epon技术全新的宽带接入技术

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1、- 1 9 0 - 第口届京、津、沪、渝及全国城市有线电视技术研讨会论文集 E P O N 技术：全新的宽带接入技术 青岛有线电视网络传输中心李英杰 中国传媒大学信息工程学院郑璇 摘要：本文介绍了目前一种先进的宽带接入技术以太无源光网络( E P O N ) 接入技术，介绍了E P O N 了特点优势和技术原 理以殛在殛其在广电H F C 网络中的应用。 美键词：宽带接入 E P o NO L TO N UH F C 中国广播电视网络经过多年的建设，目前拥有超过1 亿户有线电视用户，光纤电缆同轴网H F C ( H y b r i d F i b e rC o a x i a lN e t w

2、 o r k ) 已经得到了广泛的普及和运用。许多城市实现了部分网络的双向化改造，通过C a b l e M o d e m 来实现宽带数据接入，但这种接人方式只是在传统有线电视网上的一种修补，尤其是用户端共享同轴电 缆带来的上行带宽严重不足且可靠性降低，白白浪费了干线上宝贵的光纤资源。同时广电网络又面临着中国电 信、中国网通的A D S L 技术的激烈竞争，如果能够采用P O N 技术，将会在较短时间内，在原有的H F C 网络中，实 现宽带数据传输，扩大广电网络在宽带接入市场中的份额。 1E P O N 技术背景 P O N ( P a s s i v eO p t i c a lN e

3、t w o r k ) 致力于解决服务提供商中心局端、前端或者P O P 到商务或家庭节点向最后 一公里的通信结构，被普遍认为是接入网未来发展的方向，这一方面是由于它提供的带宽可以满足现在和未来 各种宽带业务的需要，因此在解决宽带接入问题上被普遍看好；另一方面，无论在设备成本还是运维、管理、开 销方面，其费用也相对较低。 目前，业界最引人注目的两个P O N 标准，一个由I E E E 8 0 2 3 a h 工作组制定的E t h e m e t P O N ( E P O N ) 标准，另 一个是由I T U F S A N 制定的G i g a b i t P O N ( G P O N

4、 ) 标准。 E P O N 是一种采用点到多点网络结构、无源光纤传输方式、基于高速以太网平台和T D M ( T i m eD i v i s i o n M u h i p e x i n g ) 时分M A C ( M e d i aA c c e s sC o n t r 0 1 ) 媒体访问控制方式提供多种综合业务的宽带接入技术。E P O N 基 于以太网承载技术，采用上下行各1 1 2 5 G b i t s 的速率，其对于I P 业务有较好的支持能力及效率，并且技术相对 简单、成本低，对于采用以太网络为基础的运营商来说是个不错而且性价比较高的选择。 2E P O N 技术原理和

5、特点 2 1 E P O N 网络结构 一个典型的E P O N 系统由O L T ( 光线路终端) 、O D N ( 光分配网络) 、O N U O N T ( 光网络单元) 组成。基本组网 示意图如图l 所示。 光线路终端O L T ( O p d c a L i n eT e r m i n a l ) 放在中心机房C O ( C e n t r a lO f f i c e ) ，它可以是一个也交换机或者 L 3 路由器。在下行方向，它提供面向无源光纤网络的光纤接1 3 ；在上行方向，O L T 将提供了G E ( G i g a b i tE t h e r - n e t ) 。将

6、来1 0 G b i t s 的以太网技术标准定型后，O L T 也会支持类似的高速接口，为了支持其他流行的协议，O L T 还支持A T M ，F R 以及O C 3 1 2 4 8 1 9 2 等速率的S D H S O N E T 的接口标准。 P O S ( P a s s i v eO p t i c a lS p l i t t e r ) 是无源光纤分支器，是一个连接O L T 和O N U 的无源设备。它的功能是分发下 行数据和集中上行数据。无源分光器的部署相当灵活。由于是无源操作，几乎可以适应于所有环境。一般一个 第日届京、津、沪、渝反全国城市有线电视技术研讨套论文集 1 9

7、 1 - - 图l P O S 的分线率为8 、1 6 ，并可以进行多级连接。 O N U O N T 位于用户端，放在一个住户、企业或M D U M T U 处。O N U 与O N T 的区别在于O N T 直接位于用户 端，而O N U 与用户问还有其他网络如以太网。O N U 提供客户的数据、视频和电话网络与P O N 间的接口。O N U 的主要功能是接收光信号并将其转换为客户需要的形式，如以太网、I P 多播、P O T S 、T 1 等。E P O N 的独特之处 是，0 N U 除了终接和转换光信号外，还提供第二层和第三层交换功能，允许在O N U 上实现企业数据流的内部路 由

8、。 2 2E P O N 的原理 E P O N 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，E P O N 使用1 0 0 0 B A S E 的以太P H Y ，同时在P O N 的传输机制上，通过新增加的M A C 控制 命令来控制和优化各O N U 与O L T 之闯突发性数据通信和实时的T D M 通信。在协议的第二层，E P O N 采用成熟 的全双工以太技术，使用T D M 。由于O N U 在自己的时隙内发送数据包，因此没有碰撞，不需C D M A C D ，从而充 分利用带宽。另外，E P O N 通过在M A

9、C 层中实现8 0 2 1 p 来提供与A P O N 类似的Q o S 。 在下行方向上( 如图2 ) ，O L T 通过I ：N 的无源分路器将E t l e m e t 帧发送给每个O N U 。N 通常为4 6 4 。这类 似于共享媒质网络。E P O N 的下行方向是广播式的发送以太帧，各个O N U 根据各自的M A C 地址提取属于自己 的数据信息。 哆j 。| | 甓 运 瞄笼翰四婴焉磐婴强盘 j | | ? 4 。| 。I = 乳圆 光赢潍元， - 1 9 2 - 第口届京、津、沪、渝及全国城市有线电视技术研讨奎论文集 ( 光网络单元) 图3 上行传输 为了解决O L T 的

10、带宽分配问题，I E E E8 0 2 3 a h 工作组提议了多点控制协议( M P C P ，M u l t i P o i n tC o n t r o l P r o t o c 0 1 ) 。这个协议依靠两个E t h e m e t 消息：G A T E 和R E P O R T 。G A T E 消息是从O L T 发送到O N U 来分配传输 时隙；R E P O R T 消息用来传送O N U 本地的状态信息( 如缓冲容量) 给O L T 来帮助O L T 智能地分配带宽。G A T E 和R E P O R T 消息都是M A C 控制帧( 类型是8 8 - - 0 8 )

11、 ，由M A C 控制子层来处理。 E P O N 采用了8 0 2 1 p 的标准进行优先权控制，8 0 2 1 p 规定了一个3 b i t s 的字段，统一在8 0 2 1 Q 的标准进行 描述。在8 0 2 1 Q 的标准中，规定了一个4 个字节的标签，包含了2 个字节的标签协议标识( T P I D _ T a gP r o t o c o l I d e n t i f i e r ，它的值是8 1 0 0 ) ，和两个字节的标签控制信息( T C I - T a gC o n t r o lI n f o r m a t i o n ) ，T P I D 是I E E E 定义的

12、新 的类型，表明这是一个加了8 0 2 1 Q 标签的报文。T C I 中规定了三个字段，为3 b i t s 的P r i o r i t y 、l b i t 的C F I ( C a n o n i c a lF o r m a tI n d i c a t o r ) 和1 2 b i t s 的V L A NI d e n t i f i e d ( V L A NI D ) 。其中3 b i t s 的P r i o r i t y 字段可以设置8 个 优先级别。 E P O N O L T 可以通过网管对不同的数据流打上不同的优先权级别标签。当O L T 或者O N U 出现数据

13、拥塞 时，可以让优先权级别高的数据流先通过，从而保证级别高的数据优先传送。 2 3E P O N 的特点及优势 P O N 光纤接入技术，其在光分支点不需要节点设备，只需安装一个简单的光分支器即可，因此具有节省光 缆资源、带宽资源共享、节省机房投资、设备安全性高、建网速度快、综合建网成本低等优点。采用P O N 技术还 能实现三网合一的业务。 ( 1 ) 节省光纤资源 从出局的一芯光纤，最后可以分支到3 2 个终端O N U 设备，并采用渡分复用的技术上下行业务共用一芯光 纤，这极大节省了馈线段的光纤资源，特别是对于农村地区，原有光纤资源有限的情况下，采用P O N 技术组网 可以大大提高光纤

14、资源的使用效率。 ( 2 ) 节省机房投资 在网络的分支处，P O N 技术采用的是稳定性高、体积小巧、成本低的无源分光器，无需提供电源、空调等机 房设备，也不占用机房空间，只需安装在光交接箱或光配线架的适当位置即可，对于机房条件有限的实际情况 来说，P O N 技术是一种值得考虑的选择。 ( 3 ) 网络扩容灵活 对于新的扩容站点，只需要从就近的无源分光器的预留分支口引出一芯光纤到新的O N U 装机点，就可以 实现扩容。局端设备无需硬件扩容，增加新的O N U 也不会影响已有O N U 的业务。对于未来还有很大发展空间 的广电网络来说，P O N 这种拓扑结构对于今后频繁的网络调整的适应能

15、力是非常强的。 ( 4 ) 带宽高、资源共享 E P O N 提供的1 G 的带宽，G P O N 更是达到2 5 G ，打开了接入网的带宽瓶颈，为未来新业务的开展奠定了一 个优质的带宽基础。而且高带宽是由多用户共享，并提供优先级、Q o S 保证，带宽可管理可灵活分配，非常适合 提供运营商级的服务。 ( 5 ) 提供三网合一的业务 除了传统的语音、数据业务外，P O N 的这种树状广播形拓扑结构上，非常适合提供广播式的业务( 如有线电 第四届京、律、沪、渝及仓国城市有线电视娃术研讨会论文集一1 9 3 一 视) 。通过采用第3 波长，在O L T 上接入的电视光纤信号，在不影响电信业务的情况

16、下，可以传送到末端的O N U 设备，并提供R F 电接口接人到用户有线电视分配网。随着技术的发展，数字电视、I 胛V 也可以通过P O N 接人 技术来提供。 ( 6 ) 与现有以太网的兼容性 以太网技术是迄今为止最成功和成熟的局域网技术。E P O N 只是对现有I E E E 8 0 2 3 协议作一定补充，基本 上是与其兼容的。采用以太网的传输格式同时也是用户局域网驻地网的主流技术，二者具有天然的融合性，消 除了复杂的传输协议转换带来的成本因素。 3 在H F C 网络中的解决方案 一个H F C 网络，下行结构与无源光网络十分类似，上行系统必须是每一个光节点都要向前端发送信号，都 需要一根光纤。因此造成前端需要非常多的光纤，而且所有光节点的回传噪声在前端汇集，形成漏斗状噪声，劣 化回传系统的C N R ，以至于不得不降低传输速率。 E P O N 可采用两个波长或三个波长的系统设计。两个波长的E P O N 系统适用于传送数据、语音和I P 交换的 数字税频( t P S