隨著網絡運營商率先提出“全家智享三千兆”目標,各路大軍紛遝而至。將光纖延展至用戶的各個房間(即FTTR: Fiber To The Room),為全域提供千兆寬帶的覆蓋,是未來千兆家庭寬帶升級的技術方向之一。 本文介紹基於無源光網傳輸PON技術在全域光網采用專用芯片ASIC的寬帶網絡方案。
PON技術1正適合於城市和城鎮化鄉村的生態環境布局。隨著PON深入應用於接入網,EPON/GPON芯片2已趨成熟。網絡生活場景中,視頻直播、在線教育、VR、超高清視頻、家庭服務機器人等千兆應用的不斷擴展,傳輸性能提升已成為剛需。 PON-FTTR傳輸已提上日程, 正孕育著新一代更適合FTTR的芯片誕生。
FTTR和FTTH雖然隻有一字之差,在技術和實施上卻有很大區別。運營商要把光纖鋪設到用戶的每個房間,需徹底解決網絡傳輸的“瓶頸”問題。當前解決辦法之一是靠多台路由器組成Mesh網, 在不同區域漫遊時,路由器Mesh係統自動切換,這個過程用戶基本是無感的。因一般使用的仍是常見的雙絞網線銅纜和普通路由器,而非光纖, 因此帶寬受限。
全屋光纖組網FTTR具備以下特點:
光纖延伸到家庭每個房間,構建基礎信息網絡底座。通過光纖真正實現千兆帶寬, 突破網線等連接方式引起的帶寬瓶頸;
給每個房間提供有線、無線業務接口,配合Wi-Fi6技術,實現全屋千兆覆蓋到房間,到用戶的終端設備;
由光纜、分光器、光纜麵板構成家庭內光纖基礎設施,支持多級分光,實現主、從網關設備的全光纖鏈接。
圖1. 基於PON傳輸技術的用戶FTTR係統組成圖
如圖所示,光線路終端設備OLT安裝在中心機房,用於連接光纖幹線,通過分光器連到節點,到室內布線,然後連接終端設備。
PON-FTTR網絡方案特點突出:
簡潔部署,即插即用的方式,扁平化層次少,無需安裝大量交換機;
靈活擴展,帶寬高,不擁塞, 整個鏈路中間節點少,部署更快捷;
統一標準,向上接口和協議統一,方便數據互通,連接各類終端;
集中管理,實時監測網絡狀況,兼顧遠程維護方式,可視化智能診斷,提高管理效率;
故障自測,支持冗餘,主動檢測鏈路故障,毫秒級內自動實施保護切換,讓用戶享受極致無感體驗;
提升網絡可靠性和安全性,防止不明外來入侵。
目前市場流行的全屋組網中,常見子光貓共享2.5G下行和1.25G上行帶寬,造成同時訪問外網和內部數據時帶寬不夠的問題。尤其當內部互訪時,實際最高達1G帶寬,這與傳統以太網仍區別不大。
普通FTTR主網關產品大多采用FPGA,缺點明顯。因此也導致在大規模推廣中遇到問題。性能上FPGA基本止步於2.5G。 如若實現10G,必須更換FPGA,導致成本成倍增加。另外,較大的功耗也會引起功能上對周邊設備的局限。
如何真正實現“全屋三千兆”,需要內部實施和提升到XGPON技術。在GPON下, ASIC相較於FPGA的功耗,有明顯的降低,同時外圍電路也隨之更簡化。 然而僅有此技術仍不足夠。唯有通過核心技術向ASIC更新換代,無縫升級到10G XGPON/XGSPON, 顯著提高整體網絡性能,達到合理標準,方能真正發揮全光網優勢。
XG-PON和XGS-PON均為10G PON,其主要區別在於XG-PON是不對稱PON, PON口的上/下行速率為2.5G/10G; 而XGS-PON是對稱PON,PON口的上行/下行速率均為10G/10G。
隨著全光網應用的持續加溫,替代傳統FPGA的方案也陸續浮現。此前,鵬瞰科技推出專為F5G打造的SoC芯片,嵌入FTTR主從網關,與現有的光貓集成互聯,可迅速搭建全光網鏈路。該係統芯片具有以下特點:
支持對稱/非對稱1.25G,2.5G,10G;
支持動態帶寬分配DBA,可在極短間隔內完成對上行帶寬的動態分配;
時延小,功耗小,效率高,具有高性價比,吸引客戶青睞。
其創新研發出全光纖工業控製網PonCAN技術3,4,同時也適應於FTTR應用。 芯片特有的ONU之間可配置隔離或非隔離功能,降低布網的複雜性,也減輕運營商主幹網絡壓力。 同時,其芯片特有的QoS功能為全網絡通信帶來更好的確定性,解決實際應用中因多種混合業務並發、所產生的關鍵業務流被影響的問題。
相比之下,FPGA要達到10G性能,設計上尤為複雜,不僅要更換功能更強的FPGA, 成本也因此增加。由於FPGA自帶了SerDes(串行器/解串器)/ 以太網等IP,仍需配備接口通訊協議IP, 因而增加了FPGA設計轉向ASICS的難度。
國內用戶對寬帶提速的需求持續攀升。除了家庭用戶外,政企單位、園區院校等場所的需求也日益增長。 POL (Passive Optical LAN) 作為新型無源全光局域網組網方案,以單芯片提供多以太網口方式,優化了傳統局域網的基礎布線和網絡結構。其不僅繼承了PON網絡大帶寬、高可靠性、扁平化、易部署、易管理等優點,也更適應基於園區局域網的特性要求,比如802.1x認證、POE等,具備在園區大規模商用的能力。
伴隨用戶係統目標提升到10G,推動各大運營商繼續提高帶寬,已是鐵板釘釘的趨勢。高質量的用戶湧現,也就意味著用戶的平均收入ARPU值提升。其次,對10G光器件的大量需求有助於降低運營商接入網運營成本。對於網絡OEM(或ODM)將帶來更多商機。全光網鋪設成本大幅降低,促使為用戶帶來更好的體驗,就此形成良性循環,總之,新一代寬帶網絡升級高潮, 必將鑄造“雙千兆”戰略的裏程碑。
ASIC,全稱Application Specific Integrated Circuit專用集成電路,即針對某種特定應用開發的專用芯片。
FPGA,全稱Field Programmable Gate Array 可編程的邏輯列,屬於專用集成電路中的一種半定製電路。
FTTH,全稱Fiber To The Home 光纖到家,是目前國內各大運營商采用的主要寬帶服務。
FTTR,全稱Fiber To The Room 光纖到房間,是光纖到家後的升級寬帶覆蓋服務。
PON,全稱Passive Optical Network 無源光網絡, 是一種以光纖為傳輸媒介的寬帶接入技術,其中無源表示網絡中負責光纖分配的分光器是不需要供電的。
EPON,全稱Ethernet Passive Optical Network 以太網無源光網絡,上下行傳輸速率為1Gbps/1Gbps。
GPON, 全稱Gigabit Passive Optical Network 吉比特無源光網絡,上下行傳輸速率為1.25Gbps/2.5Gbps。
XG-PON, 全稱10 Gigabit Passive Optical Network 10千兆比特無源光網絡,上下行傳輸速率為2.5Gbps/10Gbps。
XGS-PON,全稱10 Gigabit Symmetrical Passive Optical Network 10千兆比特對稱無源光網絡, 上下行傳輸速率為 10Gbps/10Gbps。
PonCAN,全稱Pon based Control Area Network. 以PON技術為基礎的控製器局域網絡,這是鵬瞰科技獨創的技術,用於解決工業4.0、機器人、車載等領域的通信網絡與控製中遇到的帶寬不夠和時延過長等問題。PonCAN可以實現10Gbps/10Gbps雙向通信,同時可以將網絡時延從10ms提升到10us。
POL,全稱Passive Optical LAN, 無源光纖局域網絡。基於PON技術的新型局域網組網方式,優化了局域網的基礎布線和網絡結構,網絡結構更加扁平和簡潔。
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