新型高层办公建筑FTTO+LAN布线解决方案

 

前言

        随着商用办公智能建筑的发展，在网络方面不仅是对带宽的需求日益增加，而面对层出不穷的网络业务，因此办公楼宇对网络综合接入能力的要求也提高了。而传统的楼宇布线方案渐渐不能很好的满足高层办公建筑对于综合接入网络的需求。采用传统的网络结构中存在大量的有源设备如交换机等，造成楼层分布有源节点过多，而这些有源节点多数是放置在多灰尘 、散热条件差的弱电井或楼层配线间，极容易出现死机、过热等故障，造成维护和管理成本比较高；接入交换机的网管功能也简单，网络的安全性和可管理性也比较差。因此我们可以考虑适当的减少有源节点，探讨采用基于高带宽传输能力的PON(Passive Optical Network)无源光网络给合LAN的布线技术对于高层办公建筑进行网络综合设计。

 

基于PON技术的技术特征

 

        PON系统由光线路终端（ OLT）、光网络单元（ONU）和光分配网（ODN）组成，采用点到多点的拓扑结构。无源是指从OLT到ONU之间全部由无源器件和光纤等组成，不需要任何供电的有源设备。PON全光网络具有三网合一业务能力，同一根光纤中不同的波长可以携带不同的信号同时传输语音（VoIP）,数据和视频业务(IPTV 或CATV)。PON技术是实现FTTX的首选方案，而FTTX根据光节点和入户数量和距离的不同，主要分为光纤到户（FTTH）光纤到楼（FTTB）、光纤到交接箱（FTTC）、光纤到办公室（FTTO）、光纤到桌面（FTTD）等。考虑到目前用户终端电脑并没有普及光网卡，还是以RJ45的铜网卡为主,不能一次到位实现FTTD。所以FTTO(Fiber to the Office)+LAN（Local Area Network）的组网方式无疑是高层办公楼宇可行性很高的解决方案之一。

 

         光纤到写字楼建筑 FTTO采用点到多点（P2MP）树型分支网络拓扑结构，可扩展性好，减少了主干光纤汇聚设备的投入,可以使得高层办公楼里的单个或者多个商业用户共享主干光链路。由于每个商业用户的业务容量也不固定，所以具体根据商业用户的需求而量身定制，组网非常灵活。这不仅提高了网络多业务的能力，也节省了主干光缆。FTTO可以采用EPON( Ethernet Passive Optical Network) 或者 GPON (Gigabit Passive Optical Network)的接入技术。EPON 不仅能实现现有的 CATV，数据，语音的应用，还能兼容如数字电视、VoIP、电视会议等业务。EPON 技术是基于以太网帧结构、TDMA方式的带宽PON技术。EPON支持1.25Gbit/s的对称速率，每个EPON OLT接口最多支持64个ONU。GPON 技术支持TDM、MSTP、QinQ 接入组网技术，除了EPON能够提供的多媒体视频和音频业务，还为这些业务提供相应的QoS保证。GPON 支持上行 1.244Gbit/s 和下行2.488Gbit/s 的非对称速率，每个GPON OLT下行端口最多支持128个ONU。GPON 从性能上要优于EPON，有更高的带宽，支持更高的分光比，提供更好的Qos和更多的维护管理功能。相比较而言GPON更适合商务写字楼里的高端商业用户。

 

采用PON技术布线案例分析

 

        案例楼宇为高层建筑，楼高 46楼。从2楼到46楼均为出租商业层。每个商业用户业务容量不同，对带宽需求也不相同。采用FTTO+LAN接入方式，每个商业用户可以单独使用一个ONU，或者多个商业用户共同使用一个ONU。组网模式如下网络拓扑图：

 

图一：FTTO+LAN 网络拓扑图

        FTTO网络主要由光线路终端（ OLT）、光网络单元（ONU）与中间的光分配网络（ODN）组成。ODU 为OLT和ONU之间的光传输通道提供物理连接，其中包括光纤光缆，光连接器，光配线架，光跳线，光尾纤，光分路器。ONU是在用户端的设备，其使用单根光纤通过无源分光器可将多个ONU的数据时分复用到一个OLT端口。FTTO中PON网络使用单模光纤进行主干网络的信号传输，采用的是单纤双向的技术。ONU到OLT上行使用1310nm波长，OLT到ONU下行使用1490nm波长。一般CBD商业用户多数没有CATV的业务需求，但如果需要可以采用波分复用的方式在同一根光纤上提供CATV业务，下行到ONU则增加复用1550nm波长。FTTO光网络对光缆有如下要求：

        室内光缆所使用的光纤均需符合 ITU-T G.652.D零水峰单模光纤技术标准，光缆衰减系数应该表1.1要求。

       主干光缆的各项指标应符合 YD/T 1258 和GB/T 13993要求。

       高层商务楼宇办公人员比较密集，光缆 宜选用低烟无卤阻燃外护套。

表 1.1

单模光纤衰减系数
波长 (nm)	1310	1490	1550
衰减系数 (dB/km)	≤ 0.36	≤ 0.40	≤ 0.22

 

       主干单模光缆布线系统设计如下：楼高 46楼，OLT在1楼电信机房，从1楼主机房各拉12芯单模光缆到1到12楼弱电井。从1楼主机房各拉 72单模光缆分别到18楼，24楼，30楼，36楼，42楼，46楼弱电井，以6层楼为一个单元，18楼向下各拉12单模芯光缆分别覆盖到13,14,15,16,17楼，24楼向下各拉12芯单模光缆分别覆盖到19,20,21,22,23楼，30楼向下各拉12芯单模光缆分别覆盖到25,26,27,28,29楼，36楼向下各拉12芯单模光缆分别覆盖到31,32,33,34,35楼，42楼向下各拉12芯单模光缆分别覆盖到37,38,39,40,41楼，46楼向下各拉12芯单模光缆覆盖到43,44,45楼。主干光缆的设计没有直接从1楼电信机房到每层楼的考虑是为了降低低层弱电井管道空间资源，使得光缆占用弱电井管道资源相对比较分散，也利于日后维护。

 

       光纤配线架也宜选用单模单工适配器面板的，一般为单模 SC/PC单工或者SC/APC单工为主，基于APC的光纤连接大幅度改善系统回波损耗性能，有利于光纤传输各种信号包括模拟视频信号，为PON支持多种综合业务打好基础。光纤尾纤同样为单模单芯的，采用熔纤的方式和OLT下行的主干光缆连接。光纤跳线也对应的为单模单芯SC光跳线。

 

       光分路器多采用 PLC平面波导型单模均分光器，插入损耗和一致性比较好，并采用机架式光配线架安装形式，前面板为SC单模单芯。可以采用一级分光或者二级分光连接。本案采用二级分光。第一级分光放置在电信机房，采用1:4光无源分路器。第二级分光放置在楼层弱电井，分别放置在18楼，24楼，30楼，36楼，42楼，46楼弱电井，采用1:16或者1:32光无源分路器。由于采用GPON的设备，每个OLT光端口最大支持1:128的分光比。GPON系统必须符合下表1.2 ITU-T G.984.2的损耗要求,损耗预算包括OLT 和 ONU 间全部的光无源物理链路。设计时也应考虑 ODN光纤各个节点之间损耗值，参考表1.3。整个链路损耗值必需在标准范围之内。

表 1.2 ITU-T G.984.2 G-PON 系统的损耗预算

波长	损耗单位	单根光纤
1490 nm 上的最小光损耗	dB	13
1310 nm 上的最小光损耗	dB	13
1490 nm 上的最大光损耗	dB	28
1310 nm 上的最大光损耗	dB	28

 

表 1.3 ODN光无源网络器件损耗典型值

项目	类型	平均损耗（ dB）
连接点	快速连接器	≤ 0.4
	冷接子	≤ 0.1
	熔接	≤ 0.1
	适配器连接	≤ 0.2
光分路器	1:64 PLC	≤ 20.5
	1:32 PLC	≤ 16.5
	1:16 PLC	≤ 13.5
	1:8 PLC	≤ 10.5
	1:4 PLC	≤ 7.1
	1:2 FBT	≤ 3.8

       主干单模光缆经过到楼层经过分光器光配线架以后，通过水平 2芯单模光缆入户到商业用户办公室或机房，一般到多媒体信息箱或者墙面光纤面板。单芯的光缆已经可以传输上行和下行的业务，另外一芯光缆作为备份。入户光缆的接续和端接宜选用光纤现场安装连接头，一般为SC/PC单模单芯连接头。如有CATV复合业务，则需选用APC端面连接头。

       由于写字楼中不同的商业用户对于带宽或者业务种类都不同，高层写字楼大部分采用按层或按面积出租的方式，网络建设初期通常还不能精确确定租户内部组网结构，且租户后期通常自己会负责承租区域 LAN具体网络布放。所以前期规划时候最为灵活的方式可以采用按楼层分区设置集合点CP的布线方式。此时在CP集合点放置多媒体信息箱，多媒体信息箱需要支持光纤模块、语音模块、数据模块、电视和电源模块等，有标准的语音、数据及有线电视的接口。多媒体信息箱中可以采用模块式的配线架，灵活的配置不同的模块。即可以支持光纤也可以支持双绞线到多媒体信息箱。有以下两种组网方式可供选择：

 

       第一种可以将 ONU放置在楼道弱电井或者楼层IDF供多个商业用户共享带宽。大多数 ONU设备本身具备一定的交换机功能，其上行接口为PON接口，通过无源分光器连接到OLT设备的接口板上，下行通过铜缆以太网RJ45端口，通过双绞线连接不同的数据设备，如电脑、IP电话、机顶盒等，实现点到多点的快速部署。连接 ONU的光跳线，推荐选用室内铠装低烟无卤柔性跳线，既有较高的抗拉强度和耐侧压，同时又具有外径小、弯曲性能好、防火阻燃等特性。双绞线布线从ONU端的配线架布永久链路到商业用户办公室的集合点CP多媒体信息箱，商业用户办公室布线等到售出或者租出后用商业用户自行布置。如果由ONU引出的信息点数不够，则需要根据用户实际信息点数配置交换机。

       第二种则针对业务容量比较大的客户，直接光纤引入到商业用户办公室， ONU则放置在用户区的多媒体信息箱中，根据信息点位规模，下行RJ45接口直接连接可到终端数据设备或连接到以太网交换机。ONU下行布线一般选用六类非屏蔽双绞线进行布线，其传输性能支持250MHz及一下传输带宽应用，永久链路的长度控制在90m以内。两端加RJ45跳线后的信道长度控制在100m以内。

       与传统模拟语音网络不同，需要注意的是由于采用 FTTO+LAN方式语音信号为数字信号而非大对数电缆传输的模拟信号，虽然在主干上节省了大对数主干电缆资源，但是在断电的情况下，会造成电话同时被切断。因为传输信号的OLT和ONU将无法工作，所以高层商务楼宇需要有为设备供电的不间断电源UPS，以保证语音通信的正常通信。同时也建议在大楼布线时对于重要的语音节点设置备份的传统模拟语音网络。

       FTTO组网方式也对视频监控的应用提供布线的便利。视频监控一般对上行带宽要求比较高，终端数量大，分布广泛。传统的视频监控基本上是每个摄像头都需拉一对光纤到机房，有多少个摄像头就需要拉两倍于摄像头的纤芯数到机房，可见纤芯利用率极低且线路很复杂。采用 GPON部署视频监控工程后，从机房只需部署一根单芯光纤到摄像头密集的区域，通过光分路器如1:32可提供给32个摄像头使用。这样点到多点的结构也使得视频监控的布线工作量降低了，减少资源消耗。

 

结束语

       综上所述， FTTO+LAN的组网方式可以为高层建筑商业用户灵活的提供多业务综合接入，带宽分配灵活并能够保证不同类型和等级业务的服务质量。树形拓扑结构系统扩展容易，也节约了大量主干光缆与语音大对数铜缆资源。ODN无源网络也减少了线路和设备的故障点，无源线路容易铺设并避免了电磁干绕，利于日后维护和降低营运成本。总之，FTTX接入网技术与LAN局域网布线技术的高度融合方案，将会成为高层办公类型建筑组网布线规模化应用的发展趋势之一。

                                               

参考文献

[1] 综合布线白皮书 .清华大学出版社,2010(1).

[2]ITU-T G.984.2 千兆比特容量无源光网络 (GPON)：物理媒介从属(PMD)层技术要求(02/2006)

                                                                                 罗森伯格亚太电子有限公司：马敏