無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)EPON技術(shù)淺談[圖]

引言

隨著ADSL、LAN、WLAN等寬帶接入業(yè)務(wù)的大力發(fā)展，寬帶業(yè)務(wù)已經(jīng)零距離地深入到國(guó)計(jì)民生的各個(gè)角落。政府機(jī)關(guān)、企業(yè)機(jī)構(gòu)、商業(yè)用戶和越來(lái)越多的普通居民都已認(rèn)可并廣泛使用寬帶業(yè)務(wù)。普通的高速上網(wǎng)、專網(wǎng)互聯(lián)和互聯(lián)網(wǎng)游戲業(yè)務(wù)是目前上網(wǎng)業(yè)務(wù)的主流。隨著用戶忠誠(chéng)度的提高，開(kāi)拓客戶資源不再是寬帶應(yīng)用的唯一迫切要?jiǎng)?wù)，提供更多的寬帶增值業(yè)務(wù)來(lái)提升ARUP值，是運(yùn)營(yíng)商目前最迫切的課題。

目前，大規(guī)模部署的ADSL寬帶業(yè)務(wù)，由于其距離限制和帶寬較低，已經(jīng)很難滿足高端用戶的帶寬需求和業(yè)務(wù)需求。視頻業(yè)務(wù)，尤其是IPTV，已成為可以看到的寬帶熱點(diǎn)。上海電信在2008年發(fā)展幾十萬(wàn)IPTV用戶，而全國(guó)的有線電視用戶超過(guò)1億。經(jīng)過(guò)幾年的探索和發(fā)展證實(shí)完全可行的IPTV業(yè)務(wù)，是擺在電信運(yùn)營(yíng)商面前的一個(gè)擁有巨大機(jī)遇的市場(chǎng)。

EPON解決方案的推動(dòng)有其迫切的業(yè)務(wù)需求：EPON FTTX解決方案不僅可以解決目前寬帶業(yè)務(wù)發(fā)展中的帶寬和距離問(wèn)題，還可以借此推動(dòng)IPTV、互動(dòng)游戲、視頻會(huì)議等增值業(yè)務(wù)的發(fā)展，加上VoIP的興起，各種業(yè)務(wù)種類進(jìn)一步融合，Triple Play的實(shí)現(xiàn)將真正成為可預(yù)期的現(xiàn)實(shí)。EPON系統(tǒng)將成為三網(wǎng)合一的接入平臺(tái)，各種增值業(yè)務(wù)將會(huì)大大推動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)ARUP值的提高，增加電信運(yùn)營(yíng)商的業(yè)務(wù)收入。

一、EPON概述

無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（PON）技術(shù)是為了支持點(diǎn)到多點(diǎn)應(yīng)用發(fā)展起來(lái)的光接入技術(shù)，PON由光線路終端（OLT）、光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）和光分配網(wǎng)絡(luò)（ODN）組成。其本質(zhì)特征為ODN全部由無(wú)源器件組成，無(wú)源的特性使得網(wǎng)絡(luò)布放更加靈活，無(wú)需機(jī)房和電源等；共享光纖的特性能夠節(jié)省大量的光纖資源，使得接入網(wǎng)線路成本更低；而純光介質(zhì)的結(jié)構(gòu)，透明的光纖寬帶網(wǎng)絡(luò)，使得對(duì)未來(lái)業(yè)務(wù)擴(kuò)展保持了技術(shù)的安全性。

PON技術(shù)自誕生以來(lái)，根據(jù)數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的不同，分為APON（基于ATM）、BPON（基于ATM）、GPON（基于ATM和GEM）、EPON（基于以太網(wǎng)），幾種PON技術(shù)的比較如表1所示。

表1　幾種PON技術(shù)的比較

1998年，ITU－T制定了APON的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。APON以ATM技術(shù)為基礎(chǔ)，其承載的是53字節(jié)固定長(zhǎng)度的ATM信元，因而能更快、更有效地實(shí)現(xiàn)同步。但因?yàn)锳PON中的信元長(zhǎng)度固定，因此在承載IP數(shù)據(jù)流時(shí)，必須首先將數(shù)據(jù)包分割成48字節(jié)，然后加上5字節(jié)的信元頭。這種處理過(guò)程既費(fèi)時(shí)、復(fù)雜又浪費(fèi)帶寬，同時(shí)還增加了額外的成本，加之協(xié)議轉(zhuǎn)換麻煩、技術(shù)復(fù)雜、設(shè)備昂貴、多廠家互操作性差等，在IP業(yè)務(wù)量越來(lái)越大的今天，這已成為APON的致命傷，所以APON系統(tǒng)并未如預(yù)期的那樣發(fā)展起來(lái)。

當(dāng)前技術(shù)上較先進(jìn)的PON技術(shù)有EPON與GPON。

GPON是ITU提出的千兆比特級(jí)的無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)，ITU在2003年正式通過(guò)并頒布了GPON標(biāo)準(zhǔn)系列中的三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：G.984.1、G.984.2和G.984.3。由于GPON標(biāo)準(zhǔn)是ITU在APON標(biāo)準(zhǔn)之后推出的，因此G.984標(biāo)準(zhǔn)系列沿用了G.983標(biāo)準(zhǔn)的很多思想。

2000年11月，IEEE成立了802.3EFM（EFM——Eth-ernet in the First Mile，第一英里以太網(wǎng)即以太網(wǎng)接入網(wǎng)）工作組，開(kāi)始了EPON的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化工作，2004年6月IEEE已經(jīng)正式批準(zhǔn)802.3ah為EPON 千兆以太網(wǎng)無(wú)源光網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。EPON將以太網(wǎng)技術(shù)與PON技術(shù)結(jié)合，具有以太網(wǎng)的諸多優(yōu)勢(shì)，如技術(shù)簡(jiǎn)單、成熟、良好的兼容性及可對(duì)IP業(yè)務(wù)進(jìn)行有效承載等。

關(guān)于EPON和GPON除了有表1的一些區(qū)別外，還有下面五個(gè)不同點(diǎn)：

●IEEE的EPON標(biāo)準(zhǔn)化工作比ITU-T的GPON標(biāo)準(zhǔn)化工作開(kāi)展得早，并且IEEE關(guān)于Ethernet的802.3標(biāo)準(zhǔn)系列已經(jīng)成為業(yè)界最重要的標(biāo)準(zhǔn)之一；

●EPON標(biāo)準(zhǔn)制定的更寬松，制造商在開(kāi)發(fā)自己的產(chǎn)品時(shí)有更大的靈活性；

●GPON有更好的TDM業(yè)務(wù)支持能力；

●GPON技術(shù)較復(fù)雜，而EPON保持以太網(wǎng)特性，它的實(shí)現(xiàn)較簡(jiǎn)單；

●從產(chǎn)業(yè)鏈的角度看，EPON系統(tǒng)最核心部分：PON光發(fā)送/接收模塊已經(jīng)成熟，核心MAC控制芯片已經(jīng)規(guī)模生產(chǎn)；而GPON系統(tǒng)的相應(yīng)核心模塊還在逐步成熟中，目前推出的GPON產(chǎn)品正處于試用階段，還難于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商用，成本比較高。

隨著用戶對(duì)帶寬需求的不斷提高，業(yè)務(wù)種類的融合，同時(shí)又需要降低整體的建設(shè)運(yùn)維成本，EPON技術(shù)的成熟商用很好的解決了上述問(wèn)題，可以針對(duì)城市中的中高檔住宅小區(qū)、別墅、商務(wù)樓、酒店、網(wǎng)吧等商業(yè)客戶提供成熟的點(diǎn)到多點(diǎn)的FTTX 解決方案，構(gòu)建三網(wǎng)合一的接入平臺(tái)。

現(xiàn)在業(yè)界商用量最大、使用最成熟的是EPON系統(tǒng)。中國(guó)網(wǎng)通、中國(guó)電信兩大運(yùn)營(yíng)商正在展開(kāi)較大規(guī)模的商用。

二、EPON的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

從某種意義上說(shuō)，EPON是一種基于光纖傳送網(wǎng)的長(zhǎng)距離的以太網(wǎng)接入技術(shù)。EPON采用點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)架構(gòu)，一根光纖承載上下行數(shù)據(jù)信號(hào)，經(jīng)過(guò)1：N分光器將光信號(hào)等分成N路，以光分支覆蓋多個(gè)接入點(diǎn)或接入用戶。

EPON在傳統(tǒng)上還有GEPON的叫法，這里并不是表述錯(cuò)誤。業(yè)界早期的EPON設(shè)備是基于FE總線的，在基于GE總線的EPON設(shè)備推出后，為了區(qū)分稱之為GEPON，目前業(yè)界的EPON設(shè)備基本上都是基于GE總線。目前基本上統(tǒng)稱EPON。

一套典型的EPON 系統(tǒng)由OLT、ONU、ODN組成。EPON的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　EPON的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

OLT放在中心機(jī)房，它可以看作是一個(gè)L2交換機(jī)或者L3路由交換機(jī)。在下行方向，OLT提供面向無(wú)源光纖網(wǎng)絡(luò)（ODN）的光纖接口；在上行方向，OLT將提供了GE光/電接口，將來(lái)10Gbit/s的以太網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)定型后，OLT也會(huì)支持類似的高速接口。為了提供多業(yè)務(wù)接入，OLT還可支持E1以及OC3等接口，來(lái)實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)話音的接入或電路中繼業(yè)務(wù)。

在EPON的網(wǎng)管方面，OLT是主要的控制中心，內(nèi)置OAMP Agent，可以管理其下的ONU終端設(shè)備，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理的五大功能。EPON網(wǎng)管可以通過(guò)在OLT上通過(guò)定義用戶帶寬參數(shù)來(lái)控制用戶業(yè)務(wù)質(zhì)量，通過(guò)編寫(xiě)訪問(wèn)控制列表來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全控制，通過(guò)讀取MIB庫(kù)獲取系統(tǒng)狀態(tài)以及用戶狀態(tài)信息等，還能提供有效的用戶隔離。

ODN是光分發(fā)網(wǎng)，由無(wú)源光纖分支器和光纖構(gòu)成。無(wú)源光纖分支器是連接OLT和ONU的無(wú)源設(shè)備，它的功能是分發(fā)下行數(shù)據(jù)和集中上行數(shù)據(jù)。無(wú)源分光器的部署相當(dāng)靈活，由于是無(wú)源器件，幾乎可以適應(yīng)于所有環(huán)境。一般無(wú)源光纖分支器的分光比有1：2、1：4、1：8、1：16、1：32、1：64等。一般建議采用一級(jí)分光，最多不能超過(guò)二級(jí)分光。

ONU是放在用戶駐地側(cè)的終端設(shè)備，EPON中的ONU采用以太網(wǎng)協(xié)議，實(shí)現(xiàn)了成本低廉的以太網(wǎng)第二層交換功能。由于使用以太網(wǎng)協(xié)議，在通信的過(guò)程中就不再需要協(xié)議轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)ONU對(duì)用戶數(shù)據(jù)的透明傳送。OLT到ONU之間采用加密協(xié)議保證用戶數(shù)據(jù)的安全性�；�于EPON的FTTH 的優(yōu)勢(shì)在于其強(qiáng)大的覆蓋能力，最遠(yuǎn)覆蓋可達(dá)20公里（1:32的分路比），從端局出發(fā)，經(jīng)過(guò)ODN連接各光接入點(diǎn)。傳統(tǒng)的光接入網(wǎng)，光纖的延伸范圍一般到網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)截止，要實(shí)現(xiàn)光纖入戶，就需要在接入點(diǎn)配置大量的光口接入層交換機(jī)，成本昂貴。隨著無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的出現(xiàn)、成熟，尤其是現(xiàn)在的EPON技術(shù)，可以提供光纖直接到用戶末梢的經(jīng)濟(jì)可行方案，F(xiàn)TTH成為高效的接入方式。在基于EPON的FTTX解決方案中，如何解決光纜到大樓、小區(qū)的引入，規(guī)劃OLT、ODN、室內(nèi)用戶終端（OUN）的光纖連接成為關(guān)鍵所在。

三、EPON的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)

1、EPON的上下行技術(shù)

EPON在OLT和ONU間采用單根光纖提供對(duì)稱1.25Gbps帶寬，受物理接口限制，實(shí)際提供1Gbps帶寬，可傳輸數(shù)據(jù)、語(yǔ)音和視頻業(yè)務(wù)。EPON 在單芯光纖上采用波分復(fù)用（WDM）技術(shù)，上下行數(shù)據(jù)流分別在不同的頻段傳輸。其中，

·下行 1490nm ；

·上行 1310nm ；

·1550nm 可選用于CATV。

下行的數(shù)據(jù)流采用廣播方式，OLT將802.3格式的以太網(wǎng)幀數(shù)據(jù)流通過(guò)單播復(fù)制的方式推送到所有的ONU處；ONU通過(guò)判斷以太網(wǎng)幀幀頭里的由OLT分配的LLID（Logical Link Id）來(lái)判斷是否接收，接收屬于自己的數(shù)據(jù)幀，將不屬于自己的數(shù)據(jù)幀丟棄。如圖2所示。

圖2　EPON下行數(shù)據(jù)流