換,導致效率低、技術複雜、成本高。在EPON和GPON技術商用4L2_後,新建的FTTX網路基本已經不再採用APON/BPON技術。因此本章隨後介紹FTTX的網路解決方案也不再介紹APON/BPON。

  2.EPON

  EPON是由IEEE802.3工作組在2000年11月成立的EFM(Ethemet in the First Mile)研究小組提出的,是廉價、高效、成熟的乙太網技術和PON網路結構的有機結合。EPON以乙太網為載體,採用點到多點結構和無源光纖傳輸方式,下行速率為1Gbit/s,上行以突發的乙太網包方式發送數據流。EPON能夠提供一定的運行維護和管理(OAM)功能。

  由於EPON承襲了乙太網的技術,使得其在成本上具有巨大的優勢。和傳統的乙太網相比,EPON主要增加了兩部分功能:位於媒體接入控制(MAC)層之下的模擬子層和被作為MAC層一部分的MPCP。模擬子層使得下麵的點到多點網路在協議上層看起來就像是多個點到點鏈路,這一點是通過在每一個分組的開始加上邏輯鏈路標識(LLID)以取代2個位元組的前導來實現的。增加的多點控制協議(MPCP)則實現了局端設備對遠端設備接入時隙的控制,為EPON提供多種業務提供了條件。通過選擇合適的媒體接入控制演算法,使得EPON可以傳送TDM等時間敏感性業務。

  最早的EPON都是基於100Mbit/s快速乙太網技術,市場上很多被稱為EPON的產品,實際上都是基於百兆乙太網的PON技術,並不屬於IEEE 802.3ah所標準化的EPON,因此為了區別於原有的技術和產品,一般人們也稱IEEE 802.3all所定義的基於吉比特乙太網的PON技術為GEPON。

  3.GPON

  GPON仍然是一個TDMA系統,繼承了APON/BPON的動態帶寬分配等OAM機制。GPON採用125μs定長的幀結構,每秒8000幀。一個TC幀可包含多個ATM信元及GEM幀。GEM是GPON定義的專有的適配協議,源於GFP的通用成幀思想。

  與其他的PON技術相比較,GPON具有很多優點:一是具有強大的多業務支持能力,這也反映了運營商保護原有網路投資的努力。GPON對TDM業務信號具有天然的適應性,因為其採用每秒8000幀,125μs幀長的模式,與SDH幀完全相同,是TDM的基本格式,因此與TDM幾乎無縫適應,抖動和延時指標都容易滿足;二是速率高,上行速率155Mbids~2.5Gbids,下行速率1.25~2.5Gbit/s:三是傳送效率高,GPON系統物理層都使用擾碼作線路碼,其機理與SONET/SDH一樣,由於只改變碼,不增加碼,因此沒有線路編碼帶寬損失,傳輸效率超過90%。

  GPON是ITU-T提出的吉比特級的無源光網路,是ITU-T在APON標準之後推出的,因此GPON G.984系列標準不可避免地沿用了G.983的很多思路。GPON與EPON都是吉比特級的PON系統,與EPON力求簡單的原則相比,GPON更註重多業務和QoS保證,因此更受運營商的青睞。但是由於GPON標準複雜且開發較晚,其成本相對較高

世界FTTX的發展與預測[2]

  FTTX是在21世紀才開始大力發展的,之前都是處於低速發展階段。進入21世紀以來,與其他寬頻接入方式相比,FTTX取的發展是驚人的。EXFO公司的資料顯示了進入21世紀後世界寬頻的發展規模,如下圖所示。

Image:世界宽带发展规模.jpg

  從上圖可以看出,雖然目前DSL接入方式的數量遠遠大於其他寬頻接入方式,但是,FTTX的發展速度遠遠大於其他寬頻接入方式,特別是相對DSL來說,增長速度更是它的幾倍,甚至幾十倍。據IEEE communications magazine統計,到2007年末.全世界FTTX用戶已達到2900萬戶,2005-2012年的FTTX將會加速發展,如下圖所示。

Image:世界FTTX的发展规模.jpg

  到2012年,FTTX用戶將超過1億,FTTX接入方式占寬頻接入方式的比例會從2005的7.5%上升到16%。根據2009年9月《網路電信》期刊的報道,近期,研究機構IDATE最新發佈的市場報告《FTTX Market Report》顯示,到2008年底,全世界的FTTX用戶已有4800萬。同比增長39%。未來五年,年均增長率約為2l%-33%。到2014年用戶規模有望達1.144億;而In-Stat預測,2012年,全世界FTTX用戶就能達到1.16億;OVUM RHK的高級分析師LYnn Hutcheson更是對FTTX的發展充滿信心,他預測到2012年,全世界的FTTX用戶能達到1.2億。根據《光波通信》網站的報道,國際研究機構Point Topic所公佈全球寬頻統計調查數據顯示。至2009年6月底,世界的FTrx用戶達到5630萬世界光纖上網普及率達到1%的經濟體(國家或地區)已經有21個,南韓以46%排名第一,香港和日本分別以約33%,約30%排第二和第三,中國大陸排第十六位。雖然FTTX的發展形勢非常好,但是,世界各地區、各國的發展卻很不平衡。目前主要有三個FTTX比較發達的地區。北美地區,歐盟地區和亞太地區,北美地區主要採用GPON技術來實現FTTX,並且以FTTH居多。主要代表是美國;歐盟地區也主要採用GPON技術,主要代表有英國、瑞典和荷蘭等;亞太地區主要採用EPON實現技術,主要代表有日本、南韓、中國香港、中國臺灣地區和中國大陸。世界FTTX用戶的季度增長率達到12.6%。而亞太和北美地區,季度增長率都在20%以上。

  1、北美地區FTTX發展狀況

  美國的FTTX提供商有很多,有電信公司、電信運營商、市政當局、房地產商和事業單。2006年,美國的FTTX用戶達到600萬戶,僅僅美國AT&T公司的計劃,其在2008年光纖接入覆蓋的家庭為1800萬。Versizon公司則計划到2010年FTTH用戶將達到1800萬。目前,美國的FTTX建設進入快速發展階段。

  2、歐盟地區FTTX發展狀況

  歐洲國家在2005年前雖然FTTX的發展落後於日美韓,但是很多歐洲國家宣佈進入2006年後開始大規模發展FTTH,例如義大利電信已經在63個城市建立了FTTN,覆蓋了26%的人口。法國政府計划到2010年,FTTX覆蓋1000萬用戶,其中FTTH用戶將達到400萬;法國電信在2007年就已經投入2.7億歐元,開始大規模部署FTTX了。英國電信計劃在2008~2013年投入30億歐元建設FTTX,覆蓋40%的英國家庭。據2009年6月的《網路電信》報道,瑞士電信2008年宣佈,將在未來6年內,投資28億瑞士法郎進行FTTH建設。同年年底,俄羅斯的TTK宣佈到2015年將投資15億美元建設FTTX建設。希臘、荷蘭等國家也已宣佈投入巨資建設FTTX。

  3、亞太地區FTTX發展狀況

  日本是FTTH發展最快的國家,到2008年底,日本的FTTH用戶達到1442萬戶,僅日本的NTT公司,計劃在2010年FTTH用戶達到2000萬,日本FTTH的最終日標是“Do it yourself in FTTH”,2010年寬頻覆蓋率達到100%,讓沒有寬頻建設的區域降為零;2010年日本90%的家庭都可接入超高速。日本政府為FTTX寬頻建設提供無息貸款,並承擔三分之一FTTX部署費用。南韓在2004年就宣佈,逐漸使用FTTH代替現有的DSL網路,到2010年,FTTH家庭用戶普及率超過70%,而FTTX覆蓋率將達到92%,並制定了相應的發展計劃“IT839戰略計劃”。截至2009年6月底,南韓的FTTX用戶大約800萬,普及率達到44%,居世界首位。中國臺灣地區和香港在2009年6月的FTTX普及率就分別達到33%和18%,分別位居世界第二和第四。澳大利亞政府2008年6月就投資了44億美元建設FTTX。

  4、我國大陸FTTX發展狀況

  我國大陸主要發展FTTX有三個公司,中國電信中國聯通建設兀FTTB,中國移動建設FTTH。我國的FTTX發展遠遠比日本、南韓、美國等國家起步晚,2003年才開始推廣,但是發展很快,2008年開始進入快速發展階段。中國電信在第二批招標中就採購了400萬用戶設備,中國聯通採購100萬用戶設備。2009年加速發展,中國電信完成第三批FTTX設備採購,中國聯通近期也採購了1100萬用戶的FTTX設備。中國移動也已經開始大規模採購和部署FTTX。目前有幾個城市和地區發展FTTX很成功,中國電信上海公司2009年6月啟動了“上海城市光網計劃”,計划到2010年FTTX用戶將達到150萬,2011年將達到300萬。武漢市2009年初也啟動了FTTX發展計劃,計劃將在2010年達到50萬用戶,2015年達到100萬用戶。中國移動已經在江蘇、廣東等省開始大規模部署FTTX。中國聯通山西公司計劃將在2011年,FTTX的覆蓋所有城市用戶。據統2010年《光波通信》網站報道,我國2009年的FTTX用戶數量超過2000萬,居世界第一。

對我國發展FTTX的建議[2]

  世界各國都在大力建設FTTX,我國應借鑒外國成功經驗,快速發展本國的FTTX。鑒於我國本身的特殊性,建議我國發展FTTX時應該註意幾點:

  ①政府制定相關的FTTX建設計劃和規範策略,規範FTTX的發展,投入巨資,促進FTTX的發展。世界各國的FTTX高速發展都離不開政府的支持和投資,我國也一樣。現階段。是FTTX的高速發展期。我國必須及早對FTTX的發展做出計劃和規範,以後才不會出現一個地區一個特色,才不會出現發展凌亂的局面,若不及早做出計劃和規範。以後再規範就要付出太大的代價,亡羊補牢晚矣。FTTX建設是個龐大的項目需要政府投資,另外,恰好2008~2009年世界進入危機,我國政府投巨資進行FTTX建設,也可以為國民創造就業機會,促進經濟發展

  ②我國應出台政策,強制房地產商共同出資建設FTTX。寬頻接入方式,應該從源頭抓起,儘可能實現一次性建設,避免重覆建設。過去,我國的一些建設就是存在重覆建設,浪費人力物力。因此,FTTX應該與同房地產相結合,爭取實現一次性建設。再者,我國的房地產業算是暴利行業,讓房地產商參與FTTX建設,也是縮小收入差距的一個補充方式。

  ③電信運營商應該公平競爭。對FTTx建設做長遠計劃。只有讓各個電信運營商公平競爭,才能促進FTTX的進一步快速發展。另外,網路發展是快速的,應該充分考慮以後的可能發展,為以後新技術的採用做好升級的準備,不能停留於目前的技術發展。

  ④國內FTTX設備製造商應該抓住目前世界光通信發展高潮,大力投資研發先進的光通信技術,走在世界前列。為FTTX建設打下技術基礎,電信運營商採購設備應該偏重本國兀取設備製造商,這樣,在進行FTTX建設的同時,也有力促進國家經濟的發展。

  ⑤我國政府、電信部門應該抓住其他發展機遇,發展FTTX。例如雪災、地震、奧運、亞運和世博等,發展FTTX。對於自然災害,造成舊的的通信設施的破壞,可趁該機會,更換上光通信設施,發展FTTX。對於像奧運,亞運,世博等,需要投資進行寬頻建設,可趁此機會發展某些區域的FTTX。

參考文獻

  1. 1.0 1.1 1.2 張鵬,閻闊編著.FTTXPON技術與應用.人民郵電出版社,2010
  2. 2.0 2.1 方木龍, 鄧華秋.世界FTTx的最新發展狀況與預測[J].光通信技術,2010(8)
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