毕业论文- 小区光纤入户拓扑结构设计与施工

1、河南大学物理与电子学院大学物理与电子学院PAGE 24PAGE 22： 2016届本科毕业论文小区光纤入户拓扑结构设计与施工论文作者姓名： 作 者 学 号： 所 在 学 院： 物理与电子学院所 学 专 业： 导师姓名职称： 论文完成时间： 目 录 TOC o 1-4 u 摘 要：3第一章 网络组网设计4 1.1 按分光次数设计网络结构4 1.2 网络组成位置设计6 1.3. 组网建模6 1.4 EPON-PON 接口标准和光纤传输链路光功率衰减核算9 1.5 实际光衰计算实例12第二章 FTTH光纤入户PON技术篇13 2.1 PON数据传输方式-上下行数据13 2.2 PON关键技术突发模式

2、光收发器技术14 2.3 PON关键技术测距14 2.4 PON关键技术DBA15 2.5 PON关键技术下行数据安全16 2.6终端使用ONU的技术详情17第三章 工程实施篇19 3.1 光纤入户小区机房设计建议19 3.2 小区机房设计的要点与注意事项19 3.3 楼内配线箱（蝶形光缆）的设置与盘线要求20 3.4光缆标识与线路保护21 3.5 FTTH标准化施工步骤建议215 结束语23 参考文献23 小区光纤入户拓扑结构设计与施工摘 要： 运用以太网无源光网络技术PON（Passive Optical Networ），采用点对多点的网络结构、无源器件光纤传输，在以太网层面上提供和支持多

3、种业务。本文分为三部分内容：组网设计篇、PON技术篇、工程实施篇，详细的给出了多种光纤入户（FTTH）的设计方案及PON的关键技术介绍，并以建模的形式对重点网络结点进行分析。为了便于工程实现，文章详细末尾给出了施工的方案和标准化施工步骤,以供FTTH设计和施工全面参考。关键词： FTTH OLT 光交箱 配线箱 分光器 EPONAbstract: Using Ethernet passive optical network technology, point to point or point to multipoint network structure, passive device op

4、tical fiber transmission, in the Ethernet layer to provide and support a variety of business. The design scheme of a variety of optical fiber is given in detail, and the key network nodes are analyzed in the form of modeling. In order to facilitate the project implementation, the article gives the c

5、onstruction scheme and the standard step, in order to design and construction of FTTH.Key words: FTTH OLT OND Splitter EPON第一章 网络组网设计 随着光纤制造技术和接入网技术的不断发展，多样性的用户宽带接入方式呈现出来并得到了广泛应用，FTTX向FTTH（Fiber To The Home）的发展终将普及。PON技术不断成熟和完善，向“简单、快速、有效”的趋势发展。PON技术中必备的光器件越来越成熟，产业链诞生出了优良的技术参数和超高的性价比的产品，使得PON在工程上得到了

6、强有力的支持。从WLAN、XDSL、FTTX+LAN迅速过度到FTTH，全新的宽带接入方式将成为组网的主体而得到全面覆盖1。光纤入户以优良的特性得到更多运营商和用户的青睐。1.1网络组成设计因为即便同一个小区的用户，对网络的需求时段也是不同，用户总是由少到多慢慢增加的，一次性全部覆盖是不现实的，这对设计方案的灵活性提出了严格要求，所以光纤入户设计采用分期到位、分步实施的原则进行布置。因此FTTH的设计方案是多样的，这里我们提出三种设计方案，以满足不同需求下的网络布置从OLT到用户的组网布置（1）按分光次数设计的网络结构用户光缆使用分光器的次数不同一般可采用一级分光或者二级分光的方式，特殊用途可

7、采取无分光方式。详见图1.1 图1.2 图1.3图1.1 一级分光示意图图1.2 二级分光示意图 图1.3 无级分光示意图 一级分光具备良好的低光衰和抗环境影响的优点，在施工中跳纤、熔接的次数较少，减少的光缆链路中全程的损耗、易故障点少，性能稳定，便于后期维护和用户管理。缺点是要求芯数较多，分光器的接口需求多，施工成本较大。二级分光用缆芯数低，分光器接口需求低，施工成本低。缺点是跳纤、熔接次数多，对接部分多，光衰不易控制，故障点多。同时增加了维护几率和用户管理难度。无分光系统针对特殊单位，如政府机要单位、军队等。优点是能一对一的实现信息量大、速度高的信息传输。其性能稳定，维护几率低。综上所诉，

8、一级分光设计适用于用户密度高且OLT机房距离用户较远的用户或对网络要求较高的用户。二级分光设计适用于用户分散、OLT机房距离用户较近的用户或对网络要求一般的用户。无分光的设计是针对特殊单位的如、政府机关单位、军队等，还可以隐蔽、伪装布置OLT机房和光缆交接箱。除了满足高带宽、高速度、低干扰之外还能实现一对一专线的设置，维护和管理都很方便。从未来发展趋势来看，普通用户对网络的要求越来越高，管理网络也日趋复杂，一级分光将成为主要的FTTH 采用的布网方式。1.2网络组成位置设计 OLT机房的位置：OLT机房体积庞大承载了非常多的电器件和光器件，所以设置专门的交接房。用户少的情况下各用户单位公用一个

9、机房，用户多时可在用户单位单独设立专用机房以提供更好的服务。光交箱的位置：由于光交箱的体积较大，设在马路边上、小区楼下、小区特设的机房内，且室内安装对光交箱起到了很好的保护作用。配线箱：配线箱是用来放置分光器和熔纤模块的，设在楼层、楼梯口、或者房屋的墙壁上，有条件尽量设置在楼层内起到先天的保护作用。1.3 组网建模 根据上述设计方式这里给出相应的建模模型，事实上组网各部分的位置是灵活多变的，可以根据实际情况选择较为合适的位置安防。以下给出一级分光模型两种，二级和无级分光给我一种模型。 一级分光模型1OLT机房安放在小区院外，光交箱安放在马路边。 图1.4 一级分光模型1一级分光模型2 OLT机

10、房安放在去小区外，交接房设在小区里，光交箱设在小区楼下。这种设计主要考虑到大型小区和高档小区的需要，以满足组网要求和为大批量用户适用。这样不仅安全利于保护，也为维护提供了方便。 图1.5 一级分光模型2二级分光模型1 机房可以安放在小区内或外，光交箱可以安放在小区内外。一级分光在楼梯口或者走廊。二级分光安放在个楼层内。图1.6 二级分光模型1 无级分光模型1 无级分光的网络结构可以有两种，一种是OLT用户，一种是OLT-光交-用户。但由于使用很少，资源利用率低，这里只给出OLT-光交-用户的网络建模。 图1.7无分光模型 实际布网时，各种建筑结构和使用方对布网的要求不同，组网各部分安放位置可以

11、灵活多变来应对不同情况的需求，以上给出的情况是目前行业内普遍使用布网形式，也是不成文的标准化模型。1.4 EPON-PON 接口标准和光纤传输链路光功率衰减核算 （1） EPON-PON光接口 行业内光接口（简称PON接口）有两种，一种是长距离接口1000BASE-PX20，一种是短距离接口1000BASE-PX10。具体接口指标如下图。图1.8 接口指示图上图是接口的简化图，涵盖以上所有组网设计的情况和未给出的设计方案，是总略图，一般起点S点到终端ONU或光猫的光功率衰减不能小于-27dB否者接入网将不能连接，行业要求终端最低光功率为-24dB，不同运营商对光功率的要求不同，但都不会小于-2

12、4dB （2）EPON-PON接口光纤传输链路光功率衰减分析与核算 图1.9 EPON-PON光纤传输链路衰减核算模型指标示意图 （3）光纤传输链路光功率衰减分析与核算依据公式光纤接口链路最大允许衰减= dB (1)各参数含义和计算方法如下：=全程n段光纤长度总和*光纤衰减指标Ar 波长为1490nm时，Ar取0.62dB/km,波长为1310nm时，Ar取0.4dB/km，。包含施工人员手接光衰。是光纤链路中冷接头和熔接头的光衰总和，不包括手接光衰。熔接头光衰按0.1dB每个计算，冷接头光衰按0.15dB每个计算。计算方法为： 上式中：0.1 是局端ODF架上的熔接头光衰； 0.15 是用户

13、终端光纤处冷接头的光衰； N 光纤链路中可能介入的光缆交接箱的数目； N 光纤链路当中可能介入的光纤配线箱的数目；3. 为光纤链路中活动连接器插入的光功率之和。 光纤活动连接器插入光衰按每个0.5dB计算。 计算方法如下： dB 上式中：1dB为局端ODF和用户端光纤连接器即冷接头的插入光功率衰减值的总和； N 光纤链路中可能介入的光缆交接箱的数目； N 光纤链路当中可能介入的光纤配线箱的数目；4.为光纤链路中所有光分路器（分光器）插入光功率衰减总和。一级分光模式时： ；二级分光模式时： 上式中：1dB为分光器中光纤活动连接的光功率衰减总和； D为第一级分光器的插入光功率衰减； D为第二级分光

14、器的插入光功率衰减； 光功率衰减参数表： 表1 光分路器典型插入衰减参数表 单位dB 5.M为光纤在不同总长度下光功率衰减值，即，光纤富余量。 光纤链路全程总长度小于等于5千米时，按M大于1dB计算； 光纤链路全程总长度小于等于10千米时，按M大于2dB计算； 光纤链路全程总长度大于10千米时，按M大于3dB计算； 实际工程计算时，一般取2dB。1.5实际光衰计算实例 计算举例，情境和参数取定。 1. 配线箱里放置一个1：16的分光器。 2.光纤链路中介入两个光缆交接箱和一个光纤配线箱。 3.EPON-PON采用PX20接口。采用最大衰减取定值，计算下行光纤链路总长度Ld和上行链路总长度Lu的

15、计算，Mc取2dB。 根据计算公式：下行计算。PON接口光纤链路最大允许衰减= dB即，2-（-24）Ld+（0.1+0.15+20.2+10.5）+（20.52+10.52+1）+（1+14）+2计算得：Ld=15.8km。同理可得：Lu=10.3km。Lu和Ld应当去其最短值为标准，由此可得，在上述设定的条件下，光纤链路总长度可允许最大长度为10.3km，取10km。第二章 FTTH光纤入户PON技术篇 FTTH的发展依赖PON技术的支持，技术的灵活性为组网设计的多元化提供有利的环境，本章介绍了EPON中运用的几种关键性技术：数据的传送方式、突发模式光收发器技术、测距、动、静态带宽分配技术

16、、下行数据安全及终端ONU组网技术详情。关键技术的进步已经面向GPON、XGPON层面。2.1 PON数据传输方式-上下行数据 （1）采用广播方式 图2.1 下行数据传输示意图 在ONU注册成动后分配一个唯一的LLID；在每一个以太网帧前添加一个LLID，替代以太网前导符的最后两个字节（不改变原有帧结构）；ONU接收数据时，仅接收符合自己的LLID的帧或者广播帧。 （2）PON数据传输方式上行数据 TDMA方式 图3.1.2 上行数据传输示意图原则：任一时刻只能有一个ONU发送上行信号，系统才能正常工作不同的ONU分配不同的时间片，轮流发送上行数据；每个ONU发送上行数据的时间片可以是动态的，

17、时间片的大小和多少在宏观上表现为带宽的大小由于数据速率非常高，因此细微的由ONU的距离不同而产生的时延应该在发送上行数据的时候予以考虑需要测距 2.2 PON关键技术突发模式光收发器技术OLT的接收机和ONU的发射器工作在突发模式OLT光接收机的突发同步技术上行接收数据相位的突变要求OLT的接收机工作在突发模式接收状态OLT光接收机的快速功率恢复要求OLT在每个接收时隙的开始处迅速调整0-1判决门限OLT还要进行大范围的自动增益调整（AGC）ONU光发射机的突发发射和关断为抑制自发散射噪声，要求ONU的激光器能够快速的冷却和回暖 2.3 PON关键技术测距OLT与各ONU间的环路时延不同：各

18、ONU距 OLT的光纤路径不同；各ONU元器件的不一致性；环境温度的变化和器件老化，环路延时也会发生不断的变化测距是保证PON系统内ONU上行方向不发生时隙冲突的基础 测距包括静态测距和动态测距：静态测距：用在新的ONU安装调试阶段、停机的ONU重新投入运行时，通过开窗测距技术获得往返时延，并对时延差异进行补偿动态测距：应用于系统运行过程中，通过检测往返时延的变化对温度、光电器件老化等因素的影响进行补偿 测距要求：测距精度高，一般要求在全 12BYTE内测距过程对运行中的其它ONU的影响最小，保证运行业务的QOS测距范围大，即能提供的均衡延时大 2.4 PON关键技术DBA （1）相对于静态带

19、宽分配（SBA），DBA是指OLT基于用户的业务等级协议（SLA），结合ONU的本地队列状态的汇报（Report帧中的Queuen Report）或者业务预测,动态的给ONU分配上行带宽的技术优点：实现高效的上行带宽利用率和保证业务的公平性和QoSDBA是采用轮询ONU的方式，例如每1ms给该PON下所有ONU各分配一次grant （每个ONU的grant的大小可能是不同的） 。轮询周期Cycle time对上行业务时延有一定影响EPON系统DBA的实现OLT与ONU之间的控制机制EPON系统采用多点控制协议(MPCP)。 MPCP协议的功能之一就是提供OLT和ONU之间的控制方法 图3.1.

20、5 DBA动态分配图DBA的工作流程是GateReportGateReport，如此循环OLT给ONU发布的grant在Gate消息中承载ONU通过Report消息使OLT了解其本地的队列状态和业务流量DBA要按照SLA(包括保证带宽、最大带宽等参数)，结合ONU本地流量情况，通过特定算法为每个ONU进行带宽分配 （2） EPON系统DBA的实现OLT的DBA算法(DBA功能的核心)功能性：应支持固定带宽、保证带宽、尽力而为带宽3种带宽类型 。高性能：DBA算法应尽可能简单、 高效、保证调度的实时性、精细度和精确性扩展性：DBA应支持至少32个ONU同时在线时的调度，在线ONU数量的多少也不应

21、影响DBA的性能指标 图3.1.5 DBA动态分配图强健性：DBA算法和实现DBA的软硬件模块应足够稳定可靠 2.5 PON关键技术下行数据安全因为PON的多点广播特性，所有的下行数据都会被广播到PON系统中所有的ONU上。如果有一个匿名用户将它的ONU接收限制功能去掉，那么它就可以监听到所有用户的下行数据，这在PON系统中称为“监听威胁”PON网络的另一个特点是，网络中ONU不可能监测到其它ONU的上行数据在PON上解决安全性的措施是OLT对下行信息加密（包括所有的数据帧和OAM帧）系统应针对每个LLID进行搅动，每个LLID有独立的密钥。加密的核心问题包括：加密算法、密钥的产生和传递、密钥

22、的更新与同步加密算法： 图3.1.6 下行数据监听AES-128;安全性很高，但不符合国内的商用密码管理条例Churning；安全性较低，简单TripleChurning：中国电信的专利技术，提高了churning的安全性中国电信采用Triple Churning算法密钥是ONU由上行用户数据中提取的3字节数据与3字节随机数Exclusive OR (XOR)异或相加的结果密钥由ONU以OAM消息的方式传送给OLT，OLT利用这个密钥根据特定的加密算法对下行数据进行加密密钥更新:必须周期性更新密钥同步：因为密钥需要定期更新，所以需要一个同步机制，使ONU能够知道当前使用的哪个密钥 2.6 终端

23、使用ONU的技术详情 无论是新建小区还是光改的小区，FTTH 技术都是应用最多的，对这些小区进行组网建设时，分光器设置都安装按小区的楼层里、楼道口边，ONU设置在用户家中。这样的方案中，每一户都拥有一台ONU设备；接入介质都是光纤，也就是所谓的光纤到家，且每一户家里都安装 ONU终端设备，为其提供数据服务，家庭语音、远程视频等服务。市面上的PON产品提供的 ONU都拥有普通电话接口、以太网接口，同时还会内置一个 IAD 接口，有些还合并了 WiFi 功能。对于一般家庭用户而言，使用的ONU上有一个FE接口可以提供宽带互联网；POTS接口是就话音业务而言的，用户普通电话语音接口可直接插入POTS

24、口就可以进行语音的通话2。利用 ONU 提供的电话接口， 在 OLT 上集成 V5 协议接口，便于接入PSTN。使用VOIP 电话方式，在 ONU 中内置一个综合性模块IAD，然后 IP 电话通过 PON 提供的数据通道连接至数据网 VOIP 网关，从而实现PSTN 互通。实践证明，该设计方案使得用户享受 ONU的全部功能，其最大的优势体现在实现了光纤到家，ONU的标准接口决定了它还可应用于三网融合。基于带宽大、速度高的特点，几乎可以满足所有用户对网络的需求，比如高清面对面视频、远程教育、电视会议以及远程医疗等高端增值业务，为事业、企业、家庭使用提供了更过的可能性，由于布网环境存在较大的差异，

25、会造成具体设计上的的变动，下文的施工部分会有体现。对于超过700户的住宅或当办公楼宇比较多，而且用户对布网要求更高时，OLT 设在机房内；当小区规模较小，用户量少时可就近接入模块，这样可以减少 OLT 数量。第三章 工程实施篇 工程的实施跟施工方的利益紧相连，做好施工也是技术活。如何在保证质量的基础上有效率推进工程进度缩短施工周期、更好的承担国家赋予的任务是每个施工单位所追求的。施工的方式考验着每一个技术人员，下面给出了一些卓有成效方法。对网络结构中涉及到的OLT、光缆交接箱、配线箱、分光器的位置安放进行了分析。对整体施工中机房建设、布线方式、楼内配线标准等进行了介绍。3.1 光纤入户小区机房

26、设计建议 FTTH机房OLT的设置，根据国家相关的文件规定，为了维护用户自由选择电信业务和不同运营商的权利、保障公平竞争。在设计和建设小区机房时应考虑多家运营商共用一间机房，一般这种机房都比较大，是小区建设时预留出来的房间，一般在小区的地下车库，或者地下室，有的单位预留在预留在了一楼这都是允许的。小区机房建设也跟用户的多少有密切的关系，一般用户量在700户以上才会考虑把机房建在小区内3。3.2 小区机房设计的要点与注意事项。 （1）建设要求 i OLT机房的环境需求：OLT机房内部房梁净高不得小于2.5米，房间宽不小于4米；总面积不小于40个平方；机房内部不允许有高压电线或与组网不相关的管道，

27、特别是下水道，垃圾通道。；地面水泥平面保持水平，等效布活荷载不小于7.0kn/m2；进线预留盒子内部净宽应在10米左右。 ii 供电需求：适用标准电压220/380V的交流电，接地方式要求采用TN-S或TN-C-S 电力系统。供电总容量配置达到60KW以上。一般采用接地电阻小于1欧姆的联合接方式：机房内引出1处高两米的接地汇聚点即可用外线引入防雷装置。 （2）设计注意事项 i 小区OLT机房在设计建设时用考虑平均分为三个部分，以供三家运营商接入，或者由运营商进行均等划分，每个运营商使用其中一个开间。 ii 三个设备间都要预留出专用的线路管道，且三条线路应当相互独立，互不干扰。 iii 由于配电

28、箱也是公用的，使用之前应平均分配后使用属于自己的那一部分或者相互沟通协调后进行资源的分配，避免纷争。配电箱引出三路配电开关和记电表。 iv 根据配电接地的规定，分割后的山部分都应建立自己的排雷装置。 图3.1 小区机房设计实例3.3楼内配线箱（蝶形光缆）的设置与盘线要求 蝶形光缆敷设是监理和验收人员会重点注意的事情，工程的验收除了要符合光衰的要求外美观程度是运营商的一个形象代表，也是让用户可以直接看到的形象标识，所以安装过程中，首先检查光缆外皮有无明显的破损和被挤压变形的情况，入户光缆敷设安装是要求做出预留，盘出圆形的形状，盘圈时要均匀，以免影响美观度、放在合适的位置避免影响其他线路。光缆敷设

29、与安装固定后的最小曲率半径必须符合行业规定，一般一个成人的巴掌那么大的圈是合格的，否则将影响光衰的大小。光缆采用钉固方式沿墙布设明线时，固定线卡的距离保持均等，直线段钉固间距一般在5-10米左右；拐角处的线卡距离也保持相等，光缆在线槽中时、布放必须平直，避免出现扭绞、打圈现象，不能让光缆从线槽中露出；必要的情况下可以用扎线给予加固，如果在线杆之间的已有的缆线附挂时，应用扎线固定好、不与其他缆线发生缠绕、交叉。竖直铺设光缆时，应在顶端盘上几圈，让光缆顺势而下，固定好线圈方式变形，线卡之间的距离保持2米左右即可。光缆在桥架中水平布设时，光缆首、尾以及转弯和大约每隔 510m 的距离，均应绑扎和固定

30、4。如果桥架需要预备多条光缆，则应当对光缆进行捆绑成束、做好标记。3.4 光缆标识与线路保护 为了以后维护方便和更加规范进线，我们对光缆进线也提出严格的标准。进线时应对光缆在适当的位置盘留，对成端、接头及过线盒的位置，设置较为醒目的标记，一般在箱子下面挂牌、直接喷号。蝶形光缆，我们采用卡片进行标识，卡片应当选用不容易遭到损坏的材料制作，且要确保悬挂的可靠性；在此过程中，确保卡片书写清晰、统一和端口无误，从光源处至端口末端都要标记清楚。当在同一配线箱下敷设多条皮线光缆时，各条光缆卡片悬挂都应当朝向背光处保持整齐。在光缆铺设过程中，要注意入户皮线光缆线路从室外引入室时，皮线光缆入口位置应当做滴水弯

31、处理，处理为大圈弯曲不能太小，避免影响光功率；光纤入大楼时往往避免不了要对墙壁打孔，这是建议采用防水防火的专用堵料、强化水泥也是不错的选择。实际操作过程中，为了有效避免光缆将强电自室外引入室内，室内、外的光缆金属构件不能出现电气连通现象；在用户智能终 端盒、分纤箱中，光缆金属构件一定要与盒电气彻底断开；当光缆引入到墙洞内侧时，其高度应当超过外侧高度，而且墙洞 封堵一定要密实；采用自承式光缆入户时，应当在建筑外墙终 结金属吊线。 如果光缆穿越墙体或者楼板，需设保护管对其进 行有效的保护；如果光缆敷设在热力管道、或者气体管道上方 时，应当采取有效的隔热以及防腐保护措施。室内沿墙敷设光缆，水平布放距地面不超过2米， 或者垂直布放距地面小于1米5。3.5 FTTH标准化施工步骤建议。 各部分施工的先后顺序，不仅影响了施工进度的好坏，也考验着施工人员的智慧。高效率的施工、可靠的的工程质量是运营商期待的也是外包商所追求的。下面对实际施工给出了标准化施工步骤，以提供