扎区花园小区GPON光纤接入网规划设计(论文).docx

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1、扎区花园小区GPON光纤接入网规划设计(论文) 北京邮电大学网络教育学院 毕业设计 设计题目：扎区花园小区GPON光纤接 入网规划设计 入学年月_2022年9月_ 姓名_卢婷_ 学号_131180143209166_ 专业_通信工程_ 总站/学习中心_内蒙古呼伦贝尔职业技术 学校奥鹏学习中心 指导教师_孙学康_ 完成时间_2022年9月_ 扎区花园小区GPON光纤接入网规划设计 内容摘要 接入网是整个电信网中重要的组成部分，其投资比重占电信网全部投资的很大的一部分。它既是整个电信网的窗口，也是电信网的“最后一公里”。相对于无线接入方便、灵活的特点而言，有线接入网的优点主要在于带宽安全和质量。对

2、于目前网络的主要收入来源（语音）与投资重点（宽带）不一致的问题，人们迫切希望找到一种新的网络体系，不仅能够持续提升带宽、发掘新的业务增长点，还能有效节约网络建设和维护成本，适应人们不断变化的业务发展需求。 扎区花园小区工程，位于中央大街与满达街交汇处。本工程为FTTH接入。小区内共有住宅楼3栋，1号楼五个单元、2号楼五个单元、3号楼四个单元。本次工程在三号楼西侧安装光缆交接箱（整架288芯）1座,内置1:32分光器5个;安装光分纤箱14个。网络覆盖范围较小，居民楼等用户也不是很多，所以光纤强劲的网络核心能为该小区用户网络保证充沛动力。 本文从以下几个方面说明GPON技术相对传统ADSL接入的优

3、势，从运营商的建设方的角度出发，满足用户潜在需求，节约建设资金，提高接入速率，以期为我国通信建设事业贡献一份力量。 关键字：接入网 GPON OLT ONU 目录 一、宽带接入网概述 二、扎区花园小区宽带接入网建设需求分析 （一）花园小区网络现状 （二）建设宽带接入网的必要性 三、几种常用的宽带接入网技术 （一）ADSL技术 （二）HFC技术 （三）EPON/GPON技术 （四）FTTX+LAN和无线宽带接入 四、扎区花园小区GPON光纤接入网规划设计方案 （一）接入网网络结构的设计 （二）设备选型 （三）网络容量的计算 （四）光功率分配的计算 （五）网络保护方式的设计 （六）ip地址规划 五

4、、方案论证评估 一、宽带接入网概述 接入网是整个电信网中重要的组成部分，其投资比重占电信网全部投资的很大的一部分。它既是整个电信网的窗口，也是电信网的“最后一公里”。相对于无线接入方便、灵活的特点而言，有线接入网的优点主要在于带宽安全和质量。对于目前网络的主要收入来源（语音）与投资重点（宽带）不一致的问题，人们迫切希望找到一种新的网络体系，不仅能够持续提升带宽、发掘新的业务增长点，还能有效节约网络建设和维护成本，适应人们不断变化的业务发展需求。 GPON(Gigabit-Capable PON) 技术是基于ITU-TG.984.x标准的最新一代宽带无源光综合接入标准，具有高带宽，高效率，大覆盖

5、范围，用户接口丰富等众多优点，被大多数运营商视为实现接入网业务宽带化，综合化改造的理想技术。GPON最早由FSAN组织于2022年9月提出，ITU-T在此基础上于2022年3月完成了ITU-T G.984.1 和G.984.2的制定，2022年2月和6月完成了G.984.3的标准化。从而最终形成了GPON的标准族。 GPON技术起源于1995年开始逐渐形成的ATMPON技术标准，PON是英文“无源光网络”的缩写。而GPON(Gigabit-Capable Passive Optical Network) 最早由FSAN组织于2022年9月提出，ITU-T在此基础上于2022年3月完成了ITU-

6、T G.984.1 和G.984.2的制定，2022年2月和6月完成了G.984.3的标准化。从而最终形成了GPON的标准族。基于GPON技术的设备基本结构与已有的PON类似，也是由局端的 OLT(光线路终端)，用户端的ONT/ONU(光网络终端或称作光网络单元)，连接前两种设备由单模光纤(SM fiber)和无源分光器(Splitter)组成的ODN(光分配网络)以及网管系统组成。 前所未有的高带宽。GPON 速率高达2 .5 Gbps, 能提供足够大的带宽以满足未来网络日益增长的对高带宽的需求, 同时非对称特性更能适应宽带数据业务市场。很好地支持TDM业务。TDM 业务映射到GEM 帧中,

7、 由于GPON TC 帧帧长为 125 s, 能够直接支持TDM 业务。TDM 业务也可映射到ATM 信元中, 也能提供有QoS 保证的实时传输。 同所有PON 系统一样, GPON 由ONU、OLT 和无源光分配网组成。OLT 为接入网提供网络侧与核心网之间的接口, 通过ODN与各ONU 连接。作为PON 系统的核心功能设备, OLT 具有集中带宽分配、控制各ONU、实时监控、运行维护管理PON 系统的功能。ONU 为接入网提供用户侧的接口, 提供话音、数据、视频等多业务流与ODN 的接入, 受OLT 集中控制。系统支持的分支比为116/ 32/ 64, 随着光收发模块的发展演进, 支持的分

8、支比将达到1128。GPON的传输机制和EPON完全相同，都是采用单纤双向传输机制，在同一根光纤上,使用WDM 技术，用不同波长传输上下行数据。在同一根光纤上, GPON 可使用波分复用(WDM)技术实现信号的双向传输。根据实际需要, 还可以在传统的树型拓扑的基 础上采用相应的PON 保护结构来提高网络的生存性。 路边和光纤到交接箱。 OLT的作用是为接入网提供与本地交换机之间的接口，并通过光传输与用户端的光网络单元通信。它将交换机的交换功能与用户接入完全隔开。光线路终端提供对自身和用户端的维护和监控，它可以直接与本地交换机一起放置在交换局端，也可以设置在远端。 ONU的作用是为接入网提供用户

9、侧的接口。它可以接入多种用户终端，同时具有光电转换功能以及相应的维护和监控功能。ONU的主要功能是终结来自OLT 的光纤，处理光信号并为多个小企业，事业用户和居民住宅用户提供业务接口。ONU的网络端是光接口，而其用户端是电接口。因此ONU具有光/电和电/光转换功能。它还具有对话音的数/模和模/数转换功能。ONU通常放在距离用户较近的地方，其位置具有很大的灵活性。光纤接入网（OAN）从系统分配上分为有源光网络（AON，Active Optical Network）和无源光网络（PON，Passive Optical Network）两类。 二、扎区花园小区宽带接入网建设需求分析 （一）扎区花园小

10、区网络现状 扎区花园小区工程，位于中央大街与满达街交汇处。本工程为FTTH接入。小区内共有住宅楼3栋，1号楼五个单元、2号楼五个单元、3号楼四个单元。每个单元6层，每层2户，共有小区用户168户。 （二）建设宽带接入网的必要性 电信行业是高科技密集的行业，技术的进步对电信业务市场的发展具有及其重大的影响。从固定电话到移动电话，从电报传真到互联网的普及，无一不体现出技术进步的推动作用。当然，技术的进步一定要建立在市场需求的基础上，否则将会被市场所遗弃。当前，宽带化、分组化、个人化是未来通信技术的发展方向，与此相适应的光通信、宽带接入、数据通信以及移动通信等业务也正成为电信业务市场中发展最快的领域

11、。为满足数据和话音业务的需求，如何构造新一代的网络体系架构，现有网络如何向未来网络演进，如何选用网络标准等，是每一个运营商和设备供应商都关心的课题。接入网对固网运营商来说是最重要的资产，一般占运营商设备投资的6070%，运营成本上，接入网也占了绝大多数的费用。目前的固网运营商主要以铜线接入为主，由于DSL技术接入距离的限制，每个接入点的接入用户数是很有限的，这就导致一个城市里固定接入网站点数非常多，导致维护和支撑费用的大幅上升。而光纤接入比传统的双绞线的传输距离要长很多，比如基于PON的光纤接入网络传输距离可以达到20km，通过提高光发射功 率或者延伸技术，距离可以达到60km，所以传统交换机

12、时代的“大容量、少居所”的建网思路在光接入网的时代又回来了，但光接入TCO点覆盖的范围更广，容量更大，需要的站点数更少，甚至可以减少站点数量的80。所以，针对目前接入传送网存在的多局点的问题，精减节点成为运营商未来优化网络、节省网络投资和维护费用的重要举措。 三、几种常用的宽带接入网技术 介绍几种宽带接入技术（ADSL、HFC、EPON/GPON、FTTX+LAN和无线宽带接入）的概念及优缺点。 （一）ADSL技术: ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line), 中文名字叫非对称数字用户线路，是以普通电话线为传输媒介的传输组合，有效传输距离3至5公里范围。

13、在普通电话线两端分别放置ADSL MODEM，便产生三个信息通道：一个是速率为 1Mbps-8Mbps的高速下行通道，用于用户下载信息；一个是速率为16Kbps-1Mbps 的中速上行通道；还有一个普通的电话服务通道。而且，这三个通道可以同时工作。 ADSL具备的优点如下：可直接利用现有的用户电话线，无须另铺电缆，节省投资；能提供上、下行不对称的传输带宽；采用点对点的拓扑结构，用户可独享高带宽，以超高速上网（比普通modem高数十倍到上百倍）；可广泛用于视频业务及高速INTERNET等数据的接入，它的网上视频实时播放（VOD、MTV等），突破传统MODEM网上视频播放差的限制；上网同时可以打电

14、话，互不影响，而且上网时不需要另交电话费 （二）HFC技术： HFC网是以有线电视（CATV）起来的。它可以提供CATV业务以及话音、数据以及其他交互型业务。HFC网是一种以模拟频分复用技术为基础，综合应用模拟和数字传输技术、光纤和同轴电缆技术、射频技术的高度分布式智能宽带用户接入网络，是CATV和电话网结合的产物。HFC网络的覆盖范围可达100公里，而且传输信号的衰减小、噪声低，是理想的CATV网络传输技术。 HFC的典型结构采用光缆作为CATV的干线传输网络，以有线电视台前端为中心星形或环形分布，一直延伸到到城市的市内居民和办公小区以及郊区的县乡村，形成许多的光节点。从光节点开始，通过传统

15、的同轴电缆将有线电视信号送到最终用户。图1给出了HFC网络的一般结构。 图1 HFC网络结构图 （三）EPON/GPON技术： EFMA（Ethernet in the First Mile Alliance，第一英里以太网联盟）于 2000 年底提出了 Ethernet-PON（EPON）的概念，传输速率达 1Gbps,链路层基于简单的 Ethernet 封装. GPON(Gigabit-Capable PON) 由 FSAN 组织于 2022 年 9 月提出,2022年3月 ITU 通过了 G.984.1 和 G.984.2 协议。G.984.1 对 GPON 接入系统的总体特性进行了规定

16、；G.984.2 对 GPON 的 ODN(Optical Distribution Network )物理媒质相关子层进行了规定；2022年6月 ITU又通过了G.984.3,它对传输汇聚（TC）层的相关要求进行了规定。 速率上，EPON 提供固定上下行1.25 Gbps,采用8b/10b 线路编码,实际速率为1Gbps。GPON 支持多种速率等级，可以支持上下行不对称速率，下行2.5Gbps 或 1.25Gbps，上行1.25Gbps 或 622 Mbps，根据实际需求来决定上下行速率，选择相对应光模块,提高光器件速率价格比。 Q0S上，EPON 在M AC 层E thernet 包头增加

17、了64 字节的M PCP 多点控制协议，MPCP 通过消息、状态机和定时器来控制访问 P2MP 点到多点的拓扑结构,实现D BA 动态带宽分配。MPCP 涉及的内容包括O NU 发送时隙的分配、ONU 的自动发现和加入、向高层报告拥塞情况以便动态分配带宽。MPCP 提供了对P2MP 拓扑架构的基本支持,但是协议中并没有对业务的优先级进行分类处理,所有的业务随机的竞争着带宽，GPON 则拥有更加完善的D BA,具有优秀Q oS 服务能力。GPON 将业务带宽分配方式分成4种类型，优先级从高到低分别是固定带宽、保证带宽、非保证带宽和尽力而为带宽。DBA 又定义了业务容器（traffic conta

18、iner, T-CONT）作为上行流量调度单位, 每个T-CONT Alloc-ID 标识。每个T-CONT 可包含一个或多个G EM Port-ID. T-CONT 分为5种业务类型，不同类型的T-CONT 具有不同的带宽分配方式，可以满足不同业务流对时延、抖动、丢包率等不同的Q OS 要求。T-CONT 类型1 的特点是固定带宽固定时隙,对应固定带宽（Fixed）分配,适合对时延敏感的业务，如话音业务；类型2的特点是固定带宽但时隙不确定，对应保证带宽（Assured）分配,适合对抖动要求不高的固定带宽业务，如视频点播业务；类型3的特点是有最小带宽保证又能够动态共享富余带宽，并有最大带宽的约

19、束，对应非保证带宽（Non-Assured）分配,适合于有服务保证要求而又突发流量较大的业务，如下载业务；类型4的特点是尽力而为（BestEffort），无带宽保证，适 合于时延和抖动要求不高的业务，如W EB 浏览业务；类型5是组合类型，在分配完保证和非保证带宽后，额外的带宽需求尽力而为进行分配。 运行、维护上，EPON 没有对O AM 进行过多的考虑,只是简单的定义了对O NT 远端故障指示、环回和链路监测. 并且是可选支持。GPON 在物理层定义了PLOAM （Physical Layer OAM）,高层定义了 OMCI（ONT Management and Control Interf

20、ace）,在多个层面进行 OAM 管理. PLOAM 用于实现数据加密、状态检测、误码监视等功能. OMCI信道协议用来管理高层定义的业务，包括ONU的功能参数集、T-CONT业务种类与数量、QoS参数，请求配置信息和性能统计，自动通知系统的运行事件,实现OLT对ONT的配置、故障诊断、性能和安全的管理。 如图2所示，EPON沿用了简单的以太网数据格式,只是在以太网包头增加了64字节的MPCP点到多点控制协议来实现EPON系统中的带宽分配,带宽轮讯,自动发现,测距等工作。对于数据业务以外的业务（如 TDM 同步业务）的支持没有作过多研究，很多 EPON 厂家开发了一些非标准的产品来解决这个问题

21、，但是都不理想, 很难满足电信级的 QoS 要求。 GPON 基于完全新的传输融合（TC）层，该子层能够完成对高层多样性业务的适配，如图二所示，定义了 ATM 封装和 GFP 封装（通用成帧协议），可以选择二者之一进行业务封装鉴于目前 ATM 应用并不普及,于是一种只支持 GFP 封装的 GPON.lite 设备应运而生,它把 ATM 从协议栈中去除以降低成本。 GFP 是一种通用的适用于多种业务的链路层规程, ITU 定义为G.7041.GPON 中对GFP作了少量的修改, 在 GFP 帧的头部引入了 Port ID，用于支持多端口复用；还引入了 Frag（Fragment）分段指示以提高系

22、统的有效带宽.并且只支持面向变长数据的数据处理模式而不支持面向数据块的数据透明处理模式，GPON 具有强大的多业务承载能力。GPON 的 TC 层本质上是同步的，使用了标准的8kHz（125m）定长帧，这使 GPON 可以支持端到端的定时和其他准同步业务，特别是可以直接支持TDM业务，就是所谓的NativeTDM，GPON 对TDM 业务具备“天然”的支持。通过在速率上、QOS上、和运行维护三个方面来看，GPON要优于EPON。 分路比即一个 OLT 端口(局端)带多少个 ONU(用户端) 。EPON 标准定义分路比 1：32。GPON 标准定义分路比下列几种 1:32； 1:64；1:128

23、其实，技术上EPON 系统也可以做到更高的分路比,如 1：64，1:128，EPON 的控制协议可以支持更多的 ONU。分路比主要是受光模块性能指标的限制,大的分路比会造成光模块成本大幅度上升; 另外,PON 插入损失1518dB，大的分路比会降低传输距离; 过多的用户分享带宽也是大分路比的代价。GPON 提供多选择性,但是成本上考虑优势并不明显最大传送距离GPON 系统可支持的最大物理距离，当光分路比为1:16 时，应支持20km 的最大物理距离；当光分路比为1:32 时，应支持10km 的最大物理距离。通过分路比上的比较EPON和GPON是相同的。 EPON 和G PON 各有千秋，从性能

24、指标上G PON 要优于E PON,但是E PON 拥有了时间和成本上的优势,GPON 正在迎头赶上,展望未来的宽带接入市场也许并非谁替代谁, 应该是共存互补。对于带宽、多业务,QoS 和安全性要求较高以及A TM 技术作为骨干网的客户，GPON 会更加适合。而对于成本敏感,QoS,安全性要求不高的客户群，EPON 成为主导。 （四）FTTX+LAN和无线宽带接入 FTTx+LAN是目前比较普及的一种宽带接入方式，网络服务商在光纤到小区的基础上利用局域网通过五类数据线，采用共享机制的以太网交换技术向用户提供高速上网以及如视频通信、交互游戏、远程教育、远程医疗、局域网高速互连之类的宽带增值业务。

25、 安装条件：由于FTTx+LAN接入需要小区综合布线，使用光纤接入城域网，各社区楼内采用以太网接入到户，所以通常由小区出面来申请安装，网络服务商不受理个人服务。用户可询问所居住小区物业或直接询问当地网络服务商是否已开通了本小区的宽带业务。这种接入方式对用户的设备要求比较低，只要有一台带普通网卡的电脑就可以了。 传输速率：理论上FTTx+LAN支持10Mbps的上下行速率，但是这种接入方式采用了共享带宽的方法，也就是说大多数小区的宽带均为10Mbps共享带宽，在同一时段上网的小区用户越多，网速就会越慢。如果小区用户不是太多，FTTx+LAN 的速度就比ADSL快很多。但是在高峰时间段，FTTx+

26、LAN的实际上网速率就和ADSL 差不多了。 光纤通信具有通信容量大、质量高、性能稳定、防电磁干扰、保密性强等优点。它在干线通信方面已有广泛体现。在接入网中，光纤接入也将成为发展重点。接入网市场是多种新旧技术共存竞争，多种传输手段共存竞争，多种传输体制共存竞争的领域，其中还受到政策和法规的影响。采用何种类型的接入网应该根据具体情况而定。 就电信网络而言，他已经积累了几十年，具备了庞大的双绞线网络，采用ADSL技术将是较好的选择。ADSL已经是成熟的技术，在北美地区已经得到广泛的应用，正在提供着良好的服务。 就有线电视系统而言，主要靠电缆接入用户。有线电视在我国虽然起步较晚，然而发展迅速，目前我

27、国已经有8000万有线电视用户，高达1G的带宽是电缆系统最大的优势。基于光纤铜缆构架上的HFC网络将是有线电视接入网的最佳选 择。然而要提供交互式数据通信，HFC网络就面临着双向改造。国内密集的居住人群以及电缆老化等问题使回传系统产生棘手的漏斗噪声问题，使双向改造不易进行，用户群只能限于较小的范围内。人们已经想了各种方法来解决这些问题。 无线接入网将在低密度的分散小用户群领域、急需电话用户线的地区以及有地理障碍的地区占有日益重要的地位。对于正在建设固定有线接入网的地区，无线接入可作为过渡手段迅速提供新用户线，一旦有线接入网建成后，无线接入系统可以移往别处使用。农村网环境下则无线一点多址技术具有

28、经济性和灵活性。 接入网的共同趋势都是逐渐将光纤化推向用户。FTTC将逐渐向FTTH方向发展，而HFC将逐渐从较大的节点向较小的节点发展，然后逐渐将光纤推进至分支点（FTTT）甚至实现FTTH。光纤到户后，就消除了FTTC中的金属引入线和HFC 中的同轴电缆，避免了金属腐蚀等问题，接入网的瓶颈也随之消失。然而光纤到户将是一个漫长的过程，需要投入大量的资金和人力。因此多采用混合接入模式，例如HFC是一种混合模式，将FTTC与VDSL技术相结合提供了光纤敷设成本、电子设备成本和提供的带宽能力方面的最佳平衡，也是一种比较现实理想的宽带混合接入方案。 总之，随着接入网业务的不断增多，例如视频点播（VO

29、D）、远程教育、远程医疗、交互式图像游戏等业务的兴起，所需的网络带宽将会越来越宽，交互性越来越强，接入网的宽带化将是不可避免的趋势。接入网市场将会成为未来几年信息产业中最炙手可热的市场之一，人们的生活也将因之而改变。 四、扎区花园小区GPON光纤接入网规划设计方案 （一）、接入网网络结构的设计 本工程为扎区花园小区工程，位于中央大街与满达街交汇处。本工程提供FTTH接入。小区内共有住宅楼3栋，1号楼五个单元、2号楼五个单元、3号楼四个单元、本次工程在三号楼西侧安装光缆交接箱（整架288芯）1座,内置1:32分光器5个;安装光分纤箱14个；架空光缆15.99公里。本工程新增宽带端口192个。OL

30、T设置在扎区移动机房内，通过光交调4纤芯到2号光交在调至小区光交内，接入5台1:32光分器，扩分32个端口每个端口在与每个单元的楼道内，光器跳接最后通过皮线光缆与用户家的ONT相连，从而实现整个FTTH的接入。 （二）、设备选型 FTTH方式适合于别墅区和新建小区等有高带宽需求的用户。采用光纤到户的方式，通过在用户家中安装小型ONU设备满足用户对宽带和语音等业务的需求。由于ONU设备容量尺寸较小可设置在用户家中的用户综合箱内或桌面。 中国FTTH比例相对很低这也意味着对于FTTH，联通，移动起点一样，面临移动的很大的竞争（双绞线优势丧失）,2022年，中移定位FTTH比例非常高，针对企业客户及新建楼宇。FTTH时代已经到来：北京要求新建小区必须光纤到户.FTTH市场引爆点：中国电信认为FTTH每线综合成本1000元以下，将全部以