1、基于fttc的桃源步行街无线网络规划与设计本科毕业设计论文基于FTTC的桃源步行街的无线网络规划与设计摘要无线网络伴随着信息化时代的发展，已经于20世纪90年代逐渐成熟并投入使用，既可以作传统有线网络的延伸，在某些环境也可以替代传统的有线网络。伴随着大数据时代的来临，无数的信息在网上只手可查，而无线网络的建设与使用变得必不可少。随着用户对网络的带宽及多媒体应用要求的逐渐提高，铜线已经无法满足现代通信发展的需求，伴随着光纤成本的不断下降及配套设备的逐渐发展成熟，以前只在主干传输网上应用的昂贵的光纤通信设备也被逐渐平民化，被越来越多的应用于用户接入网的建设当中，近两年已经实现了光纤入户。 本论文首
2、先从宽带接入技术的发展出发，绍了目前几种主流的接入技术以及 PON 技术的发展和种类，分析了 GPON 网络的各个组成部分的作用，指出了GPON 技术的优势。提出了基于 GPON 的FTTC 解决方案，通过 FTTC组网设计、GPON FTTC总体设计、ODN 建设方案、光分路比的选取，成本、设备选取、传输损耗和业务带宽提供等方面，体现 GPON 接入的可行性。本文就此问题利用FTTC技术对塔里木大学校园附近的桃源步行街的无线网络调查后进行无线网络的规划与设计。关键词：OLT, ONU ,FTTH ,FTTC, GPON , 分光比1、设计基础1.1、桃源步行街无线网络现状 桃源步行街位于塔里
3、木大学附近，作为塔大学生的购物，就餐，休闲的良好选择，然而通过本小组人员的调查发现整个桃源步行街有近百商铺中仅有三个商铺存在供顾客使用的无线局域网，覆盖率仅有3%，远远不能满足顾客的需求。在进一步的调查中我们发现顾客对此的满意度仅有5%，而无线局域网的覆盖与否对顾客消费地点选择的影响达90%,而且有将近85%的消费者认为桃源步行街的无线网络需要尽快的覆盖。基于该现状及对顾客的调查我们进行了本次课程设计。1.2设计技术分析1.2.1、FTTC技术 由于因特网上已经具有了大量的信息资源，虽然近几年宽带上网的普及率增长的很快，但是为了更快的下载文件和更加流畅的观看各种视频文件，从技术上讲FTTH（F
4、iber To The Home）应当是最好的选择，但是FTTH目前还存在两大缺点：1、价格较贵，一般家庭承受不起；2、一般家庭用户没有这么高的数据率要求。FTTC（Fiber To The Curb）主要是为住宅用户提供服务,它是将ONU放置在路边,靠近用户住宅,以光纤为主干,用户可以选择用双绞线或同轴电缆与路边的ONU连接,一般来说,同轴电缆用于传送视频业务,双绞线用于传送屯话业务。这种混合光纤和铜缆的结杓方法成本较低,比较容易实现,为实现各种宽带业务提供了一套经济实惠的方案,目前这项技术普遍应用于居住密度较高的地方，因此FTTC技术成为了较为合理的选择。 桃源步行街相对塔大宿舍而言用户较
5、为分散，光纤路由不完全适合FTTH的应用，OLT PON口利用率也大为降低。如采用FTTH模式需要大量新铺设引入段光缆与ODN设施。将带来局端设备、ODN、终端设备的高投入，多数情况下高达每用户数千元。使得网络能力、网络投资与带宽实际需求、客户资费承受能力之间不匹配。 从维护角度出发，桃源步行街布放FTTH网络，光纤引入线部分无论采用架空还是直埋，户内布放光纤的规范性因素，也较容易因气象原因、人为原因、动物原因导致光缆中断，由于光缆修复的专业性强，专业维护人员及时到位有一定难度，很可能造成业务中断时间过长、影响客户使用的问题。 通信采用FTTC、FTTN模式，通过DSL接入用户是普通用户通信的
6、最佳技术选择之一。光纤干线部分，根据光纤拓扑情况，可以灵活选择GE、EPON、10GEPON等技术。可以提供足够的带宽能力，有效地利用原有光缆与铜线资源，与既有的网络结构良好兼容，显著降低建设投入，主干光纤可采用高带宽技术，也为未来该地区的信息化建设预留充足的提速空间。1.2.2、PON技术 PON(Passive Optical Network)无源光网络是实现 FTTH 光纤到户的主要技术, 提供点到多点的光纤接入，如图一所示,它由局侧的 OLT（光线路终端）、用户侧的 ONU（光网络单元）以及 ODN（光分配网络）组成。一般其下行采用 TDM 广播方式、上行采用 TDMA（时分多址接入）
7、方式，组成点到多点树形拓扑结构. PON 作为光接入技术最大的亮点是“无源”，ODN 中不含有任何有源电子器件及电子 电源，全部由光分路器（Splitter）等无源器件组成，管理维护运营成本较低。图2、PON拓扑结构1.2.3、GPON技术 随着信息传输向全数字化过度,光接入方式必然成为宽带接入网的最终解决方法。目前,利用光纤和光接入传输系统将传统电话网和有线电视网进行优化改造是主要的两种趋势。 在业界,FSAN组织进行IGb/S以上速率PON的标准研究,该组织希望能提出一种方案,除了能运行更高的速率外,还要在多业务适应、OAM&P、可扩缩性等方面较之其它的PON效率更高。这样的研究使得GPO
8、N出现。GPON最早由FSAN组织于2002年9月提出,ITU-T在此基础上于2003年1月批准确立了 GPON标准G984.1、G984.2和G984.3;于2003年3月完成了G984.1和G984.2的制定,于2004年2月和6月完成了 G984.3的标准化,最终形成了 GPON的标准族。 GPON的系统结构如下：图3、GPON的系统结构GPON传输系统作为本地传输网的第二平面,是一个完整、独立的承载平台。根据移动运营商业务接入点数量庞大,节点分布较广,业务落地点较为集中的特点,GPON传输系统的网络架构也应采用分层的形式。1.2.4、EPON技术 在传统以太网协议栈中,原有的各种功能已
9、无法满足现有系统的需求,通过对撇C控制层功能的扩展,EPON系统中的多点撇C控制协议(MPCP)得到了扩展和提升,不仅增加了对点到多点(PZMP)网络中多个MAC客户层实体的支持,并且还提供对额外的MAC控制功能的支持。图3-13描述了 EPON协议参考模型及多点MAC控制协议的位置。 EPON系统采用WDM技术实现单纤双向传输(强制)。其工作原理如下图所示：图4、EPON的工作原理1.2.5、GPON技术与EPON技术比较 EPON 和 GPON 作为光网络接入的两个主力成员,各有千秋,互有竞争,互有补充,互有借鉴,下面在各个方面对它们作个比较:1、速率 EPON 提供固定上下行 1.25
10、Gbps,采用 8b/10b 线路编码,实际速率为 1Gbps。GPON 支持多种速率等级，可以支持上下行不对称速率，下行 2.5Gbps 或1.25Gbps，上行 1.25Gbps 或 622 Mbps，根据实际需求来决定上下行速率，选择相对应光模块,提高光器件速率价格比。 本项结论：GPON 优于EPON。2、分路比 分路比即一个 OLT 端口(局端)带多少个 ONU(用户端) 。 EPON 标准定义分路比 1：32。GPON 标准定义分路比下列几种 1:32； 1:64；1:128其实，技术上 EPON 系统也可以做到更高的分路比,如 1：64，1:128，EPON 的控制协议可以支持更
11、多的 ONU。分路比主要是受光模块性能指标的限制,大的分路比会造成光模块成本大幅度上升; 另外,PON 插入损失 1518dB，大的分路比会 降低传输距离; 过多的用户分享带宽也是大分路比的代价。 本项结论：GPON 提供多选择性,但是成本上考虑优势并不明显 最大传送距离GPON 系统可支持的最大物理距离，当光分路比为 1:16 时，应支持 20km 的最大物理距离；当光分路比为 1:32 时，应支持 10km 的最大物理距离。 EPON 与此相同，本项结论：相等。3、QOS (Quality of Service) EPON 在 MAC 层 Ethernet 包头增加了 64 字节的 MPC
12、P 多点控制协议（multipointcontrolprotocol），MPCP 通过消息、状态机和定时器来控制访问 P2MP 点到多点的拓扑结构,实现 DBA 动态带宽分配。MPCP 涉及的内容包括 ONU 发送时隙的分配、ONU 的自动发现和加入、向高层报告拥塞情况以便动态分配带 宽。MPCP 提供了对 P2MP 拓扑架构的基本支持,但是协议中并没有对业务的优先级进行分类处理,所有的业务随机的竞争着带宽，GPON 则拥有更加完善的 DBA,具有优秀 QoS 服务能力。 GPON 将业务带宽分配方 式分成 4 种类型，优先级从高到低分别是固定带宽（Fixed）、保证带宽（Assured）、非
13、保证带宽（Non-Assured）和尽力而为带宽（BestEffort）. DBA 又定义了业务容器（traffic container, T-CONT）作为上行流量调度单位, 每个 T-CONT由 Alloc-ID 标识。每个 T-CONT 可包含一个或多个 GEM Port-ID. T-CONT 分为 5 种业务类型，不同类型的 T-CONT 具有不同的带宽分配方式，可以满足不同业务流对时延、抖动、丢包率等不同的 QoS 要求。T-CONT 类型 1 的特点是固定带宽固定时隙，对应固定带宽（Fixed）分配,适合对时延敏感的业务，如话音业务； 类型 2 的特点是固定带宽但时隙不确定，对应保
14、证带宽（Assured）分配,适合对抖动要求不高的固定带宽业务，如视频点播业务；类型 3 的特点是有最小带宽保 证又能够动态共享富余带宽，并有最大带宽的约束，对应非保证带宽（Non-Assured）分配,适合于有服务保证要求而又突发流量较大的业务，如下载 业务；类型 4 的特点是尽力而为（BestEffort），无带宽保证，适合于时延和抖 动要求不高的业务，如 WEB 浏览业务；类型 5 是组合类型，在分配完保证和非保证带宽后，额外的带宽需求尽力而为进行分配。 本项结论：GPON 优于 EPON 基于以上几个方面的比较结论，我们决定使用GPON技术对桃源步行街进行无线网络规划。2、设备选择2.
15、1、OLT设备选择 在PON技术应用中,OLT设备是重要的局端设备，它实现的功能是：1、与前端（汇聚层）交换机用网线相连，转化成光信号，用单根光纤与用户端的分光器互联。2、实现对用户端设备ONU的控制、管理、测距等功能。3、OLT设备和ONU设备一样，也是光电一体的设备。GPON网络由OLT、ODN和ONU三部分组成。OLT属于接入网的业务节点侧设备，通过SNI接口与相应的业务节点设备相连，完成接入网的业务接入。主要完成PON网络的上行接入和通过PON口通过ODN网络（光纤和无源分光器组成）和ONU设备相连，一般采用1：32或1：64组成整个PON网络。一般PON口通过单根光纤和ODN网相连，
16、分光器做1：n（n=2、4、8、16、32、64等），ONU下行采用广播方式，ONU设备选择性接收。上行采用共享方式。PON技术的发展经历了APON/BPON、EPON和GPON的过程，正向10G PON和WDM PON演进。PON技术因部署灵活、成本逐步降低，已经被广泛采用，成为当前固定宽带接入的主要方式。OLT上连局端设备，如果光信号过于强（有时因为距离短光信号损耗小）需要加上衰减器。OLT下联ONU，在两者之间接分光器。2.1.1、中兴OLT-C220 中兴OLT-C220 (1)完善可靠的TDM业务承载能力1) 1+1跨板STM-1保护;2)提供外部E1/STM-1/BITS/内部三级
17、时钟及无损切换;3)环路/差分/自适应/网络等传递方式;4)时钟和时间的高精度同步和传递。(2)业务承载QoS保障1)分等级的多种业务带宽模型;2)高精度的GPON DBA带宽分配;3) 128字节报文深度检测和流分类、优先级处理、用户和业务速率控制、队列级映射和调度、拥塞控制、缓存管理、流整形;4)满足运营商业务规划及应用的灵活QinQ和VLAN转换能力。2、该产品属全业务汇聚设备,目前在移动全业务机房部署。最大可提供40个PON 口,单PON 口接入带宽可达2.5G,最大交换能力为176G,通常上联带宽为 20G。2.1.2、华为OLT设备-MA5680T SmartAX MA5680T，
18、全球首款汇聚型OLT，融合汇聚交换功能，提供高密度接入，高精度时钟，支持TDM、ATM、以太网专线，能够实现流畅的三重播放业务、高可靠的企业接入服务。可级联DSLAM、MSAN及远端接入设备，直连BRAS组网。在节省网络建设投资的同时，增强网络的可靠性，节约运维成本。 产品特性 汇聚接入一体：超高汇聚交换能力，3.2T背板容量，960G交换容量，512K MAC地址容量；超高密度级联能力，单框最大768个GE端口，无需额外投资汇聚交换机；超高可靠组网能力，可直连BRAS，支持OLT双机热备份、异地容灾、升级业务。全业务接入：IPTV用户无收敛接入，单框支持8000组播用户和4000组播频道。独
19、有的视频增强引擎，极大提升用户的业务体验；层级化高QoS保证，H-QoS功能满足多样化商业客户的SLA要求；支持Native TDM或CESoP功能，实现多种E1专线接入；支持基于VLAN内部流量互通，满足企业及校园组网应用。 绿色节能：独有芯片技术，高密度8端口GPON单板功耗不超过55瓦；独有节能总线技术，深度节能。 产品应用和客户利益 华为OLT的汇聚一体和高密度特性，可帮助运营商有效简化网络架构，减少网络节点，减少站址、机房等配套设施，降低设备投资及运维成本，提升网络部署效率；同时，EPON/GPON/10GPON共平台，可实现网络平滑演进，保护投资；OLT的全业务接入，实现了个人、企
20、业、基站的统一接入，减少网络建设成本，丰富用户业务体验，增强业务粘性，提升ARPU值。目前，华为OLT在全球有广泛应用，已服务全球超过85个运营商。2.2、ONU设备选择 ONU (Optical Network Unit) 光网络单元，ONU分为有源光网络单元和无源光网络单元。一般把装有包括光接收机、上行光发射机、多个桥接放大器网络监控的设备叫做光节点。PON使用单光纤连接到OLT，然后OLT连接到ONU。ONU提供数据、IPTV（即交互式网络电视），语音（使用IAD，即Integrated Access Device综合接入设备）等业务，真正实现 “triple-play”应用。功能介绍：
21、响应OLT发出的测距及功率控制命令；并作相应的调整；对用户的以太网数据进行缓存，并在OLT分配的发送窗口中向上行方向发送；完全符合IEEE 802.3/802.3ah；接收灵敏度高达-25.5dBm；发送功率高达-1至+4dBm；PON使用单光纤连接到OLT，然后OLT连接到ONU。ONU提供数据、IPTV（即交互式网络电视），语音（使用IAD，即Integrated Access Device综合接入设备）等业务，真正实现 “triple-play”应用；最高速率PON：上下行对称10Gb/s数据、VoIP语音和IP视频服务；基于自动发现与配置的ONU“即插即用”；基于服务水平协议（SLA）
22、计费的高级服务质量（QoS）功能；丰富强大的OAM功能支持的远端管理能力；高灵敏度光接收和低输入光功耗；支持Dying Gasp功能 无源ONU （光网络单元）是GEPON（千兆无源光网络）系统的用户侧设备，通过EPON（无源光纤网络）用于终结从OLT（光线路终端）传送来的业务。与OLT配合，ONU可向相连的用户提供各种宽带服务。如Internet surfing，VoIP，HDTV，VideoConference等业务。ONU作为FTTx应用的用户侧设备，是“铜缆时代”过渡到“光纤时代”所必备的高带宽高性价比的终端设备。GEPON ONU 作为用户有线接入的终极解决方案，在将来NGN（下一代
23、网络）整体网络建设中具有举足轻重的作用。 UTStarcom ONU 1001i 是用于GEPON系统的一种高性价比用户终端设备。它专为家庭用户和SOHO用户而设计，为用户网关和/或PC提供千兆速率的宽带连接。ONU 1001i为数据和IPTV视频服务提供了1路1000Base-T Ethernet网口， ONU1001i可由UTStarcom BBS系列的光线路终端（OLT）进行远端的配置和管理。2.2.1、华为MA5616 MA5616 是华为技术有限公司推出的多业务接入设备。为更好地满足客户对 FTTB 组网中 MDU 设备的需求，华为技术出SmartAX MA5616EPON 和 GP
24、ON 远端光接入单元（。 MA5616支持GPON/EPON/GE 上行。MA5616 支持 ADSL2+、 VDSL2 和 POTS 接入，作为 MDU和 Mini MSAN。（1）产品特点： 1.高密度用户线接入 MA5616 通过高密度的结构设计和集成系统设计，实现了高密度的用户线接入。 2.多业务板灵活配比MA5616 支持灵活配比（语音和 xDSL），可扩容，提高实装率，满足不同的客户需求。 3 即插即用的业务发放模式 MA5616 支持远程配置下发。设备上电注册成功之后即可建立管理通道和业务通道，无需人工现场配置，即插即用。 4 良好的管理维护功能 MA5616 支持良好的管理、维
25、护和监控功能，便于日常管理和故障诊断。 5 节能降噪 MA5616 通过节省电源消耗、减少整机系统功耗和风扇控制，实现节能降噪。 6 电信级可靠性设计 MA5616 在硬件设计、软件设计和系统设计各个环节均考虑了系统可靠性指标，充分保证了设备的正常运行。 7 强大的 QoS 能力 MA5616 具有强大的 QoS 能力，为各种业务管理的开展提供了基础。 8 周密的安全措施 MA5616 适应电信业务的安全性要求，对安全性方面的协议进行了深入研究和应用，充分保障了系统安全和用户接入安全。 9 完善的语音特性 MA5616 支持语音业务、传真业务和 Modem 业务等基本业务，三方通话、呼叫等待、
26、呼叫转移、主叫号码显示、主叫号码限制等补充业务。 10 可运营的 IPTV 业务 MA5616 强大的业务交换容量、系统包转发率以及高集成度（数据交换和用户管理），使其具有了电信级的组播运营能力。（2）、组网应用 MA5616 支持 FTTB/FTTC 组网应用，作为 MDU 设备为小区用户提供业务接入，通过PON 接口上行至 OLT 或通过 GE 接口上行至 BRAS。2.3无线天线 当计算机与无线AP或其他计算机相距较远时，或者根本无法实现与AP或其他计算机之间通讯，此时，就必须借助于无线天线对所接收或发送的信号进行增益（放大）。 无线天线有多种类型，不过常见的有两种，一种是室内天线，优点
27、是方便灵活，缺点是增益小，传输距离短；一种是室外天线。室外天线的类型比较多，一种是锅状的定向天线，一种是棒状的全向天线。室外天线的优点是传输距离远。比较适合远距离传输。无线设备本身的天线都有一定距离的限制，当超出这个限制的距离，就要通过这些外接天线来增强无线信号，达到延伸传输距离的目的。这里面要涉及到两个概念：1、频率范围 它是指天线工作的频段。这个参数决定了它适用于哪个无线标准的无线设备。比如802.11a标准的无线设备就需要频率范围在5GHz的天线来匹配，所以在购买天线时一定要认准这个参数对应相应的产品。2、增益值 此参数表示天线功率放大倍数，数值越大表示信号的放大倍数就越大，也就是说当增
28、益数值越大，信号越强，传输质量就越好。好了现在就为大家介绍一下什么是无线天线。那么无线天线是可以分为好多种的。让我们先来了解一下室内无线天线吧。3、分类无线天线有多种类型，不过常见的有两种，一种是室内天线，优点是方便灵活，缺点是增益小，传输距离短；一种是室外天线。室外天线的类型比较多，一种是锅状的定向天线，一种是棒状的全向天线，室外天线的优点是传输距离远，比较适合远距离传输。2.3.1室内吸顶天线 吸顶天线是移动通信系统天线的一种，主要用于室内信号覆盖。 室外信号覆盖用的都是板状天线，功率大，信号强，覆盖远；相对来讲，室内覆盖，比如会场、宾馆、写字楼、电影院、住宅楼内等，需要采用室内分布式系统
29、来覆盖，就采用吸顶小天线，外形比较美观，不影响室内观瞻，功率小，覆盖一层楼内即可。 一般天线上会有移动或联通的品牌商标，一看就知道是谁家的系统在覆盖。白色向下的帽就是天线体了，往外辐射信号，那根向上弯曲的绳子就是馈线，把信号从移动基站引入到天线。1、原理 吸顶天线的内部结构，虽然尺寸很小，但由于是在天线宽带理论的基础上，借助计算机的辅助设计，以及使用网络分析仪进行调试，所以能很好地满足在非常宽的工作频带内的驻波比要求，按照国家标准，在很宽的频带内工作的天线其驻波比指标为VSWR 2 。当然，能达到VSWR 1.5 更好。顺便指出，室内吸顶天线属于低增益天线, 一般为G = 2 dBi。 在室内
30、，由于建筑物材料固有的屏蔽作用，增加了无线信号的穿透损耗，影响了网络的信号接收和通话质量。如隔墙的阻挡520dB、楼层的阻挡20dB以上、家具及其它障碍物的阻挡215dB。 通常，在建筑物的低层，如地下停车场，信号弱，手机无法正常使用，形成了移动通信的盲区和阴影区；在建筑物中高层，由于基站天线或网络规划原因，产生多个强度相近的导频信号，这些导频相互干扰而产生导频污染，另由于高速大容量数据传输的需要，会使网络产生硬阻塞或软阻塞等。2、室内分布系统 在3G时代室内语音、数据、高速多媒体业务呈现密集分布特征，室内分布系统将在3G网络建设和优化中发挥重要的作用。其主要作用表现在： 改善室内信号强度：通
31、过楼宇内分布天线系统，将移动通信信号通过天馈线传输到楼内各个角落，达到解决室内信号强度和质量问题。另外，可通过加装干线放大器，弥补因馈线损耗损失的能量，扩大主机覆盖范围。 解决室内话务量拥塞和干扰问题：在室内利用基站或微蜂窝+室内分布系统可以有效吸收室内话务量，分担室外基站话务负荷；同时对高层乒乓切换、邻频干扰引起的质量问题，可以通过选择性放大，提高信号场强，解决干扰问题。 利用原有2G分布系统升级，降低3G建设投资：采用天彦公司独立总线和共用总线两种组网方式方式，合理接入信号源，增加功率补偿接点；利用现有“分区”结构，减少升级改造难点以及降低3G升级成本。2.4、分光器的选择 分光器是一种无
32、源器件，它们不需要外部能量，只要有输入光即可。分光器由入射和出射狭缝、反射镜和色散元件组成，其作用是将所需要的共振吸收线分离出来。分光器的关键部件是色散元件，现在商品仪器都是使用光栅。 分光比的选择分光器的常用的分光比有：1：2、1：4、1：8、1：16、1：64 等几种情况。第一级与第二级分光比相乘的数值应该小于等于最大分光比当我们只采用两级分光时，最大分光比对 EPON 是 32，当对 GPON 时就是 64。我们更多的在实际中是考虑下联的 ONU 的个数后而选择适当分光比比例的分光器件的。分光器的设置一般而言分光器需要设置在便于光缆的出线的位置，根据需要可将其放置于弱电井内、光缆接头盒、光交接箱等位置。根据桃源步行街的商铺个数，我们使用1:64的GPON分光比。3、综合构建3.1、桃源步行街布局图图a整体布局图图b商铺正视图图c商铺室内图
