EPON网络的设计与实现

EPON网络的设计与实现下一代广播电视网的网络构造EPON的定义EPON是以无源光网络的结构，采用的以

太网协议，集以太网的经济实用性、无源光网络技术的低成本、易维护、易管理性于一体的新型接入网技术代表FTTH与PON简介FTTH与PON的发展世界各国PON+FTTH的发展状况国内PON+FTTH发展的状况FTTH与PON的发展

FTTH((Fiber

To

The

Home)是光纤接入网发展的一种终极形式。光纤接入网以光纤所达位置分为FTTB(光纤到大楼)、FTTP(光纤到驻地)和

FTTC((光纤到路边)等几种情况，统称为FTTX

目前用光纤连接用户主要有两种实现方式：一种是光纤直接连接每个家庭或大楼；另一种是采用无源光网络技术，用分光器把光信号进行分支，一根光纤为多个用户提供服务FTTH与PON的发展（二）的EP无ON源技光术网作络为技上术述，第它二不种仅方继式承的了代以表太，网是的基低于开以销太和网易帧用结性构，还拥有了光网络的高带宽，是实现FTTX众多技术方式中“性价比”最高的一种。EPON技术用以太帧为载体，采用的是一点

到多点的结构，无源光纤传输方式，下行速率目前可达到l.25Gbit／s。上行以突发的以太网包方式发送数据流。EPON提供一定的运行维护和管理(OAM)功能。和传统的以太网相比，

EPON主要增加了两部分功能；位于媒体接入控制(MAC)层之下

的仿真子层和被作为MAC层一部分的多点控制协议(MPCP)。仿

真子层使得下面的点到多点网络在协议上层看来像是多个点到点链路，这一点是通过在每一个分组的开始加上逻辑链路标志

(LLID)以取代2个字节的前导码来实现的。EPON技术和现有的

设备具有很好的兼容性，新发展的QOS技术使以太网对语音，

数据和图像业务的全面支持成为可能。这些技术包括全双工支持、优先级和VL

AN等等世界各国PON+FTTH的发展状况

日本在FTTH上的发展一直处于世界领先地位

美国作为全球最具规模的宽带接入市场，宽带接入市场总用户数达2740万

在韩国，到2006年底，韩国己有700多万

FTTH用户；意大利有50万用户；瑞典有40.5万用户；荷兰共有60多万用户。国内PON+FTTH发展的状况目前，我国FTTX建设的驱动力也开始浮现出来，其中以视频业务的业务驱动最为明显。这样的视频业务包括视频会议、IPTV以及高画质网游等，其最大特点就是高带宽需求。单就带宽而言，ADSL还可以支持标清的IPTV业务，但是未来采用20Mbit/s左右的HDTV或者一户多视频终端的应用，带宽甚至会高达1OOMbit/s，因此FTTx才是能满足这些业务需求的选择。EPON原理与关键技术分析PON技术发展进程国际标准化进展情况国内标准化进展情况PON技术发展进程

PON技术可细分为APON、EPON、GPON、2.5GEPON、10GEPON和WDM-PON技术等多种，目前ITU(International

elecommunicatiUnion，国际电信联盟)、FSAN(FULL

ServiceAccess

Network，全业务接入网联盟)、

IEEE(Institute

ofElectrical

and

ElectroniEngineers，美国电气电子工程师学会)、

BroadbandForum(原DSL

FORUM)都在进行相关PON技术的标准化工作，但关注点和侧重点各不相同。国际标准化进展情况准IT化U—工T作G，.9包83括.x光和收G.发98器4.接x系口列参标数准，分传别输对汇A聚PO层N和、G带PO宽N技分术配进管行理了、非远常程完管整理的、标波长分配等•其FS成AN员是大一部个分由活欧跃美在电I信TU运-T营光商接主入导技的术、标专准注工于作光组接．入是技IT术U-的T在国光际接标入准网化技组术织领，域方面的技术支撑组织。其技术文稿基本都输出至ITU-T并破采纳为ITU标准，著

名的APON和GPON相关系列标准G.983.x和G.984.x技术文稿实际上都来自该标准

化组织•8I0E2E.E3在.a1h9即98E年FM发(E布th了er吉ne比t

特fo以r

t太he网F标ir准st之Mi后le，从第2一00英0年里开以始太，网I)E工EE作通组过的成方立式开始了EPON的标准化工作。IEEE于2003年完成了EPON技术的标准化工作，它以吉比特以太网技术为基础，通过MAC层之上的MPCP(Multl-Point

controlProtocol，多点控制协议)来实现PON的P2MP(Point

to

Multi-Point，点到多点)传输方式。该标准从设备制造商角度进行制定，协议实现简单，但OAM能力较弱准Br化oa组db织an，d

从Fo运ru营m的商前的身业是务D需SL求Fo出ru发m

，原在来DS是L传一输个能专力注，于线研路究诊DS断L技、术互的通国性际、标业务模型等方面进行了深入的研究，发布了一系列技术报告．是xDSL技术领域的领导者国内标准化进展情况A从ss2o0c0i0a年ti开on始，，中C国CS通A(信ch标ln准a

C化om会mu)n开ic始at陆io续ns制s定ta和nd发ar布ds多项与PON技术相关的通信行业标准。目前已经完成或正在制定中的标准包括:窄带PON设备技术规范、设备测试规范；APON设备技术规范、设备测试规范；EPON设备技术规范、设备测试规范：EPON设备互通技术规范、互通测试规范：GPON设备技术规范(包括4个部分)、设备测试规范；宽带光接入网总貌；

FTTH体系架构和总体要求：PON设备安全技术规范、安全测试规范：2.5GEPON技术规范；GPON互通技术规范。对在I上EE述E

标8准02中.3，.a“h进EP行ON了系补统充互，通对技O术LT规上范的”L2从功E能PO，N系QO统S能层力面等进行了明确规定，特别是对EPON

OAM进行了大量的扩展，实

现丁EPON系统不同厂商OLT设备和ONU设备之间IP业务的互通。该标准得到了业界的极大认同，IEEE

802.3.ah工作组主席在

IEEE会议发言中表示该标准已在中国推广并广泛采用。一些国外运营商世纷纷表示愿意采用该标准来规范当地的EPON设备EPON原理框架与关键技术分析EPON网络结构一个典型的EPON系统由OLT、ONU、ODN组成，如图所示。OLT(OpticalLine

Terminal)放在中心机房，OLT既是一个交换机或路由器，又是一个多业务提供平台，提供面向无源光纤网络的光纤接口。OLT除了提供网络集中和接入的功能外，还可以针对用户的QOS／SLA的不同要求进行带宽分配，网络安全和管理配置。ONU(Optlcal

NetworkUnit)为用户端设备。ODN(Optlcal

Distributed

Network)是光配线网，主要由一个或数个光分配器(Splitter)来连接OLT和ONU，它的功能是分发下行数据并集中上行数据。光分配器是一个简单设备，它不需要电源，可以置于全天候的环境中，一般一个光分配器的分光比为2、4、8、16或32，并可以多级连接。在EPON中，OLT到ONU间的

距离最大可达20km。EPON网络结构图EPON层次模型

对于以太网技术而言，PON是一个新的物理媒介。802.3工作组定义了新的物理层。而对以太网MAC层以及MAC层以上则尽量做最小的改动

以支持新的应用和媒质。EPON的层次模型按照2003年1月发布的

IEEE802.3.ah

Draft1.3规定

EPON系统通过一条共享光纤将多个ONU连接起来，其拓扑结构为不对称的基于无源分光器的树形或分支结构。MPCP就是使这种拓扑结构适用于以太网的一种控制机制。EPON工作原理信号复用EPON系统采用WDM技术实现单纤双向传输

为了分离同一根光纤上多个用户的来去方向的信号，EPON采用以下两种复用技术：下行数据采用时分复用（TDM）技术，从局端接口单元发送的信号按时分复用依次送到各个用户单元。这种行为特征与共享媒质网络相同。上行数据流采用TDMA技术。EPON的关键技术系统同步系统同步是指由于EPON上行为多点到一点的拓扑结构，每个ONU发送时隙必须与OLT的系统分配的时隙保持一致，以防止各个

ONU上行数据发生碰撞ONU的自动识别

(1)随机延迟时间：

(2)陆机跳过开窗：EPON的关键技术EPON中TDM业务的传输尽管数据业务的带宽需求正快速增长，但现有的电路业务还有很大的市场，在短期内仍将发挥其巨大的作用，在今后几年内还是业务运营商的主要收入来源。所以在EPON系统中承载电路交换网业务，将分组交换业务与电路交换业务结合有利于EPON的

市场应用和满足不同业务的需要。因此现在大家谈论的EPON实际都是考虑网络融合需求的多业务系统。EFM对TDM在EPON上如何承载，在技术上没有

作具体规定，但有一点是肯定的就是要兼容的以太网帧格式。如何保证TDM业务的质量，实际上也就成为多业务EPON的关键技术之一EPON中信息安全的考虑根据IEEE802.3ah规定，EPON系统物理层传输的是标准的以太网帧，对此，802.3ah标准中为每个连接设定LLID逻辑链路标

识．每个ONU只能接收带有属于自己的LLlD的数据报，其余的数据报丢弃不再转发。不过LLID主要是为了区分不同连接而设定，ONU侧，如果只是简单根据LLID进行过滤很显然还是不够

的。为此IEEE802.3ah工作组从2002年下半年召开几次会议，专门讨论有关EPON的链路安全性的问题，包括研究APON的G983建议中搅动机制，802.1x协议等，会议中另一个主要议题就是关于安全性的问题是单独放在EPON中解决，还是放到整个802体系中解决。最终，会议决定单独成立一个任务组结合EPON的具体情况，负责整个802体系的安全性问题的研究和解决。

2003年1月份以原EPON安全小组的主要成员为主的新的工作组=开会议，将在尽量保证以太网体系架构的基础上，结合802.lx等已有以太网关于安全性的协议。加强和完善EPON和其他以太网应用的安全性关键协议多点控制协议(MPCP)在采用点对多点(P2MP)通信的网络设备中，主单元和从单元之间要采用点到多点控制协议(MPCP)来实现数据的有效传输。

EPON系统是一种典型的点到多点传输／接入设备，采用MPCP，可以实现一个可控制的网络配置，如ONU的自动发现，终端站点的带宽分配及查询，监控等。MPCP协议在MAC控制层实现，除802.3的31子句定义的消息外，还要引入5条新的控制消息：GATE(授权帧)，REPORT(报告帧)，REGISTE_REQ(注册请求帧)，REGISTER(注册帧)，REGISTER_ACK(注册确认帧)。采用MPCP可以优化网络资源．如：利用测距，可以实现多个ONU共亨传输线路，提升了带宽利用率：ONU可以报告其带宽需求，使网络管理者根据情况进行动态带宽分配(DBA)。通过P2P仿真，

MPCP可以和现有的以太网兼容，传统的以太网帧格式仍然被

保留，对等层之间的通信可以由网桥来控制。动态带宽分配(DBA)

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。DBA技术是MAC层技术关键，

它直接关系到上行信道的利用率和数据时延。

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：Service

LevelAgreement)提供了很好的实现途径。实现带宽动态分配的关键在于如何获得ONU的实际状态，各种DBA算法获得ONU状态的手段不同，目前

MAC层争论的焦点就是DBA算法和802.3.ah标准中是否确定统一的DBA算法。EPON网络建设规划设计以太无源光网络(EPON)作为一种新兴的光纤接入网技术，其应用方式与传统网络建设时所采用的组网方式有所不同。带宽测算方法，以及网元和光线路方面的规划设计方法需要进行针对性地改进，才能应用于EPON网络的建设规划设计，适应EPON网络建设的需求。而由于EPON本身技术带来的一些建设方式的变化，则需要新的规划和设计方法加以支持。才能更好地进行项目实施网络组网模式的选择考虑组网模式的选择，首先是要了解分析网络的服务对象的类型和需求第一类：党政机关、税务、科研单位、企业单位第二类：写字楼，商夏，IT公司集中区第三类：大专院校

第四类：宾馆、饭店第五类：住宅小区按照ONU的位置不同，FTTX渐进的不同形式可分为三

种基本类型：光纤到路边(FTTC)，光纤到太楼(FTTB)，光纤到家庭(FTTH)，FTTC，光纤到路边，其ONU设置在路边的入孔或电线杆上的分线盒处，有时也可设置在光交接箱里。FTTB，光纤到大楼，是ONU直接放在楼内(如中小企业事业单位办公楼内)，再经铜缆将业务分送到各个用户。FTTB比FTTC的光纤化程度更高．因而投资会稍大一些，更适合高密度用户区FTTH是一种全光纤网。它是将分光器设置在路边或大楼内，将ONU移到用户家庭或大企业单元用户(如大公司、研究所、政府机关、酒店宾馆等)的使用方式设备规划OLT设备一方面将收到来自终端用户的各种业务的信号进行汇聚，按照业务类型的不同分别送入各业务网中。另一方将汇聚网络下发的信号，按照一定的信号格式送入接入部分，向用户传输设备性能要求根据建设中应用经验的总结，考虑互通性和将来网络演进，OLT设备首先应符合相应的技术体制，并可以根据需要选择支持语音、数据、视频、TDM等业务能力，宜采用扩展能力强，可在线升级的设备。

OLT设备应能灵活地对其所带用能力，宜采用扩展能力强。OLT设备应能灵活地对其所带用户的同类同业务进行汇聚：对于所有以太网／IP类业务，应支持

通过不同的上联端口区分．以及通过相同的上联端

口以不同的VLAN等方式区分。OLT设置方式建议在实际项目规划设计中，OLT布放位置一般会选用以下3种方式：

(1)OLT放置于区局机房．这样布放的适合于选择覆盖范围比较大的时候。这样的方式在操作和管理上具有一定的优势，适于网络建设的早期。OLT放置于局端机房，相对于放置区局的方式．它的覆盖面积相对较小，能够减少光缆资源的消耗，适于网络建设中期，用户相对集中的情况。OLT放置于户外交接箱或小区机房，这种方式最大特点为节省光纤，但管理和维护困难．覆盖范围比较小，需要解决供电问题，如无特别情况一般不采取这种方式。OLT位置的选择．主要取决于建设实施的场景，根据目前的阶段，一般建议将OLT放置于区局机房。维护与管理和运维成本的优

势明显、目前用户的需求和网络建设的阶段是做出这种选择的原因ONU设备规划设备性能要求根据建设中应用经验的总结，考虑互通性和将来网络演进，ONU设备应符合相应的技术体制。应支持与OLT之间芯出片级的互联互通。ONU设备应可选择提供PON系统保护倒换功能。ONU可根据不同的应用场合配置不同的用户接口，一般情况下，家庭型ONU可提供1-2个FE接口、l-2个POTS接口；楼楼型ONU和企业型ONU可提供8-24个FE/XDSL/POTS接口或以上接口的组合，或者只提供单个FE／GE口通过下挂LANSwitch/DSLAM等设备的方式实现用户接入。如需提供CATV业务，ONU应配置WDM模块及CATV接口。ONU设置与供电ONU应根据FTTX网络的应用模式、业务需求进行设置：保证光网络通信安全；可将ONU设置在用户终端智能盒内提供保护，或者采用终端光纤信息插座，放置于桌面。对于光纤到大楼的应用，可选择将ONU设置有密闭保护的空间内如：大楼竖井内或室外光交接箱等不同位置。ONU尽量都采用本地供电的方式。如果EPON系统同时解决客户的通信问题，那么我们就需要考虑ONU断电保护问题：对于光纤到户的应用，如开展语音业务，可根据需要配置拥有电池模块ONU进行断电保护，但因此会提升建设成本。对于光纤到大楼的应用，可根据需要对提供语音接入或承载的ONU引入物业方自建有供电线路实现