光通信的GEPON技術(shù)

采用無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）的接入?yún)f(xié)議有以ATM為傳輸平臺(tái)的APON/BPON和以以太網(wǎng)技術(shù)為傳輸平臺(tái)的EPON/GEPON以及以通用幀結(jié)構(gòu)為傳輸平臺(tái)的GPON三種類型。EPON/GEPON是將以太網(wǎng)(Ethernet ，最具有發(fā)展?jié)摿Φ逆溌穼訁f(xié)議)與無源光網(wǎng)絡(luò)(PON，接入網(wǎng)的最佳物理層協(xié)議)結(jié)合在一起形成的能很好適應(yīng)IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的接入方式。

由于最早的EPON標(biāo)準(zhǔn)基于100M快速以太網(wǎng)傳送，市場(chǎng)上很多被稱為EPON的產(chǎn)品實(shí)際上都是基于百兆以太網(wǎng)PON技術(shù)，為區(qū)別于原有的技術(shù)和產(chǎn)品，一般基于千兆以太網(wǎng)的PON技術(shù)被稱為GEPON。由于百兆EPON已逐漸被千兆的GEPON取代，在此文中，我們只分析基于GEPON的技術(shù)和產(chǎn)品。

同以往的其它PON技術(shù)相比，GEPON技術(shù)同樣采用點(diǎn)到多點(diǎn)的用戶網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，利用光纖實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、語音和視頻的全業(yè)務(wù)接入的目的。但與以往基于ATM技術(shù)的APON/BPON相比，GEPON實(shí)現(xiàn)在用戶接入網(wǎng)中傳輸以太幀，非常適合IP業(yè)務(wù)的傳送。此外，由于目前IP網(wǎng)絡(luò)的普遍建設(shè)，基于以太網(wǎng)的技術(shù)的元器件結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，性能高且價(jià)格便宜，使得GEPON相比其它PON技術(shù)更容易大規(guī)模商用；而基于IP的各種業(yè)務(wù)的高速發(fā)展以及下一代網(wǎng)絡(luò)IP融合的趨勢(shì)使得GEPON可以適用的范圍更廣并且符合未來網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)，成為最重要的FTTH技術(shù)。

圖1 GEPON原理

GEPON的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。GEPON系統(tǒng)主要由中心局的光線路終端 (OLT) 、包含無源光器件的光分配網(wǎng)（ODN）、用戶端的光網(wǎng)絡(luò)單元/光網(wǎng)絡(luò)終端 (ONU) 以及網(wǎng)元管理系統(tǒng) (EMS) 組成，通常采用點(diǎn)到多點(diǎn)的樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在下行方向，IP數(shù)據(jù)、語音、視頻等多種業(yè)務(wù)由位于中心局的OLT，采用廣播方式，通過ODN中的1：N無源光分路器分配到PON上的所有ONU單元。在上行方向，來自各個(gè)ONU的多種業(yè)務(wù)信息互不干擾地通過ODN中的1：N無源光分路器耦合到同一根光纖，最終送到位于局端OLT接收端。

傳輸原理

GEPON與APON最大的區(qū)別是GEPON根據(jù)IEEE802.3協(xié)議，包長(zhǎng)可變至1518字節(jié)傳送數(shù)據(jù)，而APON根據(jù)ATM協(xié)議，按照固定長(zhǎng)度53個(gè)字節(jié)包來傳送數(shù)據(jù)，其中48個(gè)字節(jié)負(fù)荷，5個(gè)字節(jié)開銷。這種差別意味著APON運(yùn)載IP協(xié)議的數(shù)據(jù)效率低且困難。用APON傳送IP業(yè)務(wù)，數(shù)據(jù)包被分成每48個(gè)字節(jié)一組，然后在每一組前附加上5個(gè)字節(jié)開銷。這個(gè)過程耗時(shí)且復(fù)雜，也給OLT 和ONU增加了額外的成本。此外，每一48個(gè)字節(jié)段就要浪費(fèi)5個(gè)字節(jié)，造成沉重的開銷，即所謂的ATM包的稅頭。相反，以太網(wǎng)傳送IP流量，相對(duì)于ATM開銷急劇下降。

上行/下行流量管理

GEPON從OLT到多個(gè)ONU下行傳輸數(shù)據(jù)和從多個(gè)ONU到OLT上行數(shù)據(jù)傳輸是十分不同的。所采取的不同的上行/下行技術(shù)分別如圖2、3所示：

圖2 下行傳輸原理

圖3 上行傳輸原理

圖2中數(shù)據(jù)從OLT到多個(gè)ONU廣播式下行，根據(jù)IEEE802.3協(xié)議，每一個(gè)包的包頭表明是給ONU（ONU1、ONU2、ONU3......ONUN）中的唯一一個(gè)。另外，部分包可以是給所有的ONU（廣播式）或者特殊的一組ONU（組播），在光分路器處，流量分成獨(dú)立的三組信號(hào)，每一組載有所有指定ONU的信號(hào)。當(dāng)數(shù)據(jù)信號(hào)到達(dá)該ONU時(shí)，它接收給它的包，摒棄那些給其它ONU的包。舉例，圖2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。
　　
   圖3中所示，采用時(shí)分復(fù)用技術(shù)（TDM）分時(shí)隙給ONU管理上行流量，時(shí)隙是同步的，以便當(dāng)數(shù)據(jù)信號(hào)耦合到一根光纖時(shí)各個(gè)ONU的上行包不會(huì)互相干擾。ONU在ONU指定的時(shí)隙上行數(shù)據(jù)給OLT，采用時(shí)分復(fù)用避免數(shù)據(jù)傳輸沖突，即上行采用爭(zhēng)用方式，下行采用廣播方式。

拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

GEPON網(wǎng)絡(luò)采用點(diǎn)至多點(diǎn)的拓樸結(jié)構(gòu)，取代點(diǎn)到點(diǎn)結(jié)構(gòu)，大大節(jié)省了光纖的用量、管理成本。無源網(wǎng)絡(luò)設(shè)備代替了傳統(tǒng)的ATM/SONET寬帶接入系統(tǒng)中的中繼器、放大器和激光器，減少了中心局端所需的激光器數(shù)目，并且OLT由許多ONU用戶分擔(dān)。而且GEPON利用以太網(wǎng)技術(shù)，采用標(biāo)準(zhǔn)以太幀，無須任何轉(zhuǎn)換就可以承載目前的主流業(yè)務(wù)－IP業(yè)務(wù)。