无源光网络PON技术在宽带通信中的应(论文).doc

无源光网络PON技术在宽带通信中的应用摘 要随着网络技术的不断发展，一些大型的在线游戏、网络高清电视、视频点播、语音通话业务、双向视频电话、高速上网等各种网络新业务的出现，成为用户对为了网络发展的主要需求之一，网络宽带化已经成为下一代接入网的必然要求，新的数字业务的发展成为网络技术发展的必然。在网络接入方面，传统的xDSL宽带接入方式不能满足上述网络接入的需要，以光纤为传输介质的PON技术成为网络接入技术发展的重要趋势。推动了PON相关的EPON、GPON技术快速发展，并且己成为电信领域的热点技术，网络宽带的速率从155Mb/S及622Mb/s的BPON(APON)到支持1.25Gb/s的EPON线路速率，成为未来宽带通信网络发展的重要趋势。本论文首先对PON技术的起源、现状、未来进行了详细的论述，并对PON技术的原理与关键技术进行详细的阐述，其次，对EPON与GPON技术的带宽、技术方式进行全面的分析与阐述，并对二者的技术做了详细的分析与讨论。并在此基础上介绍了针对XXX市的别墅区、写字楼、农村市场宽带网络的架构进行了分析，采用PON技术实现网络宽带接入的解决方案，对城市局域网的宽带接入网络规划建设中的组网模式进行分析，并对网络的带宽预算OLT、ONU的设备规划进行详细的分析。同时以秀水南湾世家居住小区的GPON工程和金建新阳小区的EPON工程为实例，进行了网络架构的设计与分析，提出并验证了两种主流PON技术的FTTH实现方案，并对FTTH及FTTB+LAN的优缺点进行详细的论证。关键词：宽带接入网；PON网络；GPON；EPON；光纤到户 ABSTRACTWith the continuous development of network technology, a number of large-scale online games, online HD TV, video on demand, voice call service, two-way video calling, high-speed Internet and other network emergence of new business, as a user on the main demand for the development of the network First, the network has become the next generation of broadband access networks necessary requirement for the development of new digital services become inevitable development of network technology. In the network access, traditional xDSL broadband access can not meet the needs of the network access to optical fiber as the transmission medium PON network access technology to become an important trend of technological development. Promote the PON related EPON, GPON technology rapid development and has become a hot field of telecommunications technology, network broadband speed from 155Mb / S and 622Mb / s of BPON (APON) to support 1.25Gb / s line rate of EPON become future broadband communication networks important trend.In this thesis, the origin of the PON technology, present, future are discussed in detail, and the principle of PON technology and key technology in detail, secondly, on the bandwidth of EPON and GPON technology, technical means to conduct a comprehensive analysis and elaborated , and both the technology to do a detailed analysis and discussion. And on this basis, introduced for the XXXs villa district, offices, rural market broadband network architecture was analyzed using PON technology broadband access network solutions for urban LAN broadband access network planning and construction networking mode analysis, and network bandwidth budget OLT, ONU equipment planning detailed analysis. Both Xiushui South Bay familys GPON residential district build a new engineering and Kim Yang district EPON project as an example for the design and analysis of network architecture is proposed and validated two mainstream FTTH PON technology implementations, and FTTH and FTTB + LAN advantages and disadvantages of a detailed argument.Keywords: broadband access；GPON EPON；FTTH；PON network第一章 绪论1.1课题的背景随着电子技术、计算机网络技术的发展，我国电信行业正处在技术转型的过程中，国内的各大电信运营商在技术、运营理念上也发生了重大的变化，将技术与市场导向相结合，改变电信的运营方式，在新技术不断运用到电信网络中，传统的电话交换网络如何适应新的市场环境，成为电信运营商关注的焦点问题。首先，市场的变化，影响企业的发展，随着通信服务向无线化、智能化、便捷化、网络化、宽带化以及个性化服务发展，传统的电话网络已经不能适应市场发展的变化。其次，现有的电话网络是建立在19世纪90年代，除核心层可以进行升级外，大部分的接入网络设备长时间的工作，已经不能满足网络升级的需要。1.1.1 PON技术的诞生国家信息化建设快速发展，改变了传统的网络结构，网络的带宽也以每年翻一番的速度发展，新的网络技术和信息控制技术也在不断的涌现，需要采用新的信息传输技术来满足市场的要求，PON技术就是适应新一代网络市场而出现的新技术，也是一种质优价廉的网络宽带接入技术。从网络的整体结构来看，网络的信号传输，采用的是光纤传输，DWDM等相关技术在网络中的使用，使得网络的主干网起得了突破性的发展，局域网的网络带宽发展由10M、100M到1G甚至10G传输速率，成为电信运营商关注的焦点，目前，最需要解决的问题是连接网络主干、局域网以及家庭用户之间的网络，需要解决这个瓶颈，才能有效的解决家庭用户的网络带宽问题，这样采用有效的发展主干网络的高速传输速率。但是，在实际工作的过程中，主干网与局域网的接入方式不同，接入网的情况也比较复杂，不同的网络需要的转换方式也不一样，由于宽带接入市场的发展刚刚起步，相关的接入技术还不是十分成熟，影响宽带网络的发展。目前，在我国采用Tl/E1或SONET/SDH接入网络，能够满足用户快速上网的需要，但是，在使用的过程中，这种网络接入的价格比较贵，一般的用户不能接受，采用ADSL宽带接入技术，由于接入的距离和选线率的限制，造成用户的费用偏高，而且用户群也不容易扩展；采用CableModem方式上网，但是在网络的结构上和服务的提供上还限制着网络的发展，如何改造这种网络还存在问题，而且结构改造的费用也比较昂贵，还有受相关的政策与法规的影响；采用Ethernet接入，用户的安装率较低，导致相应的网络建设费用过高，也通过由于网络的安全与服务质量难以得到有效的保证，影响用户的正常使用。采用LMDS无线网络连接的系统，是一种比较理想的技术，但是由于它对工作环境要求的比较严格，使它不能成为一种网络接入的理想技术。通过上面的分析，如何有效的解决网络带宽的接入技术，成为目前网络建设中难以解决的问题，如何以更低的价格，给用户提供更宽的带宽和优质的网络服务质量，成为人们关注的主要问题之一，PON技术与传统的网络接入技术相比，具有更多的优势：PON是无源光网络，能够减少网络建设的费用与网络运行时的维护费用，PON技术可以有效的实现网络用户的费用分摊，同时，PON协议采用的安全保护机制和宽带网络共享技术，能够有效的保证共用线路用户的网络安全，在性能比较上，对于提供相同数量的用户，PON设备暂占用的空间、体积比较小，PON技术也支持一个小区的住宅用户与商业用户共享相同的接入网，也能够共享网络的物理层与协议层，可以有效的减少分散接入网的数量，采用PON技术也能够支持语音传输业务和宽带上网的业务与功能，系统具有良好的拓展性能，可以平滑的向NGN网络过渡，实现通信网络的加载与各种增值业务，提高网络的经济效益。采用新一代PON宽带接入技术，能够有效的解决网络带宽的问题。目前，如何有效的提高网络带宽的通信方式，成为电信运营商关注的主要焦点，也是电信业务发展的主流方向，随着我国通信行业的改革和重组之后，如何有效的改进网络通信带宽，成为电信公司主要关注的问题，如何有效的利用宽带网络发展多媒体业务，成为电信运营企业急需要解决的问题之一，因此，研究宽带网络PON的接入技术和接入网络，推动FTTX通信技术的发展，是电信全业务发展的需要，也是应对市场竞争与企业自身发展的需要，也是实现网络增值业务发展的需要，也是实现企业的结构收入调整的需要，具有重要的理论与现实意义。1.1.2 国内外PON技术应用现状PON（Passive Optical Network）的概念是由英国电信网络提出的，主要的目的是降低通信网络的建设成本和提高网络的传输速率，PON技术分为GPON（由ITU主推的技术）技术和EPON（由IEEE主推的技术）技术两种，二者的主要区别在于TC帧结构上，由于采用的技术内核不一样，GPON主要是通过ATM与GFP两种协议来承载和发送客户的不同类型的数据，它的上行、下行帧长都是125s，上行技术主要采用的是时分多址（TDMA）技术进行数据传输，下行主要采用的是TDM方式。EPON的帧格式与IEEE8023的以太网的数据帧格式相兼容，为方便数据的传输，在以太帧中加入时标及识别等信息，实现数据的管理，而Ethernet PON 数据是根据需要进行不同数据长度的数据包传输。从目前国内外使用的PON技术的产业链分析看,从PON技术的芯片，到PON网络设备和运营商的管理与运用，GPON技术的使用优于EPON技术。在EPON芯片生产中，只有Teknovus一家企业生产和专注EPON芯片和技术的研发，Cortina和全球最大的FTTH芯片厂商PMC-Si-erra可以同时生产EPON和GPON的芯片和相关的设备产品，做GPON芯片及相关设备的厂家主要有Broadlight、飞思卡尔、英飞凌、博通、Marvell等相关的企业和公司，它们只专注GPON的产品与设备，像华为、中兴、UT斯达康、日立等公司与企业既做GPON设备与系统，也做EPON得设备与系统，而做EPON芯片与通信设备产品的公司主要有格林维尔、新邮通和华三等一些厂家或者二级厂商。在国外的一些著名的电信运行商像阿尔卡特朗讯、日本的爱立信、摩托罗拉和ECI等厂商生产的设计主要是支持GPON技术，在运营商采用的技术上，像日本的NTT和韩国的KT既支持EPON技术，也支持GPON技术，而像欧美的一些国家如英国电信公司、法国电信公司以及西班牙的一些国家主要支持的是GPON技术。在我国中国移动主要支持的GPON技术，而中国电信与中国联通对GPON和EPON技术都支持，在我国已经开始广泛的应用。1.1.3 PON技术的发展趋势GPON技术在通信网络中具有更高的速率，而且通信的性能比较稳定，GPON技术也具备多业务的能力和电信级得管理能力，能够更好的对电信业务给予支持，促进产业的发展，但是由于GPON的技术发展比较慢，在现在通信网络中的应用还落后于现在的EPON技术，在现在的网络市场、技术的标准制定以及相关的产业链的市场等方面，还落后与EPON技术，但是GPON的技术比较先进，稳定性好等相关的优点，GPON技术最终将成为未来市场的发展方向。就目前的GPON的技术应用及发展方向来看，在2010年GPON技术在电信网络中得到了规模应用，市场规模和占有率开始超过EPON技术，2011年，GPON技术在通信网络中得到了全面的应用，在市场份额上开始超过EPON技术，到2013年，GPON的市场占有率已经是EPON市场的3倍，成为当前通信网络中的主导技术，从这种情况来看，GPON技术在市场上已经占有绝对的优势，已经全面的超过了EPON技术。但是，通过实际的对比可以发现，GPON技术无论是从技术上还是产业链的规模上，EPON技术还是领先于GPON技术，特别是在产品的光器件产品上，虽然一些欧美国家的运营商对GPON技术比较支持，但是在运营的过程中，他们还是比较喜欢点对点的组网和网络维护方式，对于PON技术在网络中的应用十分有限，而且影响力也不是很大。相对来说，对PON通信网络比较支持的中国、日本、韩国的运营商成为PON网络与市场发展的决定力量，他们对PON技术的运用，决定着PON技术的发展和市场的走向。例如爱立信、阿尔卡特朗讯、摩托罗拉等一些公司的设备厂家对GPON的技术比较支持，但是GPON产品在他们的市场中，并不是战略产品，相应的生产的产品也就比较少，而像一些专门专注FTTH领域的一些厂商选择EPON技术，在市场上份额越来越大，能够有效的反映GPON市场的变化，在我国像华为、烽火、UT斯达康等公司比较关注GPON光纤接入技术的研究和开发，并将GPON技术和设备系统作为战略性开发的产品，能够有效的推动GPON技术的发展。在PON芯片的生产和研发上，飞思卡尔、英飞凌和博通等企业生产的PON芯片也不是市场上的主要供应商，随着GPON技术在市场上不断的应用于发展，市场的整合就会推动一些厂家向GPON技术方向发展。随着一些国家的运营商不断的应用GPON技术，GPON技术的用户群不断的扩大，并逐渐的代替EPON技术的发展。例如，日韩等国家就是FTTH的主要市场，我国的FTTH市场是具有很大潜力的国家之一，发展的空间比较大，中国电信拥有庞大数量的用户，他们对通信网络的成本要求比较高，对Qos的需求则比较小，这样EPON技术是合适的技术，在网络结构上，EPON采用是大家熟知的以太网网络结构，网络架构的成本比较低，对安全、计费、智能化的管理方面能够满足大家的要求，这样比较适合一些家庭用户大规模的铺设，在网络的速率方面，EPON与GPON相比已经差不多，随着10GEPON技术的出现，EPON宽带技术支持与GPON技术支持相当。在实际的应用中，GPON和EPON是PON两种不同的网络应用技术，针对PON技术特点和应用，人们对EPON和GPON技术有着不同的理解和认识，一般地，GPON技术更注重QOS的管理，EPON技术更注重网络的实用性、网络的成本与易用性，随着电子技术的发展，二者之间的成本正在减少，GPON技术与EPON技术是两种互相互补的技术，GPON比较适合大客户的接入，也适合大范围与跨度比较大的小区，EPON实用性较强，比较适合实现家庭用户的FTTH技术和小型的商业用户的网络接入。1.2 选题的意义目前,宽带通信已经成为中国电信、中国移动、中国联通业发展的主流方向，通过对全球的运营和战略目标进行分析发现，各大运营商的全业务运营是未来电信业务发展的重要战略目标。当前，我国的通信行业经过重组改革完成之后，中国移动、中国联通、中国电信取得了全业务运营的资质，中国的通信行业处于重要的战略发展和机遇时期，三大通信公司都将面临全方位、深层次的改革和竞争，而且业务的竞争主要聚焦与宽带通信的全业务和移动通信项目上，三大通信公司只有大力发展宽带多媒体业务，改变原有的运营模式，加快信息服务提供商的转型是三大通信公司的重要战略举措，因此，宽带接入网的建设成为未来通信网络发展的重要内容之一。因此，研究及应用基于PON技术的宽带接入网技术，对全业务的发展具有重要的作用，能够有效的推动FTTX建设，PON技术是通信技术和全业务发展的需要，也是通信行业快速增长业务的需要，能够有效的实现企业的结构性调整，对宽带业务的建设具有重要的意义。中国通信经过改革重组后，三大通信公司一直关注宽带网的接入研究，如何有效的对宽带接入网的各种设备进行测试并制定相应的项目建设原则，是项目施工管理人员和技术人员需要关注的重要问题之一，探索PON网络的建设应用模式,并详细的分析PON关键技术的应用，从不同的角度对GPON和EPON方案进行分析，并论证FTTH与FTTB+LAN宽带网络运行的优缺点，为通信公司如何有效的布置宽带网的接入方式提供建议。第二章 PON技术介绍2.1 PON技术特点PON技术主要是采用无源光网络技术，减少了网络中的有源设备，能够有效的减少设备之间的信号干扰和雷电的干扰等情况，由于减少了网络中的有源设备，可以简化网络中的供电配置和网络架设的复杂性，可以有效的降低网络维护的成本，减少网络的故障率。第二，PON网络的带宽较宽，而且网络的业务带宽透明性较好，能够满足多种形式的网络信号传输。再次，PON网络简化了架设的主要设备，网络的局端设备和光纤共享，可以有效的减少网络设备的数量和空间，也能够有效降低设备的能耗，实现点对点的通信成本费用也能够有效的降低，也可以降低相关的网络架设的施工成本，同时也可以节约大量的管道网络资源和设备。在网络通信的过程中，随着网络技术的不断发展，光纤不断的向广大用户推进，PON网络技术的优势就越来越明显，在使用的过程中，随着用户数量的增加，PON网络架设的成本也就会下降，所以采用PON网络技术比较适合用户区域比较分散，而每个区域有比较集中的用户，在新建的小区，采用PON通信网络最为适宜。第四，采用PON网络技术后，网络的容量较大，信号的传输距离比较远，这样就可以有效的简化城域网接入的方式和网络的总体架构。第五，无源光网络PON技术的标准化程度好，方便用户的接入，更加PON的技术特点，它可以分为FSAN/ITU和IEEE两大类通信标准，二者可以独立的提供PON技术的架构和网络解决方案，在我国的三大通信运营商中，都比较喜欢PON技术的网络架构，而不采用点到点的有源光以太网系统。采用PON技术网络存在的缺点是网络架构的一次性投入的成本太高，在网络中采用的OLT局端比较昂贵，在网络架构的过程中，光纤与信号分路器等相关的通信设施必须一次性架设成功，如设计的情况与用户的实际使用情况不相一致，或者在使用的我过程中，用户使用的设备超过某一个限定的距离时，用户平摊的成本就会很高，无源光网络采用的是树型分支拓扑结构，对用户产生的保护功能的费用就会很高，这样就会影响PON网络的正常使用，进行影响运营商的发展。在无源光网络PON技术发展的历史中，PON的技术实现方式比较多，主要包括TPON、GPON、EPON、APON、WDM-PON等相关的技术，在早期采用的无源窄带光网络主要采用的是基于TDM的TPON光网络技术，由于性能不是很好，而且网络的性价比也比较高，在市场的发展中已经不在适用，而APON和BPON技术的业务功能实现比较复杂，数据的传送效率不高，成本费用较高，在随着网络通信技术发展的过程中，这些技术逐渐的不适应市场而被淘汰。在目前的无源光网络通信技术中，主要以RPON与GPON两种无源光网络为主。2.1.1 EPON简介EPON无源光网络技术主要基于IEEE802.3ah的通信标准，EPON通信的下行方向主要采用的是TDM的数据传输方式，通信过程中，数据流主要以变长以太帧的广播方式到ONU，然后ONU根据以太帧的MAC通信的地址，根据用户的工作情况，选择和取舍上行信号的TDMA的工作方式，在工作的过程中，ONU将来自不同时间间隙的光数据信号汇聚在一起，在实际的工作中，OLT EPON技术网络采用的下行波长为1490nm，上行波长为1310nm，信号上下行的速率均为1.25Gbits，信号的传输距离为10/20kin，按照信号的非标准规定分路比的信号为32/16，由于EPON的信号传输带宽较好，可以直接以IPTV的方式对用户提供多种业务的信号捆绑服务。另外，在移动基站的信号回传的过程中个，也可以采用EPON技术来代替专线电路，减少移动基站的费用，在一些已经实现FMC的小区，如果能够将ONT与小区的家庭用户的网关进行集成，就可以有效的降低EPON网络的架构费用，提高网络软硬件的平台，根据当前欧美、日韩等国对EPON技术的使用，EPON技术的应用已经成熟，可以进行大规模的商用，目前中国电信已经进行了多次的EPON系统的互通性测试，已经完成了实施级的芯片与系统级的互相连通，为中国电信大规模的使用EPON技术奠定了技术基础，在2008年，中国电信已经完成了10Gbit/s速率的EPON标准draft2的版本与标准，能够有效的用于数字电视的业务，可以推出高清数字电视节目，根据调查发现，全球拥有HDTV的用户在2011年已经达到了1.5亿用户以上，EPON采用10Gbit/s的网络传输速率，在1:64的分路比的情况下，网络可以为每个用户的ONT提供多个IP封装的高清高网络信号的传输，而且传输的速率可以达到20Mbit/S。根据10Gbit/s的EPON网络架构的思路，要求在网络中要保证MAC层以及MAC的控制层与更高层不变的情况下，定义新的物理层，可以有效的保证网络的架构不变，可以有效的实现EPON网络的上行链路与下行链路的波长，将远距离的10Gbit/s的EPON网络系统的下行链路的波长选择在1577nm，近距离的10Gbit/s的EPON网络下行链路的波长选择在1590nm，这样就可以有效的保证网络传输中的波长不会被干扰，对于EPON网络系统的上行链路，主要采用的技术是运用TDM方式，在1Gbit/S与10Gbit/s的网络连接中进行协调，只要能够保证在网络通信中，每次只有一个ONU向OLT传送数据，系统会根据接收的信号波长来正确的引导信号的接收通道，保证信息能够正常的传递。采用10Gbit/s的EPON网络最大的优点是能够有效的与1Gbit/s的EPON网络兼容，在网络架构的过程中，不用增加太多的网络成本，就可有效的为每个网络用户增加带宽，提高网络运行的速率。2.1.2 GPON简介GPON是FSAN和ITUT制定的网络通信标准，它的上行主导速率配置是1.244Gbit/s，下行主导速率配置为2.488Gbit/s，它的传输距离比较远，一般在20公里以上，网络系统的分路比可以达到1:32/64/128，这充分的说明GPON网络的分配具有相当灵活的传输速率。网络的信号传输距离和分路比都比EPON具有一定的优势，在网络接入中所需要的OLT也比EPON少，能够有效的降低网络架设的费用，在网络中，就信号的传输速率来说，在同样是1:32分路比条件下，EPON对信号的传输效率为73%，网络运行的有效负荷为912Mbit/s，这样实际在每个用户上分得的传输速率为28Mbit/s，但是GPON的网络传输效率为94%以上，网络在运行时的实际负荷效率为2339Mbit/s，在同等条件下，每个用户平均获取的速率为73Mbit/s，通信效率是EPON技术网络架构的2.6倍，传输速率能够负荷网络发展的长远要求，在网络传输中采用GPON技术对支持IPTV的工作是十分有效的，特别是对于支持HDTV信号的传输是十分有效的。在GPON的网络传输汇聚层采用的标准是采用通用组帧程序GFP进行信号传输，这样，就可用于适用于用户的任何信号的格式和任何网络信号的传输制式，它对网络信号的封装率比较好，而且效率也比较高，业务的实现功能比较灵活，能够支持IPTV业务发展的其他PON技术对网络通信的具体需要。采用GPON技术对信号的封装采用的是GFP映射，保证信号在网络汇聚层上的传输是同步的，能够有效的支持点到点的业务与定时、同步的信息传输，也可以实现直接高质量地实时语音TDM话音通信，还可以支持定时高精度的TDM业务股，信号的延时和抖动性能较好。GPON采用各种精度保证网络信号传输的QoS，通过调整各个业务流的时隙指针和ONU的信号长度，并调整 ONU的授权带宽和授权周期，实现网络信号的带宽与信号延时的需求，GPON的各种网络接口与通信协议的处理与转换等业务都比EPON技术负责，网络架设的成本较EPON要高，GOPN在信号处理的过程中，要能够满足很高的信号突发同步时长指标和信号的封装，对于网络模块的驱动电路和前后放大器芯片的功能与容错性能要求很高，对信号的功率预算要求也比较高，因此，就GPON的光通信模块的成本要比EPON技术高出一倍多，又在网络架构的过程中EPON的技术相对来说还是比较成熟的，而GPON技术在网络中的应用还处于起步阶段，在网络架构的规模上来说，GPON技术的发展还滞后于EPON通信网络的发展，由于GPON的使用过程中还会出现标准化工作的失误，导致信号的传输过程中不能互相操作的问题，这样就影响了GPON的商用进程，也影响GPON的成本和市场竞争力。只有随着技术的进步和市场规模的扩大，成本也就会随着降低，GPON的应用也就会得到广泛的应用。2.1.3 WDM-PON简介现有的各种PON技术的网络通信系统架构，一般都要采用光分路器对通信信号进行分析，这样就会造成光信号的衰减，对PON网络技术的发展与信号的传输距离以及线路的分路比造成影响，针对这些问题，可以采取多种解决方案，主要运用的技术基础就是在PON网络的树型结构的基础上，运用WDM技术，为每一个OLT的ONU分配一个单独的上/下行波长，使得通信网络在信号的传输带宽、信号的传输、用户管理、信息安全容量扩展性等方面具有很大的改善，信息传播的方式采用虚拟的点对点的传输方式，能够实时的满足网络通信，WDM-PON 采用连续的工作模式，业务往来的透明性比较强，采用二层用户承载协议，在技术使用上，具有很大的优势，可以允许用户选择任何格式的原始数据进行传输，在WDM-PON网络的物理层采用WDM进行数据传输，可以有效的减少网络中光信号的衰减，提高了传统的PON技术在网络传输中所带来的的信号衰减，而且采用WDM-PON的网络传输可以有效对网络进行升级，同时WDM-PON技术可以提供上下行网络对称的24Gbit/s网络传输带宽，没有用户在网络中，可以拥有100Mbit/s的带宽，采用WDM-PON技术使得信号传输的通道能够完全隔离，减少普通PON技术网络的安全性隐患，而且网络系统的信号传输采用的是动态自适应的网络分配方式，网络的灵活性比较高，使用简便，但是在技术的实现与处理上难度比较大，它的网络元器件的要求比较严格，网络具有自适应能力的光发送器件与低成本的波分复用器的要求比较昂贵，但是作为一种以太网点对点传输的新技术，在其使用的初期必然会有相应的缺点。2.2 PON网络结构PON网络采用的是无源光网络对网络信号进行传输，具体的功能参考配置，如下图2-1所示：图2-1 PON网络结构分析在PON的网络架构中，OLT的作用主要为用户与用户端的业务节点提供接口连接，让信号通过一个或者多个ODN与用户端的ONU建立通信连接，在PON技术架构中，OLT与ONU的关系是主从接口通信的关系，在网络中，OLT可以位于客户端的交换局域内，也可以位于通信网的远端，ODN的主要功能是为OLT与ONU之间提供信号的传输信道，完成网络通信中光信号的功率分配任务， ODN是由光缆、无源光器件、信号连接器、光信号分/合器以及无源光信号分配网络组成，在PON的网络结构中，ONU主要为远端的用户提供信号接口，AF的主要功能是为用户与ONU之间的设备连接建立网络适配功能。2.3 PON工作原理PON技术在网络中的应用实际上是点到多点的光纤传输与接入技术，在网络中主要包括上行、下行网络控制技术，采用单纤双向传输的网络控制，主要是利用WOM技术实现，具体的网络架构如下图2-2所示：图2-2 PON单光纤双向传输结构在PON网络中，对于一根光纤上的多个用户的信号，一般采用两种技术对信号进行分离，实现网络的通信，下行数据流采用的是在网络的下行数据流中采用的是时分复用(TDM)的信号传输方式，运用OLT技术将网络的所有下行信号广播出去，经过ODN进行分配和传输计算并发到每个用户的ONU中，这样ONU只接受属于用户自己的信号，实现网络信号的传输，具体的传输过程如下图2-3所示：图2-3 下行数据流的分配对于ONU到OLT的上行数据流主要采用的是时分多址接入TDMA技术实现网络信号的链接，各用户的ONU在OLT的集中管理与控制下，用户OUN只在OLT指定的时隙内向OLT发送的信息数据，各ONU的时隙的信息数据在光合路器处汇合，并按照一定的技术方式进行融合，PON系统的测距和多址接入控制保证主要是对ONU的各个信息进行管理，保证信息的发送不会产生冲突，具体的信息传输过程如下图2-4所示：图2-4 上行数据流的传输2.4 PON的关键技术2.4.1系统同步分析在EPON网络中，数据的上行主要采用的是多点到一点的网络拓扑结构，每个ONU的数据发送，必须与OLT的系统分配的时隙相一致，保证ONU上行的数据不会发送碰撞，导致网络不能正常的工作，同时在ONU的一侧时钟应该与OLT的时钟保证同步，在网络中，EPON采用的是同步时钟标签的方式。在OLT测全局计数器对系统进行全面的记录，保证下行方向的数据能够与OLT要求的数据时钟标签同步，完成系统数据的同步发送，在上行方向上，ONU根据本地计数器的时钟标签，自动完成OLT时钟标签的测距。2.4.2 ONU的自动识别分析在ONU加入自动识别的目的是能够保证系统正常的运行，在实际工作的过程中，不需要人工进行调节和干预，就能够自动的完成新的ONU数据发现与注册，保证新的ONU能够自动的进行PON网络系统，而且不会影响其他ONU的具体工作，通过系统的自动运行,不需人工干预的就可以完成对新ONU的加入与注册。对于注册冲突的问题，EFM运用以下两种方案解决：(l)随机延迟时间：在ONU注册发生冲突时，ONU仍然保持响应注册，但是在响应的开窗时间上，会随机延迟一定的时间，保证ONU的随机延迟时间可以有效的落在注册的开窗时间内，采用这种延迟注册时间的方法，可以有效的减少ONU的注册时间和提高ONU加入系统的效率，就能够有效的降低宽带的拥堵，提高宽带的利用效率。(2)随机跳过开窗技术。在ONU发生注册冲突时，这时，ONU可以随机跳过若干个随机注册的ONU进行注册响应，发生冲突的ONU可以随机延时1-8s，延时配置主要由系统决定，采用这种方法，虽然需要多发费一些时间注册，但是，它能够减少注册开窗，不会影响系统带宽的使用效率。2.4.3 测距技术PON网络的上行数据传输采用的TDMA接入方式，一般地，1664个ONU连接一个OLT，OLT与ONU的距离一般在几十米到20公里之间，光通信信号在光纤上传输的时间延迟为每公里5ps，在网络工作的过程中，由于工作环境的变化或者器件的老化，这个延迟的时间也会发生变化，为了保证TDMA的接入，保证每个ONU的数据汇合后，能够在指导的时间间隙内插入，彼此不会发送拥挤和碰撞，为了保证数据之间的间隙能满足通信的需求，OLT就必须对数据进行精确的测定，以便更好的控制ONU发送的上行数据具体时间。在具体的操作中，通过Ranging测距，OLT就能有效的完成数据的往返延迟时间，并指定合适的均衡延时参数EqD，确保ONU的数据传输不会在网络的分光器发送冲突。2.4.4 突发同步及接收技术采用测距技术能够保证ONU数据在OLT处不碰撞和拥挤，但测距技术的精度有限，各ONU数据到达OLT时的相位也是随着变化的，采用突发同步技术能够有效的保证ONU比特数据的同步，能够正确的接收信息，采用突发同步技术，OLT能够迅速的恢复不同的ONU传输的突发信号的时钟相位，从而实现数据比特同步、字节同步和帧同步，进而能够从信号流中准确地提取数据。但是，在实际工作的过程中，ONU与OLT之间存在数据的差异，传输的上下行的码流也不相同，到达OLT的各组信号的幅度也不相同，信号的衰减程度也不一样，需要在OLT端采用突发同步模式的光接收机，自动调节接收信号电平的大小，在ONU侧的光发送机要具有自动调节发送功率的工作模式。这样，只有在数据的收、发端都采用相应的数据处理技术，才能实现数据接收的突发模式2.4.5 动态带宽分配(DBA)技术根据ONU数据传输的需要，PON网络采用的是动态分配带宽的方式，由于数据的传输方式不一样，ONU的数据由OLT进行分配与管理。DBA技术是通信网络MAC层技术关键，对信道的上行效率和数据延时具有十分重要的作用，采用DBA技术，主要提高TDMA带宽的利用效率，以便于在相同的带宽下，能够够承载更多的终端用户，降低用户的成本。由于DBA灵活性比较好，能够为服务水平协商(SLA)实现网络带宽的动态分配，如何获得ONU的实际工作状态，取决于DBA采取的具体算法。目前采用的是基于轮询的带宽分配方式，实现对数据的分配和发送，采用动态带宽分配算法目的是提高网络传输的带宽，也就是实时地(ms/s量级)改变各ONU上行带宽的机制，提高网络的利用效率。通过采用DBA技术，可以根据ONU突发业务的需要，在不同的ONU之间进行动态的调节带宽，来提高PON网络的上行带宽效率，能够有效的利用网络带宽，为客户提供更好的网络服务，同时，也方便网络管理员方便的在PON上添加用户，有效的利用PON网络，降低用户成本。第三章 EPON与GPON技术比较和应用3.1技术参数对比分析由于采用的技术和使用的方式不同，GPON与EPON的技术参数也存在不同的差别。表3-1对二者之间的差别进行了详细的比较。表3-1 EPON与GPON参数比较分析 项目比较项目EPON(IEEE 802.3标准)GPON（ITU-T 6.984)分光比1:321:64/扩展后为1:128下行速率/上行速率1.25 Gbps/1.25 Gbps2.5 Gbps/1.25 Gbps传输距离最长20公里最长60公里数据链路层协议以太网传输协议Ethernet over GEM协议下行效率72%，采用：8B/1OB编码(20%)技术，开销及前同步码(8%)92%以上，采用：NRZ扰码(无编码)技术，开销(8%)上行效率68%以上，采用：8B/1OB编码(20%)技术，开销(12%)89%以上，采用：NRZ扰码(无编码)技术，开销(11%)多业务承载支持fixed，Best Effort两种类型的数据业务严格保证fixed，assured, Non-assured，Best Effort四种类型的数据业务，保证QoS质量光纤线路保护国际标准未定义，由运营商自定义，保证线路的通信效率采用50ms主干光纤保护倒换(TypeB)技术、主干+分支光纤保护倒换(TypeC)技术光功率预算25 dB28dB运营、维护(OAM&P)OAM技术可选，支持对ONT的部分故障指示、环回和链路监测OMCI必选，对ONT进行完整的FCAPS(故障/配置/计费/性能/安全性)管理光纤线路检测国际标准未定义，由运营商自定义与管理采用OLS 6.984.2 N2510标准网络的互连互通由运营商自定义网络互通规范与标准，明确规定从控制层MAC芯片到设备系统的各层面互操作互通FSAN主导，采用国际标准，全球运营商、设备商参与，目前已进行了多次的规模测试，能够保证网络的互联互通TDM传输和时钟同步信道的上行延时较大，原因是采用轮询方式进行上行业务调度。电路仿真主要采用的(ITU-T Y.14I3或MEF或IETF)采用TDM over GEM标准封装方式，封装效率高，传输标准好。内置，支持Native TDM模式，保障TDM业务和时钟传送质量。(电路仿真可选)3.2 技术对比分析从上表3-1的技术参数对分析可以看出GPON和EPON在技术应用上还存在一些区别。1、对信道的下行速率，GPON技术的优势比EPON明显，在传输速率上高于EPON一倍，这样就能够方便的承载更多的数据业务，也就能够接入更多的用户，提供更优质的服务。2、从二者的绝对速率分析来看，在网络中加入有效负荷之后，GPON的优势就会更加明显，EPON采用的以太网的封装方式，将以太网的封装特性SB/IOB的编码技术也继承下来，这样就会造成EPON 20%的网络带宽被编码占用。而GPON技术采用的是物理层编码不归零，对网络的带宽没有任何影响，就封装的方式来看，EPON除了共有的6Byte源MAC地址与相关的数据开销、4Byte的FCS的数据以及可能的帧填充开销PADs外，还包括12Byte的IPG码，8Byte的前导码等相关的数据，而在GPON中仅有5Byte的GEM帧头，可以看出在帧封装技术上，GPON的开销较少。对PON网络的调度开销上，GPON网络的有效带宽为94%，而EPON仅为73%，这样GPON信道下行的带宽为2.488G/s94%=2.314G/s，而EPON信道的下行带宽的有效率为1.25G/s73%=0.913G/s，通过数据可以表明二者的有效带宽。3、从传输的有效距离来分析。在理论上，GPON要远大于EPON的信号传输距离，在实际的传输距离上，GPON的传输距离还要高于表3-1所示的数据。对于运营商来说，GPON的局端设备能够覆盖更大的份额，便于对网络的OLT设备进行集中管理。4、从二者采用的协议来分析，EPON标准是以以太网802.3体系结构为基础进行网络架构的，这种技术比较成熟，而且相关的以太网设备也比较成熟，网络架构更容易实现，成本较低，而GPON支持ATM技术等相关的协议，采用一种GEM的数据封装方式，技术难度较大，标准比较复杂，网络架构成本较高。5、GPON能够支持更多的数据业务。对于EPON来说，为了支持TDM数据业务，就需要满足电信级的Qos要求，但是，在实际的以太网上支持TDM数据业务的技术目前还不能满足系统的要求，需要重新设计MAC机制，开发新的应用软件来满足系统的要求。GPON采用的是TC子层结构设计与ATM技术封装方式，同时还采用125 us的帧长及定时机制，可以有效的实现TDM的数据业务和相关的业务。6、在QOS服务管理机制上，二者采用的是不同的机制和信息封装方式，以太网对QOS的保障是通过802llp来实现的和完成，在以往的E2PON系统中，系统资源的分配主要以OLT分配为主，网络中的ONU到OLT之间，802llp并能直接被系统识别和处理，OLT调度系统资源只能根据 有LL ID进行处理。常见的EPON系统在一般的情况下，每条光纤能够支持256个LL ID，也就是说，能够实现1:32的分光比，在具体的ONU上只能有8个业务队列资源进行排列。而GPON采用的是T-CONT作为网络的流量调度方式，而T-CONT具有5种不同的类型，它们有具有不同的带宽分配方式，就可以满足不同数据业务的需要，对不同数据的时延、抖动、丢包率等具有不同的QOS要求，在现有的GPON网络中可以支持512个T-CONT，在1:64分光比的情况下，每个用户队列的ONU可以有效的分配到32个优先级的队列资源。7、网络的信息安全管理机制上，EPON的下行数据是广播所有的ONT，在下方的所有用户都能够收到相同的数据包，黑客就可以通过修改ONT代码来查看数据包，给网络的安全带来危险，也就是说EPON的网络不具有安全性。而GPON网络采用的是规范的数据加密技术，采用最先进的AES数据加密技术，保证数据在下行通道上不被窃听，保证网络通信的安全。3.3 GPON和EPON的产品及应用比较1、从采用的协议标准来分析，EPON采用的以太网802.3标准的特性，而且标准制定的时间早与GPON，在市场上得到了广泛的应用。而GPON采用的标准是ITU-T 6.984标准，在制定和提出都落后与EPON，EPON的标准比较宽松，主要是由设备提供商制定的，具有更大的灵活性，GPON是先形成标准，后有产品，要求比较严格，形成了GPON的设计难度大，技术标准高。目前EPON的标准芯片已经发展到第四代，而GPON的技术标准高，难度技术大，华为、爱立信、中兴等厂商开始对GPON的技术进行研究，相应的技术也就日趋成熟。2、从市场的角度来分析， EPON的技术发展比较早，它就首先咱有一部分市场，如果不需要开辟新的业务，这部分市场就不用开发的新的设备，使用GPON网络。从市场发展的成本来看，GPON的技术与芯片的价格一直居高不下，这也成为影响具体业务发展的重要因素，随着市场的发展达到一定的程度，GPON的成本就开始下降，例如华为厂家，同时生成GPON和EPON，二者的报价基本相同，这样就能够有效的促进GPON技术在市场中的应用。从市场的应用来分析，由于有效的带宽不同，在相同的条件下，GPON的接入距离更远，能够承载更多的数据信息，容易实现集中式的管理方式。在适用的技术上，GPON的技术要明显的优越于EPON，在FTTH市场的需求不断的扩大的情况下，GPON网络架构的成本也在不断的下降，市场的竞争力也越来越强，同时GPON的下行带宽要远远