走向客戶端的光通信發(fā)展探討
1 光通信的一個發(fā)展趨勢是走向客戶端
目前，光通信的發(fā)展熱點是光網(wǎng)絡(luò)向客戶端延伸，推動這種延伸的市場動力體現(xiàn)在新業(yè)務(wù)對帶寬和質(zhì)量的需求，可以舉出在以下幾個方面上的表現(xiàn)。
3G的發(fā)展與商用。3G為用戶提供了更高的數(shù)據(jù)傳輸速率（室內(nèi)靜止傳輸速率可達(dá)2Mbit/s、室外步行傳輸速率為384kbit/s、室外車輛運行傳輸速率為144kbit/s）。相應(yīng)地，接入帶寬需要進(jìn)一步的提高，如在RAN的Iub接口上傾向于采用基于STM-1的光接口。
基于IP的業(yè)務(wù)是另一個增長點。隨著VoIP特別是各種基于PC的軟終端的使用，人們可以方便地通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)音頻和視頻通信，多媒體業(yè)務(wù)的應(yīng)用需要為客戶提供更高的數(shù)據(jù)傳輸速率和服務(wù)質(zhì)量（QoS），而這要求以帶寬為保證。
增值業(yè)務(wù)也是一個增長點。例如移動IVR（Interactive Voice Response，互動式語音應(yīng)答）業(yè)務(wù)，增值業(yè)務(wù)的使用對用戶的接入帶寬也提出了更高的要求。
以“triple play”為代表的多種業(yè)務(wù)的融合，提出更寬的帶寬需求，促進(jìn)光通信在用戶端的應(yīng)用。MPLS也正在逐步走向客戶端，促進(jìn)客戶端業(yè)務(wù)的進(jìn)一步增長。
由以上可以看出: 隨著各種業(yè)務(wù)的發(fā)展，用戶對帶寬以及通信質(zhì)量的要求，使得光通信正逐步走向客戶端，客戶端已成為光通信目前***的發(fā)展空間。圖1給出了光通信的主要技術(shù)發(fā)展趨勢。
2 客戶端光通信網(wǎng)絡(luò)的特點
新一代客戶端光通信網(wǎng)絡(luò)是一個高效率、投資收益較為顯著的網(wǎng)絡(luò)，同時是一個以業(yè)務(wù)為取向的網(wǎng)絡(luò)，表現(xiàn)為存在多種業(yè)務(wù)類型。表1給出了基本網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的一些特點，在每一種業(yè)務(wù)類型中隨時會出現(xiàn)新的內(nèi)容。
技術(shù)的發(fā)展和業(yè)務(wù)的多樣化需求使人們改變了客戶端光網(wǎng)絡(luò)的傳統(tǒng)觀念，表2對新一代客戶端光通信傳送機(jī)制的主要變化做了簡要歸納。
3 光通信走向客戶端的技術(shù)途徑
如前所述，客戶端新業(yè)務(wù)需求的推動力在于對質(zhì)量和帶寬的不斷增長的需求。光通信在走向客戶端的過程中以不同的技術(shù)途徑滿足用戶對質(zhì)量和帶寬的需求。
***種技術(shù)途徑是采用低價格PDH、SDH、MSTP等光傳輸設(shè)備作為用戶數(shù)據(jù)的接入設(shè)備。一方面，按照客戶端要求而開發(fā)的PDH、SDH、MSTP等，價格降低到可以為客戶接受的水平，已逐漸成為光通信走向用戶端的重要裝備；另一方面是利用PDH、SDH、MSTP等設(shè)備作為接入的傳輸設(shè)備，一定程度上可以避免其他寬帶接入技術(shù)（如xDSL、WLAN接入等）中存在的不足。例如，SDH等設(shè)備良好的生存性能，可以為用戶數(shù)據(jù)提供50ms內(nèi)的快速保護(hù)，尤其為企業(yè)用戶所歡迎。
另外一種技術(shù)途徑是基于FTTP、FTTH的光纖接入，此接入方式的優(yōu)點不言而喻，業(yè)界主要關(guān)心的是“What Products，How Many，How Fast”的問題。據(jù)Dittberner Associates公司發(fā)布的預(yù)測報告稱，到億美元，2004約為37億美元。該公司還預(yù)測亞太地區(qū)在2013年將成為全球***的FTTH市場，總投資為120億美元，占全球的52.8%。其中中國又占該地區(qū)的近一半，約46％。
目前，F(xiàn)TTx已占全球?qū)拵Ы尤刖€路7.3%的市場，Point Topic于2004年9月份公布的資料顯示，截至2004年7月底，全球的DSL增加量在過去12個月超過3000萬條，增長率達(dá)66%，全球DSL線路累計有7800萬條；Cable modem與其他的寬帶接入方式則增加了39%，達(dá)到4500萬條。去年光纖到樓（FTTB）的增長比較顯著，截至7月底已有900萬條線路，相當(dāng)于7.3%的比例，而其他如固定無線接入以及衛(wèi)星接入技術(shù)只占了寬帶線路總數(shù)的0.3%左右 。例如武漢電信分公司 采用烽火研發(fā)的光接入設(shè)備，由電信運營商主導(dǎo)的“光纖到戶”——數(shù)字家庭應(yīng)用試點網(wǎng)在武漢開通，
目前已有200戶家庭光纖到戶（FTTH）業(yè)務(wù)用戶。點網(wǎng)總投資360萬元，首期容量408戶。無源光網(wǎng)絡(luò)PON是光纖直接到客戶駐地的最受關(guān)注的技術(shù)實施途徑。當(dāng)然，除光纖接入外，在整個解決客戶端寬帶接入問題上，同時還xDSL、HFC以及無線接入等多種形式。
開拓高帶寬的xDSL接入（包括FTTx＋xDSL接入方式）。ADSL可在一對雙絞線上提供上行640kbit/s、下行8Mbit/s的寬帶接入。ADSL2+和VDSL、UDSL的下行速率分別高達(dá)20Mbit/s和50～100Mbit/s，其中UDSL最多可保證3個高清晰度電視的傳輸，傳輸距離也可以達(dá)到4～6km。但是，與光纖接入相比，xDSL在帶寬上仍有不足。
采用HFC接入。由于CATV網(wǎng)絡(luò)覆蓋較為廣泛，而且同軸的帶寬比銅線的帶寬要寬得多，可以更大程度上滿足用戶在帶寬上的需求。但是，HFC接入存在的問題，如HFC接入系統(tǒng)為樹型結(jié)構(gòu)，同軸的帶寬是由所有用戶公用的（相當(dāng)于一個10Mbit/s的共享式總線型以太網(wǎng)），而且還有一部分帶寬要用于傳送電視節(jié)目，用于數(shù)據(jù)通信的帶寬受到限制; 另外， 樹型結(jié)構(gòu)使其上行信號存在噪聲積累。使用HFC接入需要解決雙向通信關(guān)鍵是解決上行的通信。這里，我們可以采取下面兩種解決方案，一種是另外使用一條線路，如電話線作為上行鏈路; 另一種是在頻帶中或目前未使用的高頻部分門需要協(xié)調(diào)節(jié)目源、 分配節(jié)目源和數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)傳送的方式等問題。
4 PON在客戶端光通信中的應(yīng)用
4.1 PON技術(shù)的發(fā)展
在客戶端光通信中，人們的重點放在了PON技術(shù)上。目前，在用戶的不斷增加和吉比特交換的推動下，PON出現(xiàn)三頭并進(jìn)的局面。一個是符合ITU G.983的寬帶PON（BPON），包含622Mbit/s下行鏈路和155Mbit/s上行鏈路各一條，還有第3個波長支持RF視頻傳輸。
一個是符合IEEE 802.3ah的Gigabit Ethernet PON (GE-PON)，考慮克服BPON的缺點，采用吉比
特以太網(wǎng)技術(shù)，成為IP通過PON進(jìn)入接入網(wǎng)絡(luò)的平臺。一個是符合ITU G.984的吉比特容量PON （GPON），具有高達(dá)2.4Gbit/s的速率，既可以支持以太，又可以支持ATM。
目前，國內(nèi)部分高校和公司正在投入力量研究EPON、GEPON技術(shù)，并從實現(xiàn)傳輸匯聚（TC）功能（包括突發(fā)同步、測距、帶寬分配、幀定界和幀同步、擾碼和解擾碼、比特間插奇偶校驗BIP8、誤碼率（BER）控制和運行維護(hù)管理OAM等）入手提出了EPON系統(tǒng)專用芯片設(shè)計方案，因為要想做到低成本特別是ONU的低價格和免維護(hù)，一個關(guān)鍵的途徑是開發(fā)并應(yīng)用ASIC芯片。此外，還針對基于動態(tài)帶寬分配的接入控制方式以及ONU的自動加入等相關(guān)問題進(jìn)行進(jìn)一步的研究。
目前PON的一個研究方向是SuperPON，其分支比可達(dá)2048單位，使用兩級光放大器（位于交換局和饋線與配線之間，即分支點）使傳輸距離達(dá)到100km，為保證用戶有足夠的帶寬，比特率也作了進(jìn)一步的提高，下行2.5Gbit/s，上行311Mbit/s。下行方向采用EDFA光纖放大器，較為簡單，但EDFA時間常數(shù)較長。上行方向位于饋線與配線之間（即分支點）處的上行放大器對來自多個ONU的輸入進(jìn)行接入（漏斗噪聲的匯開辟一個上行通道。不管采用哪種方案，不同的運營部 合點）。
4.2 PON的優(yōu)越性
從PON的結(jié)構(gòu)及其原理可以看出，PON具有下列優(yōu)勢：容易實現(xiàn)帶寬共享，不僅適用于傳統(tǒng)的電路復(fù)用也適合于統(tǒng)計復(fù)用; 采用分支器件使供電和連接更為簡單，而且今后的速率升級也較為容易。
然而，這些優(yōu)點是在克服諸多技術(shù)難點（從而產(chǎn)生一定的成本）的情況下才得以實現(xiàn)的。例如：在上行的TDMA復(fù)用采用的測距離技術(shù)方面，由于光纜中信號傳輸時間大約為5ns/m，而STM-1、STM-16、GE系統(tǒng)的比特周期分別只有6.4ns、0.4ns、0.8ns?？梢婋S著速率的提高，測距和上行成幀的難度將會大幅度增加。
可以采用控制激光器， 使其在突發(fā)數(shù)據(jù)發(fā)送時開通的工作模式，來減少上行分支器漏斗效應(yīng)的影響，但是，由于激光器的動態(tài)特性，當(dāng)傳輸速率非常高的時候激光器的預(yù)偏置時間將變得非常小，加大了此工作模式的實際應(yīng)用難度。如果使用放大器（用上行光放大器主要是為了增加分支器到OLT間主干通道的傳輸距離和增大分支器的分支比，除非成本和價格降到可以接受的程度，否則一般不會在ONU處使用光放大器），突發(fā)模式下EDFA時間常數(shù)太長而不理想。
我們希望的是相關(guān)技術(shù)措施可以工業(yè)化， 而且以盡可能少的成本來提高PON的性價比，這樣PON的低價格優(yōu)點便可以在組網(wǎng)中得到發(fā)揮。在FTTH引入PON的出發(fā)點是利用PON的低價格優(yōu)勢。由此目的，PON的主要應(yīng)用有如下原則。
（1）接入網(wǎng)絡(luò)靠客戶的末端的部分；
（2）ONU服務(wù)的客戶不強(qiáng)調(diào)要冗余或迂回保護(hù)；
（3）OLT可以設(shè)立在生存性能好的節(jié)點處，例如有迂回保護(hù)的節(jié)點；
（4）用戶地理位置相對集中。
4.3 PON下行網(wǎng)絡(luò)的安全性能限制其應(yīng)用
PON的同一個分支下面的各個不同用戶收到相同的信號，從時間分割的信號中分離自己的時間間隙。除非用戶不屬于OLT同一個分支的PON系統(tǒng)，否則信息的安全將得不到保證。
為此，需要在PON中引入適當(dāng)?shù)募用艽胧?，但不能根本上解決問題。例如EPON，每半個字節(jié)使用了8bit的密鑰去置換碼。如果要采用窮舉法竊聽，只需要掌握一些截獲的碼文， 再一組一組地用可能的密鑰對其進(jìn)行試解密，最終獲取碼文的原始信息。作為一種對策，擾碼密鑰需要不斷的更新，且更新周期一般小于1s。新密鑰由ONU通過非廣播式的上行鏈路定期發(fā)送給OLT，此處理形式安全問題可以得到很好解決嗎？在擾碼密鑰更新間隔內(nèi)，只要解密CPU的運算速度足夠快，再加上正確的解密算法，利用一些常規(guī)設(shè)置的信息（如TCP/IP頭），仍然可以獲取原始信息。而且，PON的速率越高，單位時間截取的比特數(shù)越多，解密也將更為容易。
當(dāng)然，隨著加密技術(shù)在不斷發(fā)展，我們不一定在物理層，也可以在其他數(shù)據(jù)層進(jìn)行加密，一定程度上可以解決信息的安全問題。但是，額外采取的加密措施便成為PON在與其他接入技術(shù)的競爭中的不利因素（特別是價格）。
所以，在PON的組網(wǎng)中的另外一個應(yīng)用原則是：在同一PON系統(tǒng)不安排特定競爭關(guān)系的用戶或者不要求用戶間對信息嚴(yán)格保密的客戶群體; 同時， 需要向用戶說明PON可能存在的隱患，也需要向用戶說明采用的安全措施以及能夠達(dá)到的安全水平等。
4.4 PON廣泛應(yīng)用的前景
PON在與其他已存在的同種用途技術(shù)比較時，橫向比較是預(yù)測其市場情景的主要方法之一。目前PDH、SDH、以太網(wǎng)設(shè)備已上市多年，價格上有一定的優(yōu)勢。例如，目前國內(nèi)某公司的4個2Mbit/s復(fù)用的PDH每端口1000元左右；雖然ADSL在帶寬和延伸距離方面不及PON，但ADSL已經(jīng)有很大市場占有率，價格也相對較低。 只有系統(tǒng)的成本降到可以和目前成熟的技術(shù)相比時，PON具有的組網(wǎng)簡單等優(yōu)勢才可以轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品的市場優(yōu)勢。所以說PON必須在產(chǎn)品化，并達(dá)到可以和已存在的接入技術(shù)平衡時，應(yīng)用和普及才成為可能。
為了滿足FTTx（主要為FTTP、FTTH）的應(yīng)用需求，我們應(yīng)要求PON能夠做到：在帶寬、質(zhì)量和業(yè)務(wù)支持能力方面滿足未來一段時期的需求; 對不同的客戶類型進(jìn)行分類，滿足用戶安全性能的要求; 綜合比較，價格可以和目前已有的其他接入技術(shù)競爭，主要考慮SDH、PDH、光以太、同時也需要考慮xDSL、無線接入等非光接入方式。
需要說明一點的是，即使PON達(dá)到了大規(guī)模商用水平，也不可能統(tǒng)治FTTx，成為FTTx接入的唯一形式。例如，需要安全性能高的用戶一般便不會采用PON。PON設(shè)備只能和其他產(chǎn)品進(jìn)行混合組網(wǎng)。
5 客戶端光通信網(wǎng)的組網(wǎng)考慮
5.1 客戶端光網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)特點之一是各種技術(shù)相混合
在客戶端光網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)中，PON存在著諸多優(yōu)點，在其產(chǎn)品化后這些優(yōu)點將會充分顯示出來，但是PON的下行安全性能存在一些不足之處（如前所述）。雖然可以采取措施來克服，但就目前的技術(shù)水平來看，各種改進(jìn)措施帶來的成本會使PON的低價格優(yōu)勢也隨之失去。PDH、基于SDH的MSTP以及以太網(wǎng)接入等技術(shù)不具備PON的優(yōu)勢，但它們的優(yōu)勢正好可以彌補PON的不足。而且，目前的市場占有情況不僅對這些接入方式繼續(xù)占據(jù)接入市場較為有利，同時也會給PON的發(fā)展造成一定程度的擠壓。
當(dāng)然，客戶端除光纖接入之外，還存在著其他多種接入形式。與光纖接入相比，DSL雖然在帶寬和傳輸距離都無法相比，但是在今后一段時間內(nèi)能夠滿足業(yè)務(wù)的傳輸需求，可以充分利用目前存在的大量銅線資源，因而在短時間內(nèi)將繼續(xù)存在。此外，在客戶端接入領(lǐng)域我們也不能忽視無線接入的發(fā)展，相對于有線接入，無線接入以其快捷、接入靈活等特點已成為接入領(lǐng)域中一個重要的組成部分。因此，新一代客戶端光網(wǎng)絡(luò)會是一個各種技術(shù)混合應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)，上述內(nèi)容作者用圖2做了描述。
5.2 客戶端光通信組網(wǎng)特點之二是多種形式并存的重疊網(wǎng)絡(luò)
從上面內(nèi)容可以看出，由于接入的多樣化特點，在客戶端接入中將繼續(xù)呈現(xiàn)多種接入形式并存的局面，不同的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥m用于不同的接入形式。如PON和HFC、xDSL采取發(fā)散狀組網(wǎng)，沒有保護(hù)，主要覆蓋部分在居民用戶， 而要求安全程度較高的那部分用戶則采取環(huán)狀組網(wǎng)。一般情況，這兩種類型的用戶在地理上是混合的而不是截然分開的。所以說，客戶端光網(wǎng)絡(luò)是一個多種技術(shù)并存、并且在地理上多種網(wǎng)絡(luò)形式相互重疊的網(wǎng)絡(luò)。
在客戶端光網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸上面，總體來看，基于IP的傳送機(jī)制將會占據(jù)相當(dāng)大的部分，但是傳統(tǒng)的SDH、PDH短時間內(nèi)不會消亡，而且今后出現(xiàn)的各種新型傳送機(jī)制也將進(jìn)入客戶端光通信網(wǎng)絡(luò)中。
從運營的角度來看，運營商需要針對不同的業(yè)務(wù)分布情況，設(shè)計合理的網(wǎng)絡(luò)分布結(jié)構(gòu)，以避免出現(xiàn)“上得快，消失得也快”的局面。通常，一種新的技術(shù)體制以新面貌出現(xiàn)，人們更多地是看到其技術(shù)上的創(chuàng)新，而忽視了技術(shù)創(chuàng)新可能帶來的經(jīng)濟(jì)效益方面的評估。此外，在選擇新技術(shù)體制時，應(yīng)該注意新技術(shù)并不能一夜之間就能替換原技術(shù)，例如，基于TDM的傳輸向基于IP的傳輸以及基于銅線的接入向基于光纖的接入發(fā)展時間是很長的。因而，我們要充分利用換代時間，發(fā)揮老技術(shù)、老裝備、老網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)濟(jì)潛力，以實現(xiàn)投資收益***化。
6 結(jié)束語
綜上所述，目前光通信的發(fā)展熱點是向客戶端進(jìn)行延伸，推動這種延伸的市場動力主要體現(xiàn)在新業(yè)務(wù)對帶寬和質(zhì)量的需求上。在延伸過程中主要的技術(shù)有基于SDH和PDH的多業(yè)務(wù)綜合接入、基于分組和以太標(biāo)準(zhǔn)的接入、基于HFC的接入、基于銅線的xDSL接入，以及基于光傳輸?shù)腇TTx接入等。在光纖接入形式中PON技術(shù)有明顯優(yōu)勢， 但是由于它的安全性能使它不可能全面占據(jù)接入網(wǎng)絡(luò)。
技術(shù)的不同導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞牟煌?，如果孤立地發(fā)展每種技術(shù)， 這樣一來便會出現(xiàn)相互重疊的多種網(wǎng)絡(luò)共同出現(xiàn)于用戶端的局面。從20世紀(jì)90年代起，接入網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展呈現(xiàn)出反復(fù)興衰的局面， 其中一個主要原因就是在發(fā)展某種技術(shù)時沒有很好地執(zhí)行對網(wǎng)絡(luò)需求和經(jīng)濟(jì)收益的規(guī)劃。為此，客戶端接入的組網(wǎng)方式將是一個值得關(guān)注和研究的問題， 特別是在光纖接入中如何達(dá)到完整的FTTH、FTTP。從文中的分析可以預(yù)見未來的客戶端光通信網(wǎng)絡(luò)將是一個各種技術(shù)相融合的網(wǎng)絡(luò)，呈現(xiàn)多種技術(shù)混合、不同拓?fù)渲丿B的局面。
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