光纤覆盖的技术方案及应用

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　　摘    要：尽管我国国内的网络速率在不断提高，但是与发达国家相比较仍然存在一定的差距。而包括网络速率、稳定性、网络延时在内的网络性能是影响国家互联网应用的重要因素。因此，国家大力倡导光进铜退，对原来的铜缆网络进行改造，以实现全面光纤覆盖。本文主要研究光纤网络技术在光进铜退改造中的具体应用。
　　关键词：光进铜退，光纤技术，改造方案
　　1  前言
　　中国互联网发展迅猛，用户们对于网络性能要求更高，不仅要更快，还要更稳。但是，不容忽视的一个问题就是目前我国固定宽带平均速率还是比较低的，与世界范围内的发达国家相比，存在一定差距。为了提高国内平均网速，实现光纤全覆盖，要对原有的铜缆网络进行改造，改造成光纤网络。这一过程也可以称为光进铜退。在光进铜退改造过程中，尤为重要的是对改造方案的设计，这也是本文研究的重点。
　　2  铜缆技术概述
　　2.1  简介
　　铜缆技术诞生于上世纪九十年代，其中最为常见的技术就是ADSL，即非对称数字用户线路。ADSL由数字用户线路接入复用器、主干电缆、交接箱、入户配线电缆、分离器、宽带猫连接而成，优势是通过调制解调技术缓解了信号衰弱严重问题，实现了长距离传输，保证了宽带速率。
　　2.2  不足之处
　　铜缆技术存在一定的不足，具体有：ADSL宽带质量容易受到铜缆质量的影响。一处有问题，处处受影响;以目前用户使用需要来说，ADSL宽带速率太低，已经无法满足;装机复杂，维修工作耗时耗力;局端设备覆盖用户数少。因此，急需要进行改造。
　　2.3  改造现状
　　目前的铜缆改造情况主要有两种，一种是保留原有的铜缆线路，继续让它发挥作用，其中最为典型的就是G.fast方案;另一种就是进行光进铜退改造，利用光纤覆盖技术来替换原来的铜缆技术，目前最常用的就是GPON与EPON技术。本文主要研究光进铜退改造技术。
　　3  光纤技术概述
　　3.1  简介
　　光纤技术主要有LAN（以太网）技术与PON（无源光纤网络）技术。LAN网络一共有三种标准即 IEEE802.3，IEEE802.3u，IEEE802.3z，这些分别代表了 10M，100M，1000M 的高速网络。LAN技术的优势是宽带速率高、稳定性好、易扩展、成本低。PON网络最主要的组成部分是 OLT（光线路终端设备）、MDF（光配线网络） 和 ONU（光网络单元）。PON技术的优势是宽带速率高、利用率好、成本低。PON技术也是本文的主要研究对象。
　　3.2  改造应用
　　利用光纤技术对铜缆技术网络进行改造主要是为了提高网络速率、稳定性，降低延时，为用户提供更好的网络服务。固然，光纤技术不管是LAN技术还是PON技术都具有诸多优点，适合用于铜缆网络改造。但是在改造过程中还是有需要问题需要解决，其中最为关键的就是要设计好改造方案。
　　4  光纤技术组网方案选择
　　4.1  PON设计方案
　　基于PON技术的光纤到楼设计方案，即PON，其拓扑图如图1所示。具体的操作是：保留原有机房，将原来的ADSL设备换成以太网交换机;在每一层楼新建A箱;利用原有电缆线开通业务，如果原有电缆只有两芯则需要改造。这一种设计方案的不足是所能够提供的宽带速率比较低，无法满足当前改造需要。当然，也可以通过升级以太网来提高宽带速率。这样做虽然能够提高宽带速率，但是所需要的全光口交换机以及光模块的数量大幅增加，成本也就上涨。
　　4.2  PON+FTTB设计方案
　　基于PON技术的光纤到楼设计方案，即PON+FTTB，其拓扑图如图2所示。具体的操作是：不再需要机房，因此可以退租;重新布线，根据覆盖范围决定光交箱数量;在每个楼道安装A箱与MDU设备;用原有电缆线开通业务，如果原有电缆只有两芯则需要改造。这一设计方案中的宽带速率达到了光进铜退改造的需要，是符合目前的改造项目的。
　　4.3  PON+FTTH设计方案
　　基于PON技术的光纤到户设计方案，即PON+FTTH，其拓扑图如图3所示。具体的操作是：不再需要机房，因此可以退租;重新布线，根据覆盖范围决定光交箱数量;在每個楼道安装光配箱;从光缆配线箱到进户处做水平或垂直覆盖，使用皮线光缆。与前三个方案相比较，这一设计方案最佳，十分适合光进铜退改造项目。主要是因为综合宽带速率、建设成本、工程效率、维护管理等各方面来看，具有显著优势。
　　5  光纤技术组网方案设计
　　5.1  设计思路
　　PON网络由综合接入机房里的光纤线路终端OLT、光分配网络MDF和光网络单元ONU组成。无源MDF通过光纤连接了OLT和安装在用户家里的ONU。而OLT往上通过SW或直连接入BRAS，最后再接入骨干网络，整个网络架构如图4所示。
　　下面将按照图中所标注的1技术标准、2PON网络承载网、3OLT设备组网、4ODN网络、5PON端口逐一进行设计与分析。
　　5.2  技术标准
　　基于PON技术的标准有两种，分别是EPON与GPON。其中EPON使用的是IEEE 802.3ah标准，优势是低成本、高带宽、扩展性强、与现有以太网兼容、方便管理等;GPON使用的是ITU-T G.987标准，优势是传输距离远、光特性强、宽带速率高等。这两种技术都比较成熟，完全适合运用于光进铜退项目中。
　　通过比较两种技术标准可以发现：GPON的宽带下行明显高于EPON;GPON具有晚上的DBA机制，在宽带饱和情况下能够对宽带进行科学分配，实现调度公平，提高宽带利用率，较之EPON具有更高的服务质量;GPON的分光比更高。因此，选择GPON技术标准为光进铜退改造的首选。 　　5.3  光纤承载网改造设计
　　光进铜退核心改造的是接入网，即用OLT这种设备以及PON功能去替换
　　原ADSL铜缆接入方案。这其中就涉及到承载网的改造。为什么要改造承载网，主要是因为光进铜退改造后宽带速率上提，原本的承载网已经无法需要或者说无法承受高宽带、大流量的冲击。只有先对承载网进行改造设计，提高其各方面性能，才能实现接入网的意义，才能真正落实光进铜退改造。
　　承载网改造有两个目的：提供更高的网络带宽平台支撑;提高网络保护能力。其具体改造设计方案有四种：
　　（1）OLT通过双路由裸纤或OTN上联同一台SW。
　　（2）OLT分别通过单路由裸纤上联不同SW。
　　（3）OLT分别通过两组双路由裸纤或OTN上联不同SW。
　　（4）在OLT附近机房新建BRAS核心业务节点，通过OTN或双路由裸纤直接BRAS。这四种方案特点不同，优势不同，适合的项目不同。
　　5.4  OLT布局设计
　　OLT布局设计主要包括三个方面：选址、覆盖半径、设备。
　　5.4.1  选址
　　OLT安装选址很重要，常见的方式是：综合接入机房以及下沉在小区内。这两种方式各具优劣势。综合接入机房优势是无需新建机房可节省建设成本、安全性好;劣势是使用光缆多、分光比低、收光功率范围相对小、维护麻烦。下沉在小区内优势是使用光缆少、分光比高、收光功率范围相对大、维护方便;劣势是需要新建机房、安全性差。
　　5.4.2  覆盖半径
　　根据计算，城市OLT最佳覆盖半径是2km～3km，乡村OLT最佳覆盖半径是在6km以内。
　　5.4.3  设备
　　在OLT设备的选择上，通过比较华为MA5680T、中心C300、贝尔7360三家的性能参数，最终选择了华为MA5680T作为OLT设备，其具体的性能参数如表1。
　　5.5  PON端口设计
　　PON端口设计所指的端口是用户端端口，具体包括了分光路器的端口与楼道ONU的端口。在设计PON端口是要考虑光路衰减与足额分配两个因素。首先是光路衰减，端口数过多会导致光路衰减过大，容易发生故障。其次是足额分配，端口数过少就无法做到足额分配，导致成本增大。经过计算，1：64及1：128分光器光路衰减过大，因此不建议使用。光纤到楼情况下，建议选择1：16及以下分光器。光纤到户情况下，建议选择1：32及以下分光器。
　　6  光进铜退改造实例分析
　　6.1  改造前基本状况
　　北京国彬大厦，一共有310户，网络宽带链接方式是租用大厦内机房，利用ADSL铜缆技术连接到各户，所采用的的接入设备是华为SmartAX MA5605，接入容量为65户，用户可申请最高宽带速率为4M。目前的现状是设备老旧，故障率较高，宽带速率太低无法满足用户需要，以及机房租金高涨，必须要进行光进铜退改造，除去老旧的铜缆，采用光纤来连接网络。
　　6.2  光纤承载网改造
　　由于大厦内机房租金高涨，所以光进铜退方案中不再续租机房，每年可节省租金2万元。按照前文所分析，基于PON的光纤技术最为合适。本改造工程中采取了基于PON的光纤到楼方案。对于机房的选择，根据第四章光纤技术组网方案设计中OLT覆盖距离方案设定，选定本局内机房作为多业务接入点，接入设备为华为SmartAX MA5680T。
　　6.3  光纤接入网改造
　　考虑到成本的关系，不再续租大厦内的机房，因此需要在大厦内新建一套无源光配线箱。对于高层建筑建筑来说，建设无源光配线箱须遵循一定原则：建设位置應选择建筑中层偏下处。因此，最终确定在八楼新建一套无源光配线箱。本改造工程使用的是基于GPON技术标准的FTTH技术，310户最终需要的端口数约为93个，网速速率要求是100M，根据分光配网络原则，分光比可以选择6个1：16分光器、3个1：32分光器、2个1：64分光器。根据计算最终选择1：32分光器作为光分配网络设备。
　　6.4  改造后结果对比
　　之所以对国彬大厦进行光进铜退改造，就是为了解决之前的设施老旧、故障率高、维护成本大、宽带速率低等问题，以提高网络保护能力，提高宽带速率，降低网络延迟，减少成本。如果达不到预想的效果，那也就没有改造的必要。下面将从宽带速率、网络延迟、故障率、成本等方面比较改造前后基本状况，以验证改造效果。
　　表2  国彬大厦光进铜退网络改造前后比较
　　[比较项目 改造前 改造后 网络介质 铜缆 光纤 网络技术 ADSL GPON 网络模型 铜缆接入 光纤到户 宽带速率 4M 100M 网络延迟 约50ms 约5ms 故障状况 故障率约为2‰ 故障率约为0.01‰ 网络保护 无保护 有保护 总体成本 有机房成本，维护成本高 无机房成本，维护成本低 ]
　　通过以上表中比较结果，可知光进铜退改造在各个方面都具有明显优势。可以说，在本工程中基于PON光纤技术的网络改造是十分成功的，达到了预期的效果。
　　7  结语
　　通过本文研究可以发现，以PON技术为基础的光纤到户设计方案最为适合光进铜退改造，不仅能够提高网络速率与稳定性，降低网络延时，而且建设成本低，便于维护管理。总的来说，不同状况的光进铜退改造情况适合的方案不同。在设计时要根据实际情况而定，选择最合适的方案。
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