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1、网络技术论文：浅谈EPON技术及其发展【摘 要】首先我们将从PON 技术的发展谈起,通过不同的PON技术的比较让我们走进最近比较热捧的EPON 技术及其发展。最后要看到此技术的发展前景及其所面临的亟需解决的诸多问题。 【关键词】PON;EPON;ONU;OLT;光分路器;FTTH1. 引言 1.1 PON技术 1.1.1 PON。PON(无源光网络)是指ODN(光配线网)中不含有任何电子器件及有源设备,DN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
2、期投资小,大部分资金要推迟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,无须另设机房,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协议如时分多路访问TDMA(Time Division Mutiple Access)协议才能完成共享传输通道信息访问。光接入网演进的首期目标是FTTB(fiber-to-the-business)和FTTC(fiber-to-the-curb)系统,然后再发展到FTTH(fiber-to-t
3、he-home),通过一个简单的平台为用户提供包括数据、视频和语音在内的全面服务。EPON可以提供比APON更高的带宽和更全面的服务,成本却很低,同时EPON的体系结构也符合G.983标准的大多数要求。目前PON技术主要有APON、EPON 和GPON等几种,其主要差异在于采用了不同的二层技术。(APON的最高速率为622Mbps,二层采用的是ATM技术。EPON可以支持1.25Gbps对称速率,将来速率还能升级到10Gbps,二层采用的是Ethernet技术。GPON是指支持Gbit/s速率的EPON, FSAN与ITU已对其进行了标准化,其技术特色是在二层采用ITU-T定义的GFP(通用成
4、帧规程)对Ethernet、TDM、ATM等多种业务进行封装映射,能提供1.25和2.5Gb/s下行速率和所有标准的上行速率,并具有强大OAM功能,在高速率和支持多业务方面,GPON有明显优势,但成本目前要高于EPON,产品的成熟性也逊于EPON。业界最引人注目的两个PON标准,一个由IEEE802.3ah工作组制定的EthernetPON(EPON)标准,另一个是由ITU/FSAN制定的GigabitPON(GPON)标准。 1.1.2 PON的应用。从运营商和服务提供商的角度来看,PON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
5、势等。在适当的场合,适时地采用PON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。 总的看来,PON系统非常适合于以下应用。 (1)高速接入和传输。PON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。PON系统所能提供的可调节的、有优先级和带宽保证的服务,将非常有吸引力。 (2)集成数据、音频、视频业务。 大多数PON系统都可以同时提供IP业务和传统的TDM业务,Salira的EPON系统还提供纯通道的TDM服务,这样,原有的ATM、FR、DDN等业务都可以通过这套系统继续提供,因
6、为采用独立的带宽,服务质量可以完全保证。这不但使运营商在同一套传输平台上就可以根据用户的要求随时开通所需要的业务,而且非常容易向全IP业务网络过渡。 (3)整合T1/E1传输线路,降低T1/E1维护和运营费用。 T1/E1因为其高质量的服务和带宽保证一直受到重视,然而T1/E1线路的开通和维护都比较昂贵,尤其是在由于距离限制而需要使用中继器的地方更是如此。很多PON系统在每个ONU上都可以提供多条T1/E1链路,使用单路光线代替大量的铜线,在提供同样服务的同时,节省了大量的设备、运营和管理成本。 (4)DSL、LAN扩展。 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
7、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PON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。 (5)广播视频和视频会议。 PON的点到多点结构非常适合广播和多点广播应用,这种网络结构恰好与我国目前网络建设的小区化相适应。这与传统的点到点结构的网络相比,优势是显而易见的。越来越多的广播视频、视频会议、VOD等应用将会给PON系统带来更多的机会。 EPON是基于以太网承载技术的一种PON标准,采用上下行各1.25Gbit/s的速率,其对于IP业务有较好的支持能力及效率,并且技术相对简
8、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。 GPON相对EPON来说,更注重对多业务的支持能力(TDM、IP),上联业务接口及下联用户接口更为丰富(Ge、Fe、STM-1、E1)。GPON下行速率高达2.5Gbit/s,上下行可采用不对称的速率。GPON标准的制定就是面向运营商提供综合业务接入的。 1.2 EPON技术 1.2.1 EPON。EPON(Ethernet Passive Optical Network)是PON技术中最新的一种,由IEEE802.3 EFM(Ethernet for the First Mile)提出。EPON采用点到多点网络结构
9、、无源光纤传输方式,也是一种能够提供多种综合业务的宽带接入技术。 EPON是一种结合了Ethernet和PON的宽带接入技术。众所周知,Ethernet简单易用,安装方便,运用广泛,但是一直也存在一些问题,传输距离短,只有100米,共享的工作方式,特别是在大规模使用时这些问题更加明显。因此通信业界推出了一系列的解决方案,包括EPON、RPR(Resilient Packet Ring)、MSTP(Multi Service Transport Protocol)等。1.2.2 EPON高效运转的网络系统。典型的EPON系统由OLT,ONU,POS组成。OLT(Optical Line Term
10、inal)放在中心机房,它可以是一个L2交换机或者L3路由器。在下行方向,它提供面向无源光纤网络的光纤接口;在上行方向,OLT将提供了GE(GigabitEthernet)。将来10Gbit/s的以太网技术标准定型后,OLT也会支持类似的高速接口,为了支持其他流行的协议,OLT还支持ATM,FR以及OC3/12/48/192等速率的SDH/SONET的接口标准。OLT通过支持E1口来实现传统的TDM话音的接入。在EPON的统一网管方面,OLT是主要的控制中心,实现网络管理的五大功能。如通过在OLT上通过定义用户带宽参数来控制用户业务质量、通过编写访问控制列表来实现网络安全控制、通过读取MIB库
11、获取系统状态以及用户状态信息等,还能提供有效的用户隔离。 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POS的分线率为8,16,并可以进行多级连接。 ONU(Optical Network Unit)放在用户驻地侧CPE,EPON中的ONU主要采用以太网协议。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交换甚至是第三层路由功能。这种类型的ONU可以通过堆叠来为多个最终用户提供很高的共享带宽。由于使用以太网协
12、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。从OLT到ONU之间可以实现高速的数据转发。 1.2.3 EPON的四大优点。 长距离,高宽带(20Km,1.25G)是EPON的一大优点。克服以太网铜线传输距离只有100米的限制,同时使网络结构更加简单,层次更加清晰。光纤化的ONU/ONT,非常适合于FTTB和FTTO模式(非常有利于光纤在大楼内的布线和用户扩容),光纤直接到商业用户。EPON系统所能提供的可调节的、有优先级和带宽保证的服务,将非常有吸引力。同时EPON能使维护量大大减少,大楼内无需占用机房和供电设施,大大的减少了有源设备的数量,因有源设备造成网络中断的
13、概率降低。同时支持远端设备ONU/ONT的自动测距和自动加入,网络扩容便利,且局端设备和用户端设备为统一网管,对于运营商来可以大大降低运营维护费用。 EPON是面向未来的技术,它是一个多业务平台,可以同时提供IP业务和传统的TDM业务。QoS可以完全保证,而且完全遵循IEEE 802.3ah的标准。这不但使运营商在同一套传输平台上就可以根据用户的要求随时开通所需要的多种业务,而且非常容易向IP业务网络过渡。 带宽分配灵活,服务有保证也是EPON不可忽视的一个方面。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等来实现用户级的SLA。MS-EPON
14、可以根据需要对每个用户甚至每个端口实现基于连接的带宽分配(区别于普通交换机的基于端口的速率限制),并可根据业务合约保证每个用户连接的QoS。 纵观通信产业的发展,三网合一是必然的趋势,三网合一后必将向NGN网络演进。NGN是电信史一块里程碑,标志着新一代电信网络时代的到来。EPON技术很好的解决了目前接入网的诸多问题,它可以使IP接入网络更可靠,更稳定。它使得在新一代网络上语音、视频、数据等综合业务成为了可能。 鉴于上述的EPON技术的很多优点,接下来我们将对其做进一步的探究: 2. EPON的技术发展背景 早在2000年11月,来自80多家公司的200多名专家组成了一个IEEE的研究组,开始
15、研究以太网在用户接入网中应用的问题,后来在2001年9月,这个研究组正式成为IEEE的第一英里以太网(EFM)工作组(TaskForce)。在802.3协议框架内,制定EPON标准是这个工作组最重要的任务之一。在制定EPON标准的过程中,EFM工作组又划分为PMD,P2MP和OAM三个小组分别研究EPON的物理层(特别是光接口)规范,点对多点的控制协议和OAM。PMD小组的研究成果是定义了两种EPON的光接口:1000BASE-PX10-U/D和1000BASE-PX20-U/D,分别指工作在10km范围和20km范围的EPON光接口;P2MP小组的研究成果是定义了MPCP(多点控制协议),使
16、EPON系统具备了下行广播发送,上行TDMA(时分多址接入)的工作机制;OAM小组的工作成果是定义了可选的OAM层功能,力图在EPON系统中提供一种运营、管理、维护的机制,使其具有符合电信应用要求的接入网的特性。上述内容于2004年4月通过的IEEE802.3ah标准中描述。 3. EPON的技术原理 3.1 系统结构。 与所有的PON系统一样,EPON系统由OLT、ONU和ODN组成,如图1所示。 图1 EPON的系统结构 OLT位于局端,是整个EPON系统的核心部件,向上提供接入网与核心网/城域网的高速接口,向下提供一点对多点的PON接口;ONU位于用户端,终结光纤链路,并提供对用户业务的各种适配功能;ODN是由无源光分支分配器组成的光纤分配网络,使得一个PON接口的光纤传输带宽可以由多个ONU
