GPON毕业设计

一．选题意义及背景

随着信息技术的发展，人们对以固话网、电视广播网、internet数据网为代表的电信服务有了越来越高的需要，但不同网络的重复投资造成资源的浪费，以及管理的成本增加，基于三网融合技术的飞速发展推动了给接入网性能的提高。目前，对于新建的有高带宽业务需求的高档小区（主要是高档别墅和高档公寓），PON技术被广泛应用到三网融合的接入网建设中，该课题选择EPON或者GPON技术，进行完整的光纤接入网设计，具有较强的工程实践价值。

二．毕业设计（论文）主要内容：

以某具体小区为设计对象，将PON技术应用到现代化小区网络建设中，主要完成：

1.PON相关技术的分析；

2.针对具体的小区，设计该小区的接入网的方案，包括元件的选择、工程概况分析、施工图设计、概预算文件的编制、施工等。

三．计划进度：

第八周：查找资料，确定论文大纲 第九周：方案的规划设计

第十周：利用设备进行方案的仿真实验 第十一周：写论文 第十二周：修改论文 第十三周：准备答辩

四．毕业设计（论文）结束应提交的材料：

1、基于PON技术的施工图设计方案 2、概预算文件 3、毕业论文

指导教师 教研室主任

年 月 日

年 月 日

I

摘要

本论文首先阐述了接入网的概念及发展历程，介绍了GPON以及它的系统结构，重点研究了GPON的关键技术，通过与EPON的比较，得出了GPON高带宽、高效率、高分光比、长距离传输、覆盖范围广、用户接口丰富等优点。其次从OLT设备安装设计、ONU设备安装设计、光分路器配置等方面重点分析了GPON的设计接入原则，具体分析了GPON在FTTx中的应用模式。最后将GPON技术应用到毓秀华庭小区的FTTH建设中，通过对用户高速上网、IP话音、视频通信、网络游戏、VOD等需求分析，设计了基于GPON的FTTH组网方案，进行了详细施工接入设计和工程预算，实现了该小区的多业务融合接入，体现出GPON是目前三网融合、光纤到户的最佳解决方案。

关键词：GPON；接入网；FTTH

II

Abstract

This paper first describes the concept and development of access network, introduces the GPON and its architecture, focusing on the key technologies of GPON, compared with EPON, the GPON high bandwidth, high efficiency, high light ratio, long distance transmission, wide coverage, the advantages of rich user interface. Secondly, from the OLT equipment installation design, ONU equipment installation design, optical splitter configuration and other important aspects of the design of access principle of GPON, analyzed the application of GPON in FTTx mode. Finally, GPON technology will be applied to the Yuxiu Vista area in the construction of the FTTH, through the analysis of the user IP high-speed Internet access, voice, video communication, network game, VOD requirements, design the FTTH networking scheme based on GPON, has carried on the detailed design and implementation of the project budget, the multi service access in the area of the reflecting fusion, GPON is the best solution to the integration of three networks, fiber to the home. Key words：GPON；Access network；FTTH

II

目录

摘要 ................................................................................................................................................. II Abstract ............................................................................................................................................ II 第一章 绪论 ................................................................................................................................... 1

1.1 选题的背景及其意义 ....................................................................................................... 1 1.2 接入网的概念及发展历程 ............................................................................................... 1 第二章 GPON的技术分析 .............................................................................................................. 2

2.1 GPON的简介 ...................................................................................................................... 2 2.2 GPON的系统结构 .............................................................................................................. 2 2.3 GPON与EPON的比较 ........................................................................................................ 3 2.4 GPON的关键技术 .............................................................................................................. 4

2.4.1 GPON的传输复用方式及帧结构 .......................................................................... 4 2.4.2 GEM封装技术 ........................................................................................................ 8 2.4.3 动态带宽分配（DBA） ......................................................................................... 8 2.4.4 层次化QoS技术 ................................................................................................... 9 2.4.5 TDMoGEM技术 ........................................................................................................ 9 2.4.6 GPON安全技术 ...................................................................................................... 9

第三章 基于GPON的接入网分析 ............................................................................................... 11

3.1 GPON设计接入原则 ........................................................................................................ 11

3.1.1 OLT 设备安装设计原则 ..................................................................................... 11 3.1.2 ONU 设备的安装设计原则 ................................................................................. 11 3.1.3 光分路器(OBD)配置原则 ................................................................................... 11 3.1.4 光通道衰减核算原则 ......................................................................................... 11 3.1.5 GPON保护机制原则 ............................................................................................ 12 3.1.6 容量测算原则 ..................................................................................................... 12 3.2 GPON在FTTx中的应用模式 .......................................................................................... 14

3.2.1 FTTB应用模式 .................................................................................................... 14 3.2.2 FTTH应用模式 .................................................................................................... 14 3.3 典型PON网络建设案例 ................................................................................................. 14

3.3.1 商务楼宇建设案例 ............................................................................................. 14 3.3.2 多层小区建设案例 ............................................................................................. 16 3.3.3 高层小区建设案例 ............................................................................................. 19 3.3.4 联体别墅建设案例 ............................................................................................. 21

第四章 基于GPON的小区FTTH方案 ......................................................................................... 22

4.1 需求分析 ......................................................................................................................... 22 4.2 设计方案 ......................................................................................................................... 22

4.2.1 FTTH组网方案 .................................................................................................... 22 4.2.2 施工设计 ............................................................................................................. 23 4.3 工程预算 ......................................................................................................................... 25 第五章 总结 ................................................................................................................................. 28 参考文献......................................................................................................................................... 29 附录 ................................................................................................................................................ 30 致谢 ................................................................................................................ 错误！未定义书签。

第一章 绪论

1.1 选题的背景及其意义

随着信息技术的发展，人们对以固话网、电视广播网、internet数据网为代表的电信服务有了越来越高的需要，但不同网络的重复投资造成资源的浪费，以及管理的成本增加，基于三网融合技术的飞速发展推动了给接入网性能的提高。目前，对于新建的有高带宽业务需求的高档小区（主要是高档别墅和高档公寓），PON技术被广泛应用到三网融合的接入网建设中，该课题选择EPON或者GPON技术，进行完整的光纤接入网设计，具有较强的工程实践价值。

1.2 接入网的概念及发展历程

所谓接入网是指骨干网络到用户终端之间的所有设备。其长度一般为几百米到几公里，因而被形象地称为“最后一公里”。由于骨干网一般采用光纤结构，传输速度快，因此，接入网便成为了整个网络系统的瓶颈。接入网的接入方式包括铜线（普通电话线）接入、光纤接入、光纤同轴电缆（有线电视电缆）混合接入和无线接入等几种方式。

通信网发展至今，发生了天翻地覆的变化，从模拟到数字，从电缆到光缆，从PDH到SDH，从STM到ATM，从ATM到IP/DWDM??，一代又一代新技术、新系统层出不穷。然而，绝大多数新技术、新系统都是应用于骨干网中，用户接入网仍为模拟双绞线技术所主宰。由于社会经济和通信技术的发展，单纯的语音业务已难以满足用户和市场的需求，特别是光纤技术的出现，以及用户对新业务，尤其是对宽带图象和数据业务的需求增加，给整个网络的结构带来了影响，同时也为用户接入网的改造和更新带来了转机。总之，用户对宽带综合业务的需求和通信技术的迅速发展成为接入网技术发展的两大原动力。

随着电信行业垄断市场消失和电信网业务市场的开放，电信业务功能、接入技术的不断提高，接入网也伴随着发展，主要表现在以下几点：接入网的复杂程度在不断增加。不同的接入技术间的竞争与综合使用，以及要求对大量电信业务的支持等，使得接入网的复杂程度增加。接入网的服务范围在扩大。随着通信技术和通信网的发展，本地交换局的容量不断扩大，交换局的数量在日趋减少，在容量小的地方，改用集线器和复用器等，这使接入网的服务范围不断扩大。接入网的标准化程度日益提高。在本地交换局逐步采用基于V5.X标准的开放接口后，电信运营商更加自由地选择接入网技术及系统设备。接入网应支持更高档次的业务。市场经济的发展，促使商业和公司客户要求更大容量的接入线路用于数据应用，特别是局域网互连，要求可靠性、短时限的连接。随着光纤技术向用户网的延伸，CATV的发展给用户环路发展带来了机遇。支持接入网的技术更加多样化。尽管目前在接入网中光传输的含量在不断增加，但如何更好地利用现有的双绞线仍受重视，但对要求快速建设的大容量接入线路，则可选用无线链路。光纤技术将更多的应用于接入网。随着光纤覆盖扩展，光纤技术也将日益增多地用于接入网，从发展的角度看，SDH、ATM、IP/DWDM目前仅适用于主干光缆段和数字局端机接口，随着业务的发展，光纤接口将进一步扩展到路边，并最终进入家庭，真正实现宽带光纤接入，实现统一的宽带全光网络结构，因此，电信网络将真正成为本世纪信息高速公路的坚实网络基础。

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第二章 GPON的技术分析

2.1 GPON的简介

GPON(Gigabit-Capable PON)是基于ITU-TG.984.x标准的最新一代宽带无源光综合接入标准，具有高带宽，高效率，大覆盖范围，用户接口丰富等众多优点，被运营商视为实现接入网业务宽带化，综合化改造的理想技术[1]。

无源光网络是一种采用点到多点（P2MP）结构的单纤双向光接入网，其典型拓扑结构为树型或星型，由网络侧的OLT、光分配网(ODN)、用户侧的ONU和网管系统组成，根据ONU摆放的位置，GPON系统可能的应用包括FTTH、FTTO、FTTB、FTTC等场合[2]。

其他的PON标准而言，GPON标准提供了前所未有的高带宽，GPON下行最大速率为2.5Gbps，上行为1.25Gbps，分光比最大为1：64，其非对称特性更能适应宽带数据业务市场[3]。提供QoS的全业务保障，同时承载ATM信元和(或)GEM帧，有很好的提供服务等级、支持QoS保证和全业务接入的能力。做为电信级的技术标准，GPON还规定了在接入网层面上的保护机制和完整的OAM功能。 在GPON标准中，明确规定需要支持的业务类型包括数据业务(Ethernet业务，包括IP业务和MPEG视频流)、PSTN业务、专用线(T1，E1，DS3，E3和ATM业务)和视频业务(数字视频)。GPON中的多业务映射到ATM信元或GEM帧中进行传送，对各种业务类型都能提供相应的QoS保证。

2.2 GPON的系统结构

GPON系统主要由OLT(光线路终端)、ODN(光分配网络)、ONU(光网络单元)组成,其中ODN由光分路器和光纤线路等组成。所谓“无源”，是指ODN中不含有任何有源电子器件及电子电源，全部由光纤和光分/合路器（Splitter）等无源光器件组成，没有昂贵的有源电子设备[4]。OLT放置于业务接入中心节点,为接入网提供网络侧与城域网之间的接口,通过多个GE/FE接口上联不同的业务网络;ONU放置于小区或楼内机房,为接入网提供用户侧的接口,提供语音、数据、视频等多业务流的接入,通过GE光口经ODN上联至OLT，如图2.1为GPON的系统结构图。

ONULANIP骨干网光分路器电话PBXONUOLTPSTNONUVideo service图2.1 GPON系统结构图

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2.3 GPON与EPON的比较

同EPON相比，GPON的主要优势为：

更高的带宽和更大的分光比。GPON采用上下行不对称宽带分配方式，上行1．25G，下行2．5G，优于EPON采用上下行都是1．25G的对称宽带分配方式；且GPON光纤利用率高，最大分光比可达1：128，EPON只有1：32。

传输距离远，覆盖范围大。支持最大理论距离为60KM，支持最大物理距离为20KM，支持最大距离差为20KM。

承载业务丰富。GPON网络可以承载Ethemet业务、TDM业务、iTv业务等，综合业务支持好，是三网融合的最佳方案。

GPON标准完善，对各种业务类型都能提供相应的QoS保证，还规定了在接入网层面上的保护机制，光纤自动倒换时间小于50ms，并具有完整OAM 功能[5]。

总结起来，GPON和EPON的区别如表2.1所示。可以说，尽管EPON从成本和目前的市场状况来看占据了一定的优势，但是GPON具有更远的传输距离，更高的带宽，以及更为优良的分光特性。如果说EPON代表了目前的主流，那么GPON就是未来的发展趋势[6]。

表2.1 GPON与EPON的对比

标准 速率 分光比 承载 带宽效率 QOS 光预算 测距 DBA TDM支持 ONT互通 OAM OPEX GPON ITU.T 2.488G/1.244G 1:64~1:128 ATM,Ethernet,TDM 92% Very good， Including Ethernet，TDM,ATM Class A/B/C EoD逻辑等距 标准格式 TDM over Ethernet （PWE3,CESoEthernet or native TDM) OMCI ITU-T G.984(强) 低OPEX P2MP EPON IEEE 1.25G/1.25G 1:16~1:32 Ethernet 72% Good, Only athernet Px10/Px20 RTT 厂家自定义 TDM over Ethernet （PWE3,CESoEthernet ) 无 Ethernet OAM (弱，厂家扩展) 中OPEX P2P IEEE 802.3ah 100M~1G 1:1 Ethernet 80% Good,,dedicate bandwidth / / / Good,,dedicate bandwidth None IEEE 802.3ah /

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2.4 GPON的关键技术

2.4.1 GPON的传输复用方式及帧结构

与APON、EPON相比，GPON最主要的区别表现在传输汇聚帧结构上。GPON通过ATM和GFP两种协议承载不同类型的用户数据。它的上、下行帧长均为125μs，下行采用TDM方式，上行采用TDMA接入技术。上行帧由复用的突发传输时隙（slot）组成，每帧包括一个或多个光网络单元的传输时隙，通过下行帧的上行带宽映射（US BWmap）域指示相应光网络单元的上行数据发送。 1.GPON的下行传输方式

OLT下行业务采用广播方式，OLT将业务封装入GPON封装方式（GPON Encapsulation Method，GEM）帧中，然后若干个GEM帧组成GPON传输汇聚（GPON Transmission Convergence，GTC）帧，下行传送。在ONU根据GEM帧中封装的Gemport ID进行过滤。下行具有两种类型的通道，单播Gemport通道和组播Gemport通道。

（1）单播Gemport通道

单播Gemport通道，表示OLT发送的数据只是传送给某个特定的ONU，只有一个配置了这个单播Gempor的ONU会接收这个数据，如图2.2所示。 （2）组播Gemport通道

组播Gemport通道，表示OLT发送的数据是传送给一组ONU，存在若干个ONU配置了这个组播Gemport，这些ONU都会接收这个数据，由于ONU往往具有若干个UNI接口，一般对于组播Gemport通道会结合组播Gemport ID与组播媒介接入控制（Medium Access Control，MAC）地址一起进行过滤操作，如图2.3所示。

FCS payload T/L SA DA FCS payload T/L SA DA payload HEC PTI Port-id=1 PLI ONU2 Portid=1 根据PORT-ID进行过滤 GEM1 GEM2 GEM3 125μs GEM1 PCB ONU2 Portid=2 OLT ONU3 Portid=3 图2.2 单播通道

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FCS payload FCS payload T/L SA DA=Y T/L SA DA=Y ONU2 payload HEC PTI Portid=x PLI Portid=1 Portid=x Portid=x构成广播域 MA=Y GEM1 OLT GEM2 GEM3 125μs GEM1 PCB ONU2 Portid=2 Portid=x MA=Y ONU3 Portid=3 Portid=x MA≠Y MA=组播地址表项 Y是组播地址 图2.3 组播通道

2.GPON的上行传输方式

GPON上行业务采用TDMA方式，ONU将业务封装入GEM帧中，然后若干个GEM帧组成一个T-CONT，在分配的时间片内传送。OLT上行只有一种类型，如图2.4所示。

FCS payload T/L SA DA FCS payload T/L SA DA payload HEC PTI Port-id=1 PLI plo GEM1 ONU2 Portid=1 plo GEM1 plo GEM3 plo GEM2 上行数据用PORTID进行隔离复用 125μs OLT plo GEM2 ONU2 Portid=2 ONU3 plo GEM3 Portid=3 图2.4 上行通道

3.GPON的帧结构

GPON系统的协议主要有物理媒质相关层和GPON传输汇聚层（GTC）组成。如图2.5所示，其中层又包括两个子层：GTC成帧子层和TC适配子层。GTC层主要实现GEM（传感器网络）客户接口和管理和控制接口（OMCI）的适配和封装。

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PLOAM OMCI GEM Client GPON传输汇聚（TC）层 OMCI适配 GEM TC适配 TC适配子层 DBA控制 GTC成帧子层 GPON物理媒质相关子层 图2.5 GPON系统协议栈

GPON GTC的TC帧结构分为下行帧结构和上行帧结构，如图2.6所示，两者不对称。其中下行帧结构采用125μs长度的帧结构。而上行帧结构是按照125μs划分的虚拟帧结构。

下行

TP-Frame=125μs PCBd n 净荷n PCBd n+1 净荷n+1 1字节

上行

Slot Slot Slot R Slot Slot Slot R 0 1 0 1 上行虚拟帧TX时长 图2.6 GTC的TC帧结构

（1）GPON下行帧结构

GPON的下行帧格式包括下行物理层控制块头（Physical Control Block downstream，PCBd）和净荷两个部分组成。如图2.7所示，PCBd提供帧同步、定时及动态宽带分配等操作管理维护（Operation Administration and Maintenance，OAM）功能；净荷部分透明封装GEM帧。ONU依据PCBd获取同步等信息，依据GEM帧头的Port ID过滤GEM帧。

PCBd中的US BWmap用于指示OLT分配给ONU的时间片，如图2.8所示。SStart用于指示分配时隙的开始时间。该时间以字节为单位，在上行帧中从0开始，并限制上行帧的大小不超过65536字节，可满足2.488Gbit/s的上行速率要求。SStop用于指示分配时隙的结束时间。

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PCBd 净荷 Psync 4字节 Ident 4字节 PLOAMd 13字节 BIP 4字节 Plend 4字节 Plend 4字节 US BWmap N×8字节 BIP覆盖区域 下一个BIP覆盖区域

图2.7 PCBd组成

US BWmap N*8字节 Access的数目是变化的 Access1 8字节 Access1 8字节 ? AccessN 8字节 Alloc-ID 12bit Flags 12bit SStart 2字节 SStop 2字节 CRC 1字节 CRC覆盖范围

图2.8 GTC带宽映射分配结构

（2）GPON上行帧结构

GPON的上行帧是按照125μs划分的虚拟帧结构，实际是由若干个突发时间片构成，时间片的长度由下行帧中US BW Map域确定。如图2.9所示，GPON的上行帧结构中的突发时间片包括上行物理层开销（Physical Layer Overhead upstream，PLOu）、物理层OAM（Physical Layer Operations, Administration and Maintenance，PLOAMu）、PLSu、DBRu以及净荷。PLOu主要用于OLT进行突发同步，包含前导码、定界符、BIP、PLOAMu指示及FEC指示，其长度由OLT在初始化ONU时设置，ONU在占据上行信道后首先发送PLOu单元，以使OLT能够快速同步并正确接收ONU的数据；PLOAMu（PLOAM upstream）用于承载上行PLOAM信息，包含ONU ID、Message ID及CRC，长度13字节；PLSu为功率测量序列，现在已经基本废除；DBRu用于上报相关信息净荷域透明封装帧。

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Start Time指示字节边界 PLOu PLOAMu PLSu DBRu Payload DBA ONU- ID Preamble Delirniter BIP a bytes b bytes 1byte ONU- ID 1byte 1nd 1byte 1byte Mag- ID 1byte Message 10bytes CNC 1byte 1，2，4bytes CRC 1byte 图2.9 GPON上行帧结构的突发时间片构成

2.4.2 GEM封装技术

为克服ATM承载IP业务开销大的缺点，GPON的业务封装采用了GEM帧，该协议能完成对以太网业务、Native TDM业务的适配，如图2.10所示。其中PLI用于下一个帧头定界，以及确定当前GEM帧的净荷长度，PLI以字节为单位指示帧头后面的净荷段长度，由于PLI域只有12比特，所以最多可指示4095字节。如果用户数据帧大于这个值，则必须要分成小于4095字节的碎片；Port ID为12比特，Port ID用来提供PON中4096个不同的业务流标识，以实现业务流复用。每个Port-ID包含一个用户传送流。在一个Alloc-ID或T-CONT中可以有一个或多个Port-ID传输；PTI用作分段指示；HEC为头校验，用于帧的同步与帧头保护。GEM帧的净荷可以封装以太网业务或者Native TDM业务，由于GEM帧的净荷最长只能是4095字节，而以太网Jumbo帧长可达到9K，因此封装以太网业务时可能会对以太网帧进行分片处理。

PLI 12bits 净荷长度指示

Port ID 12bits PTI 3bits 净荷类型指示

图2.10 GEM帧结构

HEC 13bits 净荷段 L Bytes

2.4.3 动态带宽分配（DBA）

动态带宽分配（Dynamic Bandwidth Assignment，DBA）技术是指通过GPON系统中各个ONU的上行使用带宽实时动态的改变来适应用户速率的各种变化，以提高系统的带宽利用率的技术。PON系统的上行接入一般采用中央控制按需分配和固定分配相结合的方式，也就是ITU-T G.983.4规定的静态带宽分配和动态带宽分配两种方式，按照业务等级进行优先级分配。对于GPON中的数据通信这种变速率业务，用静态带宽分配是不合适的，需要通过动态带宽分配使系统带宽利用率大幅度提高，即DBA技术根据ONU的突发业务的要求，通过在ONU之间动态调节带宽来提高上行带宽利用效率。根据GPON的特点和G.983建议，可以知道动态带宽分配的具体要求是：业务要透明、带宽利用率尽量高、具备地抖动与时延特性、公平分配带宽、信号健壮、实时性强、保证不同业务的QoS等。在GPON结构中，OLT通过向ONU内部每个流量容器（T-CONT）分配数据授权来控制上行流量。为确定分配给一个T-CONT的授权数目，OLT需要知道该T-CONT的流量状态。

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2.4.4 层次化QoS技术

在GPON系统中，业务承载层主要分为三层：GTC、GEM、ETH/TDM，针对每一个承载层具备相应的QoS处理机制，如图2.11所示。

GPON业务承载层 GPON QoS处理机制 ETH/TDM VLAN/COS/GTS/POLICING GEM Flow control/Classification GTC T-CONT/DBA 图2.11 业务承载层和QoS

1.GTC

PON系统构架是下行方向为广播方式，上行方向为TDMA方式，所以只对上行方向的业务流提供QoS处理。QoS处理的最小单元是T-CONT，T-CONT可以看作是ONU业务流的承载容器，调度机制是DBA（动态带宽分配）。DBA的算法是GTC的QoS处理性能的关键。 2.GEM

在GEM层主要是针对每个GEM Port进行业务流分类，类似于DSLAM（数字用户线路接入复用器）的单PVC多业务的处理方式。针对流分类后的业务分别进行优先级修改、流量监管和转发处理。 3.ETH/TDM

TDM业务（非电路仿真方式）为面向连接，系统可以通过静态配置带宽严格保证面向连接的QoS。

ETH业务（包括电路仿真方式的业务）主要是基于二层VLAN、COS等标识进行业务的QoS处理，QoS主要处理机制分为流分类、监管、队列调度、拥塞处理、整形，它们的实现复杂度是影响QoS处理性能的关键。 2.4.5 TDMoGEM技术

针对GPON的定长帧传输特点，TDM在GPON线路上承载具有天然优势。TDMoGEM的实现是将TDM帧直接封装到GEM帧中进行传输。在GPON线路上给封装有TDM帧的GEM给与最高的优先级，保证TDM的传输质量。在同步方面，系统采用统一的8K时钟进行全网同步。 2.4.6 GPON安全技术 1.线路加密技术

GPON系统采用AES128加密机制对线路安全进行控制，有效地防止了数据盗用等安全问题。在AES128加密系统中，OLT支持密钥更换和切换功能。密钥更换由OLT发起密钥更换请求，ONU响应并将生成的新的密钥，由于PLAOM消息的长度有限，密钥分为两部分发给OLT，并重复发送三次。如果OLT没有收到三次传送中的任意一次，OLT将重新发送密钥更换请求，直到三次收到相同的密钥为止。当OLT收到了新的密钥后，就要开始进行密钥切换。OLT将使用新的密钥的帧号通过相关的命令通知ONU，这个命令一般会发送三次，只要ONU成功收到一

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次就在相应的数据帧上切换校验密钥。 2.终端SN+PSW注册

ONU在上电进入序列码状态后，OLT会发序列码请求消息，ONU会将唯一的序列码发送给OLT进行认证。这个序列码是唯一的，类似设备的MAC地址。如果序列码合法，OLT将分配一个ONU-ID给ONU并要求进行密码认证，如果ONU反馈的密码正确，这个ONU才会进入下一个测距状态。否则就会停在这个状态，超时后返回原始状态，重新开始注册。 3.用户安全认证技术

在GPON系统中，用户通过物理端口实现用户唯一标识、定位和认证主要有VBAS、PPPoE+和DHCP Option60/82三种方案。 4.系统安全防护技术 （1）防IP Spoofing

OLT设备一般会采用IP地址和业务流绑定的方法，使得其他用户无法用其他非法获取的IP地址在OLT上完成业务认证，从而达到了防止IP地址欺骗的目的。

（2）防MAC Spoofing

防MAC Spoofing的处理是从捕获的上行报文中提取MAC出地址、VLAN ID和用户的流信息进行MAC地址的动态绑定，然后再转发出去，作用在于防止非法用户伪造合法用户的MAC截获和监听合法用户的业务信息。 （3）MAC+IP绑定

OLT支持MAC和IP地址绑定的功能，OLT在主控板上生成一个IP地址和MAC地址的对应表，只有“IP+MAC”地址相对应的合法用户才能得到更正确的ARP应答，来控制IP-MAC不匹配的主机与外界通讯，达到防止IP地址的盗用。 （4）管理用户的RADIUS认证

支持管理用户的RADIUS认证，这样就可以保证网络管理的安全，免受非法管理员进入系统修改数据。 （5）访问控制（ACL）技术

ACL使用包过滤技术，在OLT上读取第三层及第四层包头中的信息如源地址、目的地址、源端口、目的端口等，根据预先定义好的规则对包进行过滤，从而达到访问控制的目的。 5.网络管理安全技术

SNMP V3的安全特性极大的提高了网络管理的可靠性，SNMP V3需要用户名和密码才能通过SNMP进行网络管理，同时这样的过程都是加密进行的，保证了整个SNMP访问过程的安全性和可靠性。

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第三章 基于GPON的接入网分析

3.1 GPON设计接入原则

3.1.1 OLT 设备安装设计原则

为便于运行维护，降低维护成本，光线路终端(OLT)设备宜集中安装在端局，也可以分散安装，利用已有的接入网机房、住宅小区中心机房等，由于OLT设备用户容量集成度较高，一般不宜单独安装，设计时应根据覆盖范围内的用户数、通信管道、光缆引入等因素综合考虑，将OLT设备安装在最经济、最合适的位置。 省公司设计原则，尽量接近用户侧安装，比如小区内的光交箱、商务楼的室外综合箱。

3.1.2 ONU 设备的安装设计原则

光网络单元(ONU)通常安装在用户家中或者办公地点，安装方式大致有三种：安装在预埋的综合信息箱中、挂墙明装方式、安装在的桌面或用户指定的位置[7]。 3.1.3 光分路器(OBD)配置原则

光分路器（OBD）常用的光分路比为：1:2、1:4、1:8、1:16、1:32 、1：64六种， 需要时也可以选用2:N 光分路器或非均分光分路器。ODN总分光比应根据用户带宽要求、光链路衰减等因素确定；光分路器（OBD）的级联不应超过二级[8]。

3.1.4 光通道衰减核算原则

ODN的光功率衰减与OBD的分路比、活动连接数量、光缆线路长度等有关， 设计时必须控制ODN中最大的衰减值，使其符合系统设备OLT和ONU PON口的光功率预算要求。ODN光通道衰减所允许的衰减定义为S/R和R/S参考点之间的光衰减，以dB 表示。包括光纤、光分路器、光活动连接器、光纤熔接接头所引入的衰减总和。

在设计过程中应对无源光分配网络中最远用户终端的光通道衰减核算，采用最坏值法进行ODN光通道衰减核算。

计算时相关参数取定：

1.光纤衰减取定:1310nm 波长时取0.36dB/km；

1490nm 波长时取0.22dB/km。

2.光活动连接器插入衰减取定：0.5dB/个。

3.光纤熔接接头衰减取定：0.08 ～0.2dB /每个接头。 4.冷接子双向平均值：0.15dB/每个接头。 5.计算时光分路器插入衰减参数取定见表3.1。

表3.1 插入损耗参数

分光器类型 1:2 1:4 1:8或2:8 1:16或2:16 1:32或2:32 ≤14.0dB ≤17.7dB FBT或PLC ≤3.6dB ≤7.3dB ≤10.7dB 6.光纤富余度 Mc ：

（1）当传输距离≤ 5 公里时，光纤富余度不少于1 dB； （2）当传输距离≤10 公里时，光纤富余度不少于2 dB； （3）当传输距离＞10 公里时，光纤富余度不少于3 dB。

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3.1.5 GPON保护机制原则

GPON标准中定义了TYPEA/B/C/D４种保护机制，其中最为常用的是TYPEB和TYPEC保护，如图3.1所示。

图3.1 TYPEB和TYPEC保护

TYPEB方式通过采用N:2的分光器提供了主干光纤的保护。在实际FTTx建设中，由于分光器部署的位置距离客户驻地的距离很近，通常在500m范围内，甚至在FTTB模式下，分光器会安装在楼内，分支光纤出现故障的可能性很低，这种模式能够满足大多数企业业务的可靠性需求。

而针对可靠性要求更高的客户可采用TYPEC保护，OLT和ONU均提供2个PON端口，使用2个独立的ODN网络连接，实现端到端的光纤保护。GPON系统的50ms保护倒换能力与SDH网络相当，能够提供高质量的业务保障[9]。 3.1.6 容量测算原则 1.OLT测算原则：

在估算 OLT设备个数和容量时，可采用等效用户数指标。根据OLT所覆盖的理区域、用户分布特点等，预测规划期内分年度OLT需要覆盖的大致用户规模再根据OLT的等效用户容量，并结合ODN组网规划，就可以估算出规划期内每年需要的OLT数量和用户容量。 2.ONU容量测算：

结合项目本身的性质，来选择和配置ONU型号，有些项目只需要提供宽带，有些只需提供语音，有些需提供语音和宽带，有些是机房拆除替换，有些是大对数电缆整改等。 3.1.7 带宽测算原则

结合经营策略和业务性质，为不同客户群、不同业务分配相应的带宽，表3.2是典型业务带宽需求的参考模型：

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表3.2 业务带宽需求的参考模型

业务分类 上网业务 网络游戏 IPTV视频（标清） IPTV视频（高清） VOD 语音电话 可视电话 Peer to Peer TDM专线 下行带宽 2M 300K 2M 6M 3M 100K 1M 4M N*64或者2M 上行带宽 1M 300K 100K 1M 4M N*64或者2M

3.1.8 投资估算原则

每个项目投资由设备成本、线路成本、人工成本组成，在前期GPON汇聚层的设备投入使用后，综合测算后，新增一个宽带或者窄带端口需增加投资约为300元（包含从机房侧到用户侧全部投资）。

例如：济南滨河星都小区是一个大型新建社区，位于联四路以东，水屯北路以北。小区共有13栋楼，均为7层，每层2户，包含9栋3个单元和4栋4个单元，合计共588户。

采用GPON技术接入时，在小区内新建一个光交接箱，安装一个1：64的光分路器，安装43个8+8口的ONU，布放光缆23.62芯公里，项目投资估算为：23.12万元。新增宽带和窄带端口各344线，每线投资为336元。

采用传统技术接入时，布放用户主干电缆500P的1100米、支路电缆50P的1800米和20P的1000米，新建一个600对电缆交接箱，安装43个20对分线盒，需对机房进行扩容包括：11块A32用户板和11块ADCE用户板，项目投资估算为：29万元，新增宽带和窄带端口资源各352线，每线投资为420元。此费用不包括售后服务和维护费用。

比较得出，单线资源投资GPON接入时为336元小于传统技术方式接入时的420元，GPON接入投资收效大。

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3.2 GPON在FTTx中的应用模式

3.2.1 FTTB应用模式

FTTB+xDSL。具体实现是将光纤端接点分布在楼层(高层楼宇)或楼道(多层建筑)，小型DSLAM设备网络侧采用GPON上联口，用户侧提供xDSL接口通过双绞线人户。这种方式利用现有的双绞线资源，采用成熟的ADSL2+、VDSL相关技术，可以充分利用现有的线路投资。提供中小容量的DSL MDU，并且有适合室外恶劣环境的一体化机柜。

FTTB+LAN。具体实现是将光纤端接点分布在楼层(高层楼宇)或楼道(多层建筑)，由ONU终结光信号，ONU提供多个以太网接12I。由于以太网五类线具有的距离限制，这种实现需要保证ONU到最终用户的走线距离不超过100米[10]。 3.2.2 FTTH应用模式

OLT和ONU侧都提供了高速接入的数据接口，对于数据业务具备有天然的接入。由ONU的以太网接口提供用户的宽带上网接人，根据现阶段的宽带应用实际，用户认证和管理仍然可以由BRAS来完成，以保持与现有用户管理方式的一致性。对数据业务的接入，主要是需要采用合适的QoS策略，根据不同的业务提供不同的QoS保证，从而为不同的业务提供不同的带宽保证和业务质量。

对于FTTH模式，比较适合社区信息化场合。社区信息化覆盖目前已经比较普遍，大多数社区采用ADSL接人技术实现，随着IPTV和高清电视等高带宽业务引入家庭，传统社区接入网络面临改造。GPON光接人平台立足高带宽接入，根据高档小区、别墅小区和普通小区的消费承受能力，分层次提供一步到位的FTTH。接人业务包括语音、数字家庭、宽带上网(有线和无线方式可选)、IPTV视频、CATV视频业务等[11]。

3.3 典型PON网络建设案例

3.3.1 商务楼宇建设案例 1.商务楼宇FTTO建设案例

如图3.2所示，高层商业楼宇采用FTTO方案，楼宇用户多，光纤需求量大，配线间设置光分路机柜或光分路交接箱，分纤盒分层放置。

ONU上行：光缆接头盒分出的入楼光缆,在光分路机柜或光分路交接箱内进行分光，出来的垂直布线沿弱电井穿越楼层，在楼层分纤盒内分纤，出来的皮线光缆沿楼层管道、线槽或墙壁敷设至用户室内，成端在光纤终端盒内，光纤终端盒与ONU之间用铠装跳纤连接。

ONU下行：从ONU中下接双绞线或五类线与电话、计算机或路由器等设备相连。

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图3.2 商务楼宇FTTO设计方案

2.商务楼宇FTTB(PON+LAN)建设案例

如图3.3所示，光分路机柜或光分路交接箱放置于楼内配线间，采用上架式光分路单元集中分光，弱电箱可放置在每层的弱电间，弱电箱内可根据需要集成ONU设备、配线架、光纤熔接模块以及电源模块。

ONU上行：从光缆接头盒分出来的光缆，进入楼道配线间中的光分路机柜中分光，出来皮线光缆沿弱电井穿越楼层，进入弱电箱，在熔接模块内与尾纤熔接，尾纤另一端插到ONU光口上。

ONU下行：从弱电箱中分出双绞线或五类线沿楼层管道进入用户室内，再根据业务需求配置相应的接入终端设备。

图3.3 商务楼宇FTTB（PON+LAN）设计方案

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3.3.2 多层小区建设案例 1.多层小区FTTH建设案例

模型假设：假设有一较大规模小区，共24栋6层的住宅小区楼房，每栋2单元，每单元12户，住户共576户，如图3.4所示。

图3.4 多层小区模型

将小区划分为四个片区，40芯光缆从接入网机房ODF引出到小区，10芯光缆在接头盒内分歧至四个片区的光交接箱，从每个交接箱到每个单元采用32芯室内外两用缆，最后一段入户光缆采用室内外通用型皮线光缆。

一级分光，每交接箱内放6个1:32分光器，共24个。OLT PON端口配置24个，OLT采用集中式放置，如图3.5所示。

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图3.5 多层小区FTTH设计图

2.多层小区FTTB(PON+LAN)建设案例

按照每PON下覆盖350－512的用户模型，576个用户需要的PON端口数为2个。ONU的FE端口数需求为576个，在方案中，初期配置8口ONU 24个，选用2个分光比为1：16的分光器进行分光。分光器集中布放，放置在光分配点的交接箱内，如图3.6所示。

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图3.6 多层小区FTTB(PON+LAN)设计图

3.多层小区FTTB(PON+DSL)建设案例

仍然按图5－18 多层小区模型进行设计。

按照每PON下覆盖350~512的用户模型，576个用户需要的PON端口数为2个。在铜缆不出楼的前提下，初期每栋楼（24户）配1台ONU，每台16线。

ONU共24个，选用2个分光比为1：16的分光器进行分光。分光器集中布放，放置在光分配点的交接箱内，如图3.7所示。

图3.7 多层小区FTTB(PON+DSL)设计图

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3.3.3 高层小区建设案例 1.高层小区FTTH建设案例

模型假设：假设有四栋住宅楼宇，高20层，每栋每层有四户住户，共320户。

光纤到户，采用集中分光方案，在每栋楼地下室放置光交接箱（满配144芯），分光器内置于光交接箱内，采用一级分光，一栋楼内1:32分光器3个，共12个。OLT PON端口配置12个，如图3.8所示。

图3.8 高层小区FTTH设计图

2.高层小区FTTB(PON+LAN)建设案例

按照每PON下覆盖350~512的用户模型，需要的PON端口数为1个。ONU的FE端口数需求为320个。

ONU共16个，初期配备8端口ONU，选用1个分光比为1：16的分光器进行分光。分光器集中布放，放置在光分配点的交接箱内，如图3.9所示。

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图3.9 高层小区FTTB(PON+DSL)设计图

3.高层小区FTTB(PON+DSL)建设案例

按照每PON下覆盖350~512的用户模型，需要的PON端口数为1个。 ONU共16个，初期配备16线，选用1个分光比为1：16的分光器进行分光，分光器可集中放置在光分配点的交接箱内，如图3.10所示。

图3.10 高层小区FTTB(PON+DSL)设计图

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3.3.4 联体别墅建设案例

光交接箱可选择放置在小区内接入机房或安装室外光交箱，由于别墅区建筑密度低，配线光缆布放可选择光缆分歧方式（如：布放一条96芯光缆，每栋联体别墅通过光缆分歧终端盒引入4芯管道光缆，每户再引入两芯入户光缆），如图3.11所示。

图3.11 联体别墅FTTH模式

2 1

第四章 基于GPON的小区FTTH方案

4.1 需求分析

随着联通业务发展的逐年增多，结合新增长业务速度及数量考虑，小区客户业务覆盖规模不断扩大的趋势明显。随着网络技术和业务的发展，视频、数据等高带宽业务和应用日益丰富。随着三网融合业务的进一步发展，今后主要的宽带业务将包括高清/标清电视、视频通信、网络游戏、高速上网及IP话音业务。各类业务的上下行带宽需求如表4.1所示。

表4.1 各类业务带宽需求

业务类型 高清电视 标清电视 下行带宽 6~10Mb/s 2~3Mb/s 上行带宽 50kb/s 50kb/s 高速率用户 需求 1路 2路 中低速率用户需求 1路高清电视 或1-2路标清电视 2路 下行带宽 8-12 Mb/s 上行带宽 512kb/s~4Mb/s 下行带宽 网络256kb/s~1Mb/s 256kb/s~1Mb/s 20 Mb/s 电视 视频上行带256kb/s~2Mb/s 256kb/s~2Mb/s 通信 宽 2IP话512kb/s~100kb/s 100kb/s 音 路 4Mb/s 高速上网 2~6Mb/s 512kb/s~1Mb/s

从表可以看出，家庭用户宽带需求主要为高速上网、IP话音、视频通信、网络游戏、VOD等，通常情况下下行带宽需求高于上行带宽，下行带宽将在10~16Mb/s左右，所以，传统的宽带接入技术很难保证用户的高带宽需求。现有毓秀华庭小区5栋11单元，共计530户，需为该小区内用户提供语音、宽带、有线电视等业务。

4.2 设计方案

4.2.1 FTTH组网方案

针对项目特点，并考虑到今后扩容、升级等因素，对该小区采用GPON光纤到户（FTTH）的解决方案，如图4.1所示。

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IPTV 网管 Internet IP Network Softswitch NGN LAN switch OLT 合波器 光分路器 ONU Phone STB PC IPTV BRAS CATV CATV 图4.1 FTTH组网方案

4.2.2 施工设计

毓秀华庭小区为5栋高层，共11个单元，530户，本次工程采用FTTH方式接入，接入方案：毓秀华庭小区新增288芯光交1台，上联至邳州榆树苑机房OLT设备，光交出6芯光缆至每个单元，每个单元弱电井内安装光纤分配箱，内置1:16分路器，光纤分配箱沿桥架布放用户皮线光缆至用户端预留，本次采用2级分光方式，即1：2分光器下联1:16分光器，为用户提供接入。按单元用户数的40%左右配比端口，一个PON口覆盖2个单元用户，毓秀华庭共需6个PON口，占用配线光缆纤芯6芯，同时需扩容榆树苑机房至苏果光交配线光缆，共需皮线光缆154百米，48芯光缆1.3千米，12芯光缆1.6千米，6芯光缆3.7千米，光纤分配箱11个，288芯光交1台，冷接子按照用户数30%左右配比约140个，单口ONU设备按照用户数30%左右配比约140台，总体设计如图4.3所示。

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1栋 主干光缆 配线光缆 皮线光缆 按30％的配置率来算，约140个ONU 1单元6楼 分光器机箱 用户家 16楼 ?? 4楼 3楼 2楼 1楼 1:16 光分路器 2单元6楼 分光器机箱 16楼 ?? 1:16 光分路器 4楼 3楼 2楼 光交接箱 邳州大榆树机房 毓秀华庭 苏果超市光交接箱 华为 OLT 光交接箱 6*1:2分路器 576芯 288芯 2栋 用户家 IP1楼 13楼 城域网 1:16 光分路器 ?? 4楼 3楼 2楼 1楼 1单元6楼 分光器机箱 2单元6楼 分光器机箱 13楼 其余3栋都按照1、2栋的配置方式进行配置（N的范围为1~6）。 ?? 1:16 光分路器 4楼 3楼 2楼 1楼 3单元6楼 分光器机箱 13楼 N栋 ?? ?? 1:16 光分路器 3楼 2楼 1楼 4楼

图4.2 小区总体设计方案

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具体接入设计如图4.3所示，24芯室外光缆通过广电管道布放入小区288芯光交接箱，光交出6芯光缆至每个单元，每个单元弱电井内安装光纤分配箱，内置1:16分路器，光纤分配箱沿桥架布放用户皮线光缆至用户端预留。

a 具体接入施工图

b 具体接入路由图 图4.3 具体接入施工路由设计

毓秀华庭小区主干光缆路由图，高层接入路由图，主干光缆施工图，高层接入施工图，接入光缆拓扑图，皮线光缆施工图见附录一。

4.3 工程预算

邳州毓秀华庭小区接入：本工程新增6芯光缆2.113千米、新增24芯光缆0.893千米，新增48芯光缆0.893千米，皮线光缆157.43百米，安装光分器机箱11台，288芯光缆交接箱 1个，五类线82.54百米，1:2分路器6个，1:16分路器11个，新增单口ONU设备140台，共需技工235.97个工日，普工174.25工日，工程建设预算总费用187649元，其中含其它费28989元。如表4.2为邳州毓秀华庭小区接入总预算，表4.3为建筑安装工程费预算，其余预算见附录二。

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表4.2 工程总预算

建设项目名称: 2013年中国联通江苏徐州客户接入新建（第十三批）工程 全单项工程名称: 邳州毓秀华庭小区接入预算 建设单位名称: 中国联合网络通信有限公司徐州市分公表格编号: TAB1 页 需要安小型建筑 装 工程费 的设备费 不需要安装的 建筑安装 其他费用 预备费 设备、工工程费 器具费 （ 元） Ⅰ Ⅱ Ⅲ 建筑安装工程费 国内安装设备费 工程建设其它费 合计 预备费[合计×4%] 总计 Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅶ 110001.99 Ⅷ Ⅸ 总价值 序 表格编号 号 费用名称 人民币其中（元） 外币 Ⅹ 110001.99 41440.00 28989.47 180431.46 Ⅺ 1 TAB2 2 TAB4XA 3 TAB5A 4 5 6 41440.00 28989.47 41440.00 110001.99 28989.47 7217.26 7217.26 41440.00 110001.99 28989.47 7217.26 187648.72 表4.3 建筑安装工程费预算

建设项目名称: 2013年中国联通江苏徐州客户接入新建（第十三批）工程 单项工程名称: 邳州毓秀华庭小区接入预算 建设单位名称: 中国联合网络通信有限公司徐州市分公司表格编号: TAB2 序号 Ⅰ 费用名称 Ⅱ 依据和计算方法 Ⅲ 合 计 （元） Ⅳ 序 号 Ⅰ 费用名称 Ⅱ 依据和计算方法 Ⅲ 全页 合 计 （元） Ⅳ 292.75 439.12 建筑安装工程费 一 直接费 (一) 直接工程费 1. 人工费 (1) 技工费 (2) 普工费 2. 材料费 一＋二＋三＋四 110001.99 （一）＋（二） 1.＋2.＋3.＋4. （1）＋（2） 技工工日×48元 普工工日×19元 （1）＋（2） 92908.31 87419.30 14637.31 11326.56 3310.75 67218.59 9. 冬雨季施工增加费 人工费×2.00% 10. 生产工具用具使用费 人工费×3.00% 11. 施工用水电蒸汽费 按施工工艺 12. 特殊地区施工增加费 13. 14. 15. 已完工程及设备保护费 运土费 施工队伍调遣费 经业主确认 按要求 单程调遣费定额×调遣人数×2 (1) 主要材料费 (2) 辅助材料费 3. 机械使用费 4. 仪表使用费 (二) 措施费 1. 环境保护费 2. 文明施工费 由表四 66893.59 总吨位×调遣运距×16. 大型施工机械调遣费 0.62×2 二 (一) 1. 2. 3. 4. 间接费 规费 工程排污费 社会保障费 住房公积金 危险作业意外伤害保险费 企业管理费 （一）＋（二） 1.＋2.＋3.＋4. 按规定 人工费×26.81% 人工费×4.19% 人工费×1.00% 人工费×30.00% 9075.12 4683.93 3924.26 613.30 146.37 4391.19 主要材料费×0.30% 325.00 由表三乙 由表三丙 1～16项之和 人工费×1.50% 人工费×1.00% 85.50 5477.90 5489.01 219.56 146.37 731.87 3. 工地器材搬运费 人工费×5.00% (二) 26

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