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    鵬瞰助力全域光網FTTR開啟ASIC時代
    時間:2023-04-21 21:18:34

    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。

    一、寬帶升級需求勢不可擋

    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。


    二、全屋光纖組網基本要求

    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。

    三、PON-FTTR組網拓撲

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    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。

    四、ASIC應運而生

    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。

    五、ASIC方案勝出一籌

    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。

    六、全域光網應用前景

    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。

    附注:技術術語說明

    1. 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。

    2. 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。

    3. 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。

    4. 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。

    5. 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。

    6. 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。

    7. 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。

    8. 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。

    9. 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。

    10. 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。

    11. 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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