PON/FTTP网络中的动态功率分配(转载)

shujuren

PON/FTTP网络中的动态功率分配

编辑：Abe Queller 译者：陈利兵

   
话音、数据和视频业务的汇聚，以及用户带宽需求的不断增长对接入网的数据速率和性价比提出了更高的要求。在众多的接入技术中，人们对无源光网络（PON）和光纤到楼（FTTP）技术寄予厚望。这种点到多点的光纤体系结构通过单个或者多个信道提供高速率业务，同时将基础设施的成本均摊到大量用户身上，从而提高了性价比。
许多标准化组织都制订了PON/FTTP的相关协议和规范。业界对于这些规范的采纳进一步推动了PON/FTTP的实施。国际电信联盟（ITU-T）的G.983协议为ATM PON（APON）和以太网PON（EPON）奠定了基础，而G.984协议则为吉比特业务的提供铺就坦途。阿尔卡特、富士通以及北电网络等产业巨头已经成为PON设备供应商中的领导者，同时一大批中小企业紧随其后。面对这个利润丰厚的潜在市场，它们都跃跃欲试。
根据Infonetics Research企业的调查，去年PON收入增长了240％，而且在未来几年这种增长的势头仍将持续。亚太地区的日本、中国和韩国，欧洲的瑞典和荷兰已经率先采用了PON技术。美国虽然步伐稍慢，但是BellSouth、SBC以及Verizon等大型运营商已经陆续宣布了FTTP网络的部署计划。
虽然PON/FTTP技术能够为接入网提供较高的带宽，具有诱人的前景，但是由于采用了固定分路器，因此初期投入成本较高。分路器控制着从中心局（CO）到本地配线架之间的光功率分配。固定分路器要求在网络开始运营之前必须确定整个光纤线路的布局。然而，采用平面光路（PLC）技术的新型光分路器可以使运营商采用灵活的网络拓扑，有利于网络的不断扩容，同时能够避免采用固定分路器时扩容过程中的业务中断。这种所谓的“可编程”分路器能够根据运营商的需要进行动态调整——远端的管理中心对整个点到多点光分配网络中所有光分路器的分光比进行调整。

接入体系结构
PON/FTTP采用点到多点的光网络体系结构实现用户楼宇到骨干网的互联。其中采用了WDM技术来传送从CO到用户的数据、视频和话音业务，以及从用户到CO的数据业务。多个用户共享下行业务，而每个用户的上行业务将被合并后传送到CO。
在图1 PON/FTTP体系结构中，光线路终端（OLT）和视频OLT分别位于接入网和数据、视频骨干网之间。它们负责电光变换（以及光电变换）、流量控制，以及通路管理。WDM合波器/分波器用于合并下行数据、话音和视频业务，并提取上行数据业务。下行视频业务使用1550-1560nm波长，而数据业务下行使用1490nm波长，上行使用1310nm波长。



在典型的无源光网络或者光纤到楼体系结构中，从中心局出发的单模光纤使用1:4或者1:8分路/合路器，而在本地配线架处使用1:16或者1:32的分路/合路器来分配光功率。

点到多点光分配网（ODN）通常采用由1:N分路器和单模光纤链路组成的树形拓扑。无源分路器由于具有成本低、结构简单、可靠性高等优点被广泛采用。为了提高性价比，运营商希翼尽量增加网络的扇出数量、延长光路长度。通常在树形拓扑的根节点（CO处）采用1:4或者1:8分路器，而在本地配线架处采用1:16或者1:32分路器。
光网络终端或者光网络单元（ONU）位于用户驻地，是光路的终结处。它接收并分配下行业务，同时传送上行数据。与OLT类似，它也提供WDM复用和解复用功能。

分路器的作用
由于无源的固定分路器具有较高的可靠性，不会受到电源故障的影响，因此通常被传统的ODN所采用。
然而，采用固定分路器就意味着网络拓扑必须是固定的。所有光纤的布局以及相应的分路器必须根据用户的地理分布和功率预算事先设计好并完成部署。对于业务提供商而言，这种方案的主要问题是缺乏灵活性和可扩展性。
而且由于人口分布的变化和需求的波动，很难精确地确定网络拓扑。因此，运营商必须在网络建设之初就使之具有最大容量，以便于今后扩容。虽然PON器件的成本在不断降低，然而铺设光纤的成本却依然很高。这样，运营商在网络盈利之前必须支付大量的前期投入，这将带来很大的财务风险。此外，新建筑物的出现和需求的增长都需要对网络进行扩展，而采用固定分路器进行这些扩展非常困难。而且，在网络拓扑发生改变时，需要更换现有的分路器，这将造成整个网络的业务中断。因此，为新建区域提供业务将非常迟缓，而且会对已有的用户业务造成冲击。

功率分配的重新调整
幸运的是，可编程分路器能够帮助运营商实现灵活的PON拓扑，有助于网络的不断扩展。将这种系统设备放置在网络中的关键位置，例如CO或区域配线中心，运营商就可以改变不同支路之间的功率分配，以满足需求的不断变化。当新用户加入到现有支路上时，或者添加一条新的支路时，或者网络中某一部分的传送距离延长时，都需要重新调整功率分配。光功率分配的调整可以通过远端的管理中心完成，而且不会像更换固定分路器那样，造成业务中断。采用可编程分路器进行网络扩展，运营商就可以尽量减少前期投入，并且根据业务的增长情况进行灵活升级。可编程分路器还能够减少不同分路比的光分路器的使用和储备。
下面的例子将证明通过可编程分路器的重新配置，网络运营商能够在不中断连接的情况下对PON网络进行扩展。图2表示出一个PON实施的两个阶段。第一阶段构建了一个平衡的树形拓扑。两个支路中的光功率需求基本相等，因此可编程分路器A的分路比被配置为50-50。同样的，可编程分路器B1和B2也被配置为平均分配功率。分路器C的一条支路上仅有一个ONU，而另一条支路上有3个ONU。因此含有一个ONU的支路分配到的光功率为25％，而另一条则为75％。



采用可编程分路器的分为两阶段实施的无源光网络。第一阶段中，两个主要支路分配的光功率基本相等。第二阶段中，右侧支路上B2点新增了八个节点，因此需要修正从光线路终端到B2点沿途所有分路器的配置。

第二阶段对PON右侧支路上的B2点进行扩展。在B2点新增一条支路，它含有八个节点，而且距离较远。新增加的支路要求修正从OLT到B2点（A、B1和B2）沿途各个分路器的配置。为了满足右侧支路所需的较大的信号功率，可编程分路器A的分路比被配置为30-70。分路器B1也为通向B2点的支路分配了更大的功率（分路比为78-22%）。考虑到节点的数量及其与B2点分路器之间的距离，B2的分路比被配置为8-12-70-10，将总功率的70%分配给了新增加的支路。
可编程分路器采用了PLC技术，它充分利用了PLC对光信号的多播特性。除了具有光开关的功能，PLC技术还能将入射端口进入的信号分配到多个出射端口。最新的PLC产品还能够实现加权多播，入射光功率可以按照各种比率被分路。可编程分路器可以通过App配置来改变加权多播，从而满足各种需求。而且通过提高分辨率，能够实现分路比的高精度调节。
固态光开关的特点之一是高可靠性，它的可靠性和无源器件不相上下。此外，断电默认配置使得可编程分路器在电源故障时仍能保持和无源分路器相同的工作能力。
PON/FTTP技术能够为接入网提供更高带宽。如果能够降低成本，那么它将前途无量。随着采用PLC技术的高可靠可编程分路器的使用，PON/FTTP的实现将指日可待。在不远的将来，运营商将能够逐步扩展光纤线路，降低前期投资和风险；能够平滑升级网络，而无需中断业务。

Abe Queller：Lynx Photonic Networks企业应用工程副总裁。
陈利兵：北京邮电大学光通信中心
译自《Lightwave》04年7月29页《Dynamic power distribution in PON/FTTP networks》


[点击浏览该文件]