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摘要：基帶傳輸與同軸Wi-Fi技術已經進入商用階段，不少地方正進行試點工作，相信不久的將來會出現越來越多的EPON+EOC網絡。
隨著寬帶業(yè)務的發(fā)展，人們越來越意識到網絡接入部分(最后一公里)存在嚴重的帶寬“瓶頸”。接入部分兩頭目前已跨入吉比特級以上的速率，如用戶端廣泛使用的PC內部傳送的速率已達到吉比特速率；而作為接入部分的另一頭，城域網或骨干網的每波長速率也已達到2.5～10Gbit/s，它們比接入部分高出至少3個數量級。隨著三網合一的推行，突破接入網瓶頸變得越來越迫切，只有突破接入部分的帶寬“瓶頸”，才能使整個網絡有效發(fā)揮寬帶的作用，真正推動各種業(yè)務的發(fā)展，給運營商帶來經濟效益和社會效益。
從技術上講有三種方式突破接入網瓶頸，一是甚高速數字用戶線路(VDSL)；二是基于無源光網絡(PON)的光纖到戶(FTTH)；三是高速無線接入。EPON是基于吉比特以太網的無源光網絡技術，繼承了以太網的低成本和易用性以及光網絡的高帶寬，是實現FTTH眾多技術中性價比最高的一種。隨著EPON國際標準——IEEE802.3ah在2004年正式發(fā)布，EPON的產業(yè)聯盟已經吸引了眾多廠商的積極參與，從EPON的核心芯片、光模塊到系統(tǒng)，EPON的產業(yè)鏈已經日趨成熟。
1、EPON技術及特點
(1)EPON的發(fā)展
光纖接入從技術上可分為兩大類：有源光網絡(AON，ActiveOpticalNetwork)和無源光網絡(PON，PassiveOptical Network)。PON是一種純介質網絡，由于消除了局端與用戶端之間的有源設備，它能避免外部設備的電磁干擾和雷電影響，減少線路和外部設備的故障率，提高系統(tǒng)可靠性，同時可節(jié)省維護成本，是電信維護部門長期期待的技術。PON的業(yè)務透明性較好，原則上可適用于任何制式和速率的信號。目前基于PON的實用技術主要有APON/BPON、GPON、EPON/GEPON，其主要差異在于采用了不同的二層技術。具體如圖1所示。
圖1
APON二層采用的是ATM封裝和傳送技術，因此存在帶寬不足、技術復雜、價格高、承載IP業(yè)務效率低等問題，未能取得市場上的成功。
為更好適應IP業(yè)務，第一公里以太網聯盟（EFMA）在2001年初提出了在二層用以太網取代ATM的EPON技術，IEEE802.3ah工作小組對其進行了標準化，EPON可以支持1.25Gbit/s對稱速率，隨著光器件的進一步成熟，將來速率還能升級到10Gbit/s。由于其將以太網技術與PON技術完美結合，EPON成為了非常適合IP業(yè)務的寬帶接入技術。
(2)EPON系統(tǒng)的構成
在一個EPON中，不需任何復雜的協(xié)議，光信號就能準確地傳送到最終用戶，來自最終用戶的數據也能被集中傳送到中心網絡。在物理層，EPON使用1000BASE的以太PHY，同時在PON的傳輸機制上，通過新增加的MAC控制命令來控制和優(yōu)化各光網絡單元(ONU)與光線路終端(OLT)之間突發(fā)性數據通信和實時的TDM通信。由于ONU在自己的時隙內發(fā)送數據報，因此沒有碰撞，不需CDMA/CD，從而充分利用帶寬。另外，EPON通過在MAC層中實現802.1p來提供與APON/GPON類似的QoS。
與其它PON技術一樣，EPON技術采用點到多點的用戶網絡拓撲結構，利用光纖實現數據、語音和視頻的全業(yè)務接入的目的。
EPON的系統(tǒng)結構如圖2所示。一個典型的EthernetoverPON系統(tǒng)由OLT、ONU、POS組成。OLT（OpticalLine Terminal）在廣電組網系統(tǒng)中放置于前端，因成本等因素的制約，在光纖鋪設到樓的條件下，ONU（Optical Network Unit）放置于樓道，下連EOC（Ethernet over Cable）局端設備。POS（Passive Optical Splitter）是無源光纖分光器，可多級連接，靈活組網。EPON系統(tǒng)使用單模光纖，在一芯光纖上利用上下行兩個波（上行波長1310 nm，下行波長1490 nm）傳輸雙向數據。
圖2
EPON的優(yōu)點主要表現在以下幾個方面。
·成本低，維護簡單，容易擴展，易于升級。EPON結構在傳輸途中不需要電源，節(jié)省電力，容易鋪設，不占用小區(qū)機房，無需任何有源光模塊，長期運營成本和管理成本的節(jié)省很大。
·EPON系統(tǒng)這種無源點對多點的光網絡和原有廣電HFC網絡中的光網絡完全類似。在光纖到樓道的布局方式中可以多個樓道共用一芯主干光纖，并且可以根據用戶的實際地理分布情況和用戶數靈活分光布纖，接入大量用戶，大量節(jié)省主干光纖。
·EPON系統(tǒng)是面向未來的技術，完全基于以太網標準協(xié)議802.3ah，模塊化程度高，擴展容易，投資回報率高，是日后向全IP網絡過渡的一個很好的選擇。
·上下行數據都在同一芯光纖傳輸，完全解決雙向傳輸問題，提供高對稱帶寬。EPON目前可以提供上下行對稱的1.25Gbit/s的帶寬。
·帶寬分配靈活，服務有保證。對帶寬的分配和保證都有一套完整的體系。EPON可以通過DBA(動態(tài)帶寬算法)、DiffServ、PQ/WFQ、WRED等來實現對每個用戶進行帶寬分配，并保證每個用戶的QoS。
(3)EPON傳輸原理
EPON從OLT到多個ONU下行傳輸數據和從多個ONU到OLT上行傳輸數據是十分不同的，所采取的不同的上行/下行技術分別如圖3所示。
當OLT啟動后，它會周期性地在本端口上廣播允許接入的時隙等信息。ONU上電后，根據OLT廣播的允許接入信息，主動發(fā)起注冊請求，OLT通過對ONU的認證（本過程可選），允許ONU接入，并給請求注冊的ONU分配一個OLT端口惟一的一個邏輯鏈路標識（LLID）。
數據從OLT到多個ONU以廣播式下行（時分復用技術），根據IEEE802.3ah協(xié)議，每一個數據幀的幀頭包含前面注冊時分配的、特定ONU的邏輯鏈路標識（LLID），該標識表明本數據幀是給ONU（ONU1、ONU2、ONU3，......，ONUn）中的惟一一個。另外，部分數據幀可以是給所有的ONU（廣播式）或者特殊的一組ONU（組播）。在圖3的組網結構下，在分光器處，流量分成獨立的三組信號，每一組載有到所有ONU的信號。當數據信號到達ONU時，ONU根據LLID，在物理層上做判斷，接收給它自己的數據幀，摒棄那些給其它ONU的數據幀。如圖3中，ONU1收到包1、2、3，但是它僅僅發(fā)送包1給終端用戶1，摒棄包2和包3。
對于上行，采用時分多址接入技術（TDMA）分時隙給ONU傳輸上行流量。當ONU注冊成功后，OLT會根據系統(tǒng)的配置，給ONU分配特定的帶寬（在采用動態(tài)帶寬調整時，OLT會根據指定的帶寬分配策略和各個ONU的狀態(tài)報告，動態(tài)地給每一個ONU分配帶寬）。帶寬對于PON層面來說，就是多少可以傳輸數據的基本時隙，每一個基本時隙單位時間長度為16ns。在一個OLT端口（PON端口）下面，所有的ONU與OLTPON端口之間的時鐘是嚴格同步的，每一個ONU只能夠在OLT給它分配的時刻開始，用分配給它的時隙長度傳輸數據。通過時隙分配和時延補償，確保多個ONU的數據信號耦合到一根光纖時，各個ONU的上行包不會互相干擾。
對于安全性的考慮。上行方向，ONU不能直接接收到其它ONU上行的信號，所以ONU之間的通信都必須通過OLT，在OLT可以設置允許和禁止ONU之間的通信。在缺省狀態(tài)下是禁止的，所以安全方面不存在問題。對于下行方向，由于EPON網絡下行是采用廣播方式傳輸數據，為了保障信息的安全，從以下幾個方面進行保障。
·所有ONU接入的時候，系統(tǒng)可以對ONU進行認證，認證信息可以是ONU的惟一標識（如MAC地址或者是預先寫入ONU的一個序列號），只有通過認證的ONU，系統(tǒng)才允許其接入。
·對于給特定ONU的數據幀，其它的ONU在物理層上，也會收到數據，在收到數據幀后，首先會比較LLID（處于數據幀的頭部）是不是自己的，如果不是，就直接丟棄，數據不會上二層，這是在芯片層實現的功能，對于ONU的上層用戶，如果想竊聽到其它ONU的信息，除非自己去修改芯片來實現。
·加密，對于每一對ONU與OLT之間，可以啟用128位的AES加密。各個ONU的密鑰是不同的。
·VLAN隔離：通過VLAN方式，將不同的用戶群或者不同的業(yè)務限制在不同的VLAN，保障相互之間的信息隔離。
2、EPON廣電網絡解決方案及最后一百米同軸寬帶接入技術
(1)EPON廣電網絡解決方案
設計獨立互不干擾的兩套網絡：EPON數據傳輸網和原有的有線電視承載網，如圖4所示。
有線電視承載網由數字電視平臺、總前端設備、分前端設備、光節(jié)點和同軸分配網組成，完全繼承和利用廣電原有的網絡資源，承載原有的廣播電視信號。
EPON網絡由分前端OLT設備、分光器和放置于樓道的ONU設備組成，提供數據雙向傳輸通道，解決分前端到樓道的光纖雙向傳輸問題，可承載IPTV、數據傳輸、IPPhone等多種業(yè)務。
廣播電視節(jié)目根據距離的遠近采用1550nm/1310nm“物理星型、邏輯環(huán)型”的拓撲結構，先由總前端送至分前端，然后再由各分前端采用1310nm波長將信號送至片區(qū)內各個光節(jié)點。
EPON系統(tǒng)使用單模光纖，在一芯光纖上利用上下行兩個不同波長（上行波長1310nm，下行波長1490nm）傳輸雙向數據。
利用EPON實現FTTB之后的入戶方式主要有以下3種。
·FTTH（光纖到戶），用戶端配置ONU接收數據信息。
·LAN，ONU到樓棟后，使用雙絞線入戶，用戶帶寬可控制OLT輸出端口及樓棟二層交換機進行調節(jié)。
·EOC，ONU到樓棟，用戶端最后100m依然使用同軸電纜入戶，盡可能地縮小改造范圍，用戶端配置EOC模塊與ONU進行數據交換。
EOC（EthernetOverCable）主要可分為基帶傳輸、調制傳輸、2.4GHz擴展應用三類，其中又可細分出很多具體的標準/非標準技術，如基帶、MoCA、同軸Wi-Fi、CableRan、UcLink等。
EOC方案使用原有同軸資源解決最后一百米的接入問題，避免龐大的雙線入戶改造工程，在不影響原有下行廣播電視信號的情況下，提供數據上下行傳輸功能。
EPON＋最后一百米無源同軸寬帶接入是最適合廣電網絡的雙向改造模式，電信目前主推PON＋最后一公里雙絞線接入。
(2)最后一百米同軸寬帶接入技術
·基帶傳輸
同軸電纜帶內頻率是0～1000MHz，有線電視系統(tǒng)工作于5～860MHz，其中，5～65MHz用于上行通道。而在實際的應用中，5～20 MHz頻帶由于雜散信號干擾嚴重，無法被采用頻帶傳輸方式的CMTS/CM通信系統(tǒng)所使用。而以太網是基帶傳輸系統(tǒng)，以10Mbit/s（10BASE-T）速率傳輸時，以太網信號的功率譜主要集中在0.5～15 MHz范圍內。這就為在同軸電纜網絡中建立以太網提供了頻率資源的可能。事實上，當今的數據交換芯片和電子技術，完全可以低成本地在有線電視HFC網絡中通過同軸電纜實現100 m距離無中繼的10BASE-T通信。
·同軸Wi-Fi帶外傳輸
通過深入研究發(fā)現，在一定的應用環(huán)境和條件下，與其它傳輸媒介/方式相比，同軸電纜傳輸頻率高于1GHz信號的優(yōu)勢依然十分突出。當傳輸距離小于60m時，同軸電纜對2.4GHz信號的傳輸性能優(yōu)于無線傳輸可達50 dB以上。同軸電纜這一優(yōu)勢，可供有線電視網絡充分利用，實現基于同軸電纜的WLAN接入。
·MoCA
MoCA的全稱是MultimediaoverCoaxAlliance（同軸電纜多媒體聯盟），是同軸電纜的擁護者成立的聯盟，其目的是充分利用70%家庭的客廳以及83%家庭的主臥室內裝有同軸電纜。
MoCA的帶寬能夠同時滿足一個高清電視、一個ATSC數字電視、兩個標清電視和10Mbit/s的數據流，并且可以對視頻流進行遠程控制(如PVR等)。
·CableRan
CableRan是一種建立在單向有線電視網絡上的寬帶接入系統(tǒng)。CableRan接入設備的組成包括前置小局端MAS、智能端口I/O和網絡管理軟件。
前置小局端MAS是一種多方式接入IP網關設備，它可以把前端設備I/O再還原成IP信號，是IP和射頻轉換的介于同軸和IP接口部分的設備。每個前置MAS可以支持64個端口I/O，該前置MAS可以方便地放置在樓棟或光節(jié)點處。智能端口I/O設備是一種信號轉換設備，它可以把來自于前置MAS調制在同軸電纜上的IP信號，還原為以RJ45或USB接口形式的標準以太網信號。
只需要智能終端I/O來替換現有的普通機頂盒，另外在干線和樓棟之間加一個MAS小局端就可以了。
CableRan技術上行帶寬可達10Mbit/s，下行帶寬可達48Mbit/s。占用5~65MHz頻率部分，其中5~36MHz用于上行，40~65 MHz是下行頻段。下行采用16/64/256QAM調制，上行采用QPSK、16QAM調制。
·UCLink
UCLink系統(tǒng)在現有單向HFC網絡上采用疊加網的方式實現同軸寬帶接入。
UCLink采用QAM調制解調方式，并將傳輸信號放在HFC網的最高端（800～1000MHz），該頻段信道內常規(guī)干擾最低，800～1000MHz信號使用簡易高通濾波器即可繞過網內單向放大器。
UCLink將上行信號放在800～900MHz的頻率范圍，下行信號放在900～1000MHz的頻率范圍，是上、下行速率完全對稱的傳輸結構。
按64QAM計算，100MHz頻率范圍能傳輸的速率約為500Mbit/s。
UCLink綜合接入系統(tǒng)中的局端設備一般放置于光節(jié)點，主要完成用戶終端的接入，數據報文的轉發(fā)，接入用戶管理和帶寬控制（需要與BAS配合）；上行提供10/100Base-T以太網接口與以太網交換機或BAS（寬帶接入服務器）相接，下行提供同軸射頻接口經CATV同軸分配網與用戶終端相接；每一個局端設備根據帶寬要求可接入若干個UCLink用戶終端。
UCLink綜合接入系統(tǒng)中的用戶終端設備（UCM）的功能是實現以太網數據的調制解調和協(xié)議轉換處理。上行接口為射頻接口（上行信道頻率800~900MHz），經HFC網絡中的同軸分配網與UCM相連，下行提供10/100Base-T以太網接口與計算機或其它數據設備相連。
750~1000MHz為預留的雙向數字個人通信頻域。電纜在800~1000MHz范圍的衰減很大，傳輸距離短，所以要求UCLink接收設備有高靈敏度的信號接收能力，而高靈敏度接收設備又容易受外部人為信號干擾。
3、結束語
UCLink與CableRan技術在前兩年有小部分廣電用戶在使用，但效果不是很理想，沒有大范圍采用�；鶐鬏斉c同軸Wi-Fi技術已經進入商用階段，不少地方正進行試點工作，相信不久的將來會出現越來越多的EPON+EOC網絡。
無源以太網EPON利用PON的拓撲結構實現以太網的接入，具有高帶寬、易維護、低成本等優(yōu)點，可以通過單一平臺綜合接入語音、數據、視頻等多種業(yè)務。EPON技術和HFC網絡的結合，為廣電網絡迅速開拓寬帶接入業(yè)務提供了新的解決方案。
