随着网络运营商率先提出“全家智享三千兆”目标,各路大军纷沓而至。将光纤延展至用户的各个房间(即FTTR: Fiber To The Room),为全域提供千兆宽带的覆盖,是未来千兆家庭宽带升级的技术方向之一。 本文介绍基于无源光网传输PON技术在全域光网采用专用芯片ASIC的宽带网络方案。
PON技术1正适合于城市和城镇化乡村的生态环境布局。随着PON深入应用于接入网,EPON/GPON芯片2已趋成熟。网络生活场景中,视频直播、在线教育、VR、超高清视频、家庭服务机器人等千兆应用的不断扩展,传输性能提升已成为刚需。 PON-FTTR传输已提上日程, 正孕育着新一代更适合FTTR的芯片诞生。
FTTR和FTTH虽然只有一字之差,在技术和实施上却有很大区别。运营商要把光纤铺设到用户的每个房间,需彻底解决网络传输的“瓶颈”问题。当前解决办法之一是靠多台路由器组成Mesh网, 在不同区域漫游时,路由器Mesh系统自动切换,这个过程用户基本是无感的。因一般使用的仍是常见的双绞网线铜缆和普通路由器,而非光纤, 因此带宽受限。
全屋光纤组网FTTR具备以下特点:
光纤延伸到家庭每个房间,构建基础信息网络底座。通过光纤真正实现千兆带宽, 突破网线等连接方式引起的带宽瓶颈;
给每个房间提供有线、无线业务接口,配合Wi-Fi6技术,实现全屋千兆覆盖到房间,到用户的终端设备;
由光缆、分光器、光缆面板构成家庭内光纤基础设施,支持多级分光,实现主、从网关设备的全光纤链接。
图1. 基于PON传输技术的用户FTTR系统组成图
如图所示,光线路终端设备OLT安装在中心机房,用于连接光纤干线,通过分光器连到节点,到室内布线,然后连接终端设备。
PON-FTTR网络方案特点突出:
简洁部署,即插即用的方式,扁平化层次少,无需安装大量交换机;
灵活扩展,带宽高,不拥塞, 整个链路中间节点少,部署更快捷;
统一标准,向上接口和协议统一,方便数据互通,连接各类终端;
集中管理,实时监测网络状况,兼顾远程维护方式,可视化智能诊断,提高管理效率;
故障自测,支持冗余,主动检测链路故障,毫秒级内自动实施保护切换,让用户享受极致无感体验;
提升网络可靠性和安全性,防止不明外来入侵。
目前市场流行的全屋组网中,常见子光猫共享2.5G下行和1.25G上行带宽,造成同时访问外网和内部数据时带宽不够的问题。尤其当内部互访时,实际最高达1G带宽,这与传统以太网仍区别不大。
普通FTTR主网关产品大多采用FPGA,缺点明显。因此也导致在大规模推广中遇到问题。性能上FPGA基本止步于2.5G。 如若实现10G,必须更换FPGA,导致成本成倍增加。另外,较大的功耗也会引起功能上对周边设备的局限。
如何真正实现“全屋三千兆”,需要内部实施和提升到XGPON技术。在GPON下, ASIC相较于FPGA的功耗,有明显的降低,同时外围电路也随之更简化。 然而仅有此技术仍不足够。唯有通过核心技术向ASIC更新换代,无缝升级到10G XGPON/XGSPON, 显著提高整体网络性能,达到合理标准,方能真正发挥全光网优势。
XG-PON和XGS-PON均为10G PON,其主要区别在于XG-PON是不对称PON, PON口的上/下行速率为2.5G/10G; 而XGS-PON是对称PON,PON口的上行/下行速率均为10G/10G。
随着全光网应用的持续加温,替代传统FPGA的方案也陆续浮现。此前,鹏瞰科技推出专为F5G打造的SoC芯片,嵌入FTTR主从网关,与现有的光猫集成互联,可迅速搭建全光网链路。该系统芯片具有以下特点:
支持对称/非对称1.25G,2.5G,10G;
支持动态带宽分配DBA,可在极短间隔内完成对上行带宽的动态分配;
时延小,功耗小,效率高,具有高性价比,吸引客户青睐。
其创新研发出全光纤工业控制网PonCAN技术3,4,同时也适应于FTTR应用。 芯片特有的ONU之间可配置隔离或非隔离功能,降低布网的复杂性,也减轻运营商主干网络压力。 同时,其芯片特有的QoS功能为全网络通信带来更好的确定性,解决实际应用中因多种混合业务并发、所产生的关键业务流被影响的问题。
相比之下,FPGA要达到10G性能,设计上尤为复杂,不仅要更换功能更强的FPGA, 成本也因此增加。由于FPGA自带了SerDes(串行器/解串器)/ 以太网等IP,仍需配备接口通讯协议IP, 因而增加了FPGA设计转向ASICS的难度。
国内用户对宽带提速的需求持续攀升。除了家庭用户外,政企单位、园区院校等场所的需求也日益增长。 POL (Passive Optical LAN) 作为新型无源全光局域网组网方案,以单芯片提供多以太网口方式,优化了传统局域网的基础布线和网络结构。其不仅继承了PON网络大带宽、高可靠性、扁平化、易部署、易管理等优点,也更适应基于园区局域网的特性要求,比如802.1x认证、POE等,具备在园区大规模商用的能力。
伴随用户系统目标提升到10G,推动各大运营商继续提高带宽,已是铁板钉钉的趋势。高质量的用户涌现,也就意味着用户的平均收入ARPU值提升。其次,对10G光器件的大量需求有助于降低运营商接入网运营成本。对于网络OEM(或ODM)将带来更多商机。全光网铺设成本大幅降低,促使为用户带来更好的体验,就此形成良性循环,总之,新一代宽带网络升级高潮, 必将铸造“双千兆”战略的里程碑。
ASIC,全称Application Specific Integrated Circuit专用集成电路,即针对某种特定应用开发的专用芯片。
FPGA,全称Field Programmable Gate Array 可编程的逻辑列,属于专用集成电路中的一种半定制电路。
FTTH,全称Fiber To The Home 光纤到家,是目前国内各大运营商采用的主要宽带服务。
FTTR,全称Fiber To The Room 光纤到房间,是光纤到家后的升级宽带覆盖服务。
PON,全称Passive Optical Network 无源光网络, 是一种以光纤为传输媒介的宽带接入技术,其中无源表示网络中负责光纤分配的分光器是不需要供电的。
EPON,全称Ethernet Passive Optical Network 以太网无源光网络,上下行传输速率为1Gbps/1Gbps。
GPON, 全称Gigabit Passive Optical Network 吉比特无源光网络,上下行传输速率为1.25Gbps/2.5Gbps。
XG-PON, 全称10 Gigabit Passive Optical Network 10千兆比特无源光网络,上下行传输速率为2.5Gbps/10Gbps。
XGS-PON,全称10 Gigabit Symmetrical Passive Optical Network 10千兆比特对称无源光网络, 上下行传输速率为 10Gbps/10Gbps。
PonCAN,全称Pon based Control Area Network. 以PON技术为基础的控制器局域网络,这是鹏瞰科技独创的技术,用于解决工业4.0、机器人、车载等领域的通信网络与控制中遇到的带宽不够和时延过长等问题。PonCAN可以实现10Gbps/10Gbps双向通信,同时可以将网络时延从10ms提升到10us。
POL,全称Passive Optical LAN, 无源光纤局域网络。基于PON技术的新型局域网组网方式,优化了局域网的基础布线和网络结构,网络结构更加扁平和简洁。
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