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信息產(chǎn)業(yè)部電信研究院 劉冊
近年來，隨著互聯(lián)網(wǎng)中多媒體信息的日益豐富，網(wǎng)絡帶寬的需求量在成倍增長。接入網(wǎng)的帶寬瓶頸問題變得越來越突出，現(xiàn)有的xDSL技術已經(jīng)使以銅線資源為傳輸介質(zhì)的接入網(wǎng)帶寬發(fā)揮到了接近理論極致，仍難以滿足日益增長的需求；而光接入網(wǎng)的引入無疑是解決接入網(wǎng)帶寬瓶頸問題的有效方式。所謂光接入網(wǎng)（OAN）是指在本地交換機或端模塊與用戶之間采用光纖（或部分采用光纖）為傳輸介質(zhì)的通信系統(tǒng)。它從形式上可分為有源光網(wǎng)絡（AON）和無源光網(wǎng)絡（PON）。在AON中，主要采用SDH、PDH、Ethernet的有源設備為節(jié)點，設備往往要完成光-電信號轉(zhuǎn)換的再生過程，優(yōu)點是節(jié)點設備大多具有智能性，可以上/下或終結業(yè)務；缺點是網(wǎng)絡成本高，管理、維護成本高。PON是一種樹狀結構的全光網(wǎng)絡，采用點到多點拓撲結構和稀疏波分復用(CWDM)技術來解決雙向傳輸問題，具有節(jié)約光纖資源和便于運營、維護的特點，適合在接入網(wǎng)使用。因此，許多國家和ITU組織更注重推動無源光網(wǎng)絡在接入網(wǎng)的發(fā)展。
一、技術發(fā)展與標準化情況
目前，大量應用于寬帶光接入網(wǎng)的技術主要是以GPON、EPON為代表的無源光網(wǎng)絡技術。GPON是ITU組織推出并持續(xù)致力于研究的技術，在ITU-TG.984系列標準中規(guī)定了GPON的物理層、TC層和OAM相關功能。由于ITU在制定GPON標準的過程中考慮到對傳統(tǒng)TDM業(yè)務的承載問題，沿用了125ms固定幀結構，以保持8k定時基準；而為了支持ATM等業(yè)務，GPON定義了一種全新的封裝結構GEM(GPONencapsulationmethod)，可以把ATM和其它協(xié)議的數(shù)據(jù)混合封裝成幀。以上因素加大了GPON系統(tǒng)的技術復雜度，在一定程度上阻礙了其商用推廣。EPON是IEEE組織推出并持續(xù)致力研究的技術，它是基于吉比特以太網(wǎng)的無源光網(wǎng)絡技術，繼承了以太網(wǎng)的低成本和易用性以及光網(wǎng)絡的高帶寬，它是當前實現(xiàn)光接入網(wǎng)眾多技術中性價比相對較高的一種。2004年IEEE正式發(fā)布了EPON國際標準IEEE802.3ah，該標準規(guī)定了EPON的物理層、MPCP(多點控制協(xié)議)、OAM(運行管理維護)等相關內(nèi)容。目前，EPON的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟已經(jīng)吸引了眾多廠商的積極參與，從核心芯片、光模塊到系統(tǒng)，EPON的產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)日趨成熟。過去的一年中，我國技術人員也在積極制定適合我國發(fā)展需求的EPON系列的相關行業(yè)標準。目前，已經(jīng)發(fā)布的標準有：YD/T 1475-2006接入網(wǎng)技術要求——基于以太網(wǎng)方式的無源光網(wǎng)絡（EPON）（2006年6月發(fā)布）；YD/T 1531-2006接入網(wǎng)設備測試方法——基于以太網(wǎng)方式的無源光網(wǎng)絡（EPON）（2006年12月發(fā)布）。
二、EPON的體系結構
EPON由光線路終端（OLT）、光分配網(wǎng)絡（ODN）和光網(wǎng)絡單元（ONU）組成，采用樹形拓撲結構。使用上行1310nm和下行1490nm波長傳送數(shù)據(jù)和語音，CATV業(yè)務使用1550nm波長承載。OLT放置在中心局端，分配和控制信道的連接，并有實時監(jiān)控、管理及維護功能。ONU放置在用戶側，OLT與ONU之間通過無源的光分配網(wǎng)絡按照1:16/1:32/1:64等方式連接（系統(tǒng)參考配置如圖1所示）。
三、EPON系統(tǒng)的關鍵技術和測試方法
1.上行接入方式
(1)ONU突發(fā)工作方式分析
在EPON系統(tǒng)中，上行方向（ONU到OLT），ONU發(fā)送的信號只會到達OLT，而不會到達其他ONU，且各ONU共享上行信道。為了避免數(shù)據(jù)沖突并提高網(wǎng)絡利用效率，上行方向采用TDMA多址接入方式并對各ONU的數(shù)據(jù)發(fā)送進行仲裁，考慮到以太網(wǎng)業(yè)務的突發(fā)性，如果給每個ONU分配固定的時隙或隨機競爭占用時隙，將會使帶寬利用率大幅度下降。目前，普遍應用的算法是一種簡單可行的基于輪詢帶寬分配算法——即先由OLT對已注冊的ONU進行輪詢，發(fā)信ONU通過上行信道向OLT提出帶寬申請，再由OLT進行調(diào)度，決定ONU發(fā)送數(shù)據(jù)幀，并將調(diào)度信息通過下行信道發(fā)送給ONU，這樣就可以從邏輯上解決共享信道帶寬分配的問題。故此，在大部分時間里，ONT是不發(fā)光的（在大約100ms時間內(nèi)，ONT只有約2μs時間是放光的）。另外，ONU只有探測到來自OLT的光信號才能激活，正常工作，所以使用常規(guī)的測試方法和普通功率計將無法測量ONU的上行突發(fā)光功率。
(2)測試方法
為保證測試的準確性和可靠性，首先要保證ONU與OLT之間的光鏈路是連通的，即測量儀表應具有“通過（或透傳）”模式；其次要考慮到ONU發(fā)送信號的突發(fā)性，測量儀表應具有脈沖記錄功能，測試配置如圖2。
如果測試儀表不具備“通過（或透傳）”模式和脈沖觸發(fā)記錄功能，需考慮采用分光測試和時域分析法計算出ONU的突發(fā)光功率，測試配置如圖3。從光功率計讀出平均發(fā)射功率P1，斷開光功率計連接上示波器，測量ONU總的發(fā)送周期T1和實際發(fā)送信號的時長T2，則P=P1+10log2N+P2，其中N=T1/T2，P2為加入的1:2光分路器的插入損耗（dB）。
值得我們注意的是：在測試ONU的其它光接口參數(shù)（如過載光功率、接收靈敏度、光信號眼圖和光譜特性等指標）時，也應考慮到其信號突發(fā)的工作特性，采用相應的測試方法，在這里就不贅述了。
2.測距技術
(1)測距原理
由于ONU與OLT之間光鏈路長度各不相同，使得信號時延也各不相同，可能會造成ONU的上行數(shù)據(jù)幀發(fā)生碰撞，因此必須采用測距技術加以補償，保證各ONU到OLT的邏輯距離是相同的。這個邏輯距離時間就是均衡環(huán)路時延，它是一個常數(shù)。
測距的程序相應分為兩步：第一步，靜態(tài)粗測——在ONU的注冊階段，進行靜態(tài)粗測補償由物理距離差異造成的時延；第二步，動態(tài)精測——在有業(yè)務運行的情況下實時進行動態(tài)精測，以校正由于環(huán)境溫度變化和器件老化等因素引起的時延漂移。
EPON系統(tǒng)測距方式采用GATE/REPORT機制，即ONU到OLT的同步是通過GATE/REPORT控制幀中的時間標記（timestamp）來實現(xiàn)的。在OLT中有一個計時器，OLT根據(jù)這個計時器來設置各個ONU的計時器。首先要測出往返時間（RTT），然后由OLT在絕對時間T0發(fā)送一個GATE，其中包括一個時間標記T0；當ONU在T1時間收到GATE幀，將本地的計時器重新設置為T0；然后在T2時刻發(fā)送REPORT幀；最后在T3時刻OLT收到該REPORT幀；這樣，RTT=T3-T2，如圖4所示。
(2)測試方法
基于以上原因，EPON系統(tǒng)的測距性能測試變得尤為重要，在制定測試方案時應考慮測試項目、測試參數(shù)的充要性，僅僅做功能性驗證是遠遠不夠的，這里給出YD/T1531-2006標準中描述的測試方法。
a.測距范圍
定義：EPON系統(tǒng)應保證OLT對ONU進行測距能覆蓋標稱的最小距離和最大距離，最小距離0km，最大10km/20km。
測試方法：配置系統(tǒng)在最大分路比下工作，ONU1～ONUn-1與OLT距離為0km（通過分路器直連），ONUn與OLT距離為10km/20km；確保所有ONU正常工作后，在OLT側對各ONU分別測距；如果所有ONU都能正常測距，用誤碼測試儀或網(wǎng)絡分析儀監(jiān)視所有ONU是否能正常工作（對于TDM業(yè)務，要求無誤碼；對于IP業(yè)務，要求在吞吐量的90%時，無丟包），測試配置見圖5。
b.測距精度
定義：測距所能達到的最小時間范圍，測距精度為±16ns。
測試方法：例如對圖5中ONU3進行測距，記錄測距值為b1；在ONU3加入3m的光跳線（根據(jù)EPON測距精度為16ns，可以推算出光跳線的長應為1.6～3.2m之間，測試時可取3m的光跳線）；重新對ONU3進行測距，記錄測距值為b2；去掉光跳線，再對ONU3進行測距，記錄測距值為b3；計算測距值的變化|b2-b1|和|b2-b3|應小于等于16ns。值得注意的是在測試過程中應考慮EPON測距機制的特點，可能產(chǎn)生64ns左右的偏差，應采取適當措施加以控制。
c.動態(tài)測距
定義：在業(yè)務正常運行的情況下實時地進行動態(tài)精測，以校正由于環(huán)境溫度變化和器件老化等因素引起的時延漂移。
測試方法：在標準中沒有給出明確的測試方法�？煽紤]將被測試EPON系統(tǒng)置于環(huán)境箱內(nèi)，配置系統(tǒng)在最大分路比下工作，且在OLT與各ONU間分別接入不同長度光跳線（覆蓋0～10km/20km范圍）；如果系統(tǒng)在完成靜態(tài)測距后進入正常工作狀態(tài)，啟動環(huán)境測試（溫度變化范圍應覆蓋系統(tǒng)標稱的工作溫濕度范圍）；觀察測距數(shù)據(jù)變化，同時用誤碼測試儀或網(wǎng)絡分析儀監(jiān)視所有ONU是否能正常工作（對于TDM業(yè)務，要求無誤碼；對于IP業(yè)務，要求在吞吐量的90%時，無丟包），建議測試時間不小于24h。
四、結束語
用戶對網(wǎng)絡帶寬需求量的增長，促使光接入網(wǎng)技術飛速發(fā)展，EPON以其自身的技術優(yōu)勢在接入網(wǎng)已經(jīng)逐步走向商用。產(chǎn)品的質(zhì)量是推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關鍵因素之一,科學、嚴謹?shù)臏y試方法，完善、精準的測試體系可以實現(xiàn)對產(chǎn)品質(zhì)量的客觀分析和評估。以上闡述的僅僅是EPON系統(tǒng)中部分關鍵技術的測試方法，完整的測試還應包括接口電氣特性測試、協(xié)議測試、性能測試、網(wǎng)絡與信息安全測試、電氣安全測試、環(huán)境適應性測試等諸多方面。
