光纤通讯网路稳定性FTTH PON测试攸关

6/20/2005,来自：台湾宜捷威公司，以网络技术和应用趋势来看，光纤路由己逐渐地由核心骨干往接取客户端大量布建，其中日本在今年将达成100%光纤到户的渗透率；而被动式光网络所提供的以太网络接口服务则是实现FTTH最佳应用之一。本文将说明FTTx相关技术及应用趋势，并以设备研发、系统建置及电信营运的角度探讨相关量测项目，作为后续发展及建设的参考。
  
频宽网络的布建与使用率不仅是各电信业者争相努力的目标，更是国家竞争力评比与发展科技优势的重要指针。因此，如何藉由高速、稳定与快速提供宽频的网络，提供语音、数据与影像(Triple Player)的服务是政府国家型电信计画与各电信服务业者所努力的方向。
Cable业者积极投入Triple Play 
日本在FTTH的推行及营运堪称全球第一，预估在今年即可达成100%的光纤到府布建率，主要运营商NTT可视为全球标竿。图1说明截至2004年底主要服务业者的市占比例，其中最值得关注的就是Yahoo BB！与NTT在G

E-PON网络的发展。
其次美国虽然在1995年即开始推动FTTH业务，但明显的业务量确是在2004年起伴随着宽频服务与数字内容的成长而增加。欧洲市场也将于2005年陆续推出；而较引人注意的是大陆与韩国的推展，中国大陆虽然在宽频通讯建置上落后欧美日韩等国家，但是FTTH的推动与技术发展却是相关积极，自2002起即陆续推动PON网络的试用，在2004年起更首先在武汉进行「波分多任务被动光网络技术(Wavelength Division Multiplexing - Passive Optical Network；WDM-PON)」的试运转；而韩国最大的通讯运营商KT亦在今年1月10日起于光州市正式提供WDM-PON的示范服务。台湾随着去年中华电信研究所在新竹科学园区及南港软件园区的Ethernet-PON网络试运转后，即将于今年进行小量的建置。除此之外，欲投入Triple Play的Cable业者成为另一股势力，也正积极布局及进行着相关的试运转测试。
根据Infonetics Research于2004年5月发表的市调报告指出，到2007年时，全球的EPON局用端设备埠数将超过72万埠，年平均复合成长率则超过50%。图2即为全球推行FTTX主要的分布及规划说明。

FTTx主要技术及应用 
FTTx技术主要使用于全光纤化的接取网络，以取代铜轴电缆所无法提供的高速数据服务予终端用户，我们依据光纤到终端用户的不同距离来作分类，常见包含以下几种服务及如图3所示：
．FTTC(Fiber To The Curb/Cabinet) 
光纤到交换箱(Fiber-To-The Cabinet, FTTCab)或光纤到路边(Fiber To The Curb, FTTC)。其中主要服务为提供较为分散的客户群，包含公司行号、学校机关、网咖与偏远地区的用户。而且主要使用的技术以及网络为EOS(Ethernet Over SONET/SDH)或NG-SDH(Next Generation Synchronous Digital Hierarchy)，透过传输网络完整的路由保护与电路QoS的品质提供，满足各种通讯服务之客户需求。

FTTB(Fiber To The Building) 
即光纤布建到大楼后，再由大楼电信室的接取设备来提供相关电信服务，主要提供的客户为集团企业、集合式商业大楼或大型区域住宅等。主要使用的技术及网络为MEN(Metropolotan Ethernet Network)加MC(Media Converter)、IP-DSLAM(Internet Protocol-Digital Subscriber Line Access Multiplexer)以提供多样化的数据服务。

FTTN (Fiber To The Neighborhood) 
光纤主要布建至大楼群的某一栋，并经由该栋的接取设备提供其它数据与语音网络服务予周边的其它大楼，在网络服务使用密度低且无管道布放限制的区域较为适用。常见的技术及网络为xDSL、DLC及SDH等多功能接取及传输网络。

FTTH(Fiber To The Home) 
光纤到家是最终电信网络所欲提供的Triple Play宽频解决方案。每户提供一芯或二芯的光纤，利用被动式光网络PON以提供低成本、高稳定性，且满足语音、数据及影像服务需求的家庭用户。目前使用的技术及网络包含E-PON、A/B-PON、G-PON，以及WDM-PON。

FTTP (Fiber To The Premise) 
可视为FTTB及FTTH的综合应用，即将光纤直接接入客户瑞的设备(Customer Premise Equipment, CPE)，以提供高速宽频与多媒体的网络服务。常见的技术及网络同FTTB及FTTH或两者的综合应用。
PON网络建置及技术演进 
为何需要建置PON网络？它又有那些优势？而在不同的PON系统中又有那些区别？是诸多电信、ISP与Cable营运业者所疑惑的问题，故笔者将作以下扼要的说明。

快速提供Triple Play的不二选择
．频宽与电路品质优势：克服目前以铜轴双绞线为主的xDSL，直接提供高达10Mbps以上的高速网络予终端用户；同时因使用全段的光纤网络，包括局端机房至分歧器的骨干光纤；分歧器至家庭用户的分支光纤，以及用户家中的室内光纤等皆是，使得传输信号品质不再受电器特性的影响。 
．语音、数据及影像频带规范：在PON协议中已分别定义语音及数据的上传频带为1260～1360nm；下载的频带为1480～1500nm(单芯光纤)；而1539～1565nm则为数字服务专用、1550～1560nm为提供影像服务的频宽，故容易在各规范的频带内提供相对应的服务以及网络监控及障碍分析的查修。 
节省成本 
如图4所示，使用传统FTTH的网络在有N个客户时，必须具备N条光纤，以及2N个Transceiver；但在运用PON网络时仅需建设一条光纤，与N+1个Transceiver，且毋需担心中继设备的溃电问题。因此不但有效节省网络建置前的成本花费之外，更对日后网络上的维运及设备备料的低成本提供了绝佳的效益。

弹性网络建置 
依据PON规范共分为三大项，包含：(1)单一分歧器接32支路的网络架构；(2)树状及支路的架构(具备2组以上的分歧器)；以及(3)混合型的网络，故系统业者可以依实际地理特性作不同网络的规划及建置。
因此，在语音、数据与影像服务需求趋势的推力，以及具备高速稳定品质、快速供装、建置与维运低成本诱因的拉力下，使得PON网络技术成为各国推动宽频到家FTTH的主要应用架构。
其中在1998年10月ITU-T G.983x定义以ATM为主的PON网络提供数据及语音的服务，我们称之为A/B-PON；为了提升服务效率，ITU-T于2003年11月以G.984x的Gigabit传输服务定义了G-PON的标准。而为了着眼于Ethernet网络大量布建的趋势，故于去年6月由IEEE提出802.3ah E-PON的技术规范，以利相关业者投入及整合现有电信网络之服务。表1则列出各PON技术规范下所对应的上传与下载传输速率及使用的波长。
为了解决上传时各用户ONU(Optical Network Unit)必须以TDM排队方式回传讯息予局端的OLT(Optical Line Terminal)所设计的Guide Time与造成的延迟等问题，使得WDM-PON的使用将成PON网络未来较佳的选择方案之一。现阶段位于武汉之宜捷威科技Faztec Optronics (www.faztec.com )已发展出包含安立误码仪之ONU(Optical Network Unit) 与OLT(Optical Line Terminal)完整测试之PON Test System可服务国内用户，该公司资深主管许智明经理补充说明。

PON前置测试攸关网络稳定性 
依据终端用户对网络使用的高品质期待，我们发现有着如下要求的项目：
．能否提供良好的语音品质即语音封包在PON网络中是否造成延迟情形？ 
．数据传输频宽真的能达到全速率吗即是否为Full Wired Speed的Throughput传输容量？有无封包的遗失以及延迟时间是如何？ 
．提供快速服务开通与高标准的服务等级同意文件(SLA；Service Level Agreement)。即提供完整网管平台与严谨的电路零误码保证。 
因此，如何确保网络营运的高稳定性即考验着PON服务商的前置测试工作、服务中的网络监控能力，以及障碍发生时的快速查修能力，其中包

含以下项目：

PON光纤品质量测 
光时域反射仪(OTDR；Optical Time Domain Reflectometer)量测：包含使用1310nm、1490nm、1550nm以及1650nm等波长进行事件的量测。量测的重点在于验证局端至Splitter、Splitter至各客户端光纤的熔接、接头与距离等所造成的损失，并验证各光纤距离与铺设时是否正确，以作为日后营运之In Service电路监控、新增ONU线路品质确认，以及障碍查修之核对。然而，必需使用规格小于1公尺的事件盲区、高分辨率、具备15秒内快速量测能力与合宜动态范围的Access Master PON OTDR仪器，才能得到各事件精确的量测及提供各客户端正确的光纤距离与损失之信息；否则如图5所示，对于量测1.5m、4m以及10m的PON网络，若使用传的OTDR则出现如黑色曲线一般，无法真实量测出1.5m局内光纤的事件点，唯有使用Access Master PON OTDR以产生如浅色曲线并反应现场实际线路情形。

OLT及ONU网络流量测试 
当设备分别建置在网络上，则至少需要提供其Layer1～Layer3各层的讯务测试，以验证流量传输之品质及稳定性，包含：
．Layer 1：Framed BER与Un Framed BER测试，以验证OLT、光纤及ONU整体系统的误码情形。一般是使用虚拟随机序列位码(PRBS；Pseudo  Random Binary Sequence)与全0或全1等来作为资料传送的pattern，并依此来确认不同的pattern在网络中之误码的情形。 
．Layer 2：MAC最大容量测试，以确认OLT可容纳多少Access用户同时上线的最大容量，以及验证OLT对MAC信息处理之方式。 
．Layer 3：Packet Jitter或Frame Arrival Time，以及不同Packet长度的压力测试(Throughput)、延迟讯务(Latency)等量测，以确认流量经OLT up link送入后，至PON光纤网络，再由ONU down link的End to End流量品质。若Packet由众多ONU同时送入时则另需考量不同Packet流量的Guard Time，以避免资料的碰撞。 
．其它：包含误码插入(Error Insertion)、限速测试(Rate Limiting)、Jumbo Frame等测试，以及讯务权重及QoS等分析等皆为重点量测项目。 
其中的测试架构如图6所示，由IP测试仪器产生Gigabit流量灌入OLT，并执行前述之各测试项目，同时透过测试仪器具备Layer1～4流量的产生、MAC与IP及协议讯务的监控、以及各Layer协议的decode能力，而有效地对网络服务前执行完整的OLT对多个ONU之End to End流量品质测试。
All in One的PON光纤与网络测试 
基于不同客户对PON网络验收标准的差异，如何有效执行PON光纤与网络的建置验收与测试？并快速提供服务及迅速排除服务中的障碍，此是PON服务业者相当重视的一环。
其中Access Master PON OTDR即可以快速地满足上述的要求，其所具备的测试能力说明如下：
．在2.2公斤内提供多波长的OTDR、Power Meter、Light Source及可见光集于一测试平台，减轻测试及维运人员多台测试仪器调度及使用不便的困扰。 
．可于15秒内快速量测，并符合事件盲区小于1公尺、高分辨率的PON光纤网络。 
．对PON网络进行Ping、Trace Route、Throughput，以及计数Packet正常、小于与大于标准(含Jumbo Frame)讯框之数量，以及碰撞统计与检查讯框序列之信息。 
．提供PPPoE、DHCP及VLAN的测试能力。 
如同图7所示，当完成PON光纤之测试、安装设备OLT及ONU后，即可立即进行Throughput测试对用户作电路验收之工作。其中包含以下二种测试方式： 
．远程Down Load测试：如实线之测试架构，将Access Master挂于客户端，再连上远程之Down Load Server后进行资料下载，并从仪器之Throughput功能来确认网络之传输品质。 
．OLT至ONU Throughput测试：如虚线之测试架构，将Access Master分别挂测于OLT Up Link及ONU Down Link端，同步产生流量及作Throughput之测试。
同时，对于PON网络与客户CPE之整合互连能力的验证亦是执行测试或验收工作中不可缺少的项目。
因此，就如同图8所示，将Access Master挂测于OLT端，之后分别对客户端设备作IP Ping及执行Trace Route等项目，以验证网络与客户设备之连结情形。

全球FTTx网络已经由试用阶段正式开始进入小量导入之工程，而台湾也不例外。由NTT及Yahoo BB！在日本全力投入GE-PON趋势来看，不论是PON设备的需求及网络建置之规划将陆续增加。
除了之外，要如何提供优质的PON的网络以满足Triple Player的相关应用之绝佳平台，则是考验着服务供货商在网络规划、系统建置以及包含PON光纤与设备End to End流量之整体的测试能力结果。
我们期待在政府宽频网络的计画之下，透过FTTH光纤到户的PON网络应用方案，快速提供全民高品质、多元应用，以及稳定的便民服务，同时满足营运商对网络低成本，与低维护费用的投入诱因，以创造政府政策、人民福利以及网络供货商三赢的服务。