论文部分内容阅读
【摘要】介绍了EPON技术原理、组成、优势，对EPON中的技术细节进行简单描述。
【关键词】EPON;技术原理
0.引言
随着电信市场竞争的日益激烈，现有的以铜缆为传输媒质、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开展高清视频、安全监控等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措施，在提高接入带宽，提升网络对业务的支撑能力，增强运营商的核心竞争能力方面将发挥重要作用。作为接入网新技术，基于以太网技术的无源光网络(EPON)有效缓解了当前铜缆被盗严重、价格上涨较快、建设成本不断增加的状况。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式实现一个点到多点拓扑结构的千兆以太网光纤接入网络。EPON属于IEEE以太网标准范畴，对于向全IP网络过渡是一个很好的选择。EPON降低了初始成本和运行成本，可以大量采用以太网技术成熟的芯片，实现简单，相对成本低，维护简单，容易扩展和易于升级。
1.EPON技术概述
1.1技术比较（EPON vs MC）
1.1.1点到点光接入（MC）技术的两种使用方式
a>点到点以太接入:N根光纤，2N个光收发器;管理独立。
b>小区交换机接入:只需铺设1或2根光纤到小区,2N+2 个光收发器,设备占用局端机房空间小,在传输过程中需要有源设备,设备分级管理。
1.1.2 EPON的接入方式
只需铺设1或2根光纤到小区,需N+1个光收发器,设备占用局端机房空间最小,传输中不需有源设备,设备集中管理。
1.2 EPON技术基础
无源光网络（PON）的概念由来已久，它具有节省光纤资源、对网络协议透明的的特点，在光接入网中扮演着越来越重要的角色。同时，以太网（Ethernet）技术经过二十年的发展，以其简便实用，价格低廉的特性，几乎已经完全统治了局域网，并在事实上被证明是承载IP数据包的最佳载体。随着IP业务在城域和干线传输中所占的比例不断攀升，以太网也在通过传输速率、可管理性等方面的改进，逐渐向接入、城域甚至骨干网上渗透。而以太网与PON的结合，便产生了以太网无源光网络（EPON）。它同时具备了以太网和PON的优点，正成为光接入网领域中的热门技术。
1.3 EPON技术发展历程
上世纪90年代初提出PON概念
1995年成立FSAN（Full Service Access Networks)组织
1996年ITU-T颁布G.982 (PON标准建议）
1998年ITU-T 颁布G.983（APON标准建议）
2000年12月成立IEEE 802.3ah工作组，制定EPON标准建议
2003年3月ITU-T頒布G.984（GPON标准建议）
上世纪90年代末APON开始商用
2003年6月 美国三大运营商开始APON招标
2003年8月日本NTT开始EPON招标
2005年中国电信开始测试并部署EPON试验网
2000年11月，IEEE成立了 802.3 EFM(Ethernet in the First Mile)研究组，业界有21个网络设备制造商发起成立了EFMA，实现Gb/s以太网点到多点的光传送方案，所以又称GEPON（GigabitEthernet PON）
2.EPON技术原理
2.1 EPON的定义和组成
2.1.1 EPON（Ethernet Passive Optical Network）以太无源光网络的定义
EPON是一种应用于接入网，局端设备（OLT）与多个用户端设备（ONU/ONT）之间通过无源的光缆、光分/合路器等组成的光分配网（ODN）连接的网络。
在OLT(光线路终端)和ONU(光网络单元)之间的ODN (光分配网络)没有任何有源电子设备的光接入网。
2.1.2以太无源光网络的构成
OLT（Optical Line Terminal）－光线路终端
ONU（Optical Network Unit）－光网络单元
ONT（ Optical Network Terminal）－光网络终端
ODN（Optical Distribution Network）－光分配网
2.2 EPON的网络拓普结构
2.2.1单星型结构（适合OLT周围邻近均匀分散的用户环境）
2.2.2多星型结构（适合居民区、别墅群、农村、高层建筑群的用户环境）
2.2.3总线型结构（适合于沿街用户，沿公路线状分布的用户环境）
2.3 EPON的基本原理
2.3.1 EPON工作方式
在EPON系统中，OLT到ONU问的距离最大可达20公里。EPON系统采用WDM技术，实现单纤双向传输，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，来传递模拟电视信号)。为了分离同一根光纤上多个用户的来去方向的信号，采用以下两种复用技术：在下行方向，IP数据、语音、视频等多种业务由位于中心局的OLT，采用广播方式，通过ODN中的1：N无源分光器分配到PON上的所有ONU单元。在上行方向采用TDMA技术，把来自各个ONU的多种业务信息互不干扰地通过ODN中的l：N无源分光器耦合到同一根光纤，最终送到位于局端OLT接收端。
2.3.2 EPON系统工作过程
OLT的操作：产生时间戳消息，用于系统参考时间；通过MPCP帧指配带宽；进行测距操作；控制ONU注册。
ONU的操作：ONU通过下行控制帧的时间戳同步于OLT；ONU等待发现帧（gate）；ONU进行发现处理，包括：测距，指定物理ID和带宽；ONU等待授权，ONU只能在授权时间发送数据。
3.EPON技术优势
3.1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
3.2无源光网络是纯介质网络，彻底避免了电磁干扰和雷电影响，极适合在自然条件恶劣的地区使用
3.3 EPON系统对局端资源占用很少，系统初期投入低，扩展容易，投资回报率高
3.4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。
3.5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。用户共享局端设备和光纤的方式更是节省了用户投资。
3.6带宽分配灵活，服务有保证
EPON系统对带宽的分配和保证都有一套完整的体系。可以实现用户级的SLA。
4.EPON几种典型的应用模式
4.1 FTTB光纤到楼宇
最主要的应用模式，新建的住宅楼、商用楼宇建议采用此模式；ONU放置于楼宇内部，一般无需专用设备间。
4.2 FTTN/C光纤到交接箱
在不具备FTTB应用条件的情况下，可选择此种应用模式；一般情况下，用于光进铜不退的宽带提速场合。
4.3 FTTV光纤到乡村
农村地区应用，根据农村的光纤光缆资源情况，分为光纤到行政村和光纤到自然村两种；该类模式一步到位实现数据和话音综合接入。
4.4 FTTH光纤到户
高端住宅区可考虑该种模式；投资成本较高，仅适用于投资收益比高的地区。■
【关键词】EPON;技术原理
0.引言
随着电信市场竞争的日益激烈，现有的以铜缆为传输媒质、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开展高清视频、安全监控等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措施，在提高接入带宽，提升网络对业务的支撑能力，增强运营商的核心竞争能力方面将发挥重要作用。作为接入网新技术，基于以太网技术的无源光网络(EPON)有效缓解了当前铜缆被盗严重、价格上涨较快、建设成本不断增加的状况。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式实现一个点到多点拓扑结构的千兆以太网光纤接入网络。EPON属于IEEE以太网标准范畴，对于向全IP网络过渡是一个很好的选择。EPON降低了初始成本和运行成本，可以大量采用以太网技术成熟的芯片，实现简单，相对成本低，维护简单，容易扩展和易于升级。
1.EPON技术概述
1.1技术比较（EPON vs MC）
1.1.1点到点光接入（MC）技术的两种使用方式
a>点到点以太接入:N根光纤，2N个光收发器;管理独立。
b>小区交换机接入:只需铺设1或2根光纤到小区,2N+2 个光收发器,设备占用局端机房空间小,在传输过程中需要有源设备,设备分级管理。
1.1.2 EPON的接入方式
只需铺设1或2根光纤到小区,需N+1个光收发器,设备占用局端机房空间最小,传输中不需有源设备,设备集中管理。
1.2 EPON技术基础
无源光网络（PON）的概念由来已久，它具有节省光纤资源、对网络协议透明的的特点，在光接入网中扮演着越来越重要的角色。同时，以太网（Ethernet）技术经过二十年的发展，以其简便实用，价格低廉的特性，几乎已经完全统治了局域网，并在事实上被证明是承载IP数据包的最佳载体。随着IP业务在城域和干线传输中所占的比例不断攀升，以太网也在通过传输速率、可管理性等方面的改进，逐渐向接入、城域甚至骨干网上渗透。而以太网与PON的结合，便产生了以太网无源光网络（EPON）。它同时具备了以太网和PON的优点，正成为光接入网领域中的热门技术。
1.3 EPON技术发展历程
上世纪90年代初提出PON概念
1995年成立FSAN（Full Service Access Networks)组织
1996年ITU-T颁布G.982 (PON标准建议）
1998年ITU-T 颁布G.983（APON标准建议）
2000年12月成立IEEE 802.3ah工作组，制定EPON标准建议
2003年3月ITU-T頒布G.984（GPON标准建议）
上世纪90年代末APON开始商用
2003年6月 美国三大运营商开始APON招标
2003年8月日本NTT开始EPON招标
2005年中国电信开始测试并部署EPON试验网
2000年11月，IEEE成立了 802.3 EFM(Ethernet in the First Mile)研究组，业界有21个网络设备制造商发起成立了EFMA，实现Gb/s以太网点到多点的光传送方案，所以又称GEPON（GigabitEthernet PON）
2.EPON技术原理
2.1 EPON的定义和组成
2.1.1 EPON（Ethernet Passive Optical Network）以太无源光网络的定义
EPON是一种应用于接入网，局端设备（OLT）与多个用户端设备（ONU/ONT）之间通过无源的光缆、光分/合路器等组成的光分配网（ODN）连接的网络。
在OLT(光线路终端)和ONU(光网络单元)之间的ODN (光分配网络)没有任何有源电子设备的光接入网。
2.1.2以太无源光网络的构成
OLT（Optical Line Terminal）－光线路终端
ONU（Optical Network Unit）－光网络单元
ONT（ Optical Network Terminal）－光网络终端
ODN（Optical Distribution Network）－光分配网
2.2 EPON的网络拓普结构
2.2.1单星型结构（适合OLT周围邻近均匀分散的用户环境）
2.2.2多星型结构（适合居民区、别墅群、农村、高层建筑群的用户环境）
2.2.3总线型结构（适合于沿街用户，沿公路线状分布的用户环境）
2.3 EPON的基本原理
2.3.1 EPON工作方式
在EPON系统中，OLT到ONU问的距离最大可达20公里。EPON系统采用WDM技术，实现单纤双向传输，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，来传递模拟电视信号)。为了分离同一根光纤上多个用户的来去方向的信号，采用以下两种复用技术：在下行方向，IP数据、语音、视频等多种业务由位于中心局的OLT，采用广播方式，通过ODN中的1：N无源分光器分配到PON上的所有ONU单元。在上行方向采用TDMA技术，把来自各个ONU的多种业务信息互不干扰地通过ODN中的l：N无源分光器耦合到同一根光纤，最终送到位于局端OLT接收端。
2.3.2 EPON系统工作过程
OLT的操作：产生时间戳消息，用于系统参考时间；通过MPCP帧指配带宽；进行测距操作；控制ONU注册。
ONU的操作：ONU通过下行控制帧的时间戳同步于OLT；ONU等待发现帧（gate）；ONU进行发现处理，包括：测距，指定物理ID和带宽；ONU等待授权，ONU只能在授权时间发送数据。
3.EPON技术优势
3.1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
3.2无源光网络是纯介质网络，彻底避免了电磁干扰和雷电影响，极适合在自然条件恶劣的地区使用
3.3 EPON系统对局端资源占用很少，系统初期投入低，扩展容易，投资回报率高
3.4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。
3.5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。用户共享局端设备和光纤的方式更是节省了用户投资。
3.6带宽分配灵活，服务有保证
EPON系统对带宽的分配和保证都有一套完整的体系。可以实现用户级的SLA。
4.EPON几种典型的应用模式
4.1 FTTB光纤到楼宇
最主要的应用模式，新建的住宅楼、商用楼宇建议采用此模式；ONU放置于楼宇内部，一般无需专用设备间。
4.2 FTTN/C光纤到交接箱
在不具备FTTB应用条件的情况下，可选择此种应用模式；一般情况下，用于光进铜不退的宽带提速场合。
4.3 FTTV光纤到乡村
农村地区应用，根据农村的光纤光缆资源情况，分为光纤到行政村和光纤到自然村两种；该类模式一步到位实现数据和话音综合接入。
4.4 FTTH光纤到户
高端住宅区可考虑该种模式；投资成本较高，仅适用于投资收益比高的地区。■