目前業(yè)界主流看法認(rèn)為,全光網(wǎng)絡(luò)一般使用單模光纖為介質(zhì),使用以太交換設(shè)備或PON設(shè)備組網(wǎng),允許設(shè)備節(jié)點(diǎn)存在一定的光電轉(zhuǎn)換,因此全光網(wǎng)絡(luò)包括以太全光和PON(Passive Optical Network,無(wú)源光網(wǎng)絡(luò))兩大類。
那么全光網(wǎng)絡(luò)中使用到哪些關(guān)鍵技術(shù)?在不同的場(chǎng)景下的應(yīng)用方案是怎樣的呢?今天恒申科技就為大家做個(gè)系統(tǒng)性的介紹。">

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恒申全光網(wǎng)絡(luò)中使用到哪些關(guān)鍵技術(shù)?

2025-05-27 admin

全光網(wǎng)絡(luò)是近些年大熱的話題,上期我們恒申科技分享了在客戶應(yīng)用驅(qū)動(dòng)和技術(shù)發(fā)展的雙重作用下,全光網(wǎng)絡(luò)無(wú)可避免地成為下一代園區(qū)網(wǎng)絡(luò)的未來(lái)。

目前業(yè)界主流看法認(rèn)為,全光網(wǎng)絡(luò)一般使用單模光纖為介質(zhì),使用以太交換設(shè)備或PON設(shè)備組網(wǎng),允許設(shè)備節(jié)點(diǎn)存在一定的光電轉(zhuǎn)換,因此全光網(wǎng)絡(luò)包括以太全光和PON(Passive Optical Network,無(wú)源光網(wǎng)絡(luò))兩大類。

 

那么全光網(wǎng)絡(luò)中使用到哪些關(guān)鍵技術(shù)?在不同的場(chǎng)景下的應(yīng)用方案是怎樣的呢?今天恒申科技就為大家做個(gè)系統(tǒng)性的介紹。

 

首先介紹PON網(wǎng)絡(luò)。讓我們看一下PON網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)示意圖。

 

恒申科技

 

圖1 PON網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖

 

PON網(wǎng)絡(luò)涉及以下三個(gè)最重要的全光技術(shù):

1、PON網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)收發(fā)。PON網(wǎng)絡(luò)中最關(guān)鍵的通信網(wǎng)元稱為OLT(Optical Line Terminal,光線路終端)和ONU(Optical Network Unit,光網(wǎng)絡(luò)單元)。

2、ODN網(wǎng)絡(luò)(Optical Distribution Network,光分配網(wǎng)絡(luò)),其作用是為OLTONU之間提供光傳輸通道。

3、PON網(wǎng)絡(luò)冗余保護(hù)技術(shù),提供設(shè)備冗余和鏈路冗余來(lái)保障高可靠性。

 

下面針對(duì)PON網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)收發(fā)、ODN網(wǎng)絡(luò)和PON網(wǎng)絡(luò)冗余保護(hù)技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)介紹:

一、PON網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)收發(fā)

 

雖然EPONGPON采用不同的封裝和處理技術(shù),但在OLTONU之間進(jìn)行光收發(fā)的機(jī)制類似。

首先將ONU注冊(cè)到OLT,由OLTONU分配唯一的ID,然后OLT為每個(gè)ONU下發(fā)不同的配置,最后將數(shù)據(jù)按照對(duì)應(yīng)協(xié)議處理,轉(zhuǎn)化為光信號(hào)發(fā)送和接收。

OLT發(fā)送給ONU的數(shù)據(jù),稱為“下行”數(shù)據(jù),傳播方式為P2MP,即點(diǎn)到多點(diǎn)。

 

恒申科技

 

圖2 OLT數(shù)據(jù)下行廣播方式示意圖(說(shuō)明:POS為分光器簡(jiǎn)稱)

 

由圖2可見(jiàn),OLT將發(fā)送給ONU的數(shù)據(jù)標(biāo)記ONU的ID后合并一路發(fā)送,在分光器根據(jù)分光比分成相同的多份發(fā)送給ONU,而ONU僅處理標(biāo)記自己ID的數(shù)據(jù),丟棄不屬于自己的數(shù)據(jù)。

反過(guò)來(lái),ONU發(fā)送給OLT的數(shù)據(jù),稱為“上行”數(shù)據(jù),采用時(shí)分復(fù)用的方式實(shí)現(xiàn)多對(duì)一。每個(gè)ONU的發(fā)送時(shí)隙均由OLT統(tǒng)一分配,每個(gè)ONU只能在屬于自己的時(shí)隙發(fā)送數(shù)據(jù)。時(shí)隙的分配原則可以根據(jù)不同業(yè)務(wù)需求配置,最簡(jiǎn)單的方式是平均分配,也可以根據(jù)ONU上連接的業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)實(shí)現(xiàn)高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的質(zhì)量保障。

 

恒申科技OLT和ONU

 

圖3 OLT數(shù)據(jù)上行時(shí)分復(fù)用方式示意圖

 

由圖3所示,每個(gè)ONU將從用戶收到的數(shù)據(jù)先緩存,在屬于自己的時(shí)隙(slot x)再全速發(fā)送。上行數(shù)據(jù)在分光器合并為一路發(fā)送到OLTOLT根據(jù)分配的時(shí)隙解析出不同ONU的數(shù)據(jù)。圖3中ONU1和ONU2分配的時(shí)隙較長(zhǎng),ONU3分配的時(shí)隙較少,并且在一個(gè)發(fā)送周期中ONU1是最靠前的時(shí)隙,則ONU1的數(shù)據(jù)總是最優(yōu)先發(fā)送,而ONU3僅能滿足少量上行數(shù)據(jù)的發(fā)送。

OLTONU的數(shù)據(jù)傳輸方式可以看出,這種方式非常適合需要高速下載的場(chǎng)景,而以高速上傳為主的場(chǎng)景,使用PON網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)就不明顯了。

 

二、ODN網(wǎng)絡(luò)

ODN網(wǎng)絡(luò)的特征是:無(wú)源,物理分光,不對(duì)光攜帶的信息做任何改變。

ODN網(wǎng)絡(luò)主要由光纖和分光器(也稱為POS)組成,采用樹(shù)形結(jié)構(gòu)分光,可以根據(jù)部署的需要采用一級(jí)分光或多級(jí)分光。一般不會(huì)超過(guò)二級(jí)分光。

 

恒申科技

 

圖4 分光器示意圖

 

常見(jiàn)的分光器采用等比分光,使用分光比M:N來(lái)表示分光結(jié)果。

比如分光比為1:2,表示將1路光平均分為2路。如果不考慮各種損耗,1:2分光后每路光的光功率為分光前的1/2。

M取值為1或2。在啟用光鏈路冗余保護(hù)時(shí),M可能會(huì)使用2,需要使用特定的分光器。

N取值為2的多次方,比如2、4、8、16、32等。1G EPONGPON中,N最大值為64??紤]光衰等因素,也為了保障ONU上接入速率滿足用戶需求,一般實(shí)際使用中不會(huì)超過(guò)32。

10G EPON和10G GPON中,N最大值可達(dá)到128。

 

三、PON網(wǎng)絡(luò)冗余保護(hù)技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)的高可靠性一般體現(xiàn)在設(shè)備和鏈路的冗余保護(hù)。設(shè)備的冗余保護(hù)有IRF堆疊技術(shù)、DRNI、VRRP等技術(shù),均是將兩臺(tái)設(shè)備虛擬為一臺(tái),對(duì)于下聯(lián)的接入設(shè)備,認(rèn)為只需要與一臺(tái)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

恒申科技在PON網(wǎng)絡(luò)中,為了應(yīng)對(duì)OLTONU之間的單點(diǎn)故障風(fēng)險(xiǎn),標(biāo)準(zhǔn)定義了四種PON冗余方式:typeA/B/C/D,就保護(hù)程度來(lái)說(shuō),D>C>B>A。

 

恒申科技雙PON口ONU光網(wǎng)絡(luò)單元

 

圖5 PON網(wǎng)絡(luò)冗余保護(hù)技術(shù)示意圖

 

目前Type C和Type D要求ONU雙PON口上行,成本高一些,同時(shí)Type D比Type C多使用一倍的MAC資源,而Type A保護(hù)程度不夠強(qiáng),所以業(yè)界目前主要使用的是Type B和Type C,其中Type B使用最為廣泛,Type C僅在需要高等級(jí)保障時(shí)使用,如醫(yī)療場(chǎng)景中的遠(yuǎn)程手術(shù)。

1、單歸屬方式

單臺(tái)OLT兩個(gè)下行PON口形成一組主備關(guān)系,構(gòu)成Type B保護(hù)。當(dāng)其中一個(gè)端口或鏈路故障時(shí),自動(dòng)啟用另外一個(gè)冗余口繼續(xù)工作。這種方式不能對(duì)設(shè)備故障進(jìn)行保護(hù)。

 

恒申科技

 

圖6 OLT Type B單歸屬方式保護(hù)示意圖

 

2、雙歸屬方式

兩臺(tái)OLT形成一個(gè)虛擬設(shè)備組,每臺(tái)OLT有一個(gè)下行PON口一起形成一組主備關(guān)系,構(gòu)成Type B保護(hù)。這種方式可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備級(jí)和鏈路級(jí)的故障保護(hù)。

 

恒申科技OLT和ONU

 

圖7 OLT Type B雙歸屬方式保護(hù)示意圖

 

經(jīng)過(guò)上述全光技術(shù)介紹,相信大家已經(jīng)對(duì)于PON網(wǎng)絡(luò)如何運(yùn)行有了一定了解,如何將以上技術(shù)真正體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)中呢?還需要通過(guò)對(duì)應(yīng)的全光產(chǎn)品和組網(wǎng)方案才能實(shí)現(xiàn)。

首先介紹一下PON網(wǎng)絡(luò)中主要的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品:

OLT:存在兩種產(chǎn)品形態(tài):獨(dú)立OLT設(shè)備或交換機(jī)上的OLT插卡。插卡方式可以復(fù)用已有交換機(jī)機(jī)框,非常適合舊網(wǎng)平滑升級(jí)場(chǎng)景,也可以兼容已有的設(shè)備級(jí)可靠性,并提供PON鏈路級(jí)冗余保護(hù)。同時(shí),插卡方式也確??梢栽谕粰C(jī)框承載以太、EPON、XEPON、GPON、XG(S)PON;

 

ONU:主要有三種產(chǎn)品形態(tài):ONU交換機(jī)ONU AP以及ONU Stick。

ONU交換機(jī)上聯(lián)分光器,下行口包括多個(gè)以太接口(如圖8-a),可能還有電話接口和電視接口等,部分支持標(biāo)準(zhǔn)POE的ONU可以為其下聯(lián)AP供電(如圖8-b)。

ONU AP是可以直接連接分光器的AP(如圖8-c),主要提供Wi-Fi接入,還可以有少量以太口接入,但ONU AP需要本地供電,可以多個(gè)AP在本機(jī)集中供電。ONU AP有兩大類,一類是瘦AP,由無(wú)線AC集中管理,另一類是無(wú)線家庭網(wǎng)關(guān)AP,類似一個(gè)胖AP,不能被無(wú)線AC管理,支持網(wǎng)關(guān)、NAT等功能,也可提供少量以太口接入。

ONU Stick是一種光模塊ONU(如圖8-d),插入以太交換機(jī)或AP的光口,上聯(lián)分光器,可以使以太網(wǎng)設(shè)備無(wú)需適配即可接入PON網(wǎng)絡(luò)。

 

恒申P(guān)oE ONU

 

圖8 ONU連接示意圖

ONU根據(jù)上下行速率不同,存在對(duì)稱和非對(duì)稱兩種模式的產(chǎn)品,可以為多種不同場(chǎng)景提供合適的產(chǎn)品。

 

協(xié)議類型

EPON

10G EPON

GPON

XGPON

XGSPON

模式

對(duì)稱

非對(duì)稱

對(duì)稱

非對(duì)稱

非對(duì)稱

對(duì)稱

下行速率

1G

10G

10G

2.5G

10G

10G

上行速率

1G

1G

10G

1.25G

2.5G

10G

 

為了實(shí)現(xiàn)光纖入室,恒申科技的ONU多數(shù)采用無(wú)風(fēng)扇自然散熱的方式,使ONU可以入室部署。

 

分光器:屬于無(wú)源設(shè)備,提供M:N物理分光。多數(shù)為等比分光。

目前業(yè)界也有采用不等比分光的ODN組網(wǎng),分光器需要定制,分光原理復(fù)雜,串聯(lián)多級(jí)分光也增加了故障影響范圍,所以不等比分光并不是主流方式。

 

有了全光產(chǎn)品,根據(jù)使用場(chǎng)景將全光產(chǎn)品部署到網(wǎng)絡(luò)中形成全光網(wǎng)絡(luò)。

在傳統(tǒng)以太網(wǎng)中,一般會(huì)賦予網(wǎng)絡(luò)設(shè)備三個(gè)層級(jí):核心層、匯聚層和接入層。PON網(wǎng)絡(luò)同理。

 

恒申科技OLT和ONU組網(wǎng)圖

 

圖9 大規(guī)模全光網(wǎng)絡(luò)典型組網(wǎng)圖

 

恒申科技OLT和ONU結(jié)構(gòu)圖

圖10 小規(guī)模全光網(wǎng)絡(luò)典型組網(wǎng)圖

在大規(guī)模全光網(wǎng)絡(luò)中,OLT設(shè)備往往位于匯聚交換機(jī)的位置,可以是單獨(dú)的OLT設(shè)備,也可以是匯聚交換機(jī)上的OLT插卡(如圖9)。如果是小規(guī)模全光組網(wǎng),如圖10所示,核心層與匯聚層合一,以OLT插卡方式部署于核心交換機(jī)上,一框即可搞定 。無(wú)論是哪種類型,分光器可部署在樓棟或樓層的弱電間,ONU對(duì)應(yīng)接入層,部署在樓道或入室,甚至桌面。由于分光器的無(wú)源和免運(yùn)維,實(shí)現(xiàn)弱電間免運(yùn)維,減少了運(yùn)維難度和工作量,這也是全光網(wǎng)絡(luò)一大優(yōu)勢(shì)。

 


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