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1、EPON技术及其在 广电网络中的应用,唐明光中广协会技术工作委员会2011.1.10广州市,一、全光接入技术-PON,1、接入网现状 目前，接入网现有的解决方案和用户的需求之间存在着巨大差异。 在用户侧的本地网络已经普遍拥有了支持10Mb/s和100Mb/s速率的能力。 在城域网侧，已经可以支持千兆和万兆的速率。 在用户和城域网之间数据的传送却大部分为不足1Mb/s甚至只有几十Kb/s的速率。,接入网仍是大容量局域网和骨干网之间的瓶颈。 电信网： 接入采用ADSL，其速率不足2Mb/s； 广电CATV网： 接入采用Cable Modem技术，几十-几百个用户共享38Mb/s，平均每户速率不足1
2、Mb/s；,2、 宽带接入网技术方案 通信业界多年来一直认为，PON（Passive Optical Network无源光网络）是接入网发展的方向。它在解決宽带接入问题上，无论设备和运行、护维、管理方面，它的成本相对便宜，提供的带宽足以应付未来的各种宽带业务需求。所以为大多数人接受。 PON自从在20世纪80年代被采用至今，已历经了几个发展阶段。电信运营商和设备制造商开发了多种协议和技术以便使PON解决方案能更好的满足接入网市场需求。,最初PON标准是基于ATM的PON，并由ITU/FSAN定义了相应G.983建议，即APON/BPON。 目前为大家接受的，有两个新的PON标准： 其一，是由I
3、TU/FSAN负责制定的用来替换APON标准的GigabitPON（GPON）标准， 其二，是由IEEE802.3ah工作组负责制定的EthernetPON（EPON）标准。,1）ATM无源光网络（APON/BPON） APON是由ITU/FSAN定义的，以ATM协议为载体，下行以155.52Mb/s或622.08Mb/s的速率发送连续的ATM信元，同时将物理层OAM信元插入数据流中。上行以突发的ATM的信元方式发送数据流，并在每个53字节长的ATM信元头增加3字节的物理层开销，用以支持突发发射和接收。 APON提供非常丰富和完备的OAM，包括比特误码率的监视，告警和检测，自动发现和自动测距，
4、并采用扰动策略作为实现下行数据加密的安全机制。下图为APON系统中传输协议的转换。,APON协议层采用ATM，物理层采用PON。经过以21个全球主要电信运营商为主的FSAN（全业务接入网）集团的不懈努力， 1998年10月通过了全业务接入网采用的ATM-PON格式标准ITU-T G.983.1； 2000年4月批准其控制通道规范的标准ITU-T G.983.2； 2001年又发布了关于波长分配的标准：ITU-T G.983.3，利用波长分配增加业务能力的宽带光接入系统。,APON标准G.983的基本特点是：* 基于ATM信元* 对称（双向155.52Mb/s）和非对称工作方式（下行622.08
5、Mb/s，上行155.52Mb/s）* 最多能支持32个用户的光分支，最大传输距离20km* 可单纤或双纤运行* 可利用波长分配增加业务能力,当电信公司开始部署更多的以太网和交换式以太网以传输高速数据和交互式数字视频业务时，为了满足电信公司不断增长的带宽需求，APON/BPON在升级时存在困难。 例如，APON/BPON一般只能升级到下行（从中心局到用户驻地）622Mbps和上行155Mbps，并且在除去ATM开销后，可用的带宽只有448Mbps。,随着未来每用户带宽需求的增长，这将成为部署APON/BPON的很大的一个障碍，并且很大程度限制了每个PON可服务的用户的数量。 PON的一个主要好
6、处就是能分担从中心局到用户的长距离干线的成本，如果这些干线的投资回报受限于每用户可用带宽的数量，那么整个PON的商业意义就没有了。 因此， APON/BPON 被淘汰是毫无疑义的事实。,2）GPON 由于上述原因，ITU-T FSAN又制定了新的PON标准，新标准要能够满足迅速增长的带宽和业务需求。这个标准被称为GPON，已被ITU-T批准，称为G.984.x。 GPON是为实现语音、视频和数据业务的一种切实可行的方案。更重要的是，GPON以前所未有的经济性以原有格式支持传统通信业务，也支持未来向全分组/全IP网络的演进。 目前，GPON的商用进展较缓慢，不同厂家设备的兼容性解决还有漫长的路要
7、走。,3）EPON概述 IEEE1998年发布完千兆以太网标准后，于2000年12月，IEEE802.3成立了第英里以太网EFM特别工作组，致力于研究如何支持三种接入网拓扑以及相应的物理层： ）铜线上以太网（EoVDSL），在750m上传送10Mb/s； ）点到点光纤上的以太网，在最长10km上传送1000Mb/s； ）点到多点光纤上的以太网（EPON），在最长10km上传送1000Mb/s。 此外，该工作组还将定义以太网的运行、管理、维护（OAM），使它具有远端故障显示、远端环回和链路监测等功能。,“第一英里”的提出 对电信运营商来说，网络的接入部分是“最后一英里”，这样的称谓明确反映出接入
8、部分在电信网大版图上的“边缘”位置。“最后一英里”是电信运营商的“后 院”， 所以，接入网没有受到足够的注意和投资。 由于用户对新业务的需求，这个电信运营商的“后院”吸引了传统的计算机数据通信公司的注意。这些公司提倡，单一的网络采用一种协议，以数字传输方式提供话音、视频和数据等各种业务。 对于这些公司,接入网是他们进军电信业务的“第一英里”。所以，把这部分网络重新命名为“第一英里”，以强调它的重要性。 “第一英里”连接业务提供商的端局与企业或居民用户，也被称作“用户接入网”或“本地环路”，是距用户最近的网络基础设施。,a）关于EPON标准 2000.11年,IEEE802.3工作组成立第一英里
9、以太网(EFM)研究小组，致力于制定EPON接入技术。第一英里以太网联盟（EFM）在2001年初提出了在二层用以太网取代ATM的EPON技术，IEEE 802.3ah工作小组对其进行了标准化。2004年正式发布了EPON的相关标准。 EPON可以支持1.25Gbps对称速率，随着光器件的进一步成熟，将来速率还能升级到10Gbps。由于其将以太网技术与PON技术完美结合，因此成为了非常适合IP业务的宽带接入技术。,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
10、看来象是多个点到点链路，这一点是通过在每一个分组的开始加上逻辑链路标识（LLID）以取代2个字节的前导来实现的。,在实际性能方面，EPON通过附加一些增强特性，已经能越来越好地满足更多技术需求。一般认为EPON弱在支持TDM业务和OAM。 目前EPON设备商采用各种专利技术，一般都能满足不同环境下的TDM业务传输需求；通过在设备方面附加增强特性，EPON在QoS和OAM方面已经能很好与GPON标准中定义的大部分功能相媲美。,EPON的优点主要表现在： 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
11、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。 提供非常高的带宽。EPON目前可以提供上下行对称的1Gbs的带宽，并可以升级到10Gbs。 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。 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。,b）EPON发展现状 EPON是几个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/E
12、thernet应用占到整个局域网通信的95%以上。EPON由于使 用了经济和高效的结构，是连接接入网最终用户的一种最有效的通信方法。10G以太主干和城域环的出现也将使EPON成为未来全光网中最佳的最后一英里的解决方案。 国内，已有十几家公司研发和生产EPON产品，有Salira(中国)，烽火通信公司，中兴通信公司，H3C公司，UT斯达康公司、华为技术公司、北京格林威尔公司、武汉长光科技、武汉无源光网络公司等。这些EPON产品支持上下行对称1G带宽，支持ONU的自动加入，支持TDM业务，提供动态/静态带宽分配、弹性保护倒换等功能。,c）10GEPON的标准IEEE802.3av 10GEPON的
13、标准制定从2006年开始，2009年9月正式颁布标准。IEEE802.3av标准专注于物理层技术的研究，最大限度沿用EPON的IEEE802.3ah的MPCP协议，该标准具有很好的继承性。 IEEE802.3av确定了两种物理层模式： 一种是非对称模式，即10G速率下行和1G速率上行； 一种是对称模式，即上下行速率均为10G。 非对称模式可以认为是对称模式的一种过渡形式，在前期对上行带宽需求较少和成本较为敏感的场合，可以使用非对称形式。随着业务的发展和技术的进步，将会逐步过渡到对称模式。,IEEE802.3av的波长分配： 下行采用1574-1580nm波段， 上行和1G EPON的波长重叠，
14、采用 1260-1280nm波段。 10G-EPON与1G-EPON系统共存兼容于波长分配示意图,10GEPON目前规定了3种功率预算的光模块： PR10/PRX10 PR20/PRX20 PR30/PRX30 10GEPON的功率预算可以支持到20KM传输距离和132分光比。,EPON的标准是IEEE的802.3ah，标准中定义了： EPON的物理层、 MPCP（多点控制协议）、 OAM（运行管理维护）等相关内容。 IEEE制定EPON标准的基本原则是尽量在 802.3体系结构内进行EPON的标准化工作,最小程度地扩充标准以太网的MAC协议。这就最大程度的继承了以太网经过长期、大规模实践检验积累下来的宝贵技术经验。,我国EPON标准制订情况,中华人民共和国行业标准接入网技术标准-基于以太网方式的无源光网络(EPON)：中国电信EPON设备技术要求v1.1 2006.7中国电信EPON设备测试方案2006.6中华人民共和国行业标准接入网技术标准-EPON系统互通性要求光纤到户（FTTH）工程系统及设备入网基本技术要求（试行），上海市，2005中国电信主办的EPON MAC控制器芯片互通性测试已于2006年完成。EPON设备的互通性测试已于2007年4月完成。广电规划院也正在制订EPON标准。,
