epon寬帶接入技術(shù)探討

1、<p>　　EPON寬帶接入技術(shù)探討</p><p>　　摘要：EPON是一種結(jié)合了Ethernet和PON的寬帶接入技術(shù)，簡(jiǎn)單易用，安裝方便，運(yùn)用廣泛，但是一直也存在一些問題，特別是在大規(guī)模使用時(shí)這些問題更加明顯。在最耗費(fèi)資金和精力，也是最具有競(jìng)爭(zhēng)價(jià)值的用戶接入網(wǎng)部分需要進(jìn)行優(yōu)化，EPON寬帶綜合接入技術(shù)或許是某種解決之道。EPON的點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)以及帶寬共享方式解決了接入光纖不合理占用和帶寬利用率不均的問

2、題。 </p><p>　　關(guān)鍵詞： EPON寬帶接入技術(shù) </p><p>　　中圖分類號(hào)：TM935.31文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A </p><p><b>　　0 引言 </b></p><p>　　無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）的概念由來已久，它具有節(jié)省光纖資源、對(duì)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議透明的的特點(diǎn)，在光接入網(wǎng)中扮演著越來越重要的角色。同時(shí)，以

3、太網(wǎng)（Ethernet）技術(shù)經(jīng)過二十年的發(fā)展，以其簡(jiǎn)便實(shí)用，價(jià)格低廉的特性，幾乎已經(jīng)完全統(tǒng)治了局域網(wǎng)，并在事實(shí)上被證明是承載IP數(shù)據(jù)包的最佳載體。隨著IP業(yè)務(wù)在城域網(wǎng)和干線傳輸中所占的比例不斷攀升，以太網(wǎng)也在通過傳輸速率、可管理性等方面的改進(jìn)，逐漸向接入網(wǎng)、城域網(wǎng)甚至骨干網(wǎng)上滲透。而以太網(wǎng)與PON的結(jié)合，便產(chǎn)生了以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)（EPON）。它同時(shí)具備了以太網(wǎng)和PON的優(yōu)點(diǎn)，正成為光接入網(wǎng)領(lǐng)域中的熱門技術(shù)。 </p>&l

4、t;p><b>　　1 EPON簡(jiǎn)介 </b></p><p>　　EPON（Ethernet Passive Optical Network）是PON技術(shù)中最新的一種，由IEEE802.3 EFM（Ethernet for the First Mile）提出。EPON是一種采用點(diǎn)到多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、無源光纖傳輸方式、基于高速以太網(wǎng)平臺(tái)和TDM時(shí)分MAC（Media Access Cont

5、rol）媒體訪問控制方式、提供多種綜合業(yè)務(wù)的寬帶接入技術(shù)。 </p><p>　　EPON在標(biāo)準(zhǔn)方面處于正在完善階段。IEEE 802.3ah工作小組從2000年11月就開始進(jìn)行EPON的標(biāo)準(zhǔn)化工作。大約有70個(gè)公司加入了這個(gè)工作小組，包括Cisco、Nortel、Worldcom、SBC、Verizon、Salira、 Broadcom、Agere、Intel、BroadLight、Alcatel等。 <

6、/p><p>　　EPON是一種結(jié)合了Ethernet和PON的寬帶接入技術(shù)。眾所周知，Ethernet簡(jiǎn)單易用，安裝方便，運(yùn)用廣泛，但是一直也存在一些問題，特別是在大規(guī)模使用時(shí)這些問題更加明顯。因此通信業(yè)界推出了一系列的解決方案，包括EPON、RPR（Resilient Packet Ring）、MSTP（Multi Service Transport Protocol）等。 </p><p&g

7、t;　　2 EPON的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) </p><p>　　從某種意義上說，EPON是一種寬帶綜合接入技術(shù)。EPON的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：一套典型的EPON 系統(tǒng)由OLT,ONU,POS組成。 </p><p>　　2.1 OLT（Optical Line Terminal </p><p>　　OLT（Optical Line Terminal）放在中心機(jī)房（CO，Central

8、 Office），它可以是一個(gè)L2交換機(jī)或者L3路由器。在下行方向，它提供面向無源光纖網(wǎng)絡(luò)的光纖接口；在上行方向，OLT將提供了GE（Gigabit Ethernet）。將來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，為了支持其他流行的協(xié)議，OLT還支持ATM, FR以及OC3/12/48/192等速率的SDH/SONET的接口標(biāo)準(zhǔn)。OLT通過支持E1接口來實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的TDM話音的接入。 </p>

9、<p>　　在EPON的統(tǒng)一網(wǎng)管方面，OLT是主要的控制中心，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理的五大功能。如通過在OLT上通過定義用戶帶寬參數(shù)來控制用戶業(yè)務(wù)質(zhì)量、通過編寫訪問控制列表來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全控制、通過讀取MIB庫獲取系統(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。 </p><p>　　2.2 ONU（Optical Network Unit） </p><p>　　ONU（Optical

10、 Network Unit）放在用戶駐地側(cè)CPE（Custom Premier Equipment），EPON中的ONU主要采用以太網(wǎng)協(xié)議。在中帶寬和高帶寬的ONU中實(shí)現(xiàn)了成本低廉的以太網(wǎng)第二層交換甚至是第三層路由功能。這種類型的ONU可以通過堆疊來為多個(gè)最終用戶提供很高的共享帶寬。由于使用以太網(wǎng)協(xié)議，在通信的過程中，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。從OLT到ONU之間可以實(shí)現(xiàn)高速的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。 </p>

11、<p>　　2.3 POS（Passive Optical Splitter） </p><p>　　POS（Passive Optical Splitter）是無源光纖分支器，是一個(gè)連接OLT和ONU的無源設(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)。無源分光器的部署相當(dāng)靈活。由于是無源操作，幾乎可以適應(yīng)于所有環(huán)境。一般一個(gè)POS的分線率為8，16，并可以進(jìn)行多級(jí)連接。 </p><

12、;p>　　3 EPON的原理 </p><p>　　EPON技術(shù)是一種寬帶綜合接入技術(shù)。它延用了以太網(wǎng)和TDM的一些特性。 </p><p>　　3.1 從網(wǎng)絡(luò)分層協(xié)議上來看 </p><p>　　EPON屬于L2的協(xié)議。 </p><p>　　3.2 從物理層上看 </p><p>　　EPON從電氣特性、機(jī)械

13、特性、規(guī)程特性、功能特性等四大功能基本上采納了Ethernet的標(biāo)準(zhǔn)，確切的說，應(yīng)該是GE的標(biāo)準(zhǔn)。由于EPON屬于寬帶接入技術(shù)，如果還是采用Ethernet或者FE（Fast Ethernet）來作為物理層標(biāo)準(zhǔn)，那么帶寬將成為EPON的瓶頸，即便是采用8FE端口捆綁技術(shù)達(dá)到800Mbit/s的帶寬。因此在物理層EPON基本上沿用了GE的標(biāo)準(zhǔn)，包含PHY（Physical Layer Protocol）和PMD（Physical Medi

14、um Dependence Protocol）兩大子層功能。這里需要指出的是GE的PMD標(biāo)準(zhǔn)中總共有LH（Long Haul）、LX（Long Distance）和SX（Short Distance）共三種。由于SX的驅(qū)動(dòng)距離比較短，因此在EPON里主要是采用了LH和LX的PMD標(biāo)準(zhǔn)。 </p><p>　　3.3 從數(shù)據(jù)鏈路層看 </p><p>　　該層分為LLC（Link Layer

15、 Control Protocol）和MAC兩大部分。LLC主要體現(xiàn)為802.2 ，后者在802的標(biāo)準(zhǔn)中有802.3（CSMA/CD）、802.4（Token Bus）、802.5（Token Ring）等。 </p><p>　　EPON在數(shù)據(jù)鏈路層上，采用了基于TDM思想的全新控制協(xié)議。 </p><p>　　通過對(duì)時(shí)間進(jìn)行分片，然后將不同的時(shí)間片指定給不同的ONU設(shè)備來使用，從而避免

16、數(shù)據(jù)傳輸過程中棘手的沖突問題以及復(fù)雜的沖突檢測(cè)問題。 </p><p>　　EPON在MAC層中實(shí)現(xiàn)802.1P來提供與APON類似的QoS。EPON就是通過這些簡(jiǎn)單成熟的協(xié)議來提供聲音、視頻和數(shù)據(jù)服務(wù)，控制和優(yōu)化各ONU與OLT之間突發(fā)性數(shù)據(jù)通信和實(shí)時(shí)的話音通信。 </p><p>　　從上面的描述可以看出，EPON具備一系列優(yōu)越的特性，比如有效的帶寬控制、優(yōu)先權(quán)處理、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)組網(wǎng)。 &

17、lt;/p><p>　　4 EPON的特點(diǎn) </p><p>　　4.1 EPON采用了基于TDM時(shí)間片原理的分片分級(jí)分配的方式. </p><p>　　可以非常靈活地將不同的網(wǎng)絡(luò)帶寬賦予不同的ONU設(shè)備，達(dá)到有效控制用戶帶寬的效果。在帶寬的顆粒度上可以達(dá)到64kbit/s這樣的地步，從而實(shí)現(xiàn)精細(xì)的帶寬控制，而這種帶寬控制功能是Ethernet所不具備的。目前在帶寬控制

18、功能上一般需要在路由器或者寬帶接入服務(wù)器上才可以實(shí)現(xiàn)，而EPON帶寬控制功能將為網(wǎng)絡(luò)管理、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、用戶配置等帶來有效的管理。 </p><p>　　4.2 EPON采用了802.1P的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行優(yōu)先權(quán)控制 </p><p>　　802.1P規(guī)定了一個(gè)3bits的字段，統(tǒng)一在802.1Q的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行描述。在802.1Q的標(biāo)準(zhǔn)中，規(guī)定了一個(gè)4個(gè)字節(jié)的標(biāo)簽，包含了2個(gè)字節(jié)的標(biāo)簽協(xié)議標(biāo)識(shí)（TPID-

19、-Tag Protocol Identifier，它的值是8100），和兩個(gè)字節(jié)的標(biāo)簽控制信息（TCI-Tag Control Information），TPID是IEEE定義的新的類型，表明這是一個(gè)加了802.1Q標(biāo)簽的報(bào)文。TCI中規(guī)定了三個(gè)字段，為3bits的Priority、1bit的CFI（Canonical Format Indicator）和12bits的VLAN Identified( VLAN ID )。其中3bits

20、的Priority字段可以設(shè)置8個(gè)優(yōu)先級(jí)別。 </p><p>　　4.3 EPON-OLT可以通過網(wǎng)管對(duì)不同的數(shù)據(jù)流打上不同的優(yōu)先權(quán)級(jí)別標(biāo)簽 </p><p>　　當(dāng)OLT或者ONU出現(xiàn)數(shù)據(jù)擁塞時(shí)，可以讓優(yōu)先權(quán)級(jí)別高的數(shù)據(jù)流先通過，從而保證級(jí)別高的數(shù)據(jù)優(yōu)先傳送。 </p><p>　　這種帶寬控制和優(yōu)先權(quán)控制的有效范圍在于EPON設(shè)備內(nèi)部，即從ONU到OLT之間、

21、ONU之間可以實(shí)現(xiàn)端到端的帶寬控制和優(yōu)先權(quán)控制。如果超出EPON的工作范圍，需要借助其他的控制手段才能實(shí)現(xiàn)，比如帶寬控制需要通過QoS轉(zhuǎn)換，而優(yōu)先權(quán)控制需要通過標(biāo)簽轉(zhuǎn)換來分別完成。 </p><p>　　4.4 EOPN引入了無源分光器POS </p><p>　　通過在OLT和ONU之間引入了無源分光器POS，從而實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信方式，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)端口可以支持多個(gè)ONU、最小化占用OL

22、T端口資源、節(jié)省了中間段的光電/電光轉(zhuǎn)換、上行帶寬共享、節(jié)省工程投資等，可以解決傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中點(diǎn)對(duì)點(diǎn)組網(wǎng)方式帶來的種種問題。 </p><p>　　POS采用了光波分路和光波耦合原理，實(shí)現(xiàn)了下行廣播分發(fā)和上行時(shí)分匯聚的無源操作。對(duì)于從OLT到達(dá)ONU的下行數(shù)據(jù)，POS通過實(shí)現(xiàn)下行光波分光從而實(shí)現(xiàn)下行數(shù)據(jù)拷貝和廣播分發(fā)；對(duì)于從ONU到達(dá)OLT的上行數(shù)據(jù)，無源分光器只是通過將上行的各路光波耦合在一起，從而實(shí)現(xiàn)將上行

23、的各路數(shù)據(jù)簡(jiǎn)單匯聚。由于各個(gè)ONU使用的時(shí)隙各不相同，因此不會(huì)出現(xiàn)由于上行數(shù)據(jù)沖突導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳送出錯(cuò)。 </p><p>　　由于無源分光器是一種無源的光學(xué)設(shè)備，在驅(qū)動(dòng)距離上主要是由OLT和ONU來決定，同時(shí)無源分光器在進(jìn)行光波分路和光波耦合時(shí)，都會(huì)造成或多或少的光學(xué)損耗。目前OLT和ONU之間的最大距離為20公里。當(dāng)然，如果采用有源的光路放大器，OLT和ONU之間的傳輸距離可以更長。 </p>&l

24、t;p>　　從EPON的總體來看，這是一種優(yōu)秀的寬帶技術(shù)，集中當(dāng)前眾多網(wǎng)絡(luò)技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)克服了Ethernet的固有缺點(diǎn)，提供了強(qiáng)大的網(wǎng)管功能，是一種準(zhǔn)電信級(jí)別的技術(shù)。唯一美中不足的是標(biāo)準(zhǔn)尚未定型。 </p><p>　　5 EPON的部署 </p><p>　　從目前的網(wǎng)絡(luò)情況來看，網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)基本上是分立的、縱向的，即每一種業(yè)務(wù)都有一整套網(wǎng)絡(luò)來支撐。比如電話網(wǎng)，由于業(yè)務(wù)安全要求性很

25、高，而且交換機(jī)之間的連接端口單元一般是基于E1，因此交換機(jī)之間一般采用SDH網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸；對(duì)于數(shù)據(jù)網(wǎng)，無論是DDN、FR、ATM、城域網(wǎng)等，在每一種數(shù)據(jù)交換節(jié)點(diǎn)之間一般都有一套電路進(jìn)行傳送，或者采用SDH，或者采用裸光纖，或者采用銅纜等。從網(wǎng)絡(luò)的管理、業(yè)務(wù)的綜合、設(shè)備維護(hù)、網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容等方面來看，這種分立縱向的網(wǎng)絡(luò)是需要進(jìn)行優(yōu)化的。 </p><p>　　比如在A/B兩地，A為CO（Central Office），B

26、為CPE（Custom Premier Equipment），假設(shè)在B地的同一個(gè)機(jī)房內(nèi)放置ATM節(jié)點(diǎn)、DDN節(jié)點(diǎn)、FR節(jié)點(diǎn)以及城域網(wǎng)節(jié)點(diǎn)設(shè)備，那么A/B兩地之間需要架設(shè)4對(duì)相同局向的單模光纖，1對(duì)為ATM節(jié)點(diǎn)所用，1對(duì)為DDN節(jié)點(diǎn)所用，1對(duì)為FR節(jié)點(diǎn)所用，1對(duì)為城域網(wǎng)節(jié)點(diǎn)所用，再考慮1:2冗余備份，需要增加2對(duì)光纖，那么這一個(gè)B地就需要占用6對(duì)單模光纖。 </p><p>　　在這種情況下，AB兩地?cái)U(kuò)容的條件是（

27、ATM流量 > ATM端口速率）或（DDN流量>DDN端口速率）或（FR流量>FR端口速率）或（城域網(wǎng)流量>端口速率）?？梢钥闯鯝B兩地的擴(kuò)容是很容易觸發(fā)的。 </p><p>　　如果在實(shí)際使用過程中，城域網(wǎng)的接入需求量很大，導(dǎo)致B地的城域網(wǎng)節(jié)點(diǎn)設(shè)備上行帶寬不夠，那么要不就升級(jí)上行的數(shù)據(jù)接口，比如從100Mbit/s升級(jí)為GE，同時(shí)A地需要有相應(yīng)的GE端口進(jìn)行對(duì)接，此時(shí)AB兩地的光纖鏈路

28、無需進(jìn)行擴(kuò)容；要不就在AB兩地的光纖鏈路進(jìn)行擴(kuò)容，同時(shí)在AB兩地還需要配置相應(yīng)的數(shù)據(jù)端口，從而將AB兩地的帶寬擴(kuò)大。 </p><p>　　而DDN、FR等其他節(jié)點(diǎn)的實(shí)際帶寬占用率比較低，導(dǎo)致這些上行光纖的利用率很低。從總體上來看，AB兩地的總流量根本沒有超過AB兩地的傳輸容量，但是由于部分業(yè)務(wù)的問題，導(dǎo)致AB兩地需要進(jìn)行擴(kuò)容。從帶寬的利用率上看，有可能在某些鏈路上數(shù)據(jù)傳送飽和，而某些鏈路上數(shù)據(jù)傳送利用率很低，從

29、而造成流量分布不均勻，鏈路帶寬利用率不合理。這樣一種沒有充分平滑網(wǎng)絡(luò)帶寬的情況所導(dǎo)致的AB兩地的不合理擴(kuò)容將造成在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中投資最大，難度最大的接入光纖部分的嚴(yán)重占用和浪費(fèi)，占用了這些光纖將會(huì)影響以后其他業(yè)務(wù)的開展，而且升級(jí)擴(kuò)容會(huì)影響業(yè)務(wù)的正常提供，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)中斷服務(wù)，影響終端用戶的正常使用。 </p><p>　　解決這種情況最好的辦法就是采用寬帶綜合接入技術(shù)。 </p><p>　

30、　EPON的點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)以及帶寬共享方式解決了接入光纖不合理占用和帶寬利用率不均的問題。在AB兩地之間采用了EPON技術(shù)之后，那么AB兩地需要進(jìn)行擴(kuò)容的唯一條件就是AB兩地的流量總和（ATM流量+DDN流量+FR流量+城域網(wǎng)流量）>AB兩地的傳輸帶寬總和。這個(gè)條件的觸發(fā)幾率遠(yuǎn)比上述的情況小得多。 </p><p><b>　　結(jié)語： </b></p><p>　　從

31、目前的傳輸光網(wǎng)的組網(wǎng)方式來看，EPON的實(shí)際部署需要進(jìn)行細(xì)心斟酌。 </p><p>　　從目前的各大電信運(yùn)營商的傳輸光網(wǎng)來看，光纖主要布放在各個(gè)中心局點(diǎn)之間以及中心局點(diǎn)和用戶端設(shè)備機(jī)房之間。整個(gè)光網(wǎng)的組織具有很強(qiáng)的規(guī)整性，即為一種HUB-SPOKE的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，任何兩個(gè)用戶端設(shè)備機(jī)房之間的連接都需要經(jīng)由中心局點(diǎn)進(jìn)行路由。 </p><p>　　大量的用戶端設(shè)備幾乎都放置在設(shè)備機(jī)房中。比如在

32、一個(gè)用戶端機(jī)房，可能放置了交換遠(yuǎn)端模塊、接入網(wǎng)模塊、城域網(wǎng)設(shè)備、ATM設(shè)備、DSLAM設(shè)備、DDN節(jié)點(diǎn)、FR節(jié)點(diǎn)等。 </p><p>　　從這種規(guī)整的光網(wǎng)來看，EPON中的OLT無疑放在局端，而ONU將放置在用戶端的設(shè)備機(jī)房中， POS的位置從實(shí)際情況來看，其實(shí)也是放置在用戶端設(shè)備機(jī)房里。在這種空調(diào)以及電力條件具備的情況下，可能采用有源分光器的機(jī)會(huì)將大于POS，而且是一些具備更大的交換容量、更大的上行帶寬和更多

33、的分線比的有源分光器，這樣可以實(shí)現(xiàn)更大的覆蓋范圍，充分發(fā)揮EPON的優(yōu)點(diǎn)。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1]胡保民，劉德明，黃德修． EPON：下一代寬帶光接入網(wǎng)[J]．《光通信研究》，2002,(4) </p><p>　　[2]張晉豫,劉犁.基于效用EPON分布式動(dòng)態(tài)帶寬分配實(shí)現(xiàn)機(jī)制[J]. 《