EPON的关键技术及组网应用探讨

1、EPON的关键技术及组网应用探讨摘 要：作为“光进铜退”、“FTTX”主要接入技术之一的xPON技术可以无缝地与IP化、以太网化趋势相融合，在接入层的应用中取得了广泛的成功。本文主要介绍了EPON技术原理，并对EPON中的关键技术细节进行详细描述，以便了解EPON这种接入技术的特点。最后对EPON的应用前景进行了简单描述。关键词： FTTx EPON 技术 DBA QoS ONU 组网一、 引言由于无源光网络的快速发展及视频应用的大量增加，使得城域接入网开始出现瓶颈。为适应用户的高带宽需求，EPON（Ethernet passive optical network）网络是个很有潜力的

2、解决方式，因为EPON有着高带宽和低廉的网络硬件体系架构。EPON是几种最佳的技术和网络结构的结合。EPON采用点到多点结构，无源光纤传输方式，在以太网上提供多种业务。目前，IP/Ethernet应用占到整个局域网通信的95%以上，EPON由于使用上述经济而高效的结构，从而成为连接接入网最终用户的一种最有效的通信方法。EPON技术采用点到多点的用户网络拓扑结构，利用光纤实现数据、语音和视频的全业务接入的目的。EPON可以支持1.25Gbps对称速率，随着光器件的进一步成熟，目前速率已经升级到10Gbps。二、 EPON技术的基本原理及传输特点1. EPON基本原理EPON的系统结构如图1所示。

3、 一个典型的Ethernet over PON系统由OLT、ONU、POS组成。OLT（Optical Line Terminal）放在中心机房，ONU（Optical Network Unit）放在用户设备端附近或与其合为一体。POS（Passive Optical Splitter）是无源光纤分支器，是一个连接OLT和ONU的无源设备，它的功能是分发下行数据，并集中上行数据。EPON中使用单芯光纤，在一根芯上转送上下行两个波（上行波长：1310nm，下行波长：1490nm，另外还可以在这个芯上下行叠加1550nm的波长，来传递电视信号）。在一个EPON中，不需任何复杂的协议，光信号就能准确

4、地传送到最终用户，来自最终用户的数据也能被集中传送到中心网络。在物理层，EPON使用1000BASE的以太PHY，同时在PON的传输机制上，通过新增加的MAC控制命令来控制和优化各光网络单元(ONU)与光线路终端(OLT)之间突发性数据通信和实时的TDM通信，在协议的第二层，EPON采用成熟的全双工以太技术，使用TDM，由于ONU在自己的时隙内发送数据报，因此没有碰撞，不需CDMA/CD，从而充分利用带宽。图1：EPON网络系统构成图2. 数据下行传输方式数据从OLT到多个ONU以广播式下行（时分复用技术TDM），根据IEEE802.3ah协议，每一个数据帧的帧头包含前面注册时分配的、特定ON

5、U的逻辑链路标识（LLID），该标识表明本数据帧是给ONU（ONU1、ONU2、ONU3.ONUn）中的唯一一个。另外，部分数据帧可以是给所有的ONU（广播式）或者特殊的一组ONU（组播），在图2的组网结构下，在分光器处，流量分成独立的三组信号，每一组载到所有ONU的信号。当数据信号到达ONU时，ONU根据LLID，在物理层上做判断，接收给它自己的数据帧，摒弃那些给其它ONU的数据帧。ONU1收到包1、2、3，但是它仅仅发送包1给终端用户1，摒弃包2和包3。3. 数据上行传输方式对于上行，采用时分多址接入技术（TDMA）分时隙给ONU传输上行流量。当ONU在注册时成功后，OLT会根据系统的配置

6、，给ONU分配特定的带宽，在采用动态带宽调整时，OLT会根据指定的带宽分配策略和各个ONU的状态报告，动态的给每一个ONU分配带宽。带宽对于PON层面来说，就是多少可以传输数据的基本时隙，每一个基本时隙单位时间长度为16ns。在一个OLT端口（PON端口）下面，所有的ONU与OLT PON端口之间时钟是严格同步的，每一个ONU只能够在OLT给他分配的时刻上面开始，用分配给它的时隙长度传输数据。通过时隙分配和时延补偿，确保多个ONU的数据信号耦合到一根光纤时，各个ONU的上行包不会互相干扰。三、 EPON数据链路层的关键技术数据链路层的关键技术主要包括：上行信道的多址控制协议（MPCP）、ONU

7、的即插即用问题、OLT的测距和时延补偿协议以及协议兼容性问题。由于下行信道采用广播方式，带宽分配和时延控制可以由高层协议完成，因而上行信道的MPCP便成为EPON的MAC层技术的核心。目前的802.3ah标准确定在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，即：每个时隙可以包含若干个8023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、服务等级协议（SLA）和QoS。1. DBA技术目前MAC层争论的焦点在于D

8、BA的算法及8023ah标准中是否需要确定统一的DBA算法，由于直接关系到上行信道的利用率和数据时延，DBA技术是MAC层技术的关键。带宽分配分为静态和动态两种，静态带宽由打开的窗口尺寸决定，动态带宽则根据ONU的需要，由OLT分配。TDMA方式的最大缺点在于其带宽利用率较低，采用DBA可以提高上行带宽的利用率，在带宽相同的情况下可以承载更多的终端用户，从而降低用户成本。另外，DBA所具有的灵活性为进行服务水平协商（SLA）提供了很好的实现途径。2. 系统同步技术因为EPON中的各ONU接入系统是采用时分方式，所以OLT和ONU在开始通信之前必须达到同步，才会保证信息正确传输。要使整个系统达到

9、同步，必须有一个共同的参考时钟，在EPON中以OLT时钟为参考时钟，各个ONU时钟和OLT时钟同步。OLT周期性的广播发送同步信息给各个ONU，使其调整自己的时钟。EPON同步的要求是在某一ONU的时刻T(ONU时钟)发送的信息比特，OLT必须在时刻T(OLT时钟)接收他。在EPON中由于各个ONU到OLT 的距离不同，所以传输时延各不相同，要达到系统同步，ONU的时钟必须比OLT的时钟有一个时间提前量，这个时间提前量就是上行传输时延，也就是如果OLT在时刻0发送一个比特，ONU必须在他的时刻RTT(往返传输时延)接收。RTT等于下行传输时延加上上行传输时延，这个RTT必须知道并传递给ONU。

10、获得RTT的过程即为测距(ranging)。3. 测距(ranging)技术由于EPON的上行信道采用TDMA方式，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，例如，若系统在工作时加入新的ONU，此时的测距就不应对其它ONU有太大的影响。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。4. RTT时延补偿

11、技术在OLT侧进行延时补偿，发送给ONU的授权反映出由于RTT补偿的到达时间。例如，如果OLT在T时刻接收数据，OLT发送包括时隙开始的GATET-RTT 。在时戳和开始时间之间所定义的最小延时，实际上就是允许处理时间。在时戳和开始时间之间所定义的最大延时，保持网络同步。四、 EPON应用场景组网近年来随着社会的发展，人们对通信业务的需求不断增长，除了传统的语音、TMD专线等窄带业务外，对于宽带数据业务的需求迅速增长，更多用户开始关注基于宽带的新业务如3D网络游戏、远程教育、视频会议、可视电话、视频点播和IPTV等，人们对带宽的需求由原来的几兆变为十几兆甚至更高。传统的LAN和DSL接入方式应

12、用已无法满足用户的需求，光进铜退已是大势所趋。综合考虑节约维护成本、节约主干光纤资源、接入设备集中管理等因素，以EPON技术为代表的光纤接入网络，具有高带宽、抗干扰、易拓展、接入距离长等优点，是现阶段实现宽带提速的最佳技术方案。EPON网络应用模式主要有以下几种。1. FTTH即光纤到户方式，通过部署在用户家庭的内置IDA功能的EPON ONU为单个用户同时提供语音、视频和数据业务，局端OLT实现对多个ONU业务的汇聚。适用于用户居住比较分散的区域，如别墅区，用户对带宽的要求较高，且开发商有积极性参与网络建设。2. FTTB:PON+LAN(ONU集成LAN交换机)通过在楼道部署支持多个LAN

13、和IAD端口的PON ONU为多个用户提供语音、视频和数据业务，局端OLT实现对多个远端ONU业务的汇聚。典型应用情况下，ONU到用户铜缆接入距离一般在100m以内。3. FTTB:PON+DSL(ONU集成DSLAM)通过在集中机房、小区楼道或者交接箱附近部署支持DSL的PON ONU为多个用户提供语音、视频和数据业务，局端OLT实现对多个远端ONU业务的汇聚。典型应用情况下，ONU到用户铜缆接入距离一般在1Km以内。考虑国内基于铜线接入的DSL网络已经非常普及，运营商的铜缆资源也铺设得非常到位，摒弃铜缆接入全部改造为光纤接入是不现实的，需综合考虑宽带提速和现网资源利用、建网成本和投资回报等

14、因素实施现网的网络优化。DSL与EPON两种技术各有优势，融合组网更能发挥所长。通常在实际应用中可根据设备放置情况、用户业务需求、布线难易、投资情况等相关情况灵活选择不同的组网方式。五、 结束语在局域网、城域网到广域网全部是以太网结构IP网络中，采用与IP统一以太网帧结构的EPON接入技术，各网之间可以实现无缝连接，不需要任何格式转换，大大提高运行效率，方便管理，并且可以提供端到端的连接和提供与用户签订服务协议的保证服务质量QoS。EPON技术简单，标准化程度和QoS支持的折衷将有力地推动ONU厂家的互通互用，而且EPON属于无源光网络，大大降低了维护成本，是现阶段综合业务接入网的一种选择，具有十分光明的应用前