摘 要:无源光网络一直被认为是光接入网中颇具应用前景的技术,它打破了传统的点到点接入方法,在解决宽带接入问题上是一种经济的、面向未来多业务的用户接入技术。目前用于宽带接入的PON技术主要有ATM PON、Ethernet PON、和GPON。随着因特网的快速发展和以太网的大量使用,针对APON标准过于复杂、在传送以太网和IP数据业务时效率低和EPON无法对传送实时业务提供高质量保证、缺乏电信级的网络监控等缺陷,由FSAN组织在2002年9月提出了具有高速率、高效率、支持多业务传输的吉比特无源光网络GPON。伴随着通信业务形式的改变,用户对整个通信网络的要求越来越高。作为最新技术的GPON能比较好地满足接入网的要求,有望成为下一代网络系统的主要接入技术。
关键词:GPON; 移动通信; 接入网; GFP
中图分类号:TN915文献标识码:A
文章编号:1004-373X(2010)15-0077-03
Research of GPON Technology in Mobile Network
LI Li1, ZHANG He1,WU Yao2, XIE Yu1, LI Ling1
(1.Southwest Petroleum University, Chengdu 610500, China; 2.Material Management Center of Western Drilling Company, Urumqi, 830026, China)
Abstract: The passive optical network is known as the technology of possessing bright application prospect in the optical access network, which has broken the traditional point to point access method. The currently used broadband access technologies of PON includes ATM PON, Ethernet PON and GPON. With the rapid development of Internet and the extensive use of Ethernet, since APON criteria is too complex, the transmission efficiency of Ethernet or IP data is low, and EPON is unable to transmit real-time business with high-quality assurance and lacks the network defects monitoring, FASN organization in September 2002 proposed the high-speed ande high-efficiency Gigabit passive optical network(GPON) supporting the multi-service transmission. Accompanied with the changes in the form of communication services, the requirement of the users becomes increasingly high for the communication networks. GPON as the latest technology can meet the requirements of the access network and is expected to become a major access technology of the next-generation networks.
Keywords: GPON; mobile communication; access network; GFP
收稿日期:2010-03-24
0 引 言
GPON技术特征主要体现在传输汇聚层,很多GPON技术都是在传输汇聚层实现的,如测距、上行时隙分配、带宽分配、安全保障等。尽管GPON在这些PON的基本问题也有其特点,但其传输汇聚层的最大特色是采用了全新的传输汇聚层协议——GFP技术。
从GPON的技术特点可以看出,相对于其他PON系统,GPON的高带宽,对TDM业务天然的支持能力,QoS保证的全业务接入,强大的OAM能力,电信级的管理平台都为其在接入网的大范围应用提供了坚实的基础。目前随着数据业务的飞速发展,数据接入的可移动性要求不断突现,支持高带宽可移动无线数据接入的3G部署已经成为不可扭转的进程。因此,有必要探究GPON在3G接入中的应用,从而为实现GPON在整体接入网络中的大范围覆盖提供坚实的依据。
1 GPON的新技术[1-2]
GFP是一种新型的数据链路成帧协议,针对基于位同步传输信道的块状编码或面向分组的数据流,GFP使用以头错误校验(Head Error Check,HEC)为基础的自描述技术,通过两字节的净负荷长度和两字节的头错误校验来确定帧边界。同时,GFP通过两种传输模式:Frame-Mapped GFP(帧映射GFP)和Transparent-Mapped GFP(透明映射GFP)来提供多种业务的接口。
图1给出了GFP的帧结构,GFP帧头(Core Header)也称帧头核和GFP净负荷区(GFP Payload Area)两部分。GFP帧头包括帧长度标识(Payload Length Indicator,PLI)和帧头错误校验(core HEC,cHEC)。PLI为2 B,标明帧的净负荷长度cHEC也为2 B,它采用CRC-16的检错方法给帧头提供保护。GFP通过计算接收到数据的帧头错误校验值与数据本身比较来实现帧的定位,通过PLI知道帧的长度,这样就可迅速、直接地把净负荷从GFP帧中提取出来。
GFP净负荷区包括:净负荷头(Payload Header)、净负荷(Payload)和净负荷的帧校验序列(Payload FCS)三部分,而净负荷头包括:净负荷类型(Payload Type)、净负荷类型的HEC(type HEC,tHEC)和GFP的扩展头(extension Header)及其校验(extension HEC,eHEC)三部分。
GFP有两种用户数据的封装格式,一种是帧映射的GFP(GFP-F),另一种是透明映射的GFP(GFP-T)。GFP-F把收到的以太网MAC帧、IP/PPP数据帧完整地封装进它的净负荷区。而GFP-T则主要传输对时延要求非常严格的8 b/10 b块状编码的用户信号,需要对这些块状编码信号处理后再放进GFP帧中。GEP-T帧结构与GFP-F类似,但它的处理过程比GFP-F复杂得多。首先用户数据的解码,将用户的8 b/10 b线路码的数据信息由10 b的字符转换成原始的8 b数据值;然后,把解码后的8 b数据映射到64 b/65 b块中,其中包括1 b标志位,其值为0表明这个65 b块全为数据码,为1则表明至少有1 B的控制码;最后,把8个65 b的块合成一个超级块,同时把各个标志位按顺序放在超级块的尾部,然后产生一个CRC-16检验码放在其后以保证超级块的完整性,把N个超级块合在一起,加上帧头和净负荷头,就形成了一个GFP-T帧。
图1 GFP帧格式
FSAN虽然选择PMF-TC作为GPON TC子层的基线建议,考虑到多路复用的方便,没有选择GFP作为TC层的适配协议,而是定义了专有的适配协议,称为GEM(GPON Encapsulation Method)。从帧结构的角度看,GEM与GFP是相似的,对高层PDU的封装两者也相似,但GEM不支持透明传输模式,其头部与GFP也不相同。
GEM帧结构如图2所示,由GEM帧头和净荷域两部分组成。由PLI(净负荷长度指示)、Port ID(端口ID)、PTI(净负荷类型指示)和HEC(头差错校验)组成。PLI指示的是头部后面的净负荷域的长度为L字节,长度为12 b,最多指示到4 095 B,所以大于这个值的用户数据帧必须要采用分机制传送。12 b的Port ID可以提供4 096不同的端口,用于支持多端口复用,相当于APON中的VPI。
图2 GEM帧结构
2 GPON在移动网络中的应用[3-6]
第三代移动通信系统(简称3G)是在第二代移动通信技术(2G)基础上进一步演进的以宽带CDMA技术为主的,并能同时提供语音数据综合服务和移动多媒体服务的移动通信系统。国际电信联盟(ITU)目前一共确定了四大3G标准,它们分别是由欧洲主导的WCDMA标准、由美国高通公司主导的CDMA2000标准、由中国主导的TD-SCDMA标准和WiMAX标准。其中WCDMA,CDMA2000和TD-SCDMA的主要区别在空中接口部分,其余部分的网络逻辑构架基本一致。
目前国内运营商,都建设有自己的城域网包括SDH和IP网络。数据业务的飞速发展,数据接入的可移动性要求不断突现。传统基站传输网的建设方案采用E1和ATM STM-1接口混用。BSC提供ATM的STM-1接口而BTS提供IMA E1接口,则BSC只需提供少量接口,BTS只需提供E1接口,使网络变得简洁实用。
这个方案是目前运营商普遍接受的方式,如图3所示。采用这种方法面临了在BSC与BTS间必须进行ATM信号的处理,实现E1到ATM STM-1间的转换。一种方法是在BSC侧进行处理,在BSC处提供一个ATM交换机,E1在ATM交换机上终结,并提供STM-1信号进入BSC。但是这种方式需要独立的ATM设备,使BSC与BTS间存在TDM传输层和ATM处理层,需要提供独立的ATM网管系统,ATM设备与传输设备间大量的E1/STM-1连接,并且无法解决传输带宽的统计复用问题。而ATM交换机本身价格较高,加上大量的E1连接和预留接口,使整个方案变得十分昂贵而难以实施。
图3 现有网络传输方式
而GPON和MSTP的产品都提供多种业务接口和处理能力,灵活地支持ATM,IP,TDM业务,可以解决ATM和E1转换所带来的问题,在实现强大的多业务传输能力的同时,极大地提高了设备集成度,具有很好的性能价格比,GPON对3G基站接入示意图如图4所示。
图4 GPON对3G基站接入示意图
3 GPOM应用于3G传输的优缺点
GPON应用于3G基站传输,与传统的传输技术相比较,有很多明显优势[7-10]:
(1) 3G基站业务传输的接口类型为1~4个E1或FE接口。采用GPON作为移动基站与控制系统之间的传输系统,一方面可以在基站侧提供多业务的接入,除了基站本身传输需要的E1链路,而且可以提供数据IP接口,为移动运营商发展基站周边的其他数据以及固定电话用户提供了传输基础;另一方面,在3G移动通信中,数据业务的比例越来越高,需要的链路资源也越来越多,越来越灵活,GPON可以在单芯光纤上提供多条E1和IP数据接口,完全满足传输需要。
(2) 从接入网光缆结构看,GPON系统从出局的单芯光纤,最后可分支到32/64个终端ONU,并采用波分复用的技术上下行业务公用一根光纤,极大节省了资源。光纤考虑备份只需要2根光纤,而MSTP接入环至少要4根光纤,PDH则一个接入点至少一对光纤。传输带宽GPON>MSTP接入环>PDH,光纤资源消耗则GPON相对较少。
(3) GPON的投资成本与MSTP相比较,ONU与MSTP接入设备价格相当接近,局端则要增加一台较昂贵的OLT设备。但从长远角度考虑,MSTP设备价格已经没有下降的空间,而GPON系统随着产品的不断成熟,芯片集成度的提高及应用规模的扩大,价格下降空间非常大。再考虑到GPON的高带宽及节省光纤管道资源,GPON的性价比远高于MSTP技术。
当然,GPON主要定位是在接入层的应用,在传输上与MSTP相比,存在明显的劣势[7-10]:
首先在传输保护方面,GPON的保护机制比MSTP要简单得多,保护效果也不如MSTP好;目前发展得还不完善,因此,单纯依靠GPON进行保护,可靠度低。其次GPON采用无源光分配网,覆盖距离有一定的限制,这方面MSTP接入环的随意度要大得多。在网络融合方面,运营商在骨干、汇聚层均采用了MSTP的传输网络,在接入层若采用同样的MSTP技术,在集中网管、方便维护调度、降低维护成本方面具有积极的意义。此外,GPON标准复杂,开发较晚,技术没有MSTP成熟,产品厂家提供少,GPON不具备大规模使用的条件。
4 结 语
GPON无源光网络具有高带宽、QoS的全业务接入、支持TDM业务、简单高效的适配装置和强大的OAM能力等优点,被认为是实现接入网综合化、宽带化的理想技术。由于GPON目前主要用于FTTH和无线通信基站的回程连接,在我国大面积部署FTTH的时机还没有来到。因此建议运营商不妨对GPON做可小规模部署试验,一方面等待GPON产品价格继续下降,另一方面看是否有新技术出现。目前许多运营商仍认为GPON相关芯片、组件与设备的价格仍属偏高,尤其是OLT(光终端设备)端的价格仍相当贵。价格确实是左右运营商是否会采用GPON技术的关键,但随着传输内容多样性、复杂性不断提升,带宽的需求将越发激烈下,GPON的价格可相对降低,将会大大促进运营商采用GPON的接入技术。
参考文献
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