毕业论文 三网融合光纤到户接入网原理及系统设计

目录一、三网融合3意义4二、光纤到户接入网原理41、光纤接入网的基本构成42、有源光纤接入网5（1）基于SDH的有源光网络6（2）基于PDH的有源光网络63、无源光纤接入网络64、光纤接入网的形式85、光接入网的优点与劣势8三、光纤到户接入网系统设计911网络参考模型912PON系统对ODN的基本要求1013POP系统的保护1114光分配网ODN组成和基本功能132、EPON设备配置要求1421业务承载能力14221SNI接口和UNI接口类型1423功能要求1524网管要求1725环境要求2026电源要求213、无源光器件基本要求2231无源光器件的选择原2232光纤光缆234、设备安装设计2441设备组网原则2442容量测算2543IP地址规划原则2544OLT设备安装设计25三网融合光纤到户接入网原理及系统设计一、三网融合三网融合是指电信网、计算机网和有线电视网三大网络通过技术改造，能够提供包括语音、数据、图像等综合多媒体的通信业务。三合是一种广义的、社会化的说法，在现阶段它是指在信息传递中，把广播传输中的“点”对“面”，通信传输中的“点”对“点”，计算机中的存储时移融合在一起，更好为人类服务，并不意味着电信网、计算机网和有线电视网三大网络的物理合一，而主要是指高层业务应用的融合。“三网融合”后，民众可用电视遥控器打电话，在手机上看电视剧，随需选择网络和终端，只要拉一条线、或无线接入即完成通信、电视、上网等。所谓“三网融合”，就是指电信网、有线电视网和计算机通信网的相互渗透、互相兼容、并逐步整合成为全世界统一的信息通信网络。“三网融合”是为了实现网络资源的共享，避免低水平的重复建设，形成适应性广、容易维护、费用低的高速宽带的多媒体基础平台。其表现为技术上趋向一致，网络层上可以实现互联互通，形成无缝覆盖，业务层上互相渗透和交叉，应用层上趋向使用统一的IP协议，在经营上互相竞争、互相合作，朝着向人类提供多样化、多媒体化、个性化服务的同一目标逐渐交汇在一起，行业管制和政策方面也逐渐趋向统一。意义它不仅是将现有网络资源有效整合、互联互通，而且会形成新的服务和运营机制，并有利于信息产业结构的优化，以及政策法规的相应变革。融合以后，不仅信息传播、内容和通信服务的方式会发生很大变化，企业应用、个人信息消费的具体形态也将会有质的变化。三网融合将会从根本上改变我国文化信息资源保存、管理、传播、使用的传统方式和手段，为知识创新和两个文明建设营造一个汲取文化信息的良好环境。随着三网时代的到来，我们的生活将会更美好。二、光纤到户接入网原理1、光纤接入网的基本构成光纤接入网OAN，是指用光纤作为主要的传输媒质，实现接入网的信息传送功能。通过光线路终端OLT与业务节点相连，通过光网络单元ONU与用户连接。光纤接入网包括远端设备光网络单元和局端设备光线路终端，它们通过传输设备相连。系统的主要组成部分是OLT和远端ONU。它们在整个接入网中完成从业务节点接口SNI到用户网络接口UNI间有关信令协议的转换。接入设备本身还具有组网能力，可以组成多种形式的网络拓扑结构。同时接入设备还具有本地维护和远程集中监控功能，通过透明的光传输形成一个维护管理网，并通过相应的网管协议纳入网管中心统一管理。OLT的作用是为接入网提供与本地交换机之间的接口，并通过光传输与用户端的光网络单元通信。它将交换机的交换功能与用户接入完全隔开。光线路终端提供对自身和用户端的维护和监控，它可以直接与本地交换机一起放置在交换局端，也可以设置在远端。ONU的作用是为接入网提供用户侧的接口。它可以接入多种用户终端，同时具有光电转换功能以及相应的维护和监控功能。ONU的主要功能是终结来自OLT的光纤，处理光信号并为多个小企业，事业用户和居民住宅用户提供业务接口。ONU的网络端是光接口，而其用户端是电接口。因此ONU具有光/电和电/光转换功能。它还具有对话音的数/模和模/数转换功能。ONU通常放在距离用户较近的地方，其位置具有很大的灵活性。光纤接入网（OAN）从系统分配上分为有源光网络AON，ACTIVEOPTICALNETWORK和无源光网络PON，PASSIVEOPTICAOPTICALNETWORK两类。2、有源光纤接入网有源光网络又可分为基于SDH的AON和基于PDH的AON。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，但以SDH技术为主，本文主要讨论SDH（同步光网络）系统。（1）基于SDH的有源光网络SDH的概念最初于1985年由美国贝尔通信研究所提出，称之为同步光网络（SYNCHRONOUSOPTICALNETWORK,SONET）。它是由一整套分等级的标准传送结构组成的，适用于各种经适配处理的净负荷（即网络节点接口比特流中可用于电信业务的部分）在物理媒质如光纤、微波、卫星等上进行传送。（2）基于PDH的有源光网络准同步数字系列（PDH）以其廉价的特性和灵活的组网功能，曾大量应用于接入网中。尤其近年来推出的SPDH设备将SDH概念引入PDH系统，进一步提高了系统的可靠性和灵活性，这种改良的PDH系统在相当长一段时间内，仍会广泛应用。3、无源光纤接入网络无源光网络（PON），是指在OLT和ONU之间是光分配网络ODN，没有任何有源电子设备，它包括基于ATM的无源光网络APON及基于IP的PON。APON的业务开发是分阶段实施的，初期主要是VP专线业务。相对普通专线业务，APON提供的VP专线业务设备成本低，体积小，省电、系统可靠稳定、性能价格比有一定优势。第二步实现一次群和二次群电路仿真业务，提供企业内部网的连接和企业电话及数据业务。第三步实现以太网接口，提供互联网上网业务和VLAN业务。以后再逐步扩展至其它业务，成为名副其实的全业务接入网系统。IPPON的上层是IP，这种方式可更加充分地利用网络资源，容易实现系统带宽的动态分配，简化中间层的复杂设备。基于PON的OAN不需要在外部站中安装昂贵的有源电子设备，因此使服务提供商可以高性价比地向企业用户提供所需的带宽。无源光网络（PON）是一种纯介质网络，避免了外部设备的电磁干扰和雷电影响，减少了线路和外部设备的故障率，提高了系统可靠性，同时节省了维护成本，是电信维护部门长期期待的技术。无源光接入网的优势具体体现在以下几方面（1）无源光网体积小，设备简单，安装维护费用低，投资相对也较小。（2）无源光设备组网灵活，拓扑结构可支持树型、星型、总线型、混合型、冗余型等网络拓扑结构。（3）安装方便，它有室内型和室外型。其室外型可直接挂在墙上，或放置于“H”杆上，无须租用或建造机房。而有源系统需进行光电、电光转换，设备制造费用高，要使用专门的场地和机房，远端供电问题不好解决，日常维护工作量大。（4）无源光网络适用于点对多点通信，仅利用无源分光器实现光功率的分配。（5）无源光网络是纯介质网络，彻底避免了电磁干扰和雷电影响，极适合在自然条件恶劣的地区使用。（6）从技术发展角度看，无源光网络扩容比较简单，不涉及设备改造，只需设备软件升级，硬件设备一次购买，长期使用，为光纤入户奠定了基础，使用户投资得到保证。4、光纤接入网的形式根据光网络单元（ONU）的位置，光纤接入方式可分为如下几种FTTB（光纤到大楼）；FTTC（光纤到路边）；FTTZ（光纤到小区）；FTTH（光纤到用户）；FTTO（光纤到办公室）；FTTF（光纤到楼层）；FTTP（光纤到电杆）；FTTN（光纤到邻里）；FTTD（光纤到门）；FTTR（光纤到远端单元）。其中最主要的是FTTB（光纤到大楼）、FTTC（光纤到路边）、FTTH（光纤到用户）三种形式。5、光接入网的优点与劣势与其他接入技术相比，光纤接入网具有如下优点（1）光纤接入网能满足用户对各种业务的需求。人们对通信业务的需求越来越高，除了打电话、看电视以外，还希望有高速计算机通信、家庭购物、家庭银行、远程教学、视频点播（VOD）以及高清晰度电视（HDTV）等。这些业务用铜线或双绞线是比较难实现的。（2）光纤可以克服铜线电缆无法克服的一些限制因素。光纤损耗低、频带宽，解除了铜线径小的限制。此外，光纤不受电磁干扰，保证了信号传输质量，用光缆代替铜缆，可以解决城市地下通信管道拥挤的问题。（3）光纤接入网的性能不断提高，价格不断下降，而铜缆的价格在不断上涨。（4）光纤接入网提供数据业务，有完善的监控和管理系统，能适应将来宽带综合业务数字网的需要，打破“瓶颈”，使信息高速公路畅通无阻。当然，与其它接入网技术相比，光纤接入网也存在一定的劣势。问题是成本较高。尤其是光节点离用户越近，每个用户分摊的接入设备成本就越高。另外，与无线接入网相比，光纤接入网还需要管道资源。这也是很多新兴运营商看好光纤接入技术，但又不得不选择无线接入技术的原因。三、光纤到户接入网系统设计11网络参考模型以太网无源光网络EPON是一种采用点到多点（P2MP）结构的单纤双向光接入网，其典型拓扑结构为树型或星型，由网络侧的OLT、光分配网ODN和用户侧的ONU组成，如图1所示，图2为EPON协议分层和OSI参考模型间的关系ONU1ONU2ONUNOLTSNIS/RR/SUNI光分配网（ODN）局端用户端OBD图1EPON系统参考模型图2EPON协议分层和OSI参考模型间的关系12PON系统对ODN的基本要求121PON系统信号传送方式PON系统采用单纤双向方式。上行使用1310NM波长，下行使用1490NM波长。当采用波分复用方式提供CATV业务时，下行增加使用1550NM波长。在下行方向OLT到ONU，OLT发送的信号通过一个1N或2N的光分路器或几个分路器的级联到达各个ONU；在上行方向ONU到OLT，各ONU根据OLT指定的时间发送信息。ONU发送的信号只会到达OLT，而不会到达其他ONU。122PON系统对光分配网ODN的基本要求ODN所采用的光纤为G652单模光纤，其上下行光链路的衰减值应不大于表1要求。EPON工作原理下行采用8023帧广播数据的导出通过帧前导码中的LLID识别64字节GATE信息来分配带宽EPON工作原理上行由MPCP协议完成上行流的控制管理发送由64字节的REPORT信息报告ONU状态，请求带宽加密问题13POP系统的保护PON系统的保护包括馈线光纤保护、OLT保护和全保护三种方式。在OLT和ONU设备支持的前提下，可以根据实际需要采用相应的保护方式。对于普通用户，一般不考虑系统保护。全保护的成本较高，宜只对重要用户采用。131馈线光纤保护如图3所示，馈线光纤保护就是采用1N或2N光分路器，在分路器和OLT之间建立2条独立的、互相备份的光纤链路，一旦主用馈线光纤发生故障，通过人工改接的方式，在备用光纤链路可用的情况下切换至备用光纤的保护方式。ONU1OLTONU2ONUN图3馈线光纤保护方式1N分光器备用光纤132OLT保护如图4所示，OLT保护就是采用2N的光分路器，在分路器和2个互为备份的OLT之间建立2条独立的光纤链路，一旦主用馈线光纤或OLT发生故障，在备用光纤链路和备用OLT可用的情况下自动切换至备用OLT的保护方式。ONU1OLT0OLT1ONU2ONUN图4OLT保护方式2N分光器133全保护如图5所示，全保护就是PON系统对OLT、ODN、ONU均提供备份的保护方式，可采用互为热备份方式。图5全保护方式ONU10OLT0OLT1ONU20ONUN12X1N分光器ONU11ONU21ONUN014光分配网ODN组成和基本功能141光分配网定界如图1所示，光分配网（ODN）位于OLT和ONU之间，其定界接口为紧靠OLT的光连接器后的S/R参考点和ONU光连接器前R/S参考点。ONU1ONU2ONUNOLTSNIS/RR/SUNI光分配网（ODN）局端用户端OBD142光分配网（ODN）组成从网络结构来看，光分配网由馈线光纤、光分路器和支线组成，它们分别由不同的无源光器件组成，主要的无源光器件有1）单模光纤；2）光分路器（OBD）；3）光纤连接器，包括活动连接器和冷接子。143光分配网（ODN）的基本功能光分配网（ODN）将一个光线路终端（OLT）和多个光网络单元（ONU）连接起来，提供光信号的双向传输。2、EPON设备配置要求21业务承载能力EPON系统应支持的业务类型包括IP数据业务，可选支持VOIP业务、TDM业务和CATV业务。其中TDM业务包括E1数据专线业务N64KBIT/S数据专线业务。221SNI接口和UNI接口类型1）GE接口GE接口包括1000BASELX、1000BASESX、1000BASET接口，应符合IEEE80232002规定；2）10/1000BASET接口10/1000BASET接口应符合IEEE80232002规定；3）E1接口E1接口应符合GB76112001的规定；4）Z接口Z接口应符合YD/T105420001011节的规定；5）ZA接口ZA接口应符合YD/T105420001012节的规定；6）H248协议EPON系统实现H248协议应符合YD/T12922003的规定；7）SIP协议EPON系统实现SIP协议应符合IETFRFC3435和中国电信SIP网关控制协议规范的规定。223PON接口基本要求PON接口应符合IEEE8023AH。其物理接口应采用1000BASEPX20，其特性为1）1000BASEPX20为点到多点的光纤传输；2）1000BASEPX20上下行方向使用同一根光纤。3）在单模光纤上，1000BASEPX20以1000MBPS速率，分路比为132，最大传输距离不小于20KM；4）信号编码方式为8B/10B；5）在物理层业务接口上，误码率小于等于101223功能要求231动态带宽分配为了提高系统带宽利用率，OLT应采用动态带宽分配机制（DBA）,根据LLID分配带宽授权，最小带宽分配颗粒不应大于256KBIT/S。232业务QOS保证EPON系统应能区分不同类型业务的优先级，上行方向应能根据SLA协议保证高优先级业务的QOS，下行方向支持带宽控制功能，最小带宽分配粒度不应大于1MBITS。233加密功能。EPON系统采用标准的以太网帧结构，恶意用户很容易截获系统开销信息和其它用户的信息，存在安全隐患，应对用户信息进行加密，其中下行方向应支持加密功能，上行方向可选支持。加密协议应符合中国电信EPON设备技术要求V13规定的三重搅动功能要求。234ONU认证EPON系统应具有基于ONU的MAC地址对ONU进行认证的能力，应拒绝非法ONU的接入。235VLAN功能EPON系统应支持IEEE8021Q协议，应支持按照端口划分VLAN，支持按照MAC地址划分VLAN，可选支持VLAN嵌套功能。236三层路由功能OLT应具有三层路由功能，应支持RIP、OSPF、BGP等网络路由协议。237帧过滤功能EPON系统应支持基于端口或MAC地址的ETHERNET数据帧过滤。238广播/组播帧抑制功能EPON系统应支持对广播帧和组播帧的抑制功能。239二层隔离功能EPON系统应实现各ONU之间的二层隔离。2310生成树当OLT支持多个GE或10/100BASETSNI接口时，应支持符合IEEE8021D规定的生成树协议。2311组播功能在FTTH网络结构中，EPON系统的组播功能应符合中国电信EPON设备技术要求V13的规定，包括2种组播控制方式IGMPSNOOPING方式和动态可控组播方式。IGMP功能版本不低于IGMPVERSION2。B）强制倒换由管理事件触发。24网管要求241网管基本要求EPON系统的网管功能应符合中国电信EPON设备技术要求V13中第17章“操作维护管理要求”的规定。包括1）OLT应能通过其所带的CONSOLE口对其进行带外方式的操作维护，应支持经TELNET方式远程对其进行操作管理维护，应支持通过网管系统远程进行操作管理维护，可选支持远程WEB方式的网管；2）OLT应支持带外管理和带内管理方式，带外访问方式应当提供所有带内访问方式的功能，带外访问方式应当实现访问控制，防止非授权访问；3）管理系统应具备对设备进行配置管理、故障管理、性能管理和安全管理方面的功能；4）管理系统建议采用中文界面；5）当ONU设备内置IAD时，网管能直接管理IAD242网管配置管理要求1）应能对网络侧、用户侧端口的接口参数进行配置，如接口类型、帧格式、管理状态和操作状态、用户端口能够同时支持的MAC地址数量、用户端口的接入速率等，请厂家提供PON口配置速率的步长和上下限；2）应能对业务流参数进行配置，如带宽、业务优先级等；3）应能配置以太网功能，如VLAN等；4）网络拓扑结构发生变化时应能自动更新；5）应能通过网管对系统软件进行升级，包括网管软件自身的升级；6）所有配置操作应记录到日志文件，并支持检索；7）应能对环境监控参数进行配置。243性能管理要求1）网管应能启动性能测量功能，采集和处理测量数据，分析测量结果；2）性能管理应具备对系统性能管理事件的当天和前一天的每15分钟计数以及24小时计数功能，统计参数应包括PON接口性能参数、网络侧和用户侧接口性能参数等；3）应能对PON系统带宽的使用情况、各ONU使用带宽情况进行统计；4）应能查询历史系统性能记录，并能将查询结果和统计结果保存到外部文件并输出；5）OLT应对ONU掉电事件进行记录，当ONU恢复上电后，掉电记录应更新；6）建议OLT和ONU能支持测量发射光功率和接收光功率。244故障管理要求1）网管应能对系统的各个部分进行持续的或间断的测试、观察和监测，以发现故障或性能的降低；2）当PON接口物理层性能（如光通道误码率）严重下降时，系统应能产生告警；3）应能通过指示灯和告警信号指示设备的故障，不同的故障原因对应不同的告警信息；4）应能判定故障发生的时间和故障的位置，故障定位应能定位到电路板；5）故障事件恢复后，系统网管的相应告警信息应能自动清除；6）系统告警日志统计列表应可对故障类型基于故障严重程度、故障原因、时间段进行分级处理；7）应能按照不同等级、不同时间段和产生告警的原因等方式对告警统计进行过滤；8）局端设备应支持系统硬件、软件的故障自动倒换和备份，自动倒换后，系统应能正常工作。245安全管理要求1网管系统应通过定义个人访问权限的方式，提供对于管理员/操作系统访问的安全措施，不同级别的管理员有不同的权限，确保访问请求的发起者只能在自己的权限范围内执行管理操作。敏感信息，或固定用户终端鉴权属性，数据库和配置数据只能由有授权的个人和管理系统进行操作；2网管系统应记录所有用户的操作，包括用户名、登录时间、操作类型。未经授权的访问尝试由系统记录并作为安全性告警；3支持管理区域的划分，将不同的资源分配到不同的管理区域，在不同管理区域内对相应资源进行管理操作。25环境要求251温度、湿度要求设备在以下环境范围内的环境中应能正常工作，其中OLT应至少支持类别1，ONU应至少支持类别3。当ODN处于2560环境范围内时，设备应能正常工作，业务性能不应恶化或中断。类别1温度040相对湿度1090（非凝结）类别2温度3040相对湿度1090（非凝结）类别3温度1060相对湿度1090（非凝结）注以上为地板以上2M和设备前方04M处的温度。252防尘要求在以下灰尘环境下，设备应能正常工作直径大于5M的灰尘浓度3104粒/M3，灰尘粒子是非导电、导磁和腐蚀性的。253大气压力要求在以下大气压力条件下的环境下中，设备应能正常工作86KPA106KPA。26电源要求261OLT设备应支持直流或交流供电方式,ONU设备必须支持交流供电方式，在以下要求的范围内，EPON设备应能正常工作A）直流电压及其波动范围要求标称电压48V；电压波动在直流输入端子处测试的48V电压允许变化范围为57V40V；B）交流电压及其波动范围要求单相220V10，频率50HZ5，线电压波形畸变率小于5；C）对于内置IAD的ONU，宜提供备用电池，供电时间不少于2小时。262绝缘电阻正常情况下，设备的绝缘电阻不应小于50M。263设备对接地要求根据中国电信EPON设备技术要求（V20）设备的工作接地电阻应小于5。264ONU掉电通知功能ONU应具有通过OAM的DYINGGASP功能将自身掉电事件通知OLT的能力。265过压、过流保护设备应安装过压、过流保护器。设备应满足YD/T1082对模拟雷电冲击、电力线感应、电力线接触等指标的要求。266电磁兼容设备的电磁兼容性指标应符合GB92541998以及GB/T176181998的规定。3、无源光器件基本要求31无源光器件的选择原311无源光器件的选择应满足以下要求1）选用技术先进、质量好、性价比高的产品；2）满足国家、行业、中国电信相关标准要求；3）器件宜为标准化、模块化设计，具有良好的替代性；4）施工安装、维护简便。312通常，室内、外光缆的光纤均采用符合ITUTG652D标准，衰减系数应符合表3要求。313入户光缆选用皮线光缆时，推荐采用小弯曲半径光纤，室内宜选用非金属加强构件、扁平形阻燃聚乙烯护套光缆。当采用架空或挂墙方式引入用户时，宜选用自承式扁平形阻燃聚乙烯护套光缆。314皮线光缆的接续宜选用光纤冷接子接续。皮线光缆终端宜采用适用于A86型终端盒的机械接续光纤插座。315用户光缆终端盒至ONU设备的连接；当ONU设备与光缆终端盒分别安装时，宜选用金属铠装室内软光缆，当ONU设备与光缆终端安装在同一个综合信息箱内时，可以选用普通的光跳纤。316光分路器（OBD）根据制作工艺可分熔融拉锥型（FBT）和平面波导型（PLC）两大类，平面波导型的带宽在1260NM1610NM较宽，能满足基于PON技术的FTTH网络中对3个波长的应用；当采用熔融拉锥型时，应选用单模光纤双窗口树型宽带分路器，在1310NM和1550NM时的带宽应不小于40NM，其均匀性比波导型略差，但价格低，选用时应作价格比较。317当不同传输距离对光功率分配有特殊需求时，可采用非均分光分路器。32光纤光缆321常用光纤光缆除皮线光缆外，光纤的衰减系数符合表3要求，其余各项光学指标应符合ITUG652D要求，光缆的各项指标应符合YD/T1258和GB/T13993要求。表3单模光纤衰减系数4、设备安装设计41设备组网原则411FTTH在整个网络中的位置公用电信传送网包括核心网和接入网，FTTH在整个网络中的位置如图14所示。图14FTTH在整个网络中的位置示意图15是FTTH与其它网络实体之间连接的示意。CPE/CPN通过用户网络接口（UNI），连接到FTTH。FTTH可以通过业务节点接口（SNI）连接到业务节点（SN）。FTTH通过网络管理接