epon技术在区接入网中的应用

epon技术在区接入网中的应用内容摘要：

接入网的概念及产生 所谓光纤通信，就是利用光纤来传输携带信息的光波以达到通信之目的。 要使光波成为携带信息的载体，必须对之进行调制，在接收端再把信息从光波中检测出 来。 然而，由于目前技术水平所限，对光波进行频率调制与相位调制等仍局限在实验室内，尚未达到实用化水平，因此目前大都采用强度调制与直接检波方式（ IMDD）。 又因为目前的光源器件与光接收器件的非线性比较严重，所以对光器件的线性度要求比较低的数字光纤通信在光纤通信中占据主要位置。 典型的数字光纤通信系统方框图如图。 重庆邮电大学毕业设计（论文） 5 图 数字光纤通信系统方框图 从图中可以看出，数字光纤通信系统基本上由光发送机、光纤与光接收机组成。 发送端的电端机把信息（如话音）进行模 /数转换，用转换后的数字信号去调制发送机中的光 源器件 LD，则 LD 就会发出携带信息的光波。 即当数字信号为“ 1”时，光源器件发送一个“传号”光脉冲；当数字信号为“ 0”时，光源器件发送一个“空号”（不发光）。 光波经低衰耗光纤传输后到达接收端。 在接收端，光接收机把数字信号从光波中检测出来送给电端机，而电端机再进行数 /模转换，恢复成原来的信息就这样完成了一次通信的全过程。 近年来，以互联网为代表的新技术革命正在深刻地改变传统的电信概念和体系结构，随着各国接入网市场的逐渐开放，电信管制政策的放松，竞争的日益加剧和扩大，新业务需求的迅速出现，有线技术（包括光纤技术 ）和无线技术的发展，接入网开始成为人们关注的焦点。 在巨大的市场潜力驱动下，产生了各种各样的接入网技术。 光纤通信具有通信容量大、质量高、性能稳定、防电磁干扰、保密性强等优点。 在干线通信中，光纤扮演着重要角色，在接入网中，光纤接入也将成为发展的重点。 光纤接入网是发展宽带接入的长远解决方案。 目前，发达国家的大城市商业区正在逐步实现将光纤敷设到大楼，并要尽早实现光纤到办公室、光纤到桌面，新开发区的新建线路直接采用光纤，已实现光纤到路边。 而在城市住宅区和乡村，铜线电缆还要持续使用很长一段时间，但“光纤到家”是接入网发 展的最终目标。 一般来说，实现“光纤到家”的成本很高，一般国家都是先发展光纤到用户附近的路边 (FTTC)和光纤到大楼 (FTTB)， 然后再向光纤到家(FTTH)过渡。 目前，发达国家中只有日本根据自己的条件，最先提出在 2020 年实现光纤到家庭的目标。 无论是对于建设国家信息基础结构，还是对于实现宽带综合业务数字网，能重庆邮电大学毕业设计（论文） 6 把电信网、计算机网、有线电视网等各种网络和语言、数字、图片、视像等各类信息综合在一起的宽带接入网技术都已成为未来通信网发展的关键，是今后一段时期内国际通信技术研究、开发和建设的热点。 接入网的技术发展水 平从某种意义上来说，代表着国家通信技术现代化的水平。 采用光纤接入网是光纤通信发展的必然趋势，尽管目前各国发展光纤接入网的步骤各不相同，但光纤到家庭是公认的接入网的发展目标。 二、光接入网的应用类型 光纤接入网 (OAN)，是指用光纤作为主要的传输媒质，实现接入网的信息传送功能。 通过光线路终端 (OLT)与业务节点相连，通过光网络单元 (ONU)与用户连接。 光纤接入网包括远端设备 —— 光网络单元和局端设备 —— 光线路终端，它们通过传输设备相连。 系统的主要组成部分是 OLT 和远端 ONU。 它们在整个接入网中完成从业务节点 接口 (SNI)到用户网络接口 (UNI)间有关信令协议的转换。 接入设备本身还具有组网能力，可以组成多种形式的网络拓扑结构。 同时接入设备还具有本地维护和远程集中监控功能，通过透明的光传输形成一个维护管理网，并通过相应的网管协议纳入网管中心统一管理。 OLT 的作用是为接入网提供与本地交换机之间的接口，并通过光传输与用户端的光网络单元通信。 它将交换机的交换功能与用户接入完全隔开。 光线路终端提供对自身和用户端的维护和监控，它可以直接与本地交换机一起放置在交换局端，也可以设置在远端。 ONU 的作用是为接入网提供用户侧的 接口。 它可以接入多种用户终端，同时具有光电转换功能以及相应的维护和监控功能。 ONU 的主要功能是终结来自 OLT的光纤，处理光信号并为多个小企业，事业用户和居民住宅用户提供业务接口。 ONU 的网络端是光接口，而其用户端是电接口。 因此 ONU 具有光 /电和电 /光转换功能。 它还具有对话音的数 /模和模 /数转换功能。 ONU 通常放在距离用户较近的地方，其位置具有很大的灵活性。 按照 ONU 在光接入网中所处的具体位置不同，可以将 OAN 划分为四种基本应用类型：光纤到交接箱（ FTTCab）、光纤到大楼／分线盒（ FTTB／ C）、光纤到户（ FTTH）和光纤到办公室（ FTTO）。 重庆邮电大学毕业设计（论文） 7 第三节 无源光网络 一 、产生背景 光接入网根据 OLT 到各 ONU 之间是否含有源设备，可以划分为无源光网络（ PON）和有源光网络（ AON），前者采用无源光分路器，后者采用有源点复用器。 有源光接入网采用电复用器分路，可延长传输距离并且技术简单、易于实现、组网能力强，但有源设备仍然无法完全摆脱电磁干扰和雷电影响以及其固有的维护复杂问题，使得有源光网络发展受到限制。 而无源光网络由于户外不包含有源设备，其抗干扰能力强可靠性高易于安装维护，而且相对价格低廉，成为光接入网最具 发展潜力的技术。 PON最早是有英国电信公司研究人员于 1987年提出，最早的 PON标准时 1988年提出的 ITUT 标准，即基于异步传输模式（ ATM）的无源光网络（ APON），在 2020 年年底，第一英里以太网联盟（ EFMA）提出以太网无源光网络。 在 EFMA提出 EPON 的同时，全业务接入网组织（ FSAN）考虑到 APON 的低效率和 EPON 对语音和视频等实时业务部能提供服务质量保证的不足，于 2020 年提出了吉比特无源光网络（ GPON），并在 2020 年通过了 GPON 系列标准： ITUT 、 、并于 2020 年 4月完成了 标准 【 2】。 二 、 PON 技术比较 PON 技术始于 20世纪 80年代初，目前市场上的 PON 产品按其技术的不同。 主要分为 APON、 EPON 和 GPON。 他们最大的不同其实在与其数据链路层协议。 而数据链路层协议规定了上层数据信号的承接方式。 APON 在网络层采用 ATM 协议进行组网，因而在 APON 系统中传送的是 53 字节的固定长度信元。 很显然， APON 系统不能直接传送 IP业务信息，而且由于 APON系统有类似 ATM 系统的一些弊端如复杂性高，传输效率低的问 题，已经逐渐退出市场而由其他 PON 网络代替。 EPON 在传输层采用的是吉比特以太网作为传输协议，数据链路层也采用以太网协议。 EPON 网络传送的是可变数据包， EPON 网络建设成本低，可扩展行好，易于安装维护，具有很大的发展潜力，目前也占据很大一部分国内光接入网市场。 GPON 是支持最大传输速率 ，它采用了比 EPON 更有用的数据封装格式，但是建设成本偏高。 GPON 采用的 GEM 帧结构不基于任何指定重庆邮电大学毕业设计（论文） 8 类型，而是基于各个用户信号原有的格式进行封装。 GPON 可以灵活的提供对称和非对称速率，传输 距离至少达到 20Km。 从目前情况看， APON 由于 ATM 技术复杂、承载 IP 业务效率不高等是其成本较高，而且 ATM 技术在国内城域网中的应用并不是主流，因而逐渐淡出我国市场。 对于 GPON 来说，虽然其总体性能高于 EPON 和 APON，但是 GPON 标准相对复杂，而且目前提供 GPON 设备的厂商和部署 GPON 网络的运营商都较少。 另外 GPON 的成本也高于 EPON，成熟度也不如 EPON。 EPON 目前具有很多优势， EPON 标准基于以太网标准，最小程度的补充和修改了以太网的 MAC 协议。 很好的继承了以太网长期大规模的实践积累的技术 经验。 从技术角度来讲 EPON 技术门槛较低，易于吸引大批厂商加入，形成 EPON产业链。 另外， EPON对硬件的性能要求远低于 GPON，是其成本远低于同等性能的 GPON。 而且 EPON 很适应宽带接入 IP 化的发展潮流。 所以， EPON 在我国将有十分广阔的前景。 重庆邮电大学毕业设计（论文） 9 第二章 LAN 接入与 EPON 接入对比 第一节 两种接入方案 拓扑 图 传统的 LAN 接入方式常见的拓扑图 图 传统的 LAN 接入方式常见的拓扑图 通过 EPON 接入方式的拓扑图如下： C D NC A T VI P N e t w o r kP S T N / S S SP CC A T VP H O N EI P T V数 字 家 庭 网 关F E / G EF E / G EB A SV 5 . 2 / H 5 . 2O L T分 光 器O N T其 他 用 户其 他 用 户1 4 9 0 n m1 3 3 0 n m 图 EPON 接入方式的拓扑图 重庆邮电大学毕业设计（论文） 10 以下为 LAN 和有源光网络分别在核心层、汇聚层、接入层用到的设备，如表21 所示： 表 21 区域 EPON 网络 LAN 网络 核心层 核心交换机 核心交换机 汇聚层 OLT 分光器 24 口汇聚交换机 接入层 ONU 16 口接入交换机 第二节 两种接入方案的比较 随着宽带业务的发展，人们越来越意识到网络接入部分存在严重的宽带“瓶颈”和距离限制。 接入网两端的设备都已达到 Gbit 级以上的速率（用户端广泛使用的 PC 内部总线速率已达到 40Gbit/s），而作为接入网 的另一段，城域网或长途网的骨干设备每波长速率也达到 ，它们都比接入部分高出至少 3 个数量级。 接入距离上，传统 LAN 方式最远 200m， XDSL 最远几公里的接入距离，对于地域广阔的中国来说，都无法很好的解决覆盖问题。 随着多网合一的推行，突破接入网带宽“瓶颈”和接入距离限制变得越来越迫切，只有突破接入网宽带“瓶颈”和接入距离限制，才能使整个网络有效发挥宽带的作用，真正推进各种业务的发展，给运营商带来经济效益和社会效益， EPON 作为一种合适的接入技术在这种背景下迅速得到广泛应用。 一、两者的原 理比较 EPON（ ）就是基于以太网的无源光网络，它承载的内容是以太网数据包，因此 EPON 天生就是为 IP 服务的，与传统的 LAN 技术标准一样，都出自IEEE 数据传送原理 EPON 下行使用 1490nm 的光波承载数据， OLT 到 ONU 间下行数据采用点对多点广播方式传送数据， ONU 通过识别报文 MPMC 层 LLID 的数据。 在 OLT 和 ONU 之间，通过 AES128 进行加密，保证数据安全。 对于 ONU 到OLT 得上行数据，采用时分多址接入技术为各个 ONU 分配时隙，传输上行流量， 当 ONU 注册成功后， OLT 会根据系统配 置，给 ONU 配置特定的带宽（采用 DBA，重庆邮电大学毕业设计（论文） 11 OLT 会根据制定的带宽分配策略和各个 ONU 的状态报告，动态地给每个 ONU 分配带宽）。 带宽对于 PON 层面来说，就是有多少可以传输数据的基本时隙，每个基本时隙单位长度为 16nm。 在各个 OLT 端口（ PON 端口）下面，所有的 ONU 和 OLT PON 端口之间时钟是严格同步的，每个 ONU 只能在 OLT 给它配分的时刻上面开始，用分配给它的时隙长度传输数据，通过时隙分配和时延补偿，确保多个 ONU 的数据信号耦合到一根光纤时，各个 ONU 上行包不会互相干扰。 LAN 是一种局域网技术，由于其技 术简单、适用广泛而被引入到接入网中。 目前 LAN 技术主要就是以太网，尤其 和。 以外网适用 CSMA/CD(带有冲突检测的载波侦听多址访问 )是一种共享技术。 该技术中两端设备是对等的，双方采用相同的机制传送数据流量。 终端与终端间的数据交换在交换机上完全按照 MAC进行转发，数据都采用 CSMA/CD的方式实现转发。 VLAN 的出现很好的解决了冲突及广播的问题。 带宽和传输距离 LAN 以太网当前实现 10/100/1000Mbit/s 的对称接入速率，但只能提供到最远 200m 的 传输距离，这也是其作为接入技术的最大问题之一，通常只能通过级联交换机延长传输距离。 EPON 同样实现 10/100/1000Mbit/s 的对称接入速率，但可以保障最远 20km的传输距离，完全克服了以太网及 x DSL 技术在距离和带宽上的局限性，使宽带接入方案的覆盖范围更为宽广。 组网能力于可扩展性 LAN 设备放置的写字楼或小区内部，通过五类线连接用户，这就涉及了楼内的布线工程开销。 LAN 是系统的点对点接入技术，只支持点到点信息传递，因此组网有局限性。 如果沿马路的狭长地带有宽带接入需求，就需要在每个需求点都部署交换 机，统一汇入局端汇聚交换机，或者在每个需求点放置一台二次汇聚设备，由该设备提供端口，汇接该需求点交换机流量。 若采用 EPON 技术，解决需求则快捷许多。 EPON 是点到多点的接入技术，结合不同。