EPON网络升级改造模式的探讨

时间：2024-07-28

蔡厚刚江西省邮电规划设计院有限公司南昌市 330000

0 千兆接入时代的来临

随着各大运营商“光网”基础建设的不断深入部署，宽带网络的接入带宽能力也在不断增强。伴随4K视频业务的飞速发展，未来以4K视频为主流的大带宽业务，已经成为国内三大运营商基础业务和差异化竞争的新锚点。

相比传统视频，4K视频业务需要更高带宽、更低时延和更低丢包率的承载网络。而现存的PON网络，以EPON 和GPON网络为主。由于各地“光改”的进展程度不同，部分试点城市开展光网建设较早，以EPON网络为主；而大多数城市以E/GPON两种网络混合共存。PON网络的初始建设能力与视频业务的发展在业务密集区域必然存在宽带的瓶颈制约，因此需要对现有网络进行适当的技术改造，以迎接千兆时代的来临。目前由于10G GPON产品尚处于实验室测试阶段，因此本文仅对EPON 网络的升级改造方式进行探讨。

1 宽带业务的接入带宽需求测算

运营商的客户群大致分为普通家庭公众用户、政企客户，政企业务由于保密性和独立组网性的特殊性，本文不做重要阐述，仅对普通家庭用户的接入带宽需求进行分析。目前家庭光网用户宽带需求主要以上网业务和视频业务为主。

根据现网用户的在网习惯、占用时长分析，并结合网监测试数据，大致测算户均加权带宽如下：

其中，渗透率与忙时平均带宽参数根据业务的发展，可以进行相应的系数调整。

2 现网EPON网络的接入能力

目前现存的EPON网络，主要采用一级、二级分光模式，考虑传输衰耗、传输距离等因素，分光比一般控制在1:32以内，江西电信早期的EPON网络，一般采用1:4+1:8的二级分光模式进行光网建设。上下行线路速率为1.25G，我们以下行带宽作为研究对象，单PON树下行有效带宽为 900M；随着视频业务源的丰富，4K乃至8K视频业务的带宽需求急剧增加，以目前4K业务仅占23%的低渗透率测算，单家庭用户平均带宽约为34M，而现网EPON 单PON口下能实装用户数约为27户。而随着视频业务的快速发展，按照4K业务渗透率为50%测算，高清业务渗透率为40%测算，单家庭用户平均带宽约为46M，现网EPON 单PON口下能实装用户数仅为20户。因此，在分光器端口实装率超70%的区域，现网EPON网络的1:32总分光比，无法满足未来高带宽业务需求，急需进行网络升级改造。

3 现网EPON网络的改造方案

3.1 裂化升级改造模式

江西电信现网EPON网络，多采用二级分光模式，根据覆盖用户数采用2槽位或者4槽位光纤分纤箱，考虑光纤使用率及投资等因素，分纤箱上行至配线光交均配足2芯光缆或者4芯光缆。现网模式下，采用降分光比方式进行裂化，减少单PON树下实际承载用户。由于分纤箱容量、配线光缆均根据业务需求，初次建设时已足量配置，因此不需要进行再次重复建设。裂化方案如下：

3.1.1 局端根据机房空间冗余状况，新增OLT PON端口；

3.1.2 一级分光器处增加一个1:2的分光器，原有的二级分光器中取1/2跳接至新增的1:2分光器，其他二级分光器不变；

3.1.3 新增的OLT PON口与1:2分光器之间增加主干光纤一芯；

升级改造方案如下图所示：

方案优点：ODN网络，配线光交以下光缆不需要重新建设，施工难度较小。

方案缺点：OLT终端设备PON口需要重新规划，PON口下挂用户资料需核对及PON数据变更，工作量较大；需要按需升级更换客户终端，光交侧需要增配1：2的一级分光器，主干光缆需扩容；

3.2 现网叠加GPON网络模式

在现网已建有EPON网络的区域内，叠加一套GPON网络。采用二级分光模式配置，按照1:32的分光比严格控制所承载用户数。在渗透率高的区域，现有分纤箱的旁侧，新建二槽分纤箱，新建配线光缆，主干上行光缆；

方案优点：在10G GPON标准尚未成熟商用的阶段，采用的一种过渡的方案。GPON网络下行有效带宽为2250M；按照64的分光比，控制实际承载用户数后，同等条件下用户忙时平均带宽能达到35M，足以满足未来视频业务的发展需求；

方案缺点：需要重新建设一套GPON网络，投资较大；客户终端需要更换为GPON网络终端；属于升级的中间形态，随着视频业务的高速发展，为应对未来100M以上甚至千兆网络需求，需要升级至10G GPON网络，需要再次更换终端及局端设备。所以，规模较小的小区，有提速需求则可考虑采用本方案，进行过渡升级。

3.3 升级为10G EPON模式

3.3.1 10G EPON的宽带接入能力

现阶段10G EPON技术及规划已经成熟并商用。目前主要有对称型和非对称型两种形式。对称型10G EPON技术：上、下行线路速率均为10G；非对称型10G EPON技术：上行线路速率为1.25G，下行线路速率均为10G；考虑到未来业务的发展需求，技术的进步，对称与非对称型设备的造价进一步缩小，业界普遍习惯采用对称型10G EPON进行网络的升级改造。

10G EPON PON口具备1490nm/1577nm两个中心波长的发送能力，可满足EPON和10G EPON下行，传输方式均为广播方式，PON口的总带宽为EPON下行带宽与10G EPON下行带宽之和，达到11.25G带宽。

对称型10G EPON ONU和EPON ONU共存时，EPON的上行带宽是1.25G，由于其所占用的时隙和10G EPON是相同的，所以这种情况下PON口的上行总带宽实际上是达不到10G的。总的上行带宽为：10G/64*M（10G EPON用户）+1.25G/64*(64-M)(EPON用户)；

3.3.2 10G EPON网络组网模式

10G EPON网络，基本的原理本章不再过多阐述。10G EPON网络、EPON网络下行波长域重叠，其最大的特点就是10G EPON网络能与EPON网络共存。10G EPON网络如下所示：

在现网EPON区域，存在客户高带宽的提速需求，可以进行10G EPON网络的建设。主干、配线光缆均无需重复建设，ODN网络可以维持现状。

根据业务发展的趋势，局端OLT侧，需要新建10G EPON OLT设备。方案可以采用全替代整框替代模式，一次性采购足量的10G EPON PON板，全部替代现网EPON端口；可以采用逐步替代方式，根据客户升级需求，逐步逐量替换现有EPON端口，做好端口的资源维护工作，随着时间的推移，逐步将EPON设备退网。第一种全替代方式，前期设备投资较大，但是网络维护较为便捷，割接较为便利；第二种逐步替代方式，前期设备投资较小，根据客户升级需求按需配置，两种OLT设备长期共存，维护量较大。另外，逐步替代方式中，需要依据现有OLT设备的带宽接入能力，以及机房冗余条件合适地选择逐步替代方案。目前华为5680T OLT设备，单槽位带宽为40G，当剩余业务槽位≥30%（5个槽位）时，可以考虑在现网OLT上混插10G EPON业务板实现改造升级，例如配置8口10G EPON板，实际能用端口仅为配置板卡能力的一半。所以，需要根据现网OLT设备槽位能力情况，结合前端业务发展预测，合理选择替代方案。不管是采用何种替代方式，客户侧ONU终端均可以按需配置，大大缓解全部更换10G EPON终端的资金压力。

4 各种方案的费用分析

采用多层场景进行造价对比：XX小区共计8栋多层（7F）住层，户型均为一梯两户，合计424户，本工程按用户100%满配建设，主干布放24芯光缆（0.5KM）、新增30个2槽分纤箱，15个1：4盒式分光器、60块1：8插片式分光器、占用15个EPON口；一级分光采用1：4，二级分光采用1：8；总投资5.06万，小区方案如下：

改造方式：

4.1 分光比裂化

原1：32分光比裂化为1：16，小区光交、分纤箱、配线光缆均不动，本工程裂化新增15个EPON口、15个1：2分光器；至主干光交12芯光缆（0.5KM），至机房12芯光缆（0.6KM）；估列费用如下；

本工程裂化总投资需2.92万，户均改造价为69元；（优势：投资较低；劣势：PON口、上行光缆增加较多，对机房空间要求较高，且用户EPON终端达不到提100M以上要求，面临后期再次改造）

4.2 叠加GPON共存

本工程叠加GPON网络按用户100%满配建设，利旧原24芯上行主干光缆；新立144芯光交1座、光交至分纤箱配线光缆、30个2槽分纤箱，8个1：8盒式分光器、30块1：8插片式分光器（50%利旧）、新增8个GPON口；一级分光采用1：8，二级分光采用1：8；总投资3.61万，按60%渗透率配置GPON终端ONU；估列费用如下；

本工程叠加GPON共存总投资需11.8万，户均改造价为278.8元；（优势：GPON终端为千兆，支持用户100M以上提速；劣势：投资较高、叠加光缆建设，小区条件相对受限；GPON OLT上下行2.5G，带宽受限，面临后期再次改造）