EPON技在办公大楼网络综合布线中的应用

1、epon 技术在办公大楼网络综合布线中的应用 （对智能化办公大楼的功能设计与实现一文的补充） 王庭胜 2013 年 5 月 28 日我在百度上发表的智能化办公大楼的功能设计与实现一文中详细阐述过网络综合布线系统的规范设计与规范施工方法，这里所说的网络综合布线系统其传媒介质主要采用的网络线是传统的铜缆，即非屏蔽超五类、六类四对双绞线或屏蔽超五类、六类四对双绞线。 用四对铜芯双绞线组成一个综合布线系统其优点是：一是容易灵活组网，二是施工难度不是很大，三是能实现较高的传输带宽，屏蔽六类线可实现千兆级带宽。四是若采用全屏蔽双绞线能有效防止电磁泄漏和电磁干扰，大大提高安全保密系数。 用四对铜芯双绞线组成

2、一个综合布线系统其缺点是有三个方面的问题和难点：一是双绞线的传输距离受到限制，无论是水平布线还是垂直布线单线最远布线长度不能超过 90 米，否则衰减增大，很容易造成掉包，使传输数据不完整。二是为了防止电磁泄漏和干扰，防止泄密，在具体施工时，若两种以上网络线特别是内部涉密网络线路和互联网络线路还有电源线路平行敷设在一个方向、一个布线空间时很难达到相互间的最小距离要求。按照网络综合布线规范，网络线与 380v 以下低压电源的最小间距在 30 公分以上，平行距离越长，要求间距越大；涉密网络线路与非涉密网络线路间距在 30 公分以上，平行距离越长，要求间距越大。如果两种网线都是屏蔽网线，也要求要有最少

3、 5 公分的间距。在大多数办公大楼，其电源线路、涉密网络线路、非涉密网络线路等各种线路在水平敷设时一般都利用水平楼道顶棚内架设桥架进行敷设，楼道的宽度一般都在 2 米左右，楼道顶内，除安装有电源线路的水平桥架通道外，有的还安装了喷淋主水管道，其有效空间更是狭小，根本不能满足各线路之间的间距要求。在垂直敷设时，虽然网络线路在一个弱电井，但大多都敷设在同一个金属桥架内，也根本满足不了各网络线间的间距要求。三是网络带宽受到限制，很难达到千兆以上。 随着光纤技术的不断发展和广泛应用，现有的以铜缆为传媒介质、基于不对称数字用户线adsl技术为基础的宽带接入建设模式将不能适应未来高清视频、大容量数据传送等

4、高速率带宽业务的需求。“光进铜退”作为实施网络转型和固网宽带化的有效战略措施，在提高接入带宽，提升网络对业务的支撑能力等方面发挥着越来越明显的重要作用。基于以太网技术的无源光网络epon技术在满足目前高速率带宽业务接入需求的同时，由于epon 网络的点对多点技术特点以及三重业务voip（网络 ip 电话）、高速上网、iptv网络电视的开展，不但可以广泛应用于电信和电视进入千家万户的宽带组网，也可广泛应用于机关办公大楼的网络综合布线系统，大大提高机关办公网络的带宽和传输速率，并大大提高机关办公的效率和防止泄密的安全系数。 epon 将以太网技术与无源光网络pon技术结合起来，其目标是用最简单的方

5、式实现一个点到多个点拓扑结构的千兆以上以太网光纤接入网络。epon 可以大量采用以太网技术成熟的芯片，实现简单，初始建设相对成本低，后续运行相对稳定、维护简单，容易扩展和易于升级的固定网络。 一、基于以太网的 epon 无源光网络技术 epon 的组成单元如图 1 所示。数据光信号通过分光器（odn）把光纤线路终端olt一根光纤下行的信号进行分光，分成多路给每一个光网络单元即用户终端 onu，每个 onu 上行的信号通过分光器耦合在一根光纤里给 olt。olt 的上级是核心交换机、核心路由器、加密机、防火墙和电信方的光收、发器等。olt 设备发挥交换机的作用。1epon 网络介绍 epon（以

6、太无源光网络）是一种新兴的光纤接入网技术，它是采用点到多点结构、无源光纤传输方式、基于高速以太网平台和 tdm 时分 mac（mediaaccesscontrol）媒体访问控制方式、提供多种综合业务的宽带接入技术。所谓“无源”，是指 odn 中不含有任何有源电子器件及电源，全部由光分路器（splitter）等无源器件组成。它在物理层采用了 pon 技术，在链路层使用以太网协议，利用 pon 的拓扑结构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：低成本、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、方便管理等等。 epon 可以实现语音、数据、视频、移动业务

7、的融合。epon系统主要由 olt（光线路终端）、onu（光网络单元）、ont（光网络终端）和 odn（光分配网）组成，它处于网络的接入网层面，主要适用于宽带业务的光纤接入。 epon 网络中包括无源网络设备和有源网络设备。 有源网络设备包括中心机房机架设备（olt）和用户端光网络单元（onu）。光网络单元（onu）给户提供数据、视频和电话网络与 pon 之间的接口。onu 最初的作用是接收光路信号，然后转换成用户所需的格式（以太网、ip 广播、电话、t1/e1 等）。olt 设备则通过光纤跳线或网络线连接到上级核心网络。 无源网络设备包括单模光缆、无源分光器/耦合器、适配器、连接器和光纤熔接

8、头等。它一般放置于机房外，称为局外设备。无源网络设备十分简单、稳定可靠、寿命长、易于维护、价格较低。 2epon 网络基本原理 epon 系统采用 wdm 技术，实现单纤双向传输，用上行 1310nm和下行 1490nm 波长传送数据和语音，catv（有线电视）业务则使用 1550nm 波长承载。olt 放置在中心局（机房）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 之间通过无源的光分配网络按照 1:2、1:4、1:8、1:16、1:32 等方式连接。 为了分离同一光纤上多个用户往返的信号，epon 采用以下 2种复用技术。 1）下行数据流

9、采用广播技术。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。每个信息包带有 1 个epon 包头，唯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，接收并识别发给它的信息包，丢弃发给其他 onu 的信息包。在 onu 注册成动后分配 1 个唯一的 llid（配置方式）；olt 接收数据时比较llid 注册列表，onu 接收数据时，仅接收符合自己的 llid

10、 的帧或者广播帧。llid 是 epon 系统分配给逻辑链接的一种数字标识每一个逻辑链接都会分配到不同的 llid。在 epon 系统中llid 是由网管通过 olt 分配的olt 可以通过 llid 辨别帧是由哪个 onu 发来的或者通过修改帧中的 llid 将帧转发到相应的 onu 处于是，我们就能够建立起 olt 到 onuonu到 olt 的通路完成 olt 与 onu 之间以及 onu 与 onu 之间的通信。每个 onu 的 llid 的数目是可以通过设置选择的每个 llid 可以支持一个或者多个队列收发用户的数据。 2）上行数据流采用 tdma（数字时分多址技术）技术。olt接收

11、数据前比较 llid 注册列表；每个 onu 在由局端设备 olt 统一分配的时隙中发送数据帧；分配的时隙（通过测距技术）补偿了各个 onu 距离的差距，避免了各个 onu 之间的碰撞。 二、epon 网络组网开发及应用 epon 网络的组网方式一般分 ftth（光纤到户）、fttb（光纤到楼）、ftto 光纤到办公室）、fttn（光纤和双绞线结合）等多种方式。 随着 epon 网络技术的不断成熟和稳定，epon 网络技术同样也可以应用于机关办公大楼的全光纤覆盖，达到数据和业务信息的全光纤传输。机关办公大楼的 epon 组网方式可灵活采用以上几种组网方式。1、单独办公大楼组一个 epon 网络

12、 只有一幢办公大楼，只在该办公大楼组成一个 epon 网，可采用 ftto 光纤到办公室或 ftth 光纤到户的组网方式。如图 2：1）组单网用的光缆 光纤分多模光纤和单模光纤两类，多模光纤和单模光纤的区别，主要在于光的传输方式不同，当然带宽容量也不一样。多模光纤直径较大62.5m m（微米）或 50m m，允许上百个模式传输，色散大，工作在 850nm 或 1310nm。不同波长和相位的光束沿光纤壁不停地反射着向前传输，造成色散，限制了两个中继器之间的传输距离和带宽。多模光纤的带宽约为 2.5gbps。单模光纤只有一个波峰通过故称为单模光纤它的纤芯很细约为 8一 10 微米光在其中直线传播，

13、很少反射，所以色散减小、带宽增加，传输距离长。工作在长波长（1310nm 和 1550nm），但 单模光纤的带宽超过 10gbps。是与之配套的光端设备价格较高。epon 网络选用的是单模光纤方式。组一个 epon 网络只用光缆中的其中一根纤芯，所以组一个单网理论上只需单芯光缆即可满足要求， 有 4 但实际上目前国内没有单芯光缆， 2 芯、 芯以上到 144芯的多芯单模光缆。组 epon 单网最低需选用 2 芯室内光缆，一芯为主用，一芯为冗余备用。建议选用 4 芯光缆，有较大的冗余量，以后若再增组网络时，只考虑 olt 和分光器设备的增加，直接利用已布设光缆中的冗余纤芯，不需再增加光缆。 图2

14、 2）olt 的选择及安放位置： 由于 olt 是 epon 网络的光线路终端和核心，起着承上启下的中心交换作用，所以一般都安装于中心机房，便于操作和管理。 图中 olt 到机房熔纤盒采用光纤跳线链接。来自每个楼层弱电井的光纤通过机房熔纤盒接入 olt。一般情况下一个楼层占用olt 一个 pon 端口，如果整个大楼有 8 层楼，则 olt 最少需有 8个 pon 端口，如果有 20 层楼，则需有 20 个以上的 pon 端口。楼层数越多，对 olt 的参数指标要求就越高。3）分光器的安装位置： 单独办公大楼的分光器一般设在每层楼的弱电井，相当于双绞线布线方案中的楼层设备间。区别主要是双绞线布线

15、方案中的楼层设备间安装的是楼层交换机，是有源设备。而 epon 的分光器是无源设备，来自 olt 的下行光信号在这里通过分光器分光并由分光器熔纤盒分配给楼层各个办公室房间 onu，完成下行广播传输功能。来自楼层各 onu 的光信号在这里通过分光器耦合汇集到楼层的一根纤芯里再到机房的 olt，完成光信号的上传功能。olt 的光信号从机房熔纤盒出来到办公楼每个房间的 onu 之间、房间 onu 发出的光信号通过楼层分光器到机房 olt 之间均是无电源光信号传输，所以称 epon 是无源光网络。 图中楼层分光器前端的光熔纤盒熔接来自 olt 到了楼层弱电井的纤芯，通过光纤跳线和楼层分光器相接。楼层分

16、光器后端的光熔纤盒熔接来自楼层各房间 onu 的纤芯，通过光跳线和相应的分光器的熔纤盒次序相连。 分光器有 1 分 2、1 分 4、1 分 8、1 分 16、1 分 32 等规格，分的路数越多、分光比越大，光信号衰减越大。分光器的分光比一般根据楼层房间和 onu 的多少而定，楼层只有 4 个房间，用1:4 的；有 5 到 8 个房间的，用 1:8 的，有 9-16 个房间的，用1:16 的；有 17-32 个房间的，用 1:32 的。超过 32 个房间或 onu的楼层，需再从机房 olt 的另一个 pon 口布设一根光缆，再加一个分光器继续再分配。分光器的分光比在 olt 和 onu 之间总计

17、一般最好不要超过 1:32，一条光链路中，一般只能设计最多两次分光，可以是一次 1:32 分光，也可以是一次 1:4 分光加一次 1:8分光，也可以是一次 1:2 分光加一次 1:16 分光。 笔者建议，在光网络组建中，除必须的 epon 组成设备外，中间链路在设计时尽量减少中转、耦合次数，以减少故障点发生机率和中转、熔接所产生的光衰减值。另外?谖拊捶止馄鞯难裆媳小肮挥谩还嘣簟钡脑颉止馄鞣止饴肥蕉啵饭馑踉酱螅?1:32 路分光器，额定光衰减值在-1517db 即单路光链路衰减值为-1517db 不存在均分的说法。 分光后的带宽占比：理论上是每条分光路都共享总光路的带宽，但能共享多大的带宽呢，我

18、的理解是应按此时分路用户的多少而定。假如一个 1:32 分光器，刚好接了 32 个 onu（用户）， 32分光前的带宽是 1g若某时， 个 onu 都有用户使用计算机上网，则每个 onu 的带宽占比是 1g 带宽的三十二分之一（即 31.25m）；如果某时只有十个 onu 的用户计算机上网，则每个 onu 的计算机可享用 1g 带宽的十分之一即 100m若某时只有一个 onu 的计算机在上网，则这个 onu 的计算机享用整个 1g 带宽。其它以此类推。4）熔纤盒的安装和选配 熔纤盒有 4 口、8 口、12 口、24 口、48 口等多种品种规格，根据实际需要进行选配。 从 在图 2 的整个光网络

19、线路中， olt 到 onu 之间共有 5 个熔纤盒，其选配方法是： （1）机房熔纤盒根据光缆纤芯数选配规格，单网用的是 2-4芯光缆，所以熔纤盒应选择 4 口的，没有四口的就选用 8 口或12 口的。熔纤盒数量按楼层数确定，每楼层一个。 因大部分 4 口、8 口熔纤盒为非标准 19 吋机柜机架式，不好直接固定于机柜。若要把熔纤盒都规范的固定于机柜，建议最好选择 12 口以上标准机架安装式熔纤盒。 （2）楼层弱电井分光器前端熔纤盒由于是熔接来自机房熔纤盒的光缆，所以该熔纤盒的规格同机房熔纤盒。 （3）分光器熔纤盒是将分光后的光路数纤芯熔接在相对应的端口上，便于跳线，其熔纤盒规格的选配由分光比确

20、定，若分光比是 1:16，则选用 24 口熔纤盒。若分光比是 1:32，则选用36 口熔纤盒，没有 36 口的就选用 48 口熔纤盒。使用熔纤盒安放分光器，便于分光后的跳线。 分光器熔纤盒接口类型建议选择 sc 接口，方便跳线和维护。 （4）分光器后端熔纤盒由于是熔接来自楼层各房间 onu 前端的光缆，所以熔纤盒的规格和数量由房间数确定：假如我们在组网方案中确定使用二芯单模光缆，熔接到每个房间的也是二芯光纤。假如一个楼层只有 20 个房间，那么就需要 22040 个端口，需选用 48 端口的熔纤盒规格一个即可。若到每个房间是四芯光纤，则需要两个 48 端口规格的熔纤盒。以此类推。 至此，楼层弱

21、电井需要安装的熔纤盒和分光器规格及数量已经可以计算出，从而可以确定安装这些熔纤盒需要多高的标准机柜了。一个 12 口熔纤盒的高度是 4.5 公分即一个 u 的高度，一个 48 口熔纤盒的高度是两个 u 的高度。 按常规，4-8 端口的熔纤盒其长度都小于 40cm。不好直接安装固定于标准机柜的宽度上，只能放置在标准机柜的隔板上。而12 端口以上的熔纤盒宽度基本就在 40cm 左右，可以直接用螺丝固定于机柜。所以在选用那种规格的熔纤盒时应该考虑熔纤盒的安装固定这个因素。机房、弱电井、各办公室都是一样。5）onu 的选配和安装 onu 是 epon 网络的用户终端设备，它的前端接入光纤芯，经过光电转

22、换，它的后端即输出端接双绞线到用户计算机或 ip电话、视频设备等。所以在选配 onu 时要根据用途选择它的功能参数和输出端口数。如果 onu 用于涉密网的计算机，则要求 onu的几个输出端口能够方便的进行关闭或开放，并能和所带涉密计算机分别进行 mac 地址绑定，没有进行 mac 地址绑定的计算机不能和 onu 进行通信。每个 onu 的 mac 地址都能和 olt 进行注册和绑定，未在 olt 上进行注册和绑定的其它 onu 不能和 olt 进行通信。涉密网络 onu 输出的双绞线应使用六类屏蔽双绞线，防止信号磁场泄漏和外界磁场干扰，确保 epon 涉密光网络的安全、保密与稳定。onu 的体

23、积很小，耗电也很小，可以放置在办公桌上也可以固定于其它地方或专门的小机柜里。室内光缆进了房间后先在室内熔纤盒里熔接到熔纤盒的端口上，而后通过光跳线和onu 的进线端口进行连接，完成整个光链路的连通。室内光熔纤盒规格的选配同机房，但安放在什么位置是要很好考虑的问题：如果安放在室内顶棚内，则熔纤盒到 onu 的跳线就要长，成本要增加，熔纤时和以后维护很不方便。如果安放在室内一个位置，方便了熔纤盒的熔纤和以后的维护，但要考虑整个室内的整体美观和协调。6）光缆的选择与敷设 办公大楼里组 epon 网使用的是室内单模光缆，要求它的柔软度要好、最小弯度半径要小，防火性能要好，抗拉性能要好。选用几芯光缆，前

24、面已说过，这里不再重复。 光缆的敷设也和双绞线一样，存在着从机房到弱电井的垂直布线子系统和弱电井到房间的水平布线子系统。由于光缆是通过光束完成网络数据和信息的传输，理论上光束不受磁场干扰和不存在磁场泄漏的问题，所以在布线时允许使用塑质桥架和 pvc 管材进行敷设，但是需要注意以下几个问题：一是桥架要选用材质比较厚点的 pvc 材质，达到一定的牢固强度，要能防火、防裂、防老化、防翘变，盖板紧密严实，防止鼠咬。二是水平敷设时要和强电、喷淋主水管等保持 10 公分以上的间距，以保证一定的物理安全防火距离和被挤压距离。三是光缆在转弯时，其转弯半径不能超过光缆参数要求的光缆直径 15-30 倍的最小转弯

25、半径，更不允许转直角和小于 90 度的角度，防止光缆里玻璃纤芯折断。笔者建议，垂直桥架和水平主桥架最好选用金属材质的，进室内支管也最好选用镀锌彩钢管。7）光链路的衰耗 在网络组建过程中，光纤传输线路的选择需要考虑光纤衰耗和光纤熔接、光纤跳线、分光等因素的影响，在设计网络结构时要保证光功率在正常收发范围之内。 epon 网络在确定了 olt 和 onu 的网络结构布放后，在光纤网络的设计中应重点考虑光链路的衰耗设计符合光链路总体光功率衰耗要求。对于 epon 工程，可根据下列光接入网常用的工程数据估算本工程 odn（光功率）的传输损耗。 工程建议 odn 衰耗为 1026db（一般为 22db

26、以内）；单模光纤衰耗0.34db/km；光纤跳纤、尾纤插入损耗为 0.10.3db；法兰盘插入损耗0.4db；1：2 分光器插入衰耗为 3db；1：4 分光器插入衰耗为 6db；1：8 分光器插入衰耗为 9db；1：16 分光器插入衰耗为 12db；1：32 分光器插入衰耗为 15db。 olt 光功率。接收为-1-24db（1310nm）；发送为2-3db（1490nm）。 onu 光功率。接收为-3-24（1490nm）；发送为-14（1310nm）。 对于 olt 和 onu 设备正常的收发光功率，在实际工程设计中要确保网络光功率衰耗值在相应设备的收发光功率范围之内。 整个网络光链路光功

27、率的衰耗允许值除了以上理论上的精心设计外，还须在实际施工中加倍注意熔纤、法兰盘、跳线等几个重要环节的工艺和清洁，否则光功率在这些重要环节衰耗将增大很多，甚至造成光路阻断。2、epon 技术在多网络组合中的应用 图3 如图 3 所示的是一个 epon 技术在多网络组合应用中的典型拓扑结构图，该图表示的是一个机关办公大楼的光网络图。该图反映的拓扑结构其实和单网的 epon 网络结构图相似，只是光缆的纤芯数多一些，三个网使用同一根光缆里的不同纤芯，不同网的 olt、分光器、onu 都个自分开，熔纤盒、机柜等可以共用。 如某机关办公大楼有楼层 11 层，每层 24 个房间。该办公大楼设有图 3 中的内联保密网、互联网和党政内网三个相互独立的网，另有系统内部视频会议、视频环境监控、ip 电话等信息的传送，以上这些需求都可用图