基于EPON+EOC技术构建广电接入网

1、基于 EPON+EOC 技术构建广电接入网本文关键字: Wi-Fi4, 方正 2, 网络 31, 宽带 2, 最后一公里 2, 城域网 1, 骨干网 1, 三网合一 1, 接入网 2, 运营商 1, 光网络 8, PON12, 光纤 15, FTTH3, 无线接入 1, 以太网 16, 光纤接入 1, 电磁干扰 1, 电信 2, APON3, GPON2, ATM2, IP9, 宽带接入 8, 数据通信 1, TDM1, CDMA1, Qos2, Cable1, TDMA1, VLAN3, 有线电视 4, 数字电视 2, IPTV1, LAN1,双绞线 2, 交换机 2, 同轴电缆 12, M

2、oCA4, 电缆 12, 有线电视网 2, WLAN1, 多媒体 1, 网关 1, 射频 3, 机顶盒 1, 高通 1, 放大器 1, 综合接入 3, 服务器 1, CATV1, 计算机 1摘要：基带传输与同轴 Wi-Fi 技术已经进入商用阶段，不少地方正进行试点工作，相信不久的将来会出现越来越多的 EPON+EOC 网络。随着宽带业务的发展，人们越来越意识到网络接入部分(最后一公里)存在严重的带宽“瓶颈”。接入部分两头目前已跨入吉比特级以上的速率，如用户端广泛使用的 PC 内部传送的速率已达到吉比特速率；而作为接入部分的另一头，城域网或骨干网的每波长速率也已达到 2.5 10Gbit/s，它

3、们比接入部分高出至少 3 个数量级。随着三网合一的推行，突破接入网瓶颈变得越来越迫切，只有突破接入部分的带宽“瓶颈”，才能使整个网络有效发挥宽带的作用，真正推动各种业务的发展，给运营商带来经济效益和社会效益。从技术上讲有三种方式突破接入网瓶颈，一是甚高速数字用户线路(VDSL)；二是基于无源光网络(PON)的光纤到户(FTTH)；三是高速无线接入。EPON 是基于吉比特以太网的无源 光网络技术，继承了以太网的低成本和易用性以及光网络的高带宽，是实现 FTTH 众多技 术中性价比最高的一种。随着 EPON 国际标准 IEEE802.3ah 在 2004 年正式发布， EPON 的产业联盟已经吸引

4、了众多厂商的积极参与，从 EPON 的核心芯片、光模块到系统， EPON 的产业链已经日趋成熟。1、EPON 技术及特点(1)EPON 的发展光纤接入从技术上可分为两大类：有源光网络(AON，ActiveOpticalNetwork)和无源光网络 (PON，PassiveOptical Network)。PON 是一种纯介质网络，由于消除了局端与用户端之间的有源设备，它能避免外部设备的电磁干扰和雷电影响，减少线路和外部设备的故障率，提高系统可靠性，同时可节省维护成本，是电信维护部门长期期待的技术。PON 的业务透明性较好，原则上可适用于任何制式和速率的信号。目前基于 PON 的实用技术主要有

5、APON/BPON、GPON、EPON/GEPON，其主要差异在于采用了不同的二层技术。具体如图 1 所示。图 1APON 二层采用的是 ATM 封装和传送技术，因此存在带宽不足、技术复杂、价格高、承载IP 业务效率低等问题，未能取得市场上的成功。为更好适应 IP 业务，第一公里以太网联盟（EFMA）在 2001 年初提出了在二层用以太网取代 ATM 的 EPON 技术，IEEE802.3ah 工作小组对其进行了标准化，EPON 可以支持 1.25Gbit/s 对称速率，随着光器件的进一步成熟，将来速率还能升级到 10Gbit/s。由于其将以太网技术与 PON 技术完美结合，EPON 成为了非

6、常适合 IP 业务的宽带接入技术。(2)EPON 系统的构成在一个 EPON 中，不需任何复杂的协议，光信号就能准确地传送到最终用户，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。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。另外，EPON 通过在 MAC层中实现 802.1p 来提供与 APON/GPON 类似的 QoS。与其它 P

7、ON 技术一样，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 的系统结构如图 2 所示。一个典型的 EthernetoverPON 系统由 OLT、ONU、POS 组成。OLT（OpticalLine Terminal）在广电组网系统中放置于前端，因成本等因素的制约，在光纤铺设到楼的条件下，ONU（Optical Network Unit）放置于楼道，下连 EOC（Ethernet over Cable）局端设备。POS（Passive Optical Splitter）是无源光纤分光器，可多级连接，灵活组网。EPON 系统使用单模光纤

8、，在一芯光纤上利用上下行两个波（上行波长 1310 nm，下行波长 1490 nm）传输双向数据。图 2EPON 的优点主要表现在以下几个方面。·成本低，维护简单，容易扩展，易于升级。EPON 结构在传输途中不需要电源，节省电力，容易铺设，不占用小区机房，无需任何有源光模块，长期运营成本和管理成本的节省很大。·EPON 系统这种无源点对多点的光网络和原有广电 HFC 网络中的光网络完全类似。在光纤到楼道的布局方式中可以多个楼道共用一芯主干光纤，并且可以根据用户的实际地理分布情况和用户数灵活分光布纤，接入大量用户，大量节省主干光纤。·EPON 系统是面向未来的技术，

9、完全基于以太网标准协议 802.3ah，模块化程度高，扩展容易，投资回报率高，是日后向全 IP 网络过渡的一个很好的选择。·上下行数据都在同一芯光纤传输，完全解决双向传输问题，提供高对称带宽。EPON 目前可以提供上下行对称的 1.25Gbit/s 的带宽。·带宽分配灵活，服务有保证。对带宽的分配和保证都有一套完整的体系。EPON 可以通过 DBA(动态带宽算法)、DiffServ、PQ/WFQ、WRED 等来实现对每个用户进行带宽分配，并保证每个用户的 QoS。(3)EPON 传输原理EPON 从 OLT 到多个 ONU 下行传输数据和从多个 ONU 到 OLT 上行传输

10、数据是十分不同的，所采取的不同的上行/下行技术分别如图 3 所示。当 OLT 启动后，它会周期性地在本端口上广播允许接入的时隙等信息。ONU 上电后，根据 OLT 广播的允许接入信息，主动发起注册请求，OLT 通过对 ONU 的认证（本过程可选），允许ONU 接入，并给请求注册的ONU 分配一个OLT 端口惟一的一个逻辑链路标识（LLID）。数据从 OLT 到多个 ONU 以广播式下行（时分复用技术），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 ONU 的逻辑链路标识（LLID），该标识表明本数据帧是给 ONU（ONU1、ONU2、ONU3， ，ONUn）

11、中的惟一一个。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 3 的组网结构下，在分光器处，流量分成独立的三组信号，每一组载有到所有 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。如图 3 中，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。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 注册成功后，OLT 会根据系统的配置，给 ONU 分配特定的带宽（在采用动态带宽调整时，OLT

12、会根据指定的带宽分配策略和各个 ONU 的状态报告，动态地给每一个 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 OLTPON 端口之间的时钟是严格同步的，每一个 ONU 只能够在 OLT 给它分配的时刻开始，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。对于安全性的考虑。上行方向，ONU 不能直接接收到其它 ONU 上行的信号，所以 ONU 之间的通信都必须通过 OLT

13、，在 OLT 可以设置允许和禁止 ONU 之间的通信。在缺省状态下是禁止的，所以安全方面不存在问题。对于下行方向，由于 EPON 网络下行是采用广播方式传输数据，为了保障信息的安全，从以下几个方面进行保障。·所有 ONU 接入的时候，系统可以对 ONU 进行认证，认证信息可以是 ONU 的惟一标识（如 MAC 地址或者是预先写入 ONU 的一个序列号），只有通过认证的 ONU，系统才允许其接入。·对于给特定 ONU 的数据帧，其它的 ONU 在物理层上，也会收到数据，在收到数据帧后，首先会比较 LLID（处于数据帧的头部）是不是自己的，如果不是，就直接丢弃，数据不会上二层，

14、这是在芯片层实现的功能，对于 ONU 的上层用户，如果想窃听到其它 ONU 的信息，除非自己去修改芯片来实现。·加密，对于每一对 ONU 与 OLT 之间，可以启用 128 位的 AES 加密。各个 ONU 的密钥是不同的。·VLAN 隔离：通过 VLAN 方式，将不同的用户群或者不同的业务限制在不同的 VLAN，保障相互之间的信息隔离。2、EPON 广电网络解决方案及最后一百米同轴宽带接入技术(1)EPON 广电网络解决方案设计独立互不干扰的两套网络：EPON 数据传输网和原有的有线电视承载网，如图 4 所示。有线电视承载网由数字电视平台、总前端设备、分前端设备、光节点和

15、同轴分配网组成，完全继承和利用广电原有的网络资源，承载原有的广播电视信号。EPON 网络由分前端 OLT 设备、分光器和放置于楼道的 ONU 设备组成，提供数据双向传输通道，解决分前端到楼道的光纤双向传输问题，可承载 IPTV、数据传输、IPPhone 等多种业务。广播电视节目根据距离的远近采用 1550nm/1310nm“物理星型、逻辑环型”的拓扑结构，先由总前端送至分前端，然后再由各分前端采用 1310nm 波长将信号送至片区内各个光节点。EPON 系统使用单模光纤，在一芯光纤上利用上下行两个不同波长（上行波长 1310nm，下行波长 1490nm）传输双向数据。利用 EPON 实现 FT

16、TB 之后的入户方式主要有以下 3 种。·FTTH（光纤到户），用户端配置 ONU 接收数据信息。·LAN，ONU 到楼栋后，使用双绞线入户，用户带宽可控制 OLT 输出端口及楼栋二层交换机进行调节。·EOC，ONU 到楼栋，用户端最后 100m 依然使用同轴电缆入户，尽可能地缩小改造范围，用户端配置 EOC 模块与 ONU 进行数据交换。EOC（EthernetOverCable）主要可分为基带传输、调制传输、2.4GHz 扩展应用三类，其中又可细分出很多具体的标准/非标准技术，如基带、MoCA、同轴 Wi-Fi、CableRan、UcLink等。EOC 方案使

17、用原有同轴资源解决最后一百米的接入问题，避免庞大的双线入户改造工程，在不影响原有下行广播电视信号的情况下，提供数据上下行传输功能。EPON最后一百米无源同轴宽带接入是最适合广电网络的双向改造模式，电信目前主推 PON最后一公里双绞线接入。(2)最后一百米同轴宽带接入技术·基带传输同轴电缆带内频率是 01000MHz，有线电视系统工作于 5860MHz，其中，565MHz用于上行通道。而在实际的应用中，520 MHz 频带由于杂散信号干扰严重，无法被采用频带传输方式的 CMTS/CM 通信系统所使用。而以太网是基带传输系统，以 10Mbit/s（10BASE- T）速率传输时，以太网信

18、号的功率谱主要集中在 0.515 MHz 范围内。这就为在同轴电缆网络中建立以太网提供了频率资源的可能。事实上，当今的数据交换芯片和电子技术，完全可以低成本地在有线电视 HFC 网络中通过同轴电缆实现 100 m 距离无中继的 10BASE-T 通信。·同轴 Wi-Fi 带外传输通过深入研究发现，在一定的应用环境和条件下，与其它传输媒介/方式相比，同轴电缆传输频率高于 1GHz 信号的优势依然十分突出。当传输距离小于 60m 时，同轴电缆对 2.4GHz信号的传输性能优于无线传输可达 50 dB 以上。同轴电缆这一优势，可供有线电视网络充分利用，实现基于同轴电缆的 WLAN 接入。&

19、#183;MoCAMoCA 的全称是 MultimediaoverCoaxAlliance（同轴电缆多媒体联盟），是同轴电缆的拥护者成立的联盟，其目的是充分利用 70%家庭的客厅以及 83%家庭的主卧室内装有同轴电缆。MoCA 的带宽能够同时满足一个高清电视、一个 ATSC 数字电视、两个标清电视和 10Mbit/s的数据流，并且可以对视频流进行远程控制(如 PVR 等)。·CableRanCableRan 是一种建立在单向有线电视网络上的宽带接入系统。CableRan 接入设备的组成包括前置小局端 MAS、智能端口 I/O 和网络管理软件。前置小局端 MAS 是一种多方式接入 IP

20、 网关设备，它可以把前端设备 I/O 再还原成 IP 信号，是IP 和射频转换的介于同轴和IP 接口部分的设备。每个前置 MAS 可以支持 64 个端口I/O，该前置 MAS 可以方便地放置在楼栋或光节点处。智能端口 I/O 设备是一种信号转换设备，它可以把来自于前置 MAS 调制在同轴电缆上的 IP 信号，还原为以 RJ45 或 USB 接口形式的标准以太网信号。只需要智能终端 I/O 来替换现有的普通机顶盒，另外在干线和楼栋之间加一个 MAS 小局端就可以了。CableRan 技术上行带宽可达 10Mbit/s，下行带宽可达 48Mbit/s。占用 565MHz 频率部分，其中 536MH

21、z 用于上行，4065 MHz 是下行频段。下行采用 16/64/256QAM 调制，上行采用 QPSK、16QAM 调制。·UCLinkUCLink 系统在现有单向 HFC 网络上采用叠加网的方式实现同轴宽带接入。UCLink 采用 QAM 调制解调方式，并将传输信号放在 HFC 网的最高端（8001000MHz），该频段信道内常规干扰最低，8001000MHz 信号使用简易高通滤波器即可绕过网内单向放大器。UCLink 将上行信号放在 800900MHz 的频率范围，下行信号放在 9001000MHz 的频率范围，是上、下行速率完全对称的传输结构。按 64QAM 计算，100MHz 频率范围能传输的速率