包头市东河区龙藏小区epon光纤接入网规划设计.doc

北京邮电大学网络教育学院毕 业 设 计设计题目：包头市东河区龙藏小区EPON光纤接入网规划设计 入学年月 2013年3月 姓 名 李红茹 学 号 131510143100074 专 业 通信工程 总站/学习中心 内蒙古 指 导 教 师 张勖 完成时间 2015 年1月 内容摘要随着科技的进步和信息化步伐的加快，用户对宽带接入需求程度迅速提升，很多大中型企业单位都在追求更快、更稳定的网络环境。即使是小区居民也越来越追求更快、更稳定、更便捷的网络。本文通过分析了目前接入网的发展状况和用户需求，而目前的光纤接入网无法满足大众需求，这使得改进接入网已经到了十分关键的时刻。本文简要介绍了关于EPON的一系列基础知识和以EPON为接入方式的小区接入网规划设计。设计中对的用户的需求量、建设光纤接入网的可行性及必要性。光纤接入网的基本理论知识、EPON网络的网络保护的设计、EPON网络网同步的设计、小区放置ONU位置的设置及ONU容量、光纤中继距离的计算及说明，实现其可运营性。同时设计还对光缆线路维护作了简要分析。关键词：EPON、光纤接入、ONU目 录一、概述1（一）接入网的概念1（二）宽带接入网的概念2二、宽带接入网的建设状况与需求分析2（一）龙藏小区网络建设状况3（二）宽带接入的可行性和必要性3三、介绍几种常用的宽带接入网技术4（一）ADSL4（二）HFC4（三）无源光网络（PON）5（四）FTTX+LAN6（五）无线接入6四、包头市东河区龙藏小区EPON光纤接入网规划设计方案7（一）接入方式的选择-EPON7（二）接入网网络结构的设计7（三)接入网设备的选择10（四）网络容量的计算12（五）光纤中继距离的计算13（六）网同步设计14（七） IP地址规划14五、方案评估15参考文献16 一、概述随着社会和技术的进步，信息技术发展的大趋势是电话、计算机、电视三种技术、产业与网络的融合，即所谓“三网合一”。它表现为业务间相互交叉和渗透，网络层互连互通，技术上趋向一致。其中一个最明显的例子就是现在越来越多的人们不再看有线电视，而是用网络看电视也就是联网看电视。随着社会的发展，人们对通信服务的种类要求越来越多。一方面，除了普通的电话、传真、数据业务外，还要有电视会议，高速数据、电子邮件和高清晰度电视等。另一方面，人们也希望通信服务不受时空和地域的限制，不论在静止或运动中都能方便、快速、准确、经济地进行信息交流和交换。在这种情形下下，光纤通信向纵深发展，形成各种规模和不同层次的光纤通信网势不可挡。（一）接入网的概念所谓接入网是指骨干网络到用户终端之间的所有设备。其长度一般约为几百米到几公里，因此也被形象的称作“最后一公里”。由于骨干网一般采用光纤结构，传输速度快，因而，接入网便成为了整个网络系统的关键，也是一个瓶颈。接入网的接入方式方式有许多种，其中主要有铜线（普通电话线）接入、光纤接入、光纤同轴电缆（有线电视电缆）混合接入、无线接入和以太网接入等。接入网的特点有：1、具有复用、交叉连接和传输的功能，一般不具备交换功能。2、提供各种综合业务。3、组网能力强。4、光纤化程度高。5、对环境的适应能力强。6、全面的网管功能。7、接入网结构变化大，网径大小不一。8、接入网成本与用户有关，但与业务量基本无关。接入网网络结构模型如图1：用户驻地网接入网交接箱分线盒主干层配线层引入层交换机 图1（二）宽带接入网的概念宽带接入其实并没有很严格的定义，一般是以目前拨号上网速率的上限56Kbps为分界，将56Kbps及其以下的接入称为“窄带”，之上的接入方式则归类为“宽带”。宽带目前还没有一个公认的定义，从一般的角度理解，它是能满足人们感官所能感受到的各种媒体在网络上传输所需要的带宽，因此它也是一个动态的、发展的概念。宽带接入的方式有：铜缆数字用户线（DSL）、光纤接入网（OAN)、有线电视接入网（HFC）、无线接入网以及IP接入技术。宽带接入技术应用于IP电话、视频点播（VOD)、交互式电视、远程医疗、远程教育、视频会议、网上购物等。宽带技术虽说在近几年有了新的发展，开放式的Internet对传统的电信运营带来巨大的冲击，尤其是固网运营商面临强大的挑战。 二、宽带接入网的建设状况与需求分析 随着Internet的快速发展,我国已经进入了一个信息交流爆炸的网络型社会,我们的学习、工作及生活已经无法再离开网络,光纤在传输带宽方面具有极大的优势。经过多年的发展,传输网已经基本上实现了数字化和光纤化,交换网也已经基本实现了数字化和程控化,而接入网却发展缓慢。为了提高网络业务的容量、质量、速度以及对网络资源的开发利用,我们必须要突破这一瓶颈，最大程度的提高这“最后一公里”的传输效率。 （一）龙藏小区网络建设状况龙藏小区总占地13000平方米，总建筑面积为50万平方米，总户数为520户。本设计针对龙藏新城20栋住宅型公寓进行设计，此住宅小区属于低层，楼层为6个楼层，每层3-4户，共计520户。龙藏小区目前尚无任何运营商接入，无电信运营商业务开通。需要开通的业务有：宽带业务和普通电话业务，来满足小区用户的新需求。龙藏小区的楼宇分布比较密集，用户数量多，所以需要网络覆盖范围相对来说要大一些。居民楼等用户密集区域，广阔的网络覆盖区域和大量的接入数需要强劲的网络核心为其保证充沛动力。并且由于接入单元的数量众多，其管理工作非常复杂，因此在设备的性能要求具有足够的扩展性和智能性。另外，设备的安全性也同样至关重要。因此对于龙藏小区网络建设要综合考虑多方因素。 （二）宽带接入的可行性和必要性 1、宽带接入网的可行性 光纤接入网，特别是光纤接入网，具有频带宽、容量大、信号质量好、可靠性高、可以提供多种业务乃至未来宽带交互型业务、是实现B-ISDN的最佳方案等优点，因而被认为是接入网的发展方向。在我国城市地区除了个别发达的城市外，多数地区还是使用的以铜缆为传输媒介、基于不对称数字用户线（ADSL）技术为基础的宽带接入模式。根据现有铜缆的使用情况，逐步、稳妥地将光纤由光分支点向普通住宅用户延伸。整个光纤接入网的规划、建设和发展均应适度超前于用户的实际需求。只有紧紧抓住对于数据和多媒体新业务要求高、经济实力有保证的电信大用户，促使其充分利用已建成的光纤接入网络，才能提高现有光纤接入网的利用率，并进一步积累资金，逐步发展、完善，最终能够面向普通用户，满足所有用户对于通信带宽的较高要求。这将是一个循序渐进的发展过程。 2、建设接入网的必要性近年来,核心网上的可用带宽由于SDH的发展而迅速增长,用户侧的业务量也由于Internet业务的爆炸式增长而急剧增加,作为用户与核心网之间桥梁的接入网则由于入户媒质的带宽限制而跟不上骨干网和用户业务需求的发展。骨干网上的巨大带宽如果得不到充分利用，也是一种投资的浪费。因而，接入网的宽带化成为亟待解决的问题。尽管在接入网的建设中存在不少的争议问题，但毋庸置疑的一点是：发展光纤接入是解决接入网宽带化的最根本和行之有效的办法,光纤应尽量向用户延伸，尽量靠近用户。光接入网由于频带宽、容量大、扩容升级方便、运维费用低、质量高，从而适合高速数据和宽带业务的发展。当前其发展的主要目标是用光纤作传输媒介，经济地提供基于STM的窄带综合数字业务和CATV宽带业务，同时还要考虑到将来能顺利过渡到基于ATM的宽带综合数字业务。经过近十年的快速发展,我国公用通信骨干网和城市局间中继线路网基本实现了光缆化和数字化.而用户接入网仍是窄带模拟方式,因而成为通信网发展中的瓶颈,加快采用宽带数字传输技术,发展光纤接入网络已成为必然趋势。 三、介绍几种常用的宽带接入网技术 近年来，全球宽带接入市场异常火爆，获得了飞速发展。宽带接入是目前应用和发展的重点技术之一，也是推动其他技术发展和应用的重要力量。从国内电信市场来看，宽带接入对全业务运营商的业务发展起着举足轻重的作用，已成为全业务运营商主要的投资方向和业务收入来源之一。接入网的类型主要有两类：一是有线接入网，包括光纤接入网、铜缆接入网、混合接入网。另一类是无线接入网，包括固定无线接入网、移动接入网。其中较为常见的宽带接入技术有：ADSL、HFC、EPON、FTTX+LAN和无线宽带接入。（一）ADSLADSL是一种能够通过普通电话线提供宽带数据业务的技术，也是目前极具发展前景的一种接入技术，其优点是带宽较大、连接简单、投资较小。ADSL系统主要针对住宅用户设计的，其下行速率高达6-9Mbit/s，传输距离可达3-5km典型的下行速率有T1,E1,DS2(6.312Mbit/s），E2(8.448Mbit/s）；上行速率低，具体数值随各公司产品而不同，通常为16-640kbit/s。（二）HFC HFC是光纤同轴混合网的简称，即在同一个网络上同时传输分配式的广播电视（即有线电视）业务与交互式的电信业务。这种网络中模拟信息与数字信息并存，其结构就是在光纤到馈线(FTF）的有线电视网基础上发展起来的光纤/同轴混合（HFC）。HFC的基本结构为前端（HE）到光接点（ONU)之间采用光缆传输，在光接点和用户之间再用同轴电缆入户。这种方式可充分利用CATV原有的网络，建网快，造价低；同时由于同轴电缆的带宽较大，可作为宽带综合业务的接入平台。同时HFC也存在许多问题，例如：模拟传输方式、可靠性问题、噪声问题、上行信道受限、电话供电问题不易解决、频谱分配方案没有国际标准，设备不易互通、管理问题（暂时不支持Q3接口）。 （三）无源光网络（PON） 无源光网络（PON）的概念由来已久，它具有节省光纤资源、对网络协议透明的的特点，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。光纤作为传输高速率、大容量、多业务的最佳媒质，目前光缆的价格和寿命已经远优于电缆，并且设备的适应性和带宽扩展性更是电缆不可及，FTTX技术的成熟和需求的增长为广电系统提供了新的发展契机，广电在光纤网络资源和入户线路资源方面占有很大优势，选择FTTX技术来发展双向网络已越来越多的被证实和采用。目前实现FTTX的最佳方案是EPON技术，EPON作为一种新兴的接入网技术，非常适合光纤接入网络（FTTB/FTTH）建设，同时EPON点到多点的网络结构也类似广电网络结构； EPON网络不但可以独立组网，实现基于IP的数据、话音和视频业务，还可以通过WDM技术在同一个光网络中实现1550波长的有线节目传输；通过EPON系统可以将HFC系统升级改造为一个全交换的网络平台，使HFC网络真正成为三网合一的网络。从运营角度分析，采用EPON进行FTTH建设有如下优势：（1）与现有以太网的兼容性高。以太网技术是迄今为止最成功和成熟的局域网技术。EPON只是对现有IEEE802.3协议作一定补充，基本上是与其兼容的。EPON与以太网的兼容性是其最大的优势之一。（2） 提供更高带宽、更远距离和更广的覆盖。EPON的下行信道为百兆/千兆的广播方式，而上行信道为用户共享的百兆/千兆信道，目前可以提供上下行对称的1.25Gbit/s的带宽，带宽利用率也得到很大提高，比目前的接入方式如ISDN、ADSL都要高得多。另外，EPON系统可提供20KM以内的远距离接入，具有长距离、广覆盖的特点。（3）有效降低CAPEX和OPEX。EPON作为一种点到多点网络，网络层次简化，组网灵活，大量节省主干光纤和光收发器，以太网本身的价格优势使EPON具有无法比拟的低成本优势。另外，EPON属于无源光学网，网络中无有源电子器件，这意味着基于有源设备存在的潜在故障在EPON系统中大大降低，因而维护成本将显著降低。 由于网络组件数量少，因此故障点也将相应减少，进而运营支出也会最大程度地降低。（四）FTTX+LANFTTX+LAN技术是一种利用光纤加超五类网络线方式实现宽带接入方案，实现千兆光纤到小区中心交换机，中心交换机和楼道交换机以百兆光纤或五类网络线相连，楼道内采用综合布线，用户上网速率可达10Mbps，网络可扩展性强，用户投资少，价格便宜，安装方便。（五）无线接入 无线接入是指用无需物理传输媒质的无线传输手段来代替接入网的部分甚至全部的接入技术。无线接入以改进灵活性和扩展传输距离为目的。当前主要的无线接入技术的种类：无线本地环路(WLL)；蜂窝通信技术；无绳通信；卫星移动通信；个人通信网。接入技术比较多，在此我们对每种接入方式的优缺点进行了比较，接入方式分析比较优点缺点ADSL带宽较大、连接简单、投资较小带宽受限制，在客户端需添加调制解调器光纤接入节省光缆资源、带宽资源共享、节省机房投资、设备安全性高、建网速度快、综合建网成本低传输距离受PON分比而缩短、下行带宽互相占用、光模块成本较高以太网接入性能价格比好、可扩展性强、容易安装和开通、可靠性高、简单方便、带宽高缺乏严格的服务质量保证、且易受传输距离的限制HFC充分利用了现有的CATV通州网络资源、提供频带宽、不需要重新铺设配线网络、造价较低网络双向改造投资大、采用模拟频分多路复用技术、需要数模转换、网络较外复杂、目前还没有统一的标准FTTX+LAN网络可扩展性强，用户投资少，价格便宜，安装方便。由于涉及先纤工程，施工难度大，投资比较高无线接入灵活性，安装便捷，故障定位容易，易于扩展性能受影响，速率不够高，存在安全隐患综上分析，EPON光纤接入方式最具优越性和实用性。四、包头市东河区龙藏小区EPON光纤接入网规划设计方案（一）接入方式的选择-EPON 光接入网分为有源光网络和无源光网络。，有源光网络又分为SDH和PDH。现在通常是基于SDH的有源光网络，因此，有源光网络也继承了主干网技术的一些固有的优点，比如：有源光网络的传输容量大，接入速度可达到155.520 Mbit/s 或622.080 Mbit/s ；传输距离远，不加中继器的传输距离是70多千米；带宽易于扩展；网络规划和运行的灵活性大；技术成熟，无论PDH设备还是SDH设备，都已经在主干网上广泛应用。但在接入网中与其他接入技术相比，成本还是比较高。然而，无源光网络是专门为接入网发展的技术，其ODN全部由无源器件组成，信号在传输过程中无需再生放大，直接由无源光分路器传至用户，实现透明传输，信号处理全由局端和用户端设备完成。与有源光网络相比，无源光网络的覆盖范围和传输距离要小，但由于户外无有源设备，提高了抗干扰能力，可靠性更高，大大简化了接入途中的安装条件，价格更低、安装维护更方便，是光接入网最具发展潜力的技术。无源光网络包括：基于ATM的APON、基于Ethernet的EPON、基于ATM并尽量兼顾IP的需求而发展的GPON。相对于采用有源光网络技术而言，无源光网络的技术用于接入网络，在设备成本和维护运行成本方面，都相对较低，因而，在高性能接入技术中被普遍看好，我国近期发展趋势也十分关注，所以决定选择无源光网络中的EPON。 （二）接入网网络结构的设计 光网络的基本结构类型有星形、总线型（含环形）、和树形三种，可组合成各种复杂的网络结构。如下图4-2中（a）（b）（c）是PON的网络结构：ONUONUONUONUOBDOBDOBDOLTODN保护S/RR/S (a)树形结构 ONUONUS/COLTODNS/CR/S用于保护或监视S/R （b）总线型结构 ONUONUOLTODNR/SS/R (c)单星结构 图4-2 PON的网络结构ATM交换PSTNSTM1视频源EMS管理系统OLTONUONUONUONUONUONU1N 图2-3 EPON接入系统结构图 （三)接入网设备的选择EPON网络结构主要是有OLT（光线路终端）、ODN（分配网络）、POS（光分路器）、ONU（光网络单元）组成。OLT位于ODN与核心网之间，实现核心网与用户之间不同业务的传递功能，它可以区分交换与非交换业务，管理来自ONU的信令和监控信息，同一个OLT可以连接若干个ODN。OLT在分配侧提供与ODN相连的光接口，在网络测通过标准SNI接口连接到业务网络，可设置在本地交换局或远程。ODN位于ONU和OLT之间，为多个ONU到OLT的物理连接提供光传输媒质，完成光信号的传输和功率分配任务。通常ODN是由光连接器、光分路器、波分复用器、光衰减器、光滤波器和光纤光缆等无源光器件组成的无源光分配网络。ONU位于用户和ODN之间，实现OAN的用户接入，为用户提供通往ODN的光接口。完成光电转换。1、OLT（光线路终端） 图 4-3-1 华为SmartAX MA5680T OLTSmartAX MA5680T，全球首款汇聚型OLT。融合汇聚交换功能，提供高密度接入，高精度时钟，支持TDM、ATM、以太网专线，能够实现流畅的三重播放业务、高可靠的企业接入服务。可级联DSLAM、MSAN及远端接入设备，直连BRAS组网。在节省网络建设投资的同时，增强网络的可靠性，节约运维成本。超高汇聚交换能力，3.2T背板容量，960G交换容量，512K MAC地址容量；超高密度级联能力，单框最大768个GE端口，无需额外投资汇聚交换机；超高可靠组网能力，可直连BRAS，支持OLT双机热备份、异地容灾、升级不断业务。接入汇聚一体，避免重复投资，提升网络部署效率；减少网络节点，减少站址、机房等配套设施，降低设备投资及运维成本；EPON/GPON/10GPON共平台，实现网络平滑演进。满足FTTH光纤到户、FTTB光纤到楼、基站传输、IP专线互联、批发等组网需求。支持P2PFE光接入和以太网级联等宽带接入业务，通过与光接入终端配合，为用户提供点对点的FTTH接入。能够提供带宽长距离接入，解决大规模光纤接入问题。利用单根光纤提供语音、数据、视频业务、适应电信用户个性化需求。提供的接口类别有网络接口、业务接口、维护接口。其中网络接口有：GE光/电接口、10GE光接口、E1接口。业务接口有GPON、EPON光接口，以太网接口、P2PFE光接口。维护接口有维护串口、维护网口、环境监控串口。具有强大的QOS能力。支持良好的管理维护，监控功能，便于日常管理和故障诊断。严格符合ITU-T标准。 2、ONT 华为HG813 ONT 图 4-3-2 华为HG813 ONT华为HG813是一种光网络终端（ONT），专为家庭用户以及小型办公室设计。提供高速接入网络，传输速率是100Mb/s。提供高速光纤到一个单一的有线频道。上行带宽至1.244Gbit / s的下行带宽高达2.488 bit / s。使用HG813，用户可以高速接入到网络，提供宽带语音和视频服务。HG813使家庭用户和SOHO用户可透过光学上游的IP连接IPTV网络。为用户提供IPTV业务。HG813提供从本地网络连接到其他设备的多个接口，能够灵活地适应各种网络条件。支持4个以太网接口，自动识别数据模式。华为HG813完全符合“光缆的房子”（光纤到户）技术所要求的标准，符合ITU - T G.984标准的GPON标准兼容。HG813提供三网合一，包括语音，数据和IPTV。提供了多种接口，允许连接各种终端设备。支持通过Telnet远程维护设备，维护简单，同时支持远程配置和设备管理。 （四）网络容量的计算根据龙藏小区每层4户的设计特点，各楼层设有弱电间，每户的语音及宽带线路均架放在弱电间内的配线架上。机房内设有八芯光纤至各楼层弱电间的ODF盒内。本设计将每户的ONU放置在ODF机柜内，方便设备连接。具体ONU设置的位置及业务端口配置数量如下表4-4-1预计需求情况ONU设计分光器设计楼层号用户数电话设计数量宽带设计数量ONU位置ONU型号ONU数量电话端口数宽带端口数分光器位置分光器数量分光器型号分光比对应OUN数量1层422弱电箱内华为HG813E422社区中心机房3PLCB232-2-2-15-22:3242层422弱电箱内华为HG813E42243层422弱电箱内华为HG813E42244层422弱电箱内华为HG813E42245层422弱电箱内华为HG813E42246层422弱电箱内华为HG813E4224 表4-4-1 （五）光纤中继距离的计算 光纤中继距离的长短影响着光纤传输网的灵活性和投资规模。影响光纤中继距离的因素有：发送机输出耦合进光纤的平均光功率，耦合进光纤的功率越大,中继距离越长；光纤的色散,若光纤的色散大,则经过一定距离传输后出现的波形失真就严重，传输的距离越长,波形失真就越严重；光纤的损耗；满足一定误比特率要求的光接收机灵敏度。在计算光纤中继距离前先选好光纤类型，根据光纤损耗、色散及设备的有关性能影响计算光纤中继距离，不同的光纤传输系统其中的中继距离的计算也不同，下面是SDH光传输系统的中继距离的计算：（1）衰减限制中继段长度预算 L= PS平均发射功率 Pr最小灵敏度 Pp设备富余度，一般取1dB或2DbAc连接器衰减和 Af光纤衰减系数 Mc线路富余度，取0.050.1Db/kmAs光纤接头平均衰减（2）色散限制的中继段长度Ld=：光传输收发两点间的允许的最大色散值|D|:光纤色散系数中继段范围：1min（L,Ld） （六）网同步设计 系统同步是指由于EPON上行为多点到一点的拓扑结构，每个ONU发送时隙必须与OLT的系统分配的时隙保持一致，以防止各个ONU上行数据发生碰撞。 EPON本质上是一个异步的网络，不具备全网同步的电信时钟。在EPON中实现电信业务的接入,必须保证电路业务在接受和发送两端的同步。实现的方法有时间标签法和自适应法，实现过程中采用ONU同步与OLT的策略。本设计采用时间标签方式，在EPON中，各个ONU电路业务时钟同步于OLT侧电路业务时钟。在OLT侧有一个全局的计数器，下行方向OLT根据本地的计数器插入时钟标签，ONU根据收到的时钟标签修正本地时钟，使本地时钟与OLT时钟同步,完成系统同步；上行方向ONU根据本地时钟插入时钟标签，OLT根据收到的时钟标签完成测距。OLT根据IEEE802.3协议，将数据以可变长度的数据包广播传输给所有在PON上的ONU，每个包携带一个具有传输到目的地ONU标识符的信头。此外，有些包可能要传输给所有的ONU，或指定的一组ONU。当数据到达ONU时，它接收属于自己的数据包，丢弃其它的数据包。（7） IP地址规划 IP地址分成为五类，即A类到E类。Internet的5类地址中，A、B、C三类