EPON技术原理与应用

摘要:本文介绍了EPON技术原理,对EPON中的技术细节进行简单描述,体现了EPON这种接入技术的特点。随后将EPON应用模型按小区、工业区、商业街区和边远地区几种接入方式进行说明。

Abstract: This paper introduces the principle of EPON technology,describes the technical details of the EPON,reflecting the characteristics of EPON this access technology. EPON application several access methods in residential,industrial areas,commercial districts and remote areas are presented.

关键词:EPON;技术原理;应用;FTTH;FTTB;FTTx

Key words: EPON;technology principle;application;FTTH;FTTB;FTTx

中图分类号:TP39 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)21-0027-02

0引言

随着电信市场竞争的日益激烈,现有的以铜缆为传输媒质、基于不对称数字用户线(ADSL)技术为基础的宽带接入建设模式将不能适应未来开展高清视频、安全监控等高速率带宽业务的需求。“光进铜退”作为实施网络转型和固网宽带化的有效措施,在提高接入带宽,提升网络对业务的支撑能力,增强运营商的核心竞争能力方面将发挥重要作用。作为接入网新技术,基于以太网技术的无源光网络(EPON)有效缓解了当前铜缆被盗严重、价格上涨较快、建设成本不断增加的状况。EPON将以太网技术与无源光网络(PON)技术结合起来,其目标是用最简单的方式实现一个点到多点拓扑结构的千兆以太网光纤接入网络。EPON属于IEEE以太网标准范畴,对于向全IP网络过渡是一个很好的选择。EPON降低了初始成本和运行成本,可以大量采用以太网技术成熟的芯片,实现简单,相对成本低,维护简单,容易扩展和易于升级。

1EPON技术原理

1.1 EPON技术的发展

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)。无源光网络(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。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,它在光接入网中扮演着越来越重要的角色。同时,以太网(Ethernet)技术经过二十年的发展,以其简便实用,价格低廉的特性,几乎已经完全统治了局域网,并在事实上被证明是承载IP数据包的最佳载体。随着IP业务在城域和干线传输中所占的比例不断攀升,以太网也在通过传输速率、可管理性等方面的改进,逐渐向接入、城域甚至骨干网上渗透。而以太网与PON的结合,便产生了以太网无源光网络(EPON)。它同时具备了以太网和PON的优点,正成为光接入网领域中的热门技术。

1.2 EPON技术的基本原理

与其它PON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。

一个典型的EPON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)和以太接口,可以支持WDM传输,支持ATM、FR以及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(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系统中,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。

1.3 EPON的技术优点

EPON的优点主要表现在以下几方面:

①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。提供带宽高: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。

②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。

③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QoS。

2EPON应用模型

利用EPON技术是实现FTTP的有效网络解决方案,根据目前各运营商对于信息化的需求来看,大致可分为小区、工业区、商业街区和边远地区几种接入方式,下面将逐一进行分析。

2.1 在小区接入中的应用

在小区接入中,ONU可设置在用户端(FTTH)或楼道(FTTB),光分路器可设置在楼道或小区机房。

对于FTTH模式,由于用户数不确定,为了提高设备的利用率、降低成本及方便维护,光分路器的设置应相对集中,采用一级分光,可选择在小区机房或者小区内的光交接箱。采用这种方式建设,无论用户数多或少,设备的利用率都是最大化的,但是用户数较多时对接入光缆的需求量相对较大。对于FTTB模式,ONU设置在楼道,一般需要配合楼道交换机进行业务的接入,光分路器的设置建议与FTTH方式相同。小区FTTH将在实现"三网合一"的时期体现出巨大的优势,但考虑到相关政策的限制,并不是所有运营商都能实现,因此目前在利用EPON进行小区接入时采用FTTB+LAN的模式是最佳方案。

2.2 在工业区接入中的应用

工业区一般均为企业用户,建议将ONU设置在企业的接入机房,结合其内部交换机完成各类业务的接入。这种模式类似于小区接入中的FTTB模式,建议在工业区所属区域设置合适的接入汇聚节点,将OLT放置在接入汇聚节点;在工业区范围内,可采用树型结构,沿着主干道选择合适的点(机房或光交接箱)放置一级光分路器,再根据企业的分布情况布设二级分路器和ONU,以最大限度地节省光缆。考虑到分路器的多级设置,每个分路器将覆盖一定范围内的企业用户,因此建议多设置光交接箱。若无法设置较多的光交接箱,则建议增大光缆芯数,便于未来大量企业的接入。此外,如果需要采用EPON的环路保护,则需要将从汇聚点引出的骨干光纤以成环方式建设。

2.3 在商务街区接入中的应用

商务街区的特点是沿街分布众多的商务楼,楼内分布着多家公司,因此一般将ONU设置到公司,即FTTO(光纤到办公室),ONU通过交换机或路由器与公司内部网相连。FTTO模式类似于小区接入中的FTTH模式,建议将光分路器设置在每栋大楼内,ODN采用树型或链型组网。建设初期,建议将OLT放置在附近的接入汇聚机房内,光缆可沿大楼的分布情况建设,在每栋大楼的地下室或者在大楼相对集中的地带设置光交接箱,用来放置光分路器。考虑到这种模式在用户数较多时对ODN骨干光纤的需求量较大且采用环型组网方式,建议EPON的ODN骨干光纤使用较大芯数光缆。如果条件允许,建议在大楼相对集中、业务需求较大的区域内寻找合适的点作为未来的接入汇聚节点,将OLT的位置往用户侧靠近,并结合光交接箱的设置,采用星型模式接入附近的业务点以减少光纤的使用量,为将来大规模接入打好基础。

2.4 在边远地区接入中的应用

对于距离已有传输接入点较远、用户相对集中的边远地区,采用EPON技术将能够很好地发挥其技术优势。将OLT设置在汇聚节点,在用户集中的区域设置光分路器,ONU设置在用户接入点,利用ONU丰富的接口就可以利用极少量的光缆解决众多用户的各类业务需求。这种模式适用于各运营商的信息化村通接入,将OLT设置在接入汇聚节点,光分路器放置在需要重点接入的区域,就可以在只占用2芯接入层光缆的情况下解决多个乡镇、村庄的语音和信息化接入。不过,考虑到EPON的接入距离一般在20km以内,如果需要大范围地使用EPON接入,则需要将OLT的位置往用户侧靠近,因此需要设置多个接入汇聚节点。

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