光纤接入方式EPON

光纤接入方式EPON EPON 从总的发展趋势看,在接入网中馈线光纤必将代替馈线电缆，直接向用户挺进，实现纯 光纤接入，即光纤到家（FTTH）方式。这种方式光纤直通用户家中，一般仅需要一至二条 用户线，是长远的发展方向和最终的接入网解决。目前的实际应用中，部分实现光纤化， 光纤只到路边的业务接入点(SAP)。在该处通过光网络单元（ONU），完成光/电转换和分接等功能，然后通过多种方式接入用户家中。光纤到大楼后可以采用ADSL、Cable、LAN，即FTTx+ADSL、FTTx+Cable和FTTx+LAN等方式接入用户家中。 光纤接入网（OAN）是采用光纤传输技术的接入网，即本地交换局和用户之间全部或 部分采用光纤传输的通信系统。光纤接入网又可划分为无源光网络(PON)和有源光网络(AON)，其中无源光网络PON发展更快些。 PON(无源光网络)是指ODN(光配线网)中不含有任何电子器件及电子电源，ODN全部由光分路器(Splitter)等无源器件组成，不需要贵重的有源电子设备。PON网络的突出优点是消除了户外的有源设备，所有的信号处理功能均在交换机和用户宅内设备完成。而且这种接 入方式的前期投资小，大部分资金可以等到用户真正接入时才投入。它的传输距离比有源光 纤接入系统的短，覆盖的范围较小，但它造价低，无需另设机房，维护容易。因此这种结构 可以经济地为居家用户服务。PON的复杂性在于信号处理技术。在下行方向上，交换机发 出的信号是按广播式发给所有的用户。在上行方向上，各ONU必须采用某种多址接入，如TDMA(Time Division Multiple Access)协议，才能完成共享传输通道信息访问。 目前用于宽带接入的PON技术主要有：ATM PON(APON)和Ethernet PON(EPON)。 APON是20世纪90年代中期开发完成的，当时为了制定一个基于光纤能够为商业用户 和居民用户提供包括IP数据、视频、以太网等服务的标准，顺理成章地选择ATM和PON分别作为网络协议和网络平台，因为ATM被看作是能够提供各种类型通信的唯一协议，而 PON是最经济的宽带光纤解决方案。APON可以通过利用ATM的集中和统计复用，再结合 无源分路器对光纤和光线路终端的共享作用，使成本比传统的、以电路交换为基础的 PDH/SDH接入系统低20～40%。 随着IP技术的不断完善，大多数的运营商已经将IP技术作为数据网络的主要承载技术。 由此也衍生出大量以以太网技术为基础的接入技术。同时由于以太技术的高速发展，使得 ATM技术完全退出了局域网。因此把简单经济的以太技术与PON的传输结构结合起来的 Ethernet over PON概念，自2000年开始引起技术界和网络运营商的广泛重视。在IEEE802.3 EFM（Ethernet for the First Mile）会议上，加速了EPON的标准化工作。 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，在以太网之上提供多种业务。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，将成为连接接入网最终用户的一种最有效的通 信方法。 EPON不需任何复杂的协议，光信号就能精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ONU与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。另外，EP0N通过在MAC层中实现802.1p来提供与APON类似的QoS。 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）放在网络接口单元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。OLT既是一个交换机或路由器，又是一个多业务提供平台，它提供面向无源光纤网络的光纤接口。根据以太 网向城域和广域发展的趋势，OLT上将提供多个Gbit／s和10Gbit／s的以太接口，支持WDM传输。OLT还支持ATM、FR以及OC3／12／48／192等速率的SONET的连接。如果需要支持传统的TDM话音，普通电话线（POTS）和其他类型的TDM通信（T1／E1）可以被复用连接到附接口，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。OLT根据需要可以配置多块OLT（Optical Line Card），OLC与多个ONU通过POS连接，POS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POS的分线率为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，如果使用光纤放大器（有源中继器）， 距离还可以扩展。 EPON中的ONU采用了技术成熟而又经济的以太网络协议，在中带宽和高带宽的ONU中实现了成本低廉的以太网第二层第三层交换功能。这种类型的ONU可以通过层叠来为多个最终用户提供很高的共享带宽。因为都使用以太协议，在通信的过程中，就不再需要协议 转换，实现ONU对用户数据的透明传送。ONU也支持其他传统的TDM协议，而且不会增加设计和操作的复杂性。在更高带宽的ONU中，将提供大量的以太接口和多个T1／E1接口。当然，对于光纤到家（FTTH）的接入方式，ONU和NIU可以被集成在一个简单的设 备中，不需要交换功能，从而可以在极低的成本下给终端用户分配所需的带宽。 远程业务分配控制（remote provisioning）管理可以让运营商通过对用户不同时段的不同业 务需求做出响应，这样可以提高用户满意度。运营商可以通过中心管理系统（central management syste）对OLT、ONU等所有网络单元设备进行管理，还可以为用户提供可管理 的CPE业务，系统可以很灵活地根据用户的需要来动态分配带宽， EPON的优点主要表现在： (1)相对成本低，维护简单，容易扩展，易于升级。EPON结构在传输途中不需电源，没 有电子部件，因此容易铺设，基本不用维护，长期运营成本和管理成本的节省很大；EPON系统对局端资源占用很少，模块化程度高，系统初期投入低，扩展容易，投资回报率高； EPON系统是面向未来的技术，大多数EPON系统都是一个多业务平台，对于向全IP网络过渡是一个很好的选择。 (2)提供非常高的带宽。EPON目前可以提供上下行对称的1.25Gb/s的带宽，并且随着以太技术的发展可以升级到10Gb/s。 (3)服务范围大。EPON作为一种点到多点网络，以一种扇出的结构来节省CO的资源，服务大量用户。 (4)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。 但是作为一种新技术，如何进入市场和被市场所认可，取决于很多方面。EPON产品在严格意义上还没有标准。其次是诸如测距、同步等一些技术难点的解决方案的成熟和突发 性光器件成本的进一步降低。 本文之前所论述的几种接入方案均提供了某种形式的宽带，但是每个都有其局限性。 DSL技术由于其距离上的限制，也限制了大量用户的使用。而Cable的运营者在建设宽带Cable的必要基础设施上比较缓慢，而且这种网络拓扑在提供可靠的QoS上也存在一些问题。而EPON系统可以提供DSL、LAN、Cable Modem等接入方式无法提供的高质量的宽带。 这非常适合于FTTB模式，接入到中小型甚至大型商业用户。 在当前的情况下，EPON技术大多会以一种与其他技术相结合的姿态进入市场。 FTTB/FTTC+DSL，FTTB/FTTC+LAN都是不错的选择。DSL和LAN是目前中国宽带的两种主要接入方式。但DSL的距离限制挡住了大量的客户，传统的LAN技术也难以灵活地提供和保证用户的带宽。采用EPON技术，不仅可以通过无源传输网络直接连接到服务区域， 再进行DSL或LAN扩展，从而为大范围用户提供服务，而且可以集中进行管理和带宽分配。当把ONU集成到DSLAM，使用EP0N能使DSL突破传统的1500m的距离，从而增加约50％的用户，DSL可以到达的范围和其潜在的用户群都会大大增加。通过集成ONU到CMTS（Cable Modem Termination System），EPON可以用来给现有的Cable连接提供带宽，而且可以实现真正的交互式服务，同时降低建设和运营成本。EPON技术还可以用来给固定的无 线发射塔提供带宽，很好地解决无线接入技术中如何将上行数据汇集到CO的问题。 从运营商和服务提供商的角度来看，EPON系统可以带来多方面的好处，包括降低安装、 管理和运营成本，提高投资回报率，增加新的赢利机会，长期保持竞争优势等。在适当的场 合，适时地采用EPON系统，无论对于原有的运营商还是新兴的运营商，都将是一个明智 的选择。