光进铜退建设中EPON接入方案的研究与设计

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1、摘 要近年来，骨干网的能力进一步增强，与此同时接入网方面却没有大的改进。接入网的能力的增长远远落后于Internet流量的快速增长，因而接入网成为高效的LAN和骨干网发展的瓶颈，又被称为“最后一公里”。EPON由于集中了以太网设备价格低廉和光纤能够提供高带宽的优点，成为下一代接入网的最佳选择。本论文首先从接入网的基本概念出发，对目前流行的几种宽带接入技术进行介绍，引出光进铜退的概念，并对其产生背景，发展趋势等做简要介绍。而后引出EPON接入技术，并对EPON技术的技术基础、技术发展和概念简要介绍。第二章从PON的标准发展、EPON的技术原理、关键技术以及其所支持的业务对EPON作进一步的深入了

2、解。第三章从EPON的应用角度，阐述EPON的组网技术、带宽计算方法、网元以及ODN的网络规划、所能支持的业务类型。并结合典型小区宽带接入方案，对EPON的FTTH技术进行分析。论文的最后结合实际情况，设计出基于EPON的重庆邮电大学校园网接入方案。【关键词】光进铜退 以太无源光网络 光纤到户 光网络单元ABSTRACT In recent years,the capability of Backbone Network has been more increased,the access network has not much improvement in the meantime.The

3、 rate of increase of capability of the access network is far behind the flow of Internet,so the access network has become the bottleneck of the development of the high efficiency LAN and Backbone Network,and it goes the name of “the last one kilometer”.Due to EPON is a technology with the advantages

4、 of the low-price Ethernet equipments and fiber which can provide high bandwidth,it becomes the best choice of the next access network.In this thesis,from the basic concept of the access network,several current popular broadband access technology introduction,leads to the concept of “copper back int

5、o the light” and its background,development trends are introduced briefly.Then leads to EPON access technology,and technical basis of EPON technology,technology development and concepts introduced.The second chapter from PON standard development,EPON technical principles,key technology and its suppo

6、rt of the business to have a further in-depth understanding of EPON.In the third chapter, from the application angle of EPON,expatiate the perspective of the network,bandwidth calculation,network elements and network planning ODN,and the type of business.Then combined with typical residential broadb

7、and access solutions,to analyse the FTTH technology of EPON.Finally,with the actual situation of the paper,design of Chongqing University of Posts and EPON-based campus network access solutions.KEY WORDS：Copper back into the light EPON FTTH ONU目 录前 言1第一章 概述2第一节 宽带接入技术简介2一、铜线宽带接入技术2二、光纤接入技术3第二节 光进铜退的

8、提出3一、背景3二、何谓“光进铜退”4三、发展趋势4第三节 EPON简介5一、技术基础5二、技术的发展5三、概述6第四节 本章小结6第二章 基于Ethernet的无源光网络7第一节 PON标准发展现状7第二节 EPON技术原理8一、EPON系统的组成结构8二、EPON的基本原理9三、EPON的协议模型10四、EPON的技术优势12第三节 关键技术及实现13一、上行信道复用技术13二、测距和延时补偿技术14三、动态带宽分配15四、安全性16第四节 EPON系统支持的业务类型17第五节 本章小结17第三章 基于EPON的FTTH宽带业务19第一节 FTTH系统结构19一、点到点（P2P）19二、点

9、到多点（P2MP）19第二节 组网模式与带宽计算20一、组网模式的选择20二、带宽规划原则20三、典型业务带宽需求21第三节 网元及ODN网络规划22一、OLT设备22二、ONU设备23三、ODN网络规划24第四节 小区宽带接入方案分析28第五节 本章小结29第四章 基于EPON的重庆邮电大学校园网30第一节基于EPON的宽带接入网方案设计原则30一、组网原则30二、ONU选址原则30三、ODN的选址原则31四、光缆网络结构31五、基于EPON的混合接入技术选用原则31第二节 重庆邮电大学校园网设计方案32一、需求分析32二、校园网接入的整体方案32三、校园网接入的管理方案设计33三、宿舍区接

10、入方案设计35四、教学区接入方案设计36第三节设计方案总结38致 谢39参考文献40前 言在宽带接入领域，目前大多数家庭都是使用ADSL（非对称数字用户线路）技术来实现，用户的各种业务通过接入网进入核心网。随着互联网的持续快速发展，网上新业务层出不穷，特别是近年来开始风靡的网络游戏，MSN和QQ等实时网络通信工具，是的人们对网络接入带宽的需求增加。主流接入技术从拨号逐渐过渡到速度更快的ADSL和以太网，核心网上的可用带宽由于SDH的发展而持续增长，用户处业务量也由于Internet业务的迅猛增长而急剧增加，作为用户与核心网之间桥梁的接入网则由于入户媒质的带宽限制而跟不上骨干网和用户业务需求的发

11、展，成为用户与核心网之间的接入“瓶颈”。光纤接入网采用光纤作为传输媒质，具有传输容量大、质量高、可靠性高、传输距离长、抗电磁干扰等优点，是未来宽带固定接入的发展方向。以光纤接入代替铜线接入已成为各个电信运营商的一个共识。EPON技术近几年得到了快速发展，设备研发和生产能力不断增强，在EPON研发方面出现了一些比较领先的公司，如Nokia Broadband、格林威尔、华中理工、武汉烽火等。EPON已经能在在以太网之上提供多种业务。在光进铜退的建设中，EPON为商业客户提供了基于语音、数据、宽带、视频等应用的解决方案。国内各个运营商积极推进光纤接入网络FTTx的实验和建设，对FTTH相关的技术标

12、准、规划建设、业务应用、运行维护等方面进行研究和探索。在南方，中国电信现有的接入网主要以ADSL/ADSL2+、LAN技术为主，采用大量的实线、铜缆作为接入网主要的传输媒质，建网时需要综合考虑建设成本、业务需求、技术成熟度、竞争形势等多方面的因素，适时采用“光进铜退”，最总实线FTTH。FTTH的发展对于光通信市场的带动有着不可低估的巨大作用，FTTH的出现导致的宽带生活升值深刻影响到我们基本生活方式。第一章 概述第一节 宽带接入技术简介随着信息科技的飞速发展以及人们对上网速度的要求，宽带接入网络技术成为现今通信发展的热点。目前，宽带接入网络技术分为有线宽带接入网技术和无线宽带接入网技术和无线

13、宽带接入网技术。有线宽带接入网技术主要有铜线接入、光纤接入和基于有线电视网的混合光纤同轴接入。宽带无线接入技术主要有：LMDS(Local Multipoint Distribute System，本地多点分配系统)、MMDS(Multipoint Multichannel Distribute System，多点多信道分配系统)、无线局域网等。这里主要介绍有线宽带接入技术。一、铜线宽带接入技术铜线宽带接入技术也就是xDSL技术，主要包括高比特率的用户数字环路（HDSL）、非对称用户数字环路（ADSL）和甚高比特率的用户数字环路（VDSL）。HDSL是利用两对或三对铜双绞线，为用户提供PDH一

14、次群速率（T1或E1）的双工数字连接。ADSL是目前众多DSL技术中较为成熟的一种，其优点是带宽较大、连接简单、投资较小。ADSL系统主要是针对住宅用户设计的，其下行速率高达69Mbit/s，传输距离可达35km，典型的下行速率有T1，E1，DS2(6.312Mbit/s)，E2(8.448Mbit/s)；上行速率低，具体数值随公司产品而不同，通常为16640kbit/s。ADSL在一对电话线上同时传送一路高速下行数据、一路较低速率下行数据、一路模拟电话。各种信号采用频分复用方式占用不同频段，低频段传送语音，中间窄频段传上行信道数据及控制信息，其余高频段传下行信道数据、图像或高速数据。VDSL

15、是速率更高的ADSL，一般用于光纤接入网中的最后一段入户连接。这是一种传输距离很短的宽带接入技术，当ONU离终端用户很近时，可与FTTC、FTTB等结合用。总的说来，xDSL技术允许多种格式的数据、语音和视频信号通过铜线从局端传给远端用户，可以支持高速Internet/Intranet访问、在线业务、视频点播、电视信号传送、交互式娱乐等。但它们的覆盖面有限，并且一般高速传输数据是非对称的，仅仅能单向高速传输数据（通常是网络的下行方向）。二、光纤接入技术光纤接入网又称光纤用户环路（FITL），它是在交换局中设有光线路终端（OLT），在用户侧有光网络单元（ONU），OLT和ONU之间用光纤连接。O

16、NU可以用多种方式连接用户，一个ONU可以连接多个用户。根据与用户的距离，光纤接入网FITL又有多种方式，有光纤到路边（FTTC）、光纤到大楼（FTTB）、以及光纤到户（FTTH）等几种形式。从光纤接入网是否有电源，可分成有源光网络（AON）和无源光网络（PON）两大类。顾名思义，有源光网络的局端设备（CE）和远端设备（RE）通过有源光传输设备相连，传输技术是骨干网中已大量采用的SDH和PDH技术。远端设备主要完成业务的收集、接口适配、复用和传输功能。局端设备主要完成借口适配、复用和传输功能。此外，局端设备还向网元管理系统提供网管接口。在实际接入网建设中，有源光网络的拓扑结构通常是星型或环形。

17、无源光网络（PON）技术是一种点到多点的光纤接入技术，它由局侧的OLT（光线路终端）、用户侧的ONU（光网络单元）以及ODN（光分配网络）组成。一般其下行采用TDM广播方式、上行采用TDMA（时分多址接入）方式，而且可以灵活地组成树形、星型、总线型等拓扑结构（典型结构为树形结构）。所谓“无源”，是指ODN中不含有任何有源电子器件及电子电源，全部由光分路器（Splitter）等无源器件组成，因此其管理维护的成本较低。EPON（Ethernet Passive Optical Network）是PON技术中最新的一种，由IEEE802.3 EFM（Ethernet for the First Mi

18、le）提出。光接入网由于采用光纤作为传输介质，具有传输距离远，带宽大，维护费用低等特点，是有线宽带接入技术的理想方案，代表了宽带接入网的发展方向。第二节 光进铜退的提出一、背景在宽带接入领域，目前大多数家庭都是使用ADSL（非对称数字用户线路）技术来实现，用户的各种业务通过接入网进入核心网。随着互联网的持续快速发展，网上新业务层出不穷，使得人们对网络接入带宽的需求持续增加。主流接入技术从拨号逐渐过渡到速度更快的ADSL和以太网，核心网上的可用带宽由于SDH的发展而迅速增长，用户侧的业务量也由于Internet业务的爆炸式增长而急剧增加，作为用户与核心网之间桥梁的接入网则由于入户媒质的带宽限制而

19、跟不上骨干网和用户业务需求的发展，成为用户与核心网之间的接入“瓶颈”。由于普通的ADSL技术无法提供长距离及高速宽带等系列服务，渐渐已无法适应固网运营商在原有带宽基础上推出更多新的服务项目，满足用户需求。所以，可提供全业务、高速率的光纤到户（FTTH）光接入网就成为了宽带接入网的最有效的解决方案。从而出现了“光进铜退”这一概念。二、何谓“光进铜退”光进铜退是固网运营商对接入层网络部署的先进理念，主要是指实现以“窄带+铜缆”为主网络向以“宽带+光纤”的网络转变的具体实践。简单地说，光进铜退是指在宽带接入模式上以光纤取代铜缆，好处是加快传输速度和数据流量，同时又降低网络建设成本。实现方式多种多样，

20、可以FTTx（光纤到某地）网络整体概括，经过近几年的网络建设实践，EPON技术以其组网、管理和业务能力等优势，在光进铜退建设中得到了业内的广发认可和应用，当前全球EPON的应用模式超过1500万线，且正处于快速发展和规模应用阶段。三、发展趋势自2008年开始，中国电信、中国联通和中国移动陆续启动了光接入网的建设，目前在光进铜退方面已经取得了令人瞩目的进展。进入2009年，我国3G网络的规模建设进一步刺激了传统固网宽带的建设和发展。中国电信、中国联通纷纷将接入网光纤化纳为今年的工作重点。中国电信北京研究院王晓牧表示，接入网光纤化是中国电信的战略选择。同时，中国联通宽带业务应用国家工程实验室周光涛

21、也表示，中国联通未来会将投资重心转向光接入网，严格控制铜缆投资和使用。然而，在实现光进铜退的过程中，运营商也面临着一些问题需要解决，比如接入网原有区域的改造和PON的运营维护等。电信智能化网络的建设已经开始，要进行大规模的接入层建设，接入层建设成为电信网络转型的重点，宽带业务的增长对带宽的要求越来越高，传统的铜线接入方式已无法满足用户的需求。电信急需新的高带宽接入方式推动其业务的发展，接入光纤化带来的直接好处就是丰富的带宽资源；对于一些经济欠发达地区，接入层的光纤化能够有效解决一直困扰铜缆被盗问题。此外，铜价的不断上涨，使运营成本不断提升，而用户强烈的宽带需求使得IP网络空前发展。在以上众多因

22、素的复合推动下，以EPON为主要建设模式的“光进铜退”方案浮出水面。第三节 EPON简介EPON（以太无源光网络）是一种新型的光纤接入网技术，它采用点到多点结构、无源光纤传输，在以太网之上提供多种业务。它在物理层采用了PON技术，在链路层使用以太网协议，采用PON的拓扑结果实现了以太网的接入。因此，它综合了PON技术和以太网技术的优点：成本低；高带宽；扩展性强，灵活快速的服务重组；与现有以太网的兼容性；方便的管理等等。一、技术基础无源光网络（PON）的概念由来已久，它具有节省光纤资源、对网络协议透明的特点，在光接入网中扮演着越来越重要的角色。同时，以太网（Ethernet）技术经过二十年的发展

23、，以其简便实用，价格低廉的特性，几乎已经完全统治了局域网，并在事实上被证明是承载IP数据包的最佳载体。随着IP业务在城域和干线传输中所占的比例不断攀升，以太网也在通过传输速率、可管理性等方面的改进，逐渐向接入、城域甚至骨干网上渗透。而以太网与PON的结合，便产生了以太网无源光网络（EPON）。它同时具备了以太网和PON的优点，正成为光接入网领域中的热门技术。二、技术的发展2000年11月，IEEE成立了802.3EFM（Ethernet in the First Mile）研究组，业界有21个网络设备制造商发起成立了EFMA，实现Gb/s以太网点到多点的光传送方案，所以又称GEPON（Giga

24、bitEthernet PON）。EFM标准IEEE908.3ah。EPON就是一种新兴的宽带接入技术，它通过一个单一的光纤接入系统，实现数据、语音及视频的综合业务接入，并具有良好的经济性。业内人士普遍认为，FTTH是宽带接入的最终方式，而EPON也将成为一种主流宽带接入技术。由于EPON网络结构的特点，宽带用户的特殊优越性，以及与计算机网络天然的有机结合，是的全世界的专家都一致认为，无源光网络是实现“三网合一”和解决信息高速公路“最后一公里”的最佳传输媒介。三、概述EPON IEEE802.3定义了以太网的两种基本操作模式。第一种模式采用载波侦听多址接入/冲突检测（CSMA/CD）协议而应用

25、在共享媒体上；第二种模式为各个站点采用全双工的点到点的链路通过交换机连接到一起。相应的，以太网MAC可以工作于这两种模式之一：CSMA/CD模式或全双工模式。EPON媒质的性质是共享媒质和点到点网络的结合。在下行方向，拥有共享媒质的连接性，而在上行方向其行为特性就如同点到点网络。下行方向：OLT发出的以太网数据经过一个1：N的无源光分路器或几级分路器传送到每一个ONU。N的典型取值在464之间（由可用的光功率预算所限制）。这种行为特征与共享媒质网络相同。在下行方向，因为以太网具有广播特性，与EPON结构匹配：OLT广播数据包，目的ONU有选择的提取。上行方向：由于无源光合路器的方向特性，任何一

26、个ONU发出的数据包只能到达OLT，而不能到达其他的ONU。EPON在上行方向上的行为特点与点到点网络相同。但是，不同于一个真正的点到点网络，在EPON中，所有的ONU都属于同一个冲突域-来自不同的ONU的数据包如果同时传输依然可以能会冲突。因此在上行方向，EPON需要采用某种仲裁机制来避免数据冲突。采用单纤波分复用技术（下行1490nm，上行1310nm），仅需一根主干光纤和一个OLT，传输距离可达20公里。在ONU侧通过光分路器分送给最多32个用户，因此可大大降低OLT和主干光纤的成本压力。目前，EPON技术已经成熟，产业链也在进一步成熟，形成了良性的市场竞争格局，设备成本进一步下降，已达

27、到规模商用水平。第四节 本章小结本章首先介绍了目前宽带接入技术的几种类型，从中引出了光纤接入技术。在对光纤接入技术的介绍中，提出了PON技术，并结合光进铜退的发展模式引出了EPON技术。分别介绍了无源光网络PON、以太无源光网络EPON的基本概念以及发展背景，为整篇论文做了一个概述和铺垫。第二章 基于Ethernet的无源光网络（EPON）第一节 PON标准发展现状PON系统在上世纪90年代就出现了，1995年成立了FSAN（Full Service Access Networks）组织。1996年ITU-T完成了对G.982的标准化，主要对2Mbit/s以下接入速率的窄带PON系统进行定义。

28、与此同时，以ATM为基础的PON（APON）发展迅速，1998年ITU-T正式通过了G.983.1建议，即基于PON系统的高速光接入系统，G.983.1对APON系统进行了详尽的规范，主要规定线路速率、光网络要求、网络分层结构、物理媒质层要求、汇聚层要求、测距方法和传输性能要求等。1999年ITU-T又推出了G.983.2建议即APON的光网络终端（ONT）管理和控制接口规范，该建议主要从网络管理和信息模型上对APON系统进行定义，以确保不同厂家的设备实现互操作。ITU（The International Telecommunications Union）和FSAN（Full Service

29、Access Network）联盟采纳了ATM标准，把它作为在PON第二层的帧封装标准，能为商业用户、家庭用户提供包括IP数据、视频、音频等综合业务，形成了APON的标准。但是APON存在着一系列的问题，比如带宽有限、带宽损失大、数据包开销大、协议转换麻烦、技术复杂、设备昂贵、多厂家互操作性差等。随着以太网技术的异军突起，APON技术一直没有得到大规模应用。随着Internet的高速发展，用户对网络带宽的要求不断提高，各种新的宽带接入技术已经成为研究的热点。在这种背景下，IEEE于2000年底成立了EFM工作组（Ethernet in the First Mile Study Group），试

30、图引入一种新的接入技术标准Ethernet PON，即EPON。2004年IEEE 802.3 EFM工作组发布了EPON标准IEEE802.3ah，2005年并入IEEE 802.3ah-2005标准。EPON利用PON的拓扑结构实现以太网的接入，它基于高速以太网平台和TDM时分MAC（Media Access Control）媒体访问控制方式，能够提供多种综合业务的宽带接入，是成熟度最高、发展最快的技术。除了EPON标准，另外一个主要标准则为ITU-T的GPON标准，GPON最早由FSAN组织于2002年9月提出，ITU-T在此基础上于2003年3月完成了ITU-TG.984.1和G.98

31、4.2的制定，2004年2月和6月完成了G.984.3的标准化，从而最终形成了GPON的标准族。目前GPON尚处于实验应用阶段。第二节 EPON技术原理一、EPON系统的组成结构一个典型的EPON系统由OLT、ONU、ODN组成。OLT（Optical Line Terminal）放在中心机房，ONU（Optical Network Uint）为用户端设备。ODN（Optical Distributed Network）是光配线网，主要由一个或数个光分路器（Splitter）来连接OLT和ONU，它的功能是分发下行数据并集中上行数据。OLT既是一个交换机或路由器，又是一个多业务提供平台，提供面

32、向无源光纤网络的光纤接口。OLT出了提供网络集中和接入的功能外，还可以针对用户的QoS/SLA的不同要求进行带宽分配，网络安全和管理配置。光分路器是一个简单设备，它不需要电源，可以置于全天候的环境中，一般一个光分路器的分线率为2、4或8，并可以多级连接。在EPON中，OLT到ONU间的距离最大可达20km，或者使用光纤放大器（有源中继器），距离还可以延长。如图2.1所示。EPON中的ONU采用了技术成熟而又经济的以太网络协议，在中带宽和高带宽的ONU中实现了成本低廉的以太网第二层或第三层交换功能。这种类型的ONU可以通过层叠来为多个最终用户提供相当高的共享带宽。因为都使用以太网协议，在通信的过

33、程中，就无需协议转换，而实现ONU对用户数据的透明传送。当然，对于光纤到户（FTTH）的接入方式，ONU可以不需要交换功能，从而能在极低的成本下为终端用户分配所需的带宽。远程业务分配控制（Remote Provisioning）管理可以让运营商通过对用户不同时段的不同业务需求做出响应，这样可以提高用户满意度。运营商可以通过中心管理系统对OLT、ONU等所有网络单元设备进行管理，同时可以很灵活地根据用户的需要来动态分配带宽。二、EPON的基本原理EPON采用点到多点的拓扑结构，下行采用广播方式、上行采用TDMA方式实现双向数据传输。EPON技术将以太网技术和PON技术相结合，其目标是以简单的方式

34、实现点到多点的告诉以太网光纤接入。EPON在保留传统以太网体系结构的基础上定义了新的应用于EPON系统的物理层（主要是光接口）规范、MAC多点控制协议（MPCP）以及运营维护和管理（OAM）机制，以实现在点到多点无源光网络中以太网帧的时分多址接入。EPON系统采用WDM，实现单纤双向传输（强制）。如图2.2所示。为了分离同一根光纤上多个用户的来去方向的信号，采用以下两种复用技术：上行数据流采用TDMA技术；下行数据流采用TDM技术。上行数据流采用时分复用技术，任一时刻只能有一个ONU发送上行信号，系统才能正常工作。不同的ONU分配不同的时间片，轮流发送上行数据；每个ONU发送上行数据的时间片可

35、以是动态的，时间片的大小和多少在宏观上表现为带宽的大小。由于数据速率非常高，因此细微的由ONU的距离不同而产生的时延应该在发送上行数据的时候予以考虑。如图2.3所示。下行数据采用广播方式从OLT发送多个ONU。在ONU注册成功后分配一个唯一的LLID，在每一个以太网帧前添加一个LLID，代替以太网前导符的最后两个字节（不改变原有帧结构）。ONU接受数据时，仅接收符合自己LLID的帧或者广播帧。如图2.4所示。三、EPON的协议模型EPON技术是一种宽带综合接入技术。它延用了以太网和TDM的一些特性。从网络分层协议上来看，EPON属于L2的协议，EPON的协议栈模型如图2.5所示。物理层定义了E

36、PON的电气特性、机械特性、规程特性、功能特性等四大功能，基本上采纳了Ethernet的标准。由于EPON属于宽带接入技术，如果仍然采用Ethernet或者FE（Fast Ethernet）作为物理层标准，那么带宽将成为EPON的瓶颈，即便是采用8FE端口捆绑技术使带宽达到800Mbit/s，因此在物理层EPON基本上沿用了GE的标准。包含物理媒质相关子层PHY（Physical Layer Protocol）和物理媒质相关子层PMD（Physical Medium Dependence Protocol）的两大子层功能。数据链路层分为逻辑链路层LLC（Link Layer Control P

37、rotocol）和媒质接入控制层MAC（Medium Access Control Protocol）两大部分。LLC主要体现为802.2，后者在802的标准中有802.3（CSMA/CD）、802.4（Token Bus）、802.5（Token Ring）等。EPON对以太网MAC层及MAC层以上尽量做最小的改动，以支持新的应用和媒质，通过对时间进行分片，然后将不同的时间片指定给不同的ONU设备来使用，从而避免数据传输过程中棘手的冲突问题以及复杂的冲突检测问题。采用MPCP（Multi-Point Control Protocol 多点控制协议）使点对多点的拓扑适用于以太网，该协议是MAC

38、控制子层的一项功能。MPCP能够控制ONU发送时隙的分配，ONU的自动发现和加入，高层报告拥塞情况及动态带宽分配，MPCP使用消息、状态机、定时器来控制访问P2MP的拓扑结构，每个ONU都包含一个MPCP实体，用以和OLT中的MPCP的一个实体相通信，作为EPON/MPCP的基础，EPON增加了一个P2P仿真子层，该子层使得P2MP网络拓扑对于高层来说就是一个点对多点链路的集合，仿真子层在每个数据报的前面增加了一个LLID逻辑链路来标识，该LLID将替换前导码中的两个字节，MPCP在点对多点的主设备（OLT）和从设备（ONU）之间规定了一种控制协议以协调数据有效地发送和接收，系统运营过程中上行

39、方向在一个时刻只允许一个ONU发送数据。EPON在MAC层中实现802.1P来提供与APON类似的QoS。EPON就是通过这些简单成熟的协议来提供声音、视频和数据服务，控制和优化各ONU与OLT之间突发性数据通信和实时的话音通信。四、EPON的技术优势EPON是一种结合了Ethernet和PON的宽带接入技术。众所周知，Ethernet简单易用，安装方便，运用广泛，但是一直也存在一些问题，传输距离短，只有100米，共享的工作方式，特别是在大规模使用时这些问题更加明显。因此通信业界推出了一系列的解决方案，包括EPON、RPR（Resilient Packet Ring）、MSTP（Multi S

40、ervice Transport Protocol）等。长距离，高宽带（20km，1.25G）是EPON的一大优点。克服以太网铜线传输距离只有100米的限制，同时使网络结构更加简单，层次更加清晰。光纤化的ONU/ONT，非常适合于FTTH和FTTB模式（非常有利于光纤在大楼内的布线和用户扩容）。EPON系统所能提供的可调节的、有优先级和带宽保证的服务，将非常有吸引力。同时EPON能使维护量大大减少，大楼内无需占用机房和供电设施，大大的减少了有源设备的数量，因有源设备造成网络中断的概率降低。同时支持远端设备ONU/ONT的自动测距和自动加入，网络扩容便利，且局端设备和用户端设备为统一网管，对于运

41、营商来可以大大降低运营维护费用。EPON是面向未来的技术，它是一个多业务平台，可以同时提供IP业务和传统的TDM业务。QoS可以完全保证，而且完全遵循IEEE 802.3ah的标准。这不但使运营商在同一套传输平台上就可以根据用户的要求随时开通所需要的多种业务，而且非常容易向IP业务网络过渡。带宽分配灵活，服务有保证也是EPON不可忽视的一个方面。对带宽的分配和保证都有一套完整的体系。MS-EPON可以根据需要对每个用户甚至每个端口实现基于连接的带宽分配（区别于普通交换机的基于端口的速率限制），并可根据业务合约保证每个用户连接的QoS。纵观通信产业的发展，光进铜退是必然的趋势，光进铜退后进行三网

42、融合，向NGN网络演进。NGN是电信史一块里程碑，标志着新一代电信网络时代的到来。EPON技术很好的解决了目前接入网的诸多问题，它可以使IP接入网络更可靠，更稳定。它使得在新一代网络上语音、视频、数据等综合业务成为了可能。第三节 关键技术及实现在EPON系统的设计中引入了非常多的核心技术，例如上行信道复用技术、突发信号快速同步技术、动态宽带分配技术、测距与延时补偿技术等等。也正是这些核心技术的引入，才使得EPON在完全不一样工作原理的以太网中实现光网络的接入和多业务的支持。本节内容主要节选了几种关键技术进行系统介绍。一、上行信道复用技术EPON上行接入技术可以使用频分多址复用（FDMA）、时分

43、多址复用（TDMA）、波分多址复用（WDMA）、码分多址复用（CDMA）。频分复用的缺点有：OLT中需要多个转发器；初期成本高；信道容量固定；增加或减少用户时比较麻烦。码分复用的缺点有：信道间的干扰由ONU的数量决定；需要高速器件。WDMA主要的问题是：成本较高，主要是因为光器件成本目前还比较高。但如果开发出便宜的、适用于WDMA方式接入网的光发射和光接收器件，使用WDMA是发展的趋势。时分复用具有N个ONU只需要一个OLT转发器和极少的波长等优点，但时分复用还是需要高速电子器件。综合以上考虑，WDMA是使用发展的趋势，但其主要取决于光器件的发展，因此TDMA成为主要的实现方法。时分多址复用（

44、TDMA）方式又可以采用固定时隙的时分多址复用、统计时分多址复用、随即接入等方式。固定时隙时分多址复用方式不足之处有：当其中有的时隙未用时，还是占用一样的带宽；对高突发率业务适应力不强；ONU需要同步。随即接入没有确定的接入时间；由于采用CSMA/CD，故有传输距离的限制。而统计时分多址复用可以克服前两者的不足，所以一般都选择采用统计时分多址复用。上行信号传输在ONU被分配到时隙里发送以太网帧，统计复用通过提供的数据量的大小来改变时隙大小的方法来实现。TDMA的实现方法是重点，即如何使用TDMA的方法使上行信道的带宽利用率、时延和时延抖动等指标达到要求。其中，上行带宽的分配方法、ONU发送窗口

45、固定还是可变、最大的ONU发送窗口应为多大、ONU发送窗口的间隔、以太网帧是否切割等问题都有待于研究和确定。MPCP是EPON的MAC层技术的核心，也是上行信道复用技术的核心，目前的EFM草案确定在EPON的MAC层中增加MPCP子层。MPCP子层的基石主要有3点：一是上行信道采用定长时隙的TDMA方式，但时隙的分配由OLT实施；二是对于ONU发出的以太网帧不作分割，而是组合，既：每个时隙可以包含若干个802.3帧，组合方式由ONU依据QoS决定；三是上行信道必须有动态带宽分配（DBA）功能支持即插即用、服务等级区分（SLA）和QoS。二、测距和延时补偿技术由于EPON的上行信道采用TDMA方

46、式，多点接入导致各ONU的数据帧延时不同，因此必须引入测距和时延补偿技术以防止数据时域碰撞，并支持ONU的即插即用。准确测量各个ONU到OLT的距离，并精确调整ONU的发送时延，可以减小ONU发送窗口间的间隔，从而提高上行信道的利用率并减小时延。另外，测距过程应充分考虑整个EPON的配置情况。EPON的测距由OLT通过时间标记（Timestamp）在监测ONU的即插即用的同时发起和完成。如图2.6所示。基本过程如下：OLT在T1时刻通过下行信道广播时隙同步信号和空闲时隙标记，已启动的ONU在T2时刻监测到一个空间时隙标记时，将本地计时器重置为T1，然后再时刻T3回送一个包含ONU参数的（地址、

47、服务等级等）在线响应数据帧，此时，数据帧中的本地时间戳为T4；OLT在T5时刻接收到该响应帧。通过该响应帧OLT不但能获得ONU的参数，还能计算出OLT与ONU之间的信道延时。之后，OLT便根据DBA协议为ONU分配带宽。当ONU离线后，由于OLT长时间（如3min）收不到ONU的时间戳标记，则判定其离线。三、动态带宽分配针对PON上行带宽的使用，可以有两种机制：静态带宽分配和动态带宽分配。静态带宽分配对带宽采用固定配置的方式，在一个轮询时间内给每个ONU都分配同样大小的时隙。根据EPON的特点及ITU-T G.983建议，可以得出对动态带宽分配设计的具体要求有：业务透明；高带宽利用率；低时延

48、和低时延抖动；公平分配带宽，健壮性好，实时性强。动态带宽分配采用集中控制方式。所有的ONU的上行信息发送，都要向OLT申请带宽，OLT根据ONU的请求按照一定的算法给予带宽（时隙）占用授权，其分配准许算法的基本思路是：各ONU利用上行可分割时隙反映信元到达的时间分布并请求带宽，OLT根据各ONU的请求公平合理地分配带宽，并同时考虑处理超载、信道有误码、有信元丢失等情况的处理。为了在EPON中支持DBA，完成上行信道的动态带宽分配，EFM小组在EPON的网络框架中添加了MPCP协议支持。MPCP是MAC Control子层的一项功能。它不是特指某一种带宽分配或ONU调度算法，而是一种支持EPON

49、多种带宽分配算法实行的机制。协议定义了五条Ethernet消息：GATE，REPORT，REGISTER_REQUEST，REGESTER和REGISTER_ACK。其中后三条用于ONU登陆OLT。通信过程中，依靠GATE和REPORT消息传递控制信息。GATE消息由OLT发向ONU，实现传输开窗。REPORT消息携带ONU的本地消息，如服务需求，缓冲区占用情况等，由ONU发向OLT。OLT则根据REPORT消息进行信息更新并只能决定带宽分配。GATE和REPORT消息为MAC控制帧，其生成和处理都在MAC控制子层完成。EPON系统的DBA的实现基于两种MPCP帧：GATE消息和REPORT消

50、息。ONU利用REPORT帧向OLT汇报其上行队列的状态，向OLT发送带宽请求。OLT根据与该ONU签署的服务等级协议（SLA）和该ONU的带宽请求，利用特定的算法计算并给ONU发布上行带宽授权（Grant），以动态控制每个ONU的上行带宽。EPON系统的DBA一半采用轮询方式。其针对每个ONU的工作过程如图2.7所示。四、安全性在传统的以太网中，安全性并不是一个关键性的问题。然而，对于EPON来说，因为采用的是点对多点的结构，对安全性有不同的要求。在EPON中是以广播的方式实现下行数据的传输，一个恶意的ONU可以接收到所有的下行信息，因此安全性是一个很重要的问题。此外，根据IEEE802.3

51、ah，OLT与ONU的带宽请求、带宽授权、测距、OAM信息都是封装成MAC控制帧和OAM帧来交互的。所定义的MAC控制帧和OAM帧的帧格式与以太网帧是一样的，由于以太网帧的结构对用户时透明的，同时ONU作为用户侧设备为用户提供以太网口接入，这样上行方向存在恶意的合法用户通过其以太网数据通道接口伪造MAC控制帧或OAM帧，来更改系统配置或捣乱系统的威胁。为了防范这种潜在的系统风险，必须采用加密。一般来说，加密和解密可以在物理层、数据链路层以及更高的协议层实现。在MAC层以上实现的加密技术将只对MAC帧的负荷信息加密，帧头信心则没有加密。这种方案可以防止恶意的ONU获取负荷信息，但是其他ONU的地

52、址还是有可能被恶意的ONU截取。对于在物理层实现的加密，物理层将对整个比特流（包括帧头和CRC）进行加密。在接收端，物理层首先对数据进行解密然后将解密的数据传递给MAC层验证。因为每个ONU采用不同的密匙，即使是收到属于别的ONU的数据帧，也不能够将其解密成具有正确格式的帧，因而不会被MAC层接受。在这种方案中，恶意的ONU不能获得任何信心。但是这种方案要求OLT的物理层对不同的ONU使用不同的密匙。第四节 EPON系统支持的业务类型传统观念认为，EPON是单纯提供以太网业务的接入平台，对于多业务，尤其是对实时业务的支持能力比较弱，因而业界的许多EPON设备室为支持纯数据业务设计的。显然，仅针

53、对承载数据业务而设计的EPON产品很难满足运营商对于将FTTH作为综合业务接入平台的要求，因此探讨基于EPON系统实现多业务接入的相关技术是非常有意义的。EPON系统所支持的业务类型有：（1）数据业务：在为用户提供高带宽的数据业务的同时，可采用DBA技术来对整个系统带宽进行动态调配，使用户可以享用更高的峰值带宽、提高系统的带宽利用率。（2）语音业务：目前应用最多的仍然是普通电话业务（POTS），其物理接口为RJ11，这是用户必需的一种基本业务。当前，软交换技术的引入和普及将改变电话业务的提供方式，但是对用户而言，这种实现方式的改变将是透明的，接入网应能灵活适应这种变化。从今后的发展趋势来看，各

54、种智能终端将有可能逐步被市场接受，这些智能终端将直接通过RJ45接口接入，这需要相应的接入网能够提供具有QoS保障能力的以太网接入功能。（3）视频业务：当前个人用户所使用的主流视频业务是由广电部门提供的CATV，但今后将迅速向DTV转移。受限于政策因素，上诉业务和通信网络运营商关联不是很大，因而目前各通信网络运营商真正关注的是IPTV业务。对于IPTV业务来说，接入网主要负责提供业务所需的信息通道，因而带宽问题是开展IPTV业务的核心问题。另外，相应通道的QoS保证能力也是必须关注的一个重要方面。（4）TDM专线业务：TDM专线业务主要是指E1，V.35业务。从实际需求看，企业用户中存在对这种

55、业务的需求，而个人用户则通常没有。通过上述分析，我们可以总结出实现综合业务承载对FTTH设备的基本要求：应具有较强的QoS保障能力，并为不同的业务类型提供有区分的。第五节 本章小结伴随着宽带接入市场的迅速成长，各种新型的宽带接入技术如雨后春笋般不断涌现，作为光纤接入网的重要解决方案EPON提供了一个理想的宽带接入平台。EPON采用点到多点的网络结构、无源光纤传输方式、基于高速以太网平台和TDM时分MAC媒体访问控制方式，提供多种综合业务的宽带接入方式。具有很高的性价比，被普遍认为是下一代宽带接入网技术的最好选择。本章具体介绍基于Ethernet的无源光网络的具体原理及关键技术。并结合EPON简

56、要介绍其所支持的业务类型。通过本章对EPON作深入了解。第三章 基于EPON的FTTH宽带业务接入方案第一节 FTTH系统结构一、点到点（P2P）点对点直接光纤连接没有复杂的上行同步技术和终端自动识别等优点，上行的全部带宽可被一个终端所用，有利于带宽的扩展，但该方式光学器件和光纤成本相对较高。如图3.1所示。二、点到多点（P2MP）光配线网（ODN）全部由无源器件组成，不包括任何有源节点，光纤线路终端设备OLT下行的光信号，通过一根光纤，经无源器件Splitter（光分路器）将光信号分路广播给各用户终端设备ONU/T，大幅减少网络机房及设备维护的成本，节省了大量光缆资源等建置成本，因而成为FT

57、TH最热门的技术。如图3.3。第二节 组网模式与带宽计算一、组网模式的选择根据业务和用户预测，针对不同的客户群，采用相应的网络应用模式，坚持“区分市场，有序推广，分步实施”的原则，逐步铺开网络的建设。建设初期引入EPON系统，分区域设置供各类客户、各种FTTx应用模式共用的FTTx网络平台：1.对于大客户、商业客户和高端个人用户，可以根据需求推广FTTH应用。2.对于不同规模的大客户、商业客户，根据实际业务要求，可采用不同的组网方案。3.对普通公众用户，应充分利用铜缆资源，暂时不宜大规模推广FTTH接入应用，可结合POP（业务呈现点）下移、“光进铜退”演进思路，利用PON系统先开展FTTB/C

58、+DSLAM/LAN/IAD等应用，并可适当对有需要的用户开展FTTH应用，逐步推进FTTH接入。4.对于新建LAN接入的场合，宜采用PON系统作为楼层交换机的接入承载。5.对于已经引入软交换的本地网，在传输资源紧张的情况下，也可以考虑将小区AG就近上联PON系统提供承载。二、带宽规划原则1.结合经营策略和业务性质，为不同客户群、不同业务分配相应的带宽。2.充分利用FTTx系统的DBA性能，要保证PON系统内不同性质用户的基本可用带宽，专线接入用户和高优先级业务的带宽要优先保证，同时应对用户的最大可用带宽进行限速。3.每个PON系统的规划带宽不能超出PON系统的可用带宽，且应考虑一定的冗余，合

59、理规划每个PON系统带的用户数。4.对于IPTV组播业务，宜将OLT设置为组播复制点。三、典型业务带宽需求FTTH系统可以作为一种综合接入手段，提供高带宽和QoS保证能力，可以承载包括以太网/IP业务、语音业务、TDM业务和CATV业务等多种业务，满足Triple-play的需求。可以提供语音、数据、视频和TDM业务的接入和承载： 1.数据业务：可以提供30M以上的带宽，能够在相当长的时期内满足基于以太网/IP的数据业务的需要，如用户互联网接入、Peer to Peer、文件下载、网络游戏等各种业务和应用。2.语音业务：可以提供语音业务，包括采用VOIP的软交换电话语音（及各项增值业务）和采用

60、64kbit/s电路仿真方式的传统电话。从技术发展趋势来看，软交换方式将成为FTTx必须支持的实现方式。3.视频业务：包括IPTV和CATV。IPTV包括视频直播和点播（VOD）业务。EPON所具有的单拷贝广播SCB机制使之特别适合IPTV业务的传送。另外，系统支持采用第三个波长（1550nm）传输模拟的CATV信号。4.TDM专线业务：EPON系统可以采用电路仿真方式实现n*64kbit/s，E1/T1数据专线业务。 对于公众客户，主要提供语音、数据和视频业务；对于大客户、商业客户，主要提供语音、数据和专线业务。具体业务的提供和开放应基于业务网实际发展策略为前提。从目前的互联网应用发展趋势来

61、看，IPTV（流媒体）、视频通信、VOIP、高速上网等式互联网发展中极具潜力的应用类型。上述几种主要的互联网业务对带宽的要求，预测如下：四、带宽测算带宽测算包括两个方面的内容：（1）单个PON系统内的带宽测算。（2）OLT上联的带宽测算。对FTTx网络的各种网络应用模式（FTTH/B/C等），其带宽测算方法是一样的。对单个PON系统内的带宽测算，需要考虑该PON系统内所有ONU所产生的流量是否满足系统要求；对OLT上联的带宽测算，需要考虑该OLT所有PON所带的全部ONU产生的流量（一般OLT包含多个PON口）。计算公式： 第三节 网元及ODN网络规划一、OLT设备OLT设备一方面将承载各种业

62、务的信号进行汇聚，按照一定的信号格式送入接入部分以便向终端用户传输，另一方面将来自终端用能过户的信号按照业务类型分别送入各业务网中。1、设备性能要求OLT设备应能灵活对其所带用户的同类业务进行汇聚：对于所有以太网/IP类业务，应支持通过不同的上联端口区分，以及通过相同的上联端口以不同的VLAN等方式区分。OLT设备应可选择提供PON系统保护倒换功能。OLT设备根据用户容量分为机架式和盒式。一般，一个19英寸标准机架内安装的OLT设备可提供250个以上的PON口，对应于典型的1:32分路比的PON系统，支持8000以上的用户；盒式设备则可提供4-20个以上的PON口。网络侧可根据业务性质提供N个

63、GE/FE，E1，STM-1等接口。如需提供CATV业务，OLT应配置WDM模块及CATV接口。2、OLT设置方式的比较（1）集中设置在端局便于设备的集中管理，节约网络上联所需传输资源。（2）光进铜退的实施，管道资源可以满足未来大量光缆的铺设。（3）光缆材料成本占管线造价的比例较小，随着光器件成本的进一步下降，大芯数光缆的建设成本与小芯数光缆相差将会越来越不明显。（4）集中设置在端局可以大大减少接入点的投资。（5）集中维护管理可以降低维护成本（6）分散设置在接入点可节约接入网管线资源和局端机房资源。3、OLT设置方式建议考虑到接入点资源相对比较充足（且可以选用无线基站机房安装OLT设备），OLT分散设置在接入点将是普遍采用的方法。在对旧城区的FTTx改造过程中，如接入点难以寻址，可采用OLT集中设置在端局的方式。对于城市新区（如西部开发）的建设，可以考虑采用OLT集中设置在端局的方式，减少接入点的投资（不建议为了OLT放置而新建接入网点）。对于大客户/商业客户综合接入、视频监控、村村通工程等的建设，OLT应主要采用OLT集中设置在端局的方式。二、ONU设备1、设备性能要求ONU设备应符合相应的技术体制，应支持与OLT之间芯片级的互联互通，ONU设备应可选择提供PON系统保护倒换功能。ONU可根据不同