基于GPON技术的应急指挥中心网络系统建设

盛安

（阳江市气象局，广东阳江 529500）

基于GPON技术的应急指挥中心网络系统建设

盛安

（阳江市气象局，广东阳江 529500）

针对应急指挥中心的业务特点，基于网络扁平化思想，采用GPON技术实现全光网络。利用光纤网络高速稳定和保密性高的优势，解决应急指挥中心融合多个部门带来的网络系统建设困难的问题。该系统在阳江市应急指挥中心（突发事件预警信息发布中心）部署，降低了设备初次投入和后期维护成本，实现了多部门数据高速交换和保密传输。

计算机技术与应用；吉比特无源光网络；接入网；信息化；网络设计

吉比特无源光网络（gigabit-capable passive optical network，GPON）是基于ITU-TG.984.x标准而形成的最新一代无源光综合接入标准，拥有高带宽、高效率、覆盖范围大、接口丰富等特点。由于GPON技术优点众多，符合当下网络发展的需要，因此被全球运营商作为接入网业务改造的理想技术。该技术目前在国内主要应用于光纤进小区、智能化楼宇建设等方面。

近几年随着广东省各级突发事件预警信息发布中心建设的推进，各种新技术不断被应用到建设中，与外部门的信息交互量也在快速增加，如何建设一个高带宽、安全可靠、支持多部门协同的网络系统，成为一个亟待解决的问题［1］。工信部编制的《通信业“十二五”发展规划》指出“全面构建面向应用、普遍覆盖、绿色高效的下一代国家信息基础设施，以光纤宽带为重点，推进光纤宽带网示范工作，加快信息网络的宽带化升级”，并提出：“加快实施‘光进铜退’的宽带网络改造，实现光纤到商业楼宇、到办公室的宽带网络覆盖。”同时提出了建设目标：“节能降耗、绿色环保新技术全面应用。”［2］针对这些情况，阳江市气象局在比较技术成熟性、先进性、开放性、安全性和绿色节能的基础上，综合考虑成本效益，第一次将GPON技术运用在阳江市应急指挥中心的基础网络建设上，通过GPON的部署实现了全光网络，解决了使用传统电缆存在的部署复杂、能耗高、保密性差的缺点。本研究重点介绍系统建设中所使用的主要技术和系统功能特点。

1系统的应用技术

1.1 GPON技术应用

GPON最早于2002年9月由FSAN组织提出，在此基础上ITU-T相继完成了G.984.1、G. 984.2、G.984.3的标准化，最终成功形成了GPON的标准体系［3］。GPON一般采用FTTx（Fibertothex，x=H for home，D for desk and B for Building）的形式实现用户接入。在其中，GPON加FTTH是GPON常用组网方式，这种组网方式由光线路终端（optical line terminal，OLT）、光网络单元（optical network unit，ONU）、和光分配网络（optical distribution network，ODN）组成［4］，如图1所示。其中，OLT是用于连接光纤干线的终端设备，也是光纤网络的核心交换设备，所有信息点通过光纤，经OLT进行数据交互；ONU负责将光信号转换成所需要的数据、语音、IPTV等接口；ODN的作用是为OLT和ONU之间提供光传输通道，通过光分路器的色散原件将一条光纤分配给多个ONU使用。

GPON作为构建应急指挥中心网络系统的一个关键技术，将接入层和汇聚层合二为一，从而提供了一个扁平化易于部署和管理的网络。GPON的数据传输速率高达2.5 Gbps，能提供足够大的带宽以满足应急指挥中心对高带宽的需求，同时GPON可以随时平滑升级到10 Gbps GPON，实现10 Gbps的传输速率，能适应未来对带宽需求的爆发式增长。阳江市应急指挥中心在实际部署中，利用GPON能够同时承载ATM信元和GEM帧、支持QoS保证和全业务接入的特点，每个信息点仅使用一根光纤承载了VoIP、 Ethernet、IPTV等多种业务，极大地降低了网络系统建设难度和成本。

图1 GPON拓扑结构图

1.2 FTTx应用

FTTx是新一代的光纤接入方式，主要用于光线路终端和光网络单元之间的连接［5］。该系统为了配合GPON设备，选用了FTTH的方式，将ONU部署到每个桌面实现光纤到桌面的目标，并采用点到多点的方案，大大减少了光模块数量和光纤用量。FTTH的显著技术特点是不但提供更大的带宽，而且增强了网络对数据格式、速率、波长和协议的透明性，放宽了对环境条件和供电等要求，简化了维护和安装［6］。此外，阳江市应急指挥中心选用FTTH方式主要考虑了以下几个方面：

1）可支持远距离的高带宽传输。在光分路比为1∶16时，最大物理距离为20 km，当光分路比为1∶32时仍能支持最大10 km的物理距离。传统铜缆系统当传输距离超过了100 m，必须要增加网络设备和布线材料，这都会导致系统成本增加，并增加链路故障点。

2）光信号传输，无电磁泄露，具有先天保密特性。由于应急指挥中心内部涉及大量保密信息，可以解决数据安全的问题。

3）抗干扰能力强，光纤通信不易受到外界电磁干扰和无线电频干扰。

4）高可靠性，光纤连接头远比6类网络通讯电缆连接头可靠。

5）网络线路长寿命，光缆线路寿命40年，而且通信质量不会随时间而变化。

6）线路采用单模光纤布设，带宽可以根据需要增加，设备可以不断平滑升级。

2系统设计和功能特点

2.1 需求分析

阳江市应急指挥中心共有3层，单层面积约1 250m2，楼层布局呈方正矩形，每层均有独立弱电间。3层楼共有各类信息点数量：网络406个、电话135个、有线电视36个。设计目标为光纤到每个人的桌面，房间根据需要信息点的数量进行2级分光，保证每个办公位至少1个接入点。此外，设备的配置还需要满足：1）主干1 000 Mbps、末端100 Mbps的网络传输要求；2）光纤的配置冗余备份，满足将来扩展的需要；3）可以与运营商VoIP、IPTV专网的进行连接［7］。

2.2 系统设计

该系统考虑到综合性能、部署便利等多个方面，设计内容包含以下几个方面：

1）光纤网络核心。该系统采用一套华为技术有限公司的MA5680T作为光纤网络核心设备。MA5680T支持GPON/EPON一体化接入，是一款大容量、高带宽和高集成度的xPON汇聚接入平台，可支持VoIP、IPTV、VOD等综合业务，具备强大的QoS能力和电信级的可靠性设计。MA5680T背板数据总线带宽为3.2 Tbit/s，交换板容量为双向400 Gb/s，单框支持最大128个接入端口，完全满足系统的建设需要。

2）ONU。采用华为技术有限公司的HG8240F，以保持与OLT设备之间的良好兼容性。HG8240F功耗小，可支持VoIP、IPTV和宽带数据等多项业务。HG8240F具备1个GPON接口、4个自适应以太网接口和2个POTS口，可远程复位、管理和升级，非常适合本系统多网融合的需要。

3）分光设计。对于GPON系统，FTTH可以支持1∶8、1∶16、1∶32、1∶64、1∶128、1∶256的分光比，此外，根据建筑复杂程度可以采取1级分光和2级分光。考虑到部署的实际情况，该系统采用了2级分光，在每层楼的弱电间第1次分光（1∶2），在办公室第2次分光（1∶8），最终实现1∶16分光比，如图2所示。

图2 FTTH配置图

4）光功率控制。一般只要保证ONU端测得光功率值为-8～-24 dB则为正常，影响OLT到ONU之间的光功率衰减的因素包括分光器插入损耗、光纤自身损耗、跳线的插入损耗等［8］，参考值分别为13.5 dB（分光比1∶16）、0.35 dB/km（1 310 nm）、0.3 dB。在该系统中每条光纤接头为6个，分光器2个，光纤长度以0.2 km计，再加上光富裕度1 dB，衰减总计16.97 dB，符合使用要求。

5）传统网络核心。采用一套华为技术有限公司的S9306路由交换机作为传统网络核心设备。S9306采用模块化设计，支持多电源双主控，背板数据总线带宽为6 Tbit/s，包转发率1 152 Mbps，完全满足目前和未来5～10年的业务需求。

6）网络安全。为了满足应急指挥中心网络安全需求，在光纤网络核心和传统网络核心均架设防火墙等网络安全设备。应急成员单位网络接入时，提出保密要求的，主要通过GPON系统进行网络安全管理和传输；确定为涉密线路的，所有涉密信息点，通过光纤进行点对点传输，直接进入指挥中心专设的保密机房。

2.3 系统各业务功能测试

1）VoIP测试结果。VoIP语音业务接入由中国移动通信集团广东有限公司阳江分公司提供，经过移动公司协助进行多次反复测试，在各种网络状态下，丢包率＜0.005%，延时＜5 ms，MOS值＞4.5，PSQM值＜0.3，无语音断续和抖动现象，测试结果完全达到了电信级的标准。

2）IPTV测试结果。由于该系统暂时未接入运营商的IPTV，测试结果仅针对中国移动发送的高清IPTV测试信号，其中的抖动因素（DF）= 12 ms；MOS_V=4.5；媒体丢失率（MLR）=0.000 2，各项指标均达到高清IPTV的要求。

3）网络数据测试结果。利用华为技术有限公司Tesgine2000专用网络测试仪进行测试，在100 Mbit带宽的条件下，效率为96%时，丢包率为1×10-8，吞吐量为97%，256 byte大小的帧长时延为0.12 ms，完全满足设计目标。

2.4 系统优势

该系统经过1年多时间的正式运行，集中体现了几点优势：

1）针对以传统太网系统在网路管理和性能监测的不足，利用GPON提供了3种操作管理与维护（operation administration and maintenance，OAM）通道，形成控制和管理平面，平面中的不同信息对各自的OAM功能进行管理。GPON还继承了G.983中规定的OAM相关要求，具有丰富的业务管理和电信级的网络监测能力。

2）系统扁平化以后，去掉了中间环节，故障节点也相应减少，减轻了维护压力。

3）铜缆系统目前演变到Cat6A，在结构上增加了十字骨架、屏蔽层，线径变得越来越大，施工难度和线缆价格快速增加。而且，为了保证铜缆的通信质量，CAT6A的测试参数有十几个，使得Cat6A布线系统的测试和后期的故障排查更加繁琐和费时［9］。但是，光纤故障排查时主要考虑“衰减”和“长度”这2个参数，优势明显。

4）环保节能优势明显，铜缆的主要材料为铜，而光纤的主要材料为玻璃，光纤更为环保。此外，通过FTTH部署的光分配网络，不需要中间用电设备，更加节能。

5）ONU可单独远程配置，不容易出现以往因为交换机配置错误造成的网络大面积瘫痪。此外，ONU可以根据需求快速更换，随意增加端口数量和改变端口类型。

GPON技术成熟优势众多，符合未来网络发展的需求，能充分满足应急指挥中心的网络需求。该系统自2014年11月投入业务运行后，故障率低、节省能源、易于管理维护、接入带宽大，运行效果良好。由于GPON替代传统电缆在气象应急业务网络系统中部署尚属首次，新技术的采用对维护人员提出了更高的要求。此外，未来的工作中应充分利用OLT设备中的OAM功能，完善网络管理系统，以便快速排查和处置故障。

［1］方宇凌，吴嘉豪，汤沛，等.珠江口西岸气象灾害的监测预警平台［J］.广东气象，2013，35（5）：59-63.

［2］工业和信息化部.《通信业“十二五”发展规划》发布http：//www.miit.gov.cn/n11293472/n11293832/n112 93907/n11368223/14578927.htm l.

［3］杨敏.基于GPON技术的宽带接入研究［J］.硅谷，2014（12）：121-122.

［4］杨国锋.GPON技术在接入网中的应用浅析［J］.电气化铁道，2009（1）：36-39.

［5］刘东.EPON和GPON的综合比较［J］.电信科学，2005（6）：63-65.

［6］王兵.GPON技术原理与应用［J］.中国高新技术企业，2011（7）：86-87.

［7］朱璇，梁慎青，吴兆雄，等.省气象局新建业务宽带备份系统的配置要点［J］.广东气象，2011，33（2）：59-61.

［8］杨虎，范宏宇，黄国栋.GPON在铁通网络建设中的规划及实现［J］.科技信息，2010（32）：664-665.

［9］孙鹏，王佳，陈晓宇.气象市县宽带网络建设的交换机［J］.广东气象，2006，28（3）：58-60.

TP39

A

10.3969/j.issn.1007-6190.2016.06.019

2016-08-05

盛安（1980年生），男，本科，工程师，主要从事应用气象和弱电信息化管理。E-mail：xingsa@sina.com

盛安.基于GPON技术的应急指挥中心网络系统建设［J］.广东气象，2016，38（6）：77-80.