EPON 技术及在绿色数字油田的应用王涛（长庆油田采油一厂侯南作业区）[摘要] 油田数字化与平安绿色油区建设对接入网络提出了更高的要求传统的ADSL、LAN、点对点光纤网等接入方式已无法满足数字化油田与绿色油田对通信质量的要求基于 PON 的以太网无源光网络(EPON)采用点到多点结构，无源光纤传输方式在以太网上能提供多种业务EPON 无源光网络经济而高效的结构成为了当前油田数字化与绿色油田建设构建接入网络最有效的通信技术[关键词] 数字化油田；平安绿色油田建设；EPON 技术；无源光网络；以太网无源光网络1 现状及要求1.1 现状1.1.1 数字化油田建设（1） 油田生产过程中的数据，特别是油井现场的工业参数数据都是通过手工作业的方式进行记录数据记录的误差大、实时性差，以及数据反馈时间长，严重影响了日常的生产调度和故障及时准确的判断与处理 (2)构建安全、稳定的生产监控系统，能实现对各单井状态的集中监控，减少人员投入，及时发现排除油井故障，提高生产效率同时，对输油管泄露，盗油事件进行实时监测，有效防止国有资源流失，对油田稳油上产和安全生产至关重要3)数字化油田通信线路因施工难度大，其承载网要求物理分散、传输距离远尽不一。
1.1.2 平安绿色油田建设（1）负责开发安塞油田的长庆采油一厂共管理着油水井 7833 口，大小集输站点 206座，其生产区域大部分位于陕北林区、水源保护区和农田保护区等区域，特别是主要生产区块位于国家一级水源保护区王窑水库上游及周边地带，加之油田地面配套设施逐年老化，安全环保形势日益严峻面对油区周边敏感的生态环境和严峻的安全环保压力，该厂开展了以“建设三道防线、落实四级责任”为主要内容的“三防四责”体系建设，实现了重大安全环保风险全面受控数字化管理手段开辟了安全生产的一片天，远程截断控制，电子巡护装置等一个个电子“鹰眼”在敏感库区周围成为了一个个安全守护者借助数字化管理，该厂对王窑水库、中山川水库的重点风险区域建立了“三道防线” 2)生产区域、交通路口等公共场合活动的增多，给油区治安管理带来了巨大的压力视频监控系统能有效缓解公安、交通等执法部门的现场管理压力，为关键、敏感场所提供实时视频监控和录像的功能，及时发现或阻止危险、违法、犯罪事件的发生；同时为公安、司法办案提供事后取证的重要依据，能大大降低警务工作的人力需求和劳动强度，提高管理效率3)平安绿色油区建设因摄像头数量多、传输距离远、数据流量大及远程控制的安全性稳定性指标，要求承载网具有高带宽、极高的稳定性和易维护性。
1.2 要求1.2.1 对接入网的要求(1)传输质量和实时性在保证低延时的前提下最大可能地保证图像质量 (2)带宽高、可靠性高，具有可扩展性 (3)成本合理对应各油区外围环境和网络状况的差异，方案的制定应考虑成本因素 (4)可管理可以对网络设备进行远端管理，能接收网络设备的状态信息，做到对网络设备配置、控制和故障管理1．2．2 组网方式的选择 油田数字化与平安绿色油田建设的发展，对承载网络的带宽、稳定性提出了更高的要求如何构建符合实际需要的传输网络，对油田数字化与平安绿色油区建设的成败，至关重要传统的 ADSL、LAN、点对点光纤网等接人方式，受器件老化、雷击、盗窃等因素的影响，已无法满足数字化油田与平安绿色油区对通信质量的要求基于 P0N 的以太网无源光网络(EPON )采用点到多点结构，无源光纤传输方式能在以太网上提供多种业务EPON 由于使 用了无源光网络经济而高效的结构，从而成为了构建接入网最有效的通信方法2 EPON 技术介绍 2.1 PON 技术发展 无源光网络(PON，Passive Optical Network)是一种纯光纤介质网络由于局端与客户端之间没有有源设备和光纤介质独有的防雷抗干扰特性，无源光网络能有效避免外部的电磁干扰和雷电影响，减少线路和设备的故障率，提高系统的稳定性和可靠性。
光纤接入从技术上可分为两大类：有源光网络(AON，Active Optical Network)和无源光网络(PON，Passive Optical Network)１９８３年，ＢＴ实验室首先发明了ＰＯＮ技术；PON是一种纯介质网络，由于消除了局端与客户端之间的有源设备，它能避免外部设备的电磁干扰和雷电影响，减少线路和外部设备的故障率，提高系统可靠性，同时可节省维护成本，是电信维护部门长期期待的技术PON 的业务透明性较好，原则上可适用于任何制式和速率的信号目前基于 PON 的实用技术主要有 APON/BPON、GPON 、EPON/GEPON 等几种，其主要差异在于采用了不同的二层图1 PON 的两个主要标准体系APON 是上世纪90年代中期就被 ITU 和全业务接入网论坛（FSAN）标准化的 PON 技术，FSAN 在2001年底又将 APON 更名为 BPON，APON 的最高速率为622Mbps，二层采用的是 ATM 封装和传送技术，因此存在带宽不足、技术复杂、价格高、承载 IP 业务效率低等问题，未能取得市场上的成功为更好适应 IP 业务，第一英里以太网联盟（EFMA）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， 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对于 Gbps速率的 EPON 系统也常被称为 GEPON100M 的 EPON 与1G 的 EPON 的不同在速率上的差异，在其中所包含的原理和技术，是一致的，目前业界主要推广的是 GEPON，百兆位的 EPON 也有不多的一些应用在后面文档中提到的 EPON，如果没有特别说明，都是指千兆位的 GEPONEPON 是几种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，在以太网上提供多种业务目前，IP/Ethernet 应用占到整个局域网通信的95%以上，EPON 由于使用上述经济而高效的结构，从而成为连接接入网最终用户的一种最有效的通信方法10Gbps 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公里的解决方案EPON(Ethemet Passive Optical Network)技术将成熟地以太网技术和 PON 技术相结合，在链路层使用以太网协议，在物理层采用点到多点的拓扑结构和单纤波分复用技术实现以太网接入，充分利用二者的优点，在以太网上提供多种业务。
2.2 EPON 的基本原理 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典型的 EPON 系统由光线路终端(OLT—Optical Line Termina1)、光网络单元((ONU—Optical Network Unit)和光配线网络((ODN —Optical Distribute Network)组成EPON 的系统结构如图2所示 图2 EPON 原理一个典型的 Ethernet over PON 系统由 OLT、ONU、POS 组成OLT（Optical Line Terminal）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）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OC3／12／48／192等速率的 SONET 的连接如果需要支持传统的 TDM 话音，普通线（POTS ）和其他类型的 TDM 通信（T1／E1）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 QoS／SLA 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，一般一个 POS 的分光比为8、16、32、64，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 接收端根据 ONU 在所处位置的不同，EPON 的应用模式又可分为 FTTC（光纤到路边）、FTTB（光纤到大楼）、光纤到办公室(FTTO)和光纤到家(FTTH)等多种类型在 FTTC 结构中， ONU 放置在路边或电线杆的分线盒边，从 ONU 到各个用户之间采用双绞线铜缆；传送宽带图像业务，则采用同轴电缆FTTC 的主要特点之一是到用户家里面部分仍可采用现有的铜缆设施，可以推迟入户的光纤投资从目前来看，FTTC 在提供2 Mbps 以下窄带业务时是 OAN（称光纤接入网）中最现实、最经济的方案，但如需提供窄带与宽带的综合业务,则这一结构不甚理想在 FTTB 结构中， ONU 被直接放到楼内， 光纤到大楼后可以采用 ADSL、Cable、LAN ，即 FTTB+ADSL、FTTB+Cable 和 FTTB+LAN 等方式接入用户家中FTTB 与 FTTC 相比，光纤化程度进一步提高，因而更适用于高密度以及需提供窄带和宽带综合业务的用户区 FTTO 和 FTTH 结构均在路边设置无源分光器，并将 ONU 移至用户的办公室或家中，是真正全透明的光纤网络，它们不受任何传输制式、带宽、波长和传输技术的约束，是光纤接入网络发展的理想模式和长远目标。
2.3 EPON 的技术优点 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1.25Gbps 的带宽，并且随着以太技术的发展可以升级到10Gbps 服务范围大，EPON 作为一种点到多点网络，可以利用局端单个光模块及光纤资源，服务大量终端用户 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 QoS2.4 EPON 的传输原理 EPON 与 APON 最大的区别是 E。