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1、广电网络双向改造广电网络双向改造 EPONEPON 技术方案简介技术方案简介一、项目概述一、项目概述1、背景介绍目前广电行业正处于全国数字电视整体转换的历史时期，有线电视网络除了传统广播电视业务的运营外，对数字电视、语音通信、宽带数据等多业务融合的有效支持，实现综合性全业务运营已成为业界普遍认同的趋势。国家“十一五规划”中明确提出了计算机网络、通信网络、广电网络实现“三网融合”的总体要求，近年来，下一代网络也一直是业界谈论的焦点。基于广电 HFC 网络， 如何进行网络改造，顺利过渡到下一代有线电视网络（NGCN） ，逐步开展全新的数字电视业务以及丰富的增值业务，是广电行业面临的巨大挑战和历史机
2、遇。另一方面，根据广电有线 XXXXX 分公司业务的发展和目前网络运营模式的发展趋势，现有的网络承载和接入能力已经不能满足当前市场的需求，需要同时提供互动数字电视和宽带上网业务，急需对现有网络进行改造。建设一个高带宽、高可靠性、可运营管理、具备多种业务综合承载能力和扩展性的网络，将成为广电有线 XXXXX 分公司开展全业务运营的关键。2、总体需求广电有线 XXXXX 分公司规划依靠其原有的 HFC 网络来承载互动数字电视和宽带上网业务。为此，必须对原有承载网络进行双向扩容改造，以满足不同阶段对用户的多业务接入需求。网络改造的总体要求体现在以下几个方面：2.1、可运营方面考虑多业务承载和接入：确
3、保能够开展三网融合后的三大业务。精细化运营：用户业务的精确定位和服务管理，提高网络对各种业务的可控性和网络自身的灵活性。网络平滑扩容：随业务规模和种类的增长，网络能够相应“成长” 。2.2、可管理维护方面考虑系统的可靠性和安全：核心网络架构的可靠性、设备本身的可靠性、网络安全的防范能力。具备抗病毒和黑客攻击能力；网络具备提供业务安全能力，实现不同的业务安全隔离，确保电信级业务和 Internet 业务的隔离，保障电信级业务的安全；确保用户安全,防范非法防范和非法入侵，实现病毒的隔离，完善的用户认证控制机制实现细粒度管理；统一网管：路由交换设备、OLT 设备、EPON 端口、ONU 设备和端口、
4、楼道交换机或无源 EoC 等设备的统一管理。接入层高效维护：楼道接入交换机及无源 EoC 的集中远程管理和配置。2.3、项目目标本期项目的总体目标，是广电有线 XXXXX 分公司为了在未来两至三年左右的时间阶段内，满足在市区内为市民提供互动电视、宽带上网等双向业务，而实施用户接入网络双向改造，特别是目前正在操作的正棱山庄、怡心花园和平塘花园等小区网络双向改造试点。由此也检验 EPON 技术和无源 EoC 接入技术的使用情况。2.4、网络设计原则实事求是的原则 就是要求网络规划要从技术角度保障方案实施的可行性。一切从实际出发，实事求是。经济适用性的原则 要以市场为导向，如果建设太超前，原始投资就
5、不能马上全部得到收益，因此在规划中需充分把握技术先进性与经济适用性的分寸，不能盲目追求功能的先进与完备高可靠性 合理选择设备、规划网络结构和路由部署，网络具备一定的冗余度和较强的故障自愈能力，保证网络稳定可靠运行。 高性能 设备处理能力、网络带宽及业务承载能力设计时应有余量，保证网络在高负荷或任何单点故障情况下仍具有较高的吞吐能力,不影响业务质量。扩展性强 要求网络结构满足当前 IP 城域网发展的趋势，先实现网络的两个转发平面的逻辑分离，以后可以通过设备的增加和升级，使网络能够实现真正分离的两张物理网络，可以更好的承载 Internet 业务和增值业务。 多业务支持能力强 通过划分逻辑平面，使
6、网络具备端到端的 QoS 保证能力，通过合理规划，能满足多业务承载的 QoS 要求。实现多种业务的安全隔离，避免相互干扰，充分保证各业务的安全性。 可运营可管理 网络应提供良好的业务管理和灵活的控制能力；实现集中监测、分权管理，实现统一的网络业务调度和管理，降低网络运营成本。二、关键技术介绍1、EPON 的基本原理与其它 PON（无源光网络）技术一样，EPON 技术采用点到多点的用户网络拓扑结构，利用光纤实现数据、语音和视频的全业务接入的目的。EPON 的系统结构如图所示。 一个典型的 Ethernet over PON 系统由OLT、ONU、POS 组成。OLT（Optical Line T
7、erminal）放在中心机房，ONU（Optical Network Unit）放在用户设备端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。EPON 中使用单芯光纤，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） 。P Passive OOptical N Network 无无源源光光网网络络OLTONUOptical Line Terminal 光线路终端Opt
8、ical Network Unit 光网络单元Passive Optical Splitter 无源分光器PSTNInternetCATVONUONU P POON N是是一一种种点点到到多多点点（P P2 2MMP P）结结构构的的无无源源光光网网络络； P POON N是是无无源源光光网网络络的的简简称称（P Pa as ss si iv ve e OOp pt ti ic ca al l N Ne et twwo or rk k ）； P POON N由由光光线线路路终终端端OOL LT T（OOp pt ti ic ca al l L Li in ne e T Te er rmmi i
9、n na al l ）、光光网网络络单单元元 OON NU U（ OOp pt ti ic ca al l N Ne et twwo or rk k U Un ni it t）和和无无源源分分光光器器P POOS S（P Pa as ss si iv ve e OOp pt ti ic ca al l S Sp pl li it tt te er r ）组组成成；Passive Optical Splitter 无源分光器图 1 EPON 原理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（PON 接口） 。根据以太网向城域和广域发展的趋势，OLT 上
10、将提供多个 1 Gbps 和 10Gbps 的以太接口，可以支持 WDM 传输。OLT 还支持 ATM、FR 以及 OC31248192 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（T1E1）可以被复用连接到出接口，OLT 除了提供网络集中和接入的功能外，还可以针对用户的QoSSLA 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 OLC（Optical Line Card） ，OLC 与多个 ONU 通过 POS（无源分光器）连接，POS 是一个简单设备，它不需要电源，可以置于相对宽松的环境中，一
11、般一个 POS 的分光比为 8、16、32、64、128，并可以多级连接，一个 OLT PON端口下最多可以连接的 ONU 数量与设备密切相关，一般是固定的。在 EPON 中系统，OLT 到 ONU 间的距离最大可达 20km。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，来自各个 ONU 的多种业务信息互不干扰地通过 ODN 中的 1：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。EPON 的优点主要表现在：1) 相对成本低，维护简单，容易扩展，易
12、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 1Gbps 的带宽，并且随着以太技术的发展可以升级到 10Gbps。3) 服务范围大。EPON 作为一种点到多点网络，可以局端单个光模块及光纤资源，服务大量终端用户。4) 带宽分配灵活，服务有保证。对带宽的分配和保证都有
13、一套完整的体系。EPON 可以通过 DBA(动态带宽算法)、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。2、EPON 的传输原理 EPON 从 OLT 到多个 ONU 下行传输数据和从多个 ONU 到 OLT 上行数据传输是十分不同的。所采取的不同的上行/下行技术分别如图 2 所示：当 OLT 启动后，它会周期性的在本端口上广播允许接入的时隙等信息。ONU上电后，根据 OLT 广播的允许接入信息，主动发起注册请求，OLT 通过对 ONU的认证（本过程可选） ，允许 ONU 接入，并给请求注册的 ONU 分配一个本 OLT 端口唯一的一个逻
14、辑链路标识（LLID） 。 上行波长为1310nm 每个ONU在OLT允许的时间段内向OLT 发送数据； 无需冲突检测 报文不需要分片下行波长为1490nm OLT发送的混合数据通过Splitter到达每 个用户的ONU； 每个ONU只接收发给自己的数据，丢 弃其它数据；上上行行采采用用T TD DMMA A方方式式 TDMA (Time Division Multiple Access )下下行行采采用用T TD DMM方方式式 TDM (Time Division Multiplexing )上行波长为1310nm 每个ONU在OLT允许的时间段内向OLT 发送数据； 无需冲突检测 报文不
15、需要分片下行波长为1490nm OLT发送的混合数据通过Splitter到达每 个用户的ONU； 每个ONU只接收发给自己的数据，丢 弃其它数据；上上行行采采用用T TD DMMA A方方式式 TDMA (Time Division Multiple Access )下下行行采采用用T TD DMM方方式式 TDM (Time Division Multiplexing )图 2 上下行传输原理数据从 OLT 到多个 ONU 以广播式下行（时分复用技术 TDM） ，根据IEEE802.3ah 协议，每一个数据帧的帧头包含前面注册时分配的、特定 ONU 的逻辑链路标识（LLID） ，该标识表明本
16、数据帧是给ONU（ONU1、ONU2、ONU3.ONUn）中的唯一一个。另外，部分数据帧可以是给所有的 ONU（广播式）或者特殊的一组 ONU（组播） ，在图 3 的组网结构下，在分光器处，流量分成独立的三组信号，每一组载到所有 ONU 的信号。当数据信号到达 ONU 时，ONU 根据 LLID，在物理层上做判断，接收给它自己的数据帧，摒弃那些给其它 ONU 的数据帧。举例，图 3 中，ONU1 收到包 1、2、3，但是它仅仅发送包 1 给终端用户 1，摒弃包 2 和包 3。对于上行，采用时分多址接入技术（TDMA）分时隙给 ONU 传输上行流量。当 ONU 在注册时成功后，OLT 会根据系统的配置，给 ONU 分配特定的带宽， （在采用动态带宽调整时，OLT 会根据指定的带宽分配策略和各个 ONU 的状态报告，动态的给每一个 ONU 分配带宽，动态带宽调整的进一步说明见后面章节） 。带宽对于 PON 层面来说，就是多少可以传输数据的基本时隙，每
