论文-EPON技术探讨.doc

四川邮电职业技术学院毕 业 论 文论文（设计）题目： EPON技术探讨 班 级： 308计算机通信1班 姓 名： 龚翟 学 号： 200803013 指导教师： 杨一荔 时间：2011年 3 月 25 日 四川邮电职业技术学院毕 业 设 计（论文）任 务 书班级308计通1班姓名任韵雯学号2008030148设计（或论文）题 目EPON技术探讨指导教师姓名杨一荔指导教师专业技术职称副教授设计根据、内容、技术要求，主要设计方法（或步骤）：一、设计（论文）内容与方法 1、介绍EPON系组成及工作原理2、对EPON技术发展和组网应用进行分析 二、设计（论文）写作要求 1、介绍EPON系组成及工作原理 2、对EPON技术发展和组网应用进行分析3、实施效果、论证、评估4、内容要翔实，语言简洁流畅，逻辑性要强5、不得由他人包办代替或抄袭他人作品6、要做到理论联系实际，结合实际情况撰写论文7、设计（论文）字数在8000字左右三、设计（论文）写作步骤1、根据选题和下达的毕业论文任务书要求，写出写作提纲、构建设计（论文）结构2、收集并整理相关资料 3、撰写论文初稿，送交指导老师批阅与检查4、根据指导老师的意见，反复修改和调整5、最后送交指导老师审核定主要参考文献、资料：参考文献：【1】张中奎主编，接入网技术，北京：人民邮电出版社【2】刘伟编著，宽带综合接入技术，北京：科学出版社，2007【3】Walter Goralski著刘勇等译，ADSL和DSL技术，北京：人民邮电出版社，2002【4】中国互联网要求完成时间2011年5月20日前注：本表由指导教师填写一式二份，一份指导教师存，一份交学生。这里应有论文题目和作者名内容摘要：近几年，EPON随着技术的不断成熟、各类成本的不断下降得到各运营商的重视，利用其实现FTTH在国外取得了很大进展，国内也有越来越多的商用试点。EPON同时具备了以太网和PON的优点,成为光接入网领域中的热门技术。本文将介绍EPON系组成和工作原以及对EPON技术发展和组网应用进行分析。关键字：EPON系组成 组网应用进行分析目 录第一章 EPON的简介5第一节、EPON的结构5 第二节、EPON的工作原理6第三节、EPON应用模型6 3.1 在小区接入中的应用7 3.2 在工业区接入中的应用8 3.3 在商业街区接入中的应用9 3.4 在边远地区接入中的应用10 第四节 EPON的应用特点.11第二章 EPON技术的发展13 第一节、EPON的发展现状13第二节、EPON的可行性分析142.1 EPON技术设备初步成熟14 2.2 EPON技术经济可用142.3 EPON技术的适用性15 2.3.1 EPON应用中的限制性因素15 2.3.1几种接入技术与EPON的成本对比15 2.3.3 EPON技术应用建议16第三章 EPON技术应用策略18第一节、EPON技术应用总体原则18第二节、EPON技术应用场景建议18第4章 EPON组网实例20第一节、商务街区应用实例20 第二节、边远地区应用实例20 感谢总结23参考文献：24 第一章EPON的简介第1节 EPON的结构Ethernet PON的无源器件位于光分布网络中，包括单模光纤光缆、无源光分束器/耦合器、连接器和接头。光线路终端和多个光网络单元位于PON的终端。光信号通过PON下行传输时，经过分束器分发到多条光纤，上行信号由分束器/耦合器合并到同一根光纤中。无源光网络利用光纤点对多点树，在树枝上连接用户。PON也可以使用保护环结构来实现商业应用，对于校园网和多个租用用户群则可以使用总线结构。光网络单元提供用户数据、图像和电话网络与PON的接口。ONU的基本功能是接收光信号，并将其转换成用户需要的格式(以太网、IP多播、POTS、T1)。Ethernet PON一个特有的性能是ONU除了接收光信号并进行转换之外，还提供第2、3层的交换功能，允许企业业务在ONU内部实现路由。Ethernet PON还可以利用第3个波长来传输图像业务。由于ONU位于每个FTTB和FTTH应用的用户位置，其费用将由多个用户共同分摊，ONU的设计和费用是建造EPON系统的关键因素。通常ONU的费用占FTTB的70，在FTTH中，ONU的成本占接近80。第2节 EPON的工作原理 EPON由光纤线路终端、光分配网络(ODN)和光网络单元组成，采用的是树形拓扑结构。使用上行1 310 nm和下行1 490 nm波长传送数据和语音，CATV业务则使用1 550 nm波长承载。OLT放置在中心局端，分配和控制信道的连接，并有实时监控、管理及维护功能。ONU放置在用户侧，OLT与ONU间通过无源的光分配网络按照1:16/1:32/1:64方式连接，系统参考配置如图1所示。图1-1 EPON系统参考配置图 EPON网络采用一点至多点的拓扑结构，取代点到点结构，大大节省了光纤的用量和管理成本。无源网络设备代替了传统的ATM/SONET宽带接入系统中的中继器、放大器和激光器，减少了中心局端所需的激光器数目，并且OLT由许多ONU用户分担。此外EPON利用以太网技术，采用标准以太帧，无须任何转换就可以承载目前的主流业务IP业务。因此EPON十分简单、高效、建设费用低、维护费用低，最适合宽带接入网需求。在EPON中，从OLT到多个ONU下行传输数据的过程采用数据广播方式发送。数据以变长信息包的形式从OLT下行广播到多个ONU。依据IEEE802.3协议，信息包最长为1 518字节。每个信息包带有一个EPON包头，惟一标识该信息包是发给ONU-1、ONU-2还是ONU-3。也可标识为广播信息包发给所有ONU或发给特定的ONU组(多点传送信息包)。当数据到达ONU时，ONU通过地址匹配，接受并识别发给它的信息包，丢弃发给其他ONU的信息包。例如，ONU-1接收信息包1、信息包2和信息包3，但只将信息包1传输给最终用户1。EPON上行数据传输采用时分复用技术，每个ONU上行数据分配一个专用时隙，使得在数据汇合到公共光纤的时候，从ONU来的信息包不会互相干扰。例如，ONU-1信息包在第一个时间间隙传输，ONU-2信息包在第二个非重叠的时间间隙传输，而ONU-3信息包在第三个非重叠的时间间隙传输。第3节 EPON应用模型利用EPON技术是实现FTTP的有效网络解决方案，根据目前各运营商对于信息化的需求来看，大致可分为小区、工业区、商业街区和边远地区几种接入方式，下面将逐一进行分析。3.1在小区接入中的应用在小区接入中，ONU可设置在用户端（FTTH）或楼道（FTTB），光分路器可设置在楼道或小区机房。 对于FTTH模式，由于用户数不确定，为了提高设备的利用率、降低成本及方便维护，光分路器的设置应相对集中，采用一级分光，可选择在小区机房或者小区内的光交接箱。采用这种方式建设，无论用户数多或少，设备的利用率都是最大化的，但是用户数较多时对接入光缆的需求量相对较大。网络结构如图2所示。图1-2 小区FTTH模式 对于FTTB模式，ONU设置在楼道，一般需要配合楼道交换机进行业务的接入，光分路器的设置建议与FTTH方式相同。网络结构如图3所示。图1-3小区FTTB+LAN模式 小区FTTH将在实现“三网合一”的时期体现出巨大的优势，但考虑到相关政策的限制，并不是所有运营商都能实现，因此目前在利用EPON进行小区接入时采用FTTB+LAN的模式将是最佳方案。 3.2在工业区接入中的应用工业区一般均为企业用户，建议将ONU设置在企业的接入机房，结合其内部交换机完成各类业务的接入。这种模式类似于小区接入中的FTTB模式，建议在工业区所属区域设置合适的接入汇聚节点，将OLT放置在接入汇聚节点；在工业区范围内，可采用树型结构，沿着主干道选择合适的点（机房或光交接箱）放置一级光分路器，再根据企业的分布情况布设二级分路器和ONU，以最大限度地节省光缆。网络结构如图4所示。图1-4工业区EPON接入模式考虑到分路器的多级设置，每个分路器将覆盖一定范围内的企业用户，因此建议多设置光交接箱。若无法设置较多的光交接箱，则建议增大光缆芯数，便于未来大量企业的接入。此外，如果需要采用EPON的环路保护，则需要将从汇聚点引出的骨干光纤以成环方式建设。3.3在商务街区接入中的应用商务街区的特点是沿街分布众多的商务楼，楼内分布着多家公司，因此一般将ONU设置到公司，即FTTO（光纤到办公室），ONU通过交换机或路由器与公司内部网相连。网络结构如图5所示。图1-5商务街EPON接入模式1 FTTO模式类似于小区接入中的FTTH模式，建议将光分路器设置在每栋大楼内，ODN采用树型或链型组网。建设初期，建议将OLT放置在附近的接入汇聚机房内，光缆可沿大楼的分布情况建设，在每栋大楼的地下室或者在大楼相对集中的地带设置光交接箱，用来放置光分路器。考虑到这种模式在用户数较多时对ODN骨干光纤的需求量较大且采用环型组网方式，建议EPON的ODN骨干光纤使用较大芯数光缆。如果条件允许，建议在大楼相对集中、业务需求较大的区域内寻找合适的点作为未来的接入汇聚节点，将OLT的位置往用户侧靠近，并结合光交接箱的设置，采用星型模式接入附近的业务点以减少光纤的使用量，为将来大规模接入打好基础。网络结构如图6所示。图1-6商务街EPON接入模式23.4在边远地区接入中的应用 对于距离已有传输接入点较远、用户相对集中的边远地区，采用EPON技术将能够很好地发挥其技术优势。将OLT设置在汇聚节点，在用户集中的区域设置光分路器，ONU设置在用户接入点，利用ONU丰富的接口就可以利用极少量的光缆解决众多用户的各类业务需求。网络结构如图7所示。图1-7边远地区EPON接入模式这种模式适用于各运营商的信息化村通接入，将OLT设置在接入汇聚节点，光分路器放置在需要重点接入的区域，就可以在只占用2芯接入层光缆的情况下解决多个乡镇、村庄的语音和信息化接入。不过，考虑到EPON的接入距离一般在20 km以内，如果需要大范围地使用EPON接入，则需要将OLT的位置往用户侧靠近，因此需要设置多个接入汇聚节点。第4节 EPON的应用特点EPON接入系统具有如下特点：局端（OLT）与用户（ONU）之间仅有光纤、光分路器等光无源器件，无需租用机房、无需配备电源、无需有源设备维护人员，因此，可有效节省建设和运营维护成本；EPON采用以太网的传输格式同时也是用户局域网/驻地网的主流技术，二者具有天然的融合性，消除了传输协议转换带来的成本因素；采用单纤波分复用技术（下行1 490 nm，上行1 310 nm），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；上下行均为千兆速率，下行采用针对不同用户加密广播传输的方式共享带宽，上行利用时分复用（TDMA）共享带宽。高速宽带，充分满足接入网客户的带宽需求，并可方便灵活地根据用户需求的变化动态分配带宽；点对多点的结构，只需增加ONU数量和少量用户侧光纤即可方便地对系统进行扩容升级，充分保护运营商的投资；EPON具有同时传输TDM、IP数据和视频广播的能力，其中TDM和IP数据采用IEEE 802.3以太网的格式进行传输，辅以网管系统，来保证传输质量。 第二章 EPON技术的发展第1节 EPON的发展现状 光纤是传输数据、视频和语音业务最有效的媒介，能提供无限的带宽。但是将每个用户与端局之间实现点对点光纤连接，在光纤的两端安装有源电设备，在端局实现所有光纤连接的管理，其费用巨大，无法承受。EPON克服了点对点的弊端，转而采用点对多点拓扑，不需要诸如再生器、放大器和激光器等电子器件，减少了端局使用的激光器数量。点对点光纤技术适用于城域网和长距离应用，EPON适用于接入网的特殊要求。EPON比其他接入网技术更为简单，效率高，费用低。EPON将光纤延伸到最后一公里，从而获得高效、高可扩性、低维护费用、端到端的光网。目前接入网仍是大容量局域网和骨干网之间的瓶颈，接入网现有的解决方案和用户的需求之间存在着巨大差异。在用户侧的本地网络已经普遍拥有了支持10M和100M速率的能力，在城域网侧已经可以支持千兆和万兆的速率，但在用户侧和城域网之间数据的传送却大部分为不足1M甚至只有几十K的速率。为了突出接入网的优先地位与重要性，IEEE 802.3 工作组把人们以前熟知的“最后英里”接入网络段改称为“第1英里（The First Mile），并在 2000 年 11 月成立了 EFM (Ethernet in the First Mile)研究小組，于2001 年 7 月开始制定 IEEE 802.3ah EFM 标准，2003年9月完成EFM的标准制订。Ethernet in the First Mile Alliance (第一英里以太网联盟)则是一个支持基于802.3ah的EFM标准化的业界组织。EFMA的成员包括终端制造商、系统集成和通信运营商等，包括 Alloptic, Inc., Analog Devices, Hatteras Networks, Infineon Technologies, Passave Technologies, Spirent Communications, Texas Instruments, and World Wide Packets等。在EPON方面现在领先的有国际上有Salira，Alloptic等新兴公司，也有一些老牌公司如Nokia Broadband，Quantum Bridge等，国内在EPON方面研发比较领先有格林威尔公司，华中理工，武汉烽火等。其中格林威尔公司的多业务EPON (MS_EPON)系统最有特点，其系统支持上下行对称1.25G带宽，支持ONU的自动加入，支持TDM业务，提供动态/静态带宽分配、弹性保护倒换等功能。近几年，主要的电信运营商都宣布将大规模配置FTTP网络的策略。EPON技术的另外一个主要厂商富士通也通过和长城宽带的合作抢食了这一市场的第一块蛋糕。2003年第二季度，中国网通宣布在北京和长沙率先采用EPON设备开通L2TPVPN业务以及VoIP、VOD等业务，可谓是中国运营商首个FTTP合同，意义非同寻常，国内主要的EPON设备供应商Salira盛立亚宣布获得中国网通FTTP设备订单。2004年，ADC，康宁，TYCO，FONS，Pirelli,Sumitomo开始为Verizon通讯公司高速高容量FTTP系统实验性铺设提供光纤光缆和户外设备。国内格林威尔公司已经完成多业务江苏徐州EPON试验网，覆盖率已达4000点左右。第二节 EPON的可行性分析 2.1 EPON技术设备初步成熟自从2004年IEEE802.3ah定稿后，EPON技术获得了快速发展。目前市场上已经有多款芯片可供选择，主流电信设备厂商均推出了相关产品。在日本、韩国已经获得了较多的应用。从国内外应用和广东电信FTTH现场试验的情况来看，EPON技术已经基本成熟。 2.2 EPON技术经济可用 根据中国电信FTTH-EPON现场试验中对EPON的各种应用模式的成本分析可以看出： 采用EPON实现FTTH目前的成本仍然远高于DSL、LAN等方式。因此对于普通公众客户，FTTH目前尚不具备大规模商用的条件；对于商业客户，FTTH/O的建设成本相对于光纤直连（MC）已经可以接受，甚至有一定的成本优势，所以可以针对有需求的企业客户实施FTTO或者FTTB；采用EPON系统实现FTTB+DSL/LAN接入的方式中，综合成本与现有DSL和LAN的建设模式相比已经非常接近，已经具备商用的经济条件。 2.3 EPON技术的适用性2.3.1 EPON应用中的限制性因素根据上述对EPON接入模式的分析，从技术角度来说EPON是可以应用在各类信息化综合接入中的，但是在实际应用中还需考虑成本、投入产出比等因素，EPON的应用仍存在一定的局限性：受政策制约及运营商之间竞争的影响，小区信息化接入的开展存在较多的变数；设备需要一次性投入，在建设初期如果用户数较少时相对成本较高，投资回报年限较长，在建设成本方面与目前普遍采用的PDH、MSTP、点到点接入等方式相比存在一定的劣势；EPON的接入范围一般为20 km，如果OLT设置在现有的传输汇聚节点，则对于一些偏远地区仍存在无法接入问题。2.3.2几种接入技术与EPON的成本对比目前，信息化业务接入主要采用有源光纤接入技术，包括PDH、SDH、MSTP和点到点以太网技术。EPON技术与这些有源光纤接入技术相比虽然有很多优点，但一次性投入成本偏高的劣势仍是开展EPON应用的最大障碍，因此在决定采用何种方式接入之前必须进行成本的估算。接入网络的建设成本主要由设备成本和工程线路成本两部分组成。在EPON中，1个PON口可服务32个用户，这种配置的OLT设备目前价格约为2万元人民币，每端ONU设备价格约为1500元人民币，折合到每个用户的成本为2.1万元人民币（只有1个用户）或2000元人民币（32个用户）；而目前应用的各种有源接入技术一般均为点到点的系统，每个用户单独使用一对设备，折合到每个用户的成本约为1500元人民币。对于工程线路成本，为方便比较，统一将成本核算到每芯光缆：光缆价格目前约为200元人民币/芯km，管道约为900元人民币/孔芯km（考虑每孔5根24芯光缆，包含敷设费用），杆路约为200元人民币/杆路芯km（考虑一次性布放5根24芯光缆）；按照干路光缆5 km引入光缆长度为2 km进行估算，可以得出点到点系统的每户成本约为6500元人民币（引入段约为1200元人民币/户，干路段为5300元人民币/户）。当接入32个用户时，每个用户的成本为1400元人民币（引入段约为1200元人民币/户，干路段为200元人民币/户）；当只接入1个用户时，成本将与点到点系统相等。根据上述成本估算可知，在只有1个用户时，EPON和点到点接入方式的工程线路成本相同，但由于EPON的设备投资远高于现有的各类点到点接入，因此每个用户的总体成本EPON将高于点到点接入。当用户数达到5个左右时，两种方式的每户成本将基本持平；当用户数大于8个时，EPON的成本优势将开始得以体现；当用户数达到16个时，EPON的成本优势将得以充分发挥。2.3.3 EPON技术应用建议业务发展初期阶段，主要考虑的是成本。虽然MSTP存在提供的业务接口种类较少（目前只有E1、FE）、带宽利用率较低、光纤占用较多等缺点，但是在用户数少时其端口投资相对较小，可以充分利用现有的传输网络，同时能够利用SDH的特性实现较高的业务安全性。综合考虑各方面因素，对于目前的一些大客户的点到点业务及其他零星的业务需求，建议仍采用MSTP方式接入。当业务发展到一定规模时，EPON的优势将得以发挥，在投资相当的情况下，由于EPON能够提供更多的业务接口、更高的带宽及带宽利用率，因此建议采用EPON来实现业务的接入。当采用EPON接入时，OLT上联可以利用现有的SDH网络，也可单独组建数据汇聚网。若利用现有的SDH网络进行相关业务的收敛，则一般将OLT放置在接入汇聚机房，根据现有的接入层光缆布放ODN，通过100 Mbit/s端口或GE端口与汇聚设备相联，利用已有的汇聚层通道传输业务。但这种方式存在一定的弊端：由于SDH网络是固定分配带宽的，因此通过EPON接入的业务将占用SDH环较多的带宽，带宽利用率不高；同时，由于OLT放置在接入汇聚机房，随着业务接入点的增多，对接入层环路光缆的需求将逐渐增加。若单独组建数据汇聚网，则可以根据业务分布灵活布放OLT，以最少的光缆实现业务点的接入，同时可以进行数据的统计复用以提高带宽利用率。这种方式对目前的传输网络没有影响，但为了配合OLT的灵活布设需要增加较多的汇聚点，从而增加了机房部分及数据设备的投资。第3章 EPON技术应用策略第一节EPON技术应用总体原则 根据前面的研究和分析，EPON设备和技术初步成熟，但实现FTTH仍成本较高，因此，近期EPON的应用建议遵循“需求明确、成本不敏感、严格管理和控制”的总体原则。具体而言： EPON设备还具有互通性未解决等欠成熟的地方，故在使用时应注意控制规模，不能盲目推广，必须在有明晰的业务需求时才能使用；EPON设备选用时应考虑经过测试和评估的厂家设备；目标用户对成本敏感度相对较低；利用EPON系统实现FTTH/FTTO时，要重视FTTH商业模式研究和分析，加强与地方政府、房地产商、建筑行业的合作。第二节 EPON技术应用场景建议 根据分析，我们认为，EPON设备近期应主要用于以下场景，网络具体实现方式可参见第2章的应用模式分析。（1）EPON+LAN或EPON+DSL应用场景 新建LAN接入小区，采用EPON+LAN的方式实现FTTB，逐步减少光纤收发器在FTTB+LAN网络中的使用；在ADSL宽带提速的网络改造中，可使用EPON系统实现更为分散的DSLAM设备的可靠上联，实现FTTC/B+DSL；（2）EPON实现FTTH、FTTO的应用场景 需求明显的商务写字楼、连锁网吧等，采用EPON系统实现FTTO；并充分利