（电磁场与微波技术专业论文）epon在有线电视网络中的应用与网管研究.pdf

独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论 本人签名： 处，本人承担一切相关责任。 日期： 三! ：z ：至：! 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅：学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位 本人签名： 导师签名： 适用本授权书。 r 期：兰! ：z ：圭：1 2 同期：型1 1 ：3 ：f 翌 e p o n 曲清线电视悯络中的应用0 管研究 e p o n 在有线电视网络中的应用与网管研究 摘要 随着因特网( i n t e r n e t ) 的普及和发展，其业务量迅速增长。伴随着骨干网建 设的同趋完善，接入网已经成为业务的瓶颈。 e p o n ( 以太无源光网络) 是一种用户接入网络解决方案中的新技术，受到广泛 关注。h f c ( 光纤同轴混合) 网是现在国内最庞大的网络之一，传统上用来广播c a t v ( 有线电视) 信号。本文讨论的r fo v e r l a ye p o n 系统是一种e p o n 在有线电视宽带 接入网中的应用。现今，这也是一种支持t r i p l e p l a y 的理想技术。 为了更好的管理以上网络，我们使用s n m p ( 简单网络管理) 协议来建立网管系 统。本文介绍了s n m p 的原理和结构，然后给出了用s n m p 管理r fo v e r l a ye p o n 系统 的实例。设备管理和m i b 的设计是讨论的重点。 文章结构如下： 第一章：概论，介绍接入网的概念和几种接入技术。 第二章：阐述e p o n 的结构，各部分的功能和上行下行技术。 第三章：分析h f c 网络，提出r f o v e r l a y e p o n 方案并加以说明。 第四章：介绍网络管理的功能，阐述了s n m p 的客户服务器模型及m i b 的结构。 第五章：讨论了怎样使用s n m p 管理r fo v e r l a ye p o n 网络，给出设备管理和 m i b 设计的实例。 第六章：总结 关键词：e p o nh f cr fo v e r l a ye p o ns n m pm i b e p o n 在青线电视网络中的麻用j ，嘲管研究 a b s t r a c t a l o n gw i t ht h ed e v e l o p m e n ta n dp r e v a l e n c eo fi n t e r n e t ，i t sd a t ac a p a c i t yi n c r e a s e s q u i c k l y w h e nb a c k b o n en e t w o r ki sg r a d u a l l yc o n s u m m a t e d ，a c c e s sn e t w o r kh a sb e c o m e t h eb o t d c h e c ko f s e r v i c ef l c e e s s e p o n ( e t h e m e tp a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k ) i san e wt e c h n o l o g yu s e dt or e s o l v eu s e r a c c e s sn e t w o r kw h i c hh a sb e e np a i d w i d e l ya n e n t i o n h f c ( h y b r i df i b e rc o a x i a l ) n e t w o r ki so n eo ft h eb i g g e s tn e t w o r k si no u rc o u n t r yw h i c hb r o a d c a s t st h ec a t v s i g n a l t r a d i t i o n a l l y i nt h i sp a p e r , r fo v e r l a ye p o ns y s t e mi sd i s c u s s e da sa na p p l i c a t i o no f e p o ni nc a t vb r o a d b a n da c c e s sn e t w o r k a n dt h er fo v e r l a ye p o ni st h ei d e a la c c e s s t e c h n o l o g yt os u p p o r tt r i p l e p l a ys e r v i c e st o d a y i no r d e rt om a n a g ea n dc o n f i g u r et h i sn e t w o r kw e l l ，w er e c o m m e n du s i n gs n m pt o b u i l dt h en e t w o r km a n a g e m e n ts y s t e m t h ep r i n c i p l ea n ds t r u c t u r eo f t h es n m pi ss t u d i e d a n dac a s eo fr fo v e r l a ye p o ns y s t e mm a n a g e db ys n m pi sd i s c u s s e d e q u i p m e n t m a n a g e m e n ta n dt h ed e s i g n i n go fm i b ( m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o nb a s e ) a r et h ef o c u so f d i s c u s s i o n t h e p a p e ri sa r r a n g e da sf o l l o w s c h a p t e r 】：i n t r o d u c eb r o a d b a n da c c e s sn e t w o r ka n ds e v e r a la c c e s st e c h n o l o g i e s c h a p t e r2 ：d e p i c tt h es t r u c t u r eo fe p o n t h ef u n c t i o no fe v e r yc o m p o n e n ti ne p o n s y s t e m t h et e c h n o l o g yi nu p s t r e a ma n dd o w n s t r e a mo f e p o ni sd i s c u s s e d c h a p t e r3 ：i n t r o d u c et h eh f cn e t w o r ka n dg i v e st h ew h o l ed e s i g ns c h e m eo f t h er f o v e r l a ye p o ns y s t e m c h a p t e r4 ：i n t r o d u c et h ef u n c t i o no fn e t w o r km a n a g e m e n t ，t h ec l i e n t s e v e rm o d ei n s n m p t h es t r u c t u r eo ft h em i b c h a p t e r5 ：d i s c u s sh o wt h er fo v e r l a ye p o ns y s t e mm a n a g e db ys n m p t h e na c a s eo f e q u i p m e n tm a n a g e m e n ta n dm i bc o m p i l i n gi sg i v e n c h a p t e r6 ：m a k eas u m m a r y k e yw o r d s ：e p o nh f cr fo v e r l a ye p o ns n m pm i b 2 e p o n 存有线电税网络中的应用勺蝴管研究 第一章概论 按照电信网的概念，整个通信网络由传输网和交换网组成，传输网又可进一步分 为核心网和接入网。接入网是相对核心网而言的，接入网主要完成使用户接入到核心 网的任务。核心网经过长期的建设和发展己经实现数字化、光纤化；交换网也基本上 实现了程控化、数字化；而接入网则发展缓慢。接入网是整个通信网络中建设技术复 杂、实施难度大、投资费用高、影响范围大的关键一部分。因此接入网也就成为通信 网络中的“瓶颈”，如何解决好这“最后一英罩”的通信问题，成为国际高新技术所 关注的焦点。 接入网市场规模巨大，般估计占有5 0 6 0 的电信基础设施的投资份额。它与 用户联系最为紧密，运营商的未来收入主要集中于此，并且今后的业务提供商也更多 地寄希望于此拓展业务和增加营业额。 接入网( a n ：a c c e s sn e t w o r k ) 是由业务节点接d ( s n i ) 和用户节点接u i ( u n i ) 之问 一系列传送实体( 例如线路设施和传输设施) 组成。 1 1 各种接入技术的比较 图l ：接入网的界定 总的况来，近几年柬各种接入技术都在迅速发展。 1 基于铜线的接入网 主要目的是充分利用现有的铜线资源。采用先进的数字信号处理技术提高双绞线 对的传输容量，向用户提供各种接入手段。例如：拨号上网、综合数字业务网( i s d n ) 和x d s l 。在我国现阶段，a d s l 是覆盖面最广和用户最多的宽带接入方式。 a d s l ( a s y m m e t r i c a ld i g i t ms u b s c r i b e rl i n e ) 0 0 非对称用户线用户的上行和下行 e p o n 在青线电视用络中的应用0 网管研究 速率不同，上行速率较低，下行速率则较高，特别适合传输多媒体信息业务。a d s l 采用了币交调幅( q a m ) 、无载波幅度相位调制( c a p ) ，离散多音频调制( d m n 等调制技 术，上行信号采用频分复用方式，实现了在一对普通电话线上实现宽带接入的方案。 其最大的优点是充分利用了现有电话网中的电话线。 但是，随着i n t e m e t 业务的爆炸式的增长，能否经济有效的支持i n t e m e t 业务己 成为接入网技术考虑的重要因素。尽管a d s l 技术能够支持i n t e m e t 业务，用户侧设 备的安装仍嫌麻烦。而且，a d s l 这种非对称的传输方式不宜用于流量基本对称的商 业用户互联，对于使用视频电话和视频电话等的用户不太适合。另外，使用中的电话 线存在不同程度的老化、线问传串扰、回传噪声、插入损耗等问题。 2 基于同轴电缆( c a b l e ) 的接入网 建立在h f c 网体制之上的c a b l em o d e m 接入方式则可以充分利用接入到家庭中 的c a t v 电缆，是解决高速数据接入的另一种热门技术。双向h f c 网是一种在模拟 环境下进行模拟信号和数字信号传输的技术体制，应用数字压缩技术和高效数字调制 技术，具有频带宽、成本低、容量大、业务双向性、抗干扰能力强、能支持多功能服 务、覆盖率高和连接千家万户等优势。 c a b l em o d e 下行数据占用5 0 m h z 8 7 0 m h z 之间的一个8 m h z 的频段。一般采用 6 4 q a m 调制方式，速率可达4 0 m b s ；上行数据占用5 - 4 2 m h z 之| 日j 的一个8 m h z 的 频段。为解决漏斗噪声问题，一般采用抗噪声能力较强的q p s k 调制方式，速率可达 l o m b s 。通过有线电视同轴电缆接入i n t e m e = t ，在不影响收看电视节目的同时数据的 传输质量还相当好。这正是c a b l em o d e m 作为一种宽带接入方式的显著优势，它可 以高速访问i n t e m e t 及一切相关互联服务。 但是，由于原有的c a t v 网络只提供有线电视广播业务，系统都是单向传输的， 要引入c a b l em o d e l 系统，首先要对现有的单向有线电视网进行双向改造，需要一笔 可观的先期投入。其次，c a b l em o d e m 采用模拟频分多路复用技术，而主干网络和交 换机为数字技术，需数模转换，数据来自不同的数据源，同步、网管和信令技术难度 大。再次，h f c 接入系统为树型结构，使上行信号存在噪声积累问题。另外当前各 有线电视运营商的网络改造水平参差不齐，造成了经过改造后的双向网络质量千差万 别，给c a b l em o d e m 接入方式带来困难。h f c 网络的安全性、系统的健壮性等问题也 有待进一步解决和完善。 3 基于无线技术的接入网 由于某些紧急情况或地理环境等因素下、敷设有线传输线工期长、难度大，此时 e p o n 冉：有线电视叫络中的心用1 ，嘲管研究 由于某些紧急情况或地理环境等因素下、敷设有线传输线工期长、难度大，此时 可考虑采用无线接入技术。相对于有线接入，无线宽带接入是其必要的补充。 4 基于光纤的接入网 光纤接入网是指在接入网中用光纤作为主要的传输媒质来实现信息传送的网络 形式。光纤接入网可分为有源光纤接入网和无源光纤接入网。由于无源光纤接入网中 无源器件的诸多优点，人们己经把注意力更多的集中在无源光接入网( p o n ) 上。 我国现在用户的主要接入方式是利用基于铜线的解决方案。但基于铜线的技术有 其固有的不足铜线的带宽毕竟有限。随着互联网的推广普及以及实时多媒体互动 业务的迅速发展，加之i p t v 从实验室走向商用，铜线接入的带宽已无法满足人们高 速上传和下载的需求，基于铜线的接入技术的带宽“瓶颈”效应逐渐暴露出来。 光纤是宽带网络中多种传输媒介中最理想的一种：首先，光纤比铜线能承载更多 的带宽。一公斤光纤能传送的信息量与2 0 吨铜线所传送的信息量相当。其次，铜线 有衰减和串扰等电气问题。第三，光纤的寿命大约是铜线的三倍。最后，光纤材料的 价格已经大大下降，已经和铜线相近。光纤的优势使得大家相信在“光进铜退”的趋 势下铜线最终会被光纤取代： 光纤以及光设备的价格大大降低，使光纤已经从主干，走向城域，并一步一步走 向接入网。光纤接入网是发展宽带接入的长远解决方案。随着更多的光纤铺设，传输 介质必然是走向全光纤。 1 2 光纤接入的发展 世界光通信市场经历了上世纪9 0 年代未至2 0 0 0 年的超高速增长，2 0 0 1 年以后 的市场进入严重萧条，但到了2 0 0 3 年底，特别是2 0 0 4 年丌始光通市场开始恢复。特 别是f t t x 成为最引人注目的亮点。随着全球宽带接入网的迅速增长，光纤宽带接入 进入了市场复苏期。据美国g e r t n e r 公司最新发布的报告，亚太地区宽带用户在 2 0 0 4 年增长了5 0 ，另据预测美国的宽带普及率到2 0 1 0 年将达到7 5 。目前在应用 方面，r 本、韩国最为靠i ；i ，韩国宽带普及率占到家庭用户的7 0 。闩本的宽带用户 总数超过1 5 0 0 万，其中f 1 1 1 的用户达到1 2 0 万户，到2 0 0 6 年f t l h 的用户达到 6 0 0 力j 。受其影响，我国在一些地区( 如武汉) 已经开始了小规模f 1 v r h 试验，一些 运营商( 如北京通信) 甚至开始了试商用。 在国际光通信领域，f t l x 的概念早在若干年前就已经被提出。f t l x 技术是 光纤到x 的简称，可以是f t t h ( 光纤到户) 、f 1 v r e ( 光纤到局) 、f t t c ( 光纤到路边) 、 e p o n 在有线电视网络中的肫用+ 列管研究 f t r b o ( 光纤到大楼办公室) 。除了f 刑外，其他方式都需通过铜芯线作接入转换， 组成混合接入网络。 由于f t t h 建设的初期成本很高光纤每向用户端推近一步，其费用都成倍上 升。广大用户目前还无法承担高昂的光纤到家的安装费用( 这里包括铺设光缆的费用 和安装在用户家中的光端机等接口设备的费用) 所以在向f n h 迈进的过程中，我们 只能一步一步前进，将光纤一步一步推向用户侧。从光纤到路边( f t t c ) ，光纤到小区 ( f t t z ) ，到光纤到大楼( f t t b ) ，光纤到办公室( f t t o ) ，最终达到光纤到户( f i t h ) 。 实现f 1 t h 方法主要有两种：一种是用光纤直接连接每个家庭或大楼：另外就是 采用无源光网络( p a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k ，p o n ) 技术，用分路器把光信号进行分支，多 个用户公用一根光纤。p o n 因其成本低、功能全、易维护、好管理等特点，成为f t t x 的理想接入方案，近年来也得到了大量研究。 1 3 无源光网络( e p o n ) 从长远看，光纤接入网，特别是无源光网络( p o n ) 是比较理想的接入解决方案。 首先，其在接入网中去掉了有源设备，避免了电磁干扰和雷电影响，减少了线路和外 部设备的故障率，降低了相应的运维成本：其次，p o n 的业务透明性好，具有丰富 的带宽资源，可适用于任何制式和速率的信号，能比较经济地支持模拟广播电视业务， 具备三重业务功能；再者，由于其局端设备和光纤由用户共享，线路成本较其它点到 点方式低，初建成本也明显降低。p o n 的每用户成本随着分享光线路终端( o l t ) 的用 户数量的增加而迅速下降，因而适合于分散的小企业和居民用户，特别是那些区域较 分散，而每一区域用户又相对集中的小面积密集用户地区。 无源光网络p o n ( p a s s i y eo p t i c a ln e t w o r k ) 包括0 l t ( o p t i c a ll i n et e r m i n a l ) 、 o n u ( o p t i c a ln e t w o r ku n i t ) 和o d n ( o p t i c a ld i s t r i b u t i o nn e t w o r k ) ，o d n 全部由光分 路器( s p l i t t e r ：分支器) 等无源器件组成，不需要昂贵的有源电子设备和其它安装环 境，大大降低了网络铺设成本和运营支出。p o n 网络的一般结构如图2 所示： e p o n 旮有线电视嗣络中的应用与婀管研究 幽2 无源光网络的一般壬上构剀 根据i n f o n e t i e s 和d e l l s o r o 的调查，全球p o n 市场在2 0 0 9 年将达到3 0 亿美金， 使用p o n 的f t t h 用户将达到3 8 0 0 万。目前，e p o n 技术在亚太地区得到很好的应 用，只本是拥有最大规模f t t h 网络的国家，同时也是e p o n 设备部署最多的国家， 在未来几年，将连接超过上千万用户。包括中国在内的整个亚太地区对e p o n 技术的 需求将快速增长。在美国，以v e f i z o n 为主的多家运营商主要使用g p o n 技术部署 f t t p 网络。而为了和电话公司进行竞争，很多广电运营商( m s o ) 开始关注和使 用p o n 技术。 目前中国的p o n 市场处于起步阶段，但大量的实验网络和商用网络已经开始部 署，巨大的市场容量所蕴涵的机会不可小视。2 0 0 6 年，国内外e p o n 厂家在包括电 信、广电、网通和移动在内的很多运营商网络部署了e p o n 系统，大约有l o 万线的 宽带接入用户使用了e p o n 技术，其中既有f 1 1 h 应用，也有f t t b 的应用。预计 今后几年，这个数字会以超常规的速度发展。 1 4 光纤同轴电缆混合( h f c ) 网 h f c ( h y b r i df i b e rc o a x i a l ) 网是指光纤同轴电缆混合网，采用光纤到服务区， 而在进入用户的“最后l 公罩”采用同轴电缆。 有线电视网络就是一个最典型的h f c 网，它比较合理有效地利用了当前的先进 成熟技术，提供较高质量和较多频道的传统模拟广播电视节目。但由于是针对模拟电 视节目的广播传输，传统的h f c 网络并不具备上行回传通道，为满足丌展数字电视 9 - e p o n 订：有线也剃叫络中的应用。嘲管研究 点播和高带宽宽带接入等业务的需求，就必须对原有的网络进行双向化改造。 全国有线电视网络用户已达l 亿多户，存在着大量的h f c 网络资源，如何有效 地利用现有网络，保护原有投资，避免重新敷设光缆来进行有线电视网络的双向改造 是摆在广电网络运营商面前的一个重要课题。 1 5 课题的应用前景 目前，广电网络面临数字电视变革和一系列技术和需求变化带来的冲击，新型业 务的出现和技术的发展促进了业务模式的变化和网络技术的发展，也带来了新的市场 的机会和发展可能，使广电网络运营面临着新的机遇和挑战。 广电系统在视频业务、网络资源和用户资源方面拥有突出的优势。我国的有线电 视经过几十年的加速发展，己成为家庭入户率最高的国家信息化基础设施，并形成遍布 城乡、用户总数居世界首位的有线电视传输覆盖网。也是目前除电信网之外的另一个 庞大网络，并且已经从最初的单一同轴电缆演变成光纤与同轴电缆混合使用的新一代 有线电视h f c 网络。 目前，我国的有线电视h f c 网络随着有线电视宽带网传输新技术的不断发 展，h f c 多媒体双向传输技术同趋成熟，i f 向应用阶段发展，目前有线电视均采用h f c 光纤电缆混合网传送模拟和数字电视信号，在很多地方已经实现了光节点到路边 ( f t t c ) 或者光节点到楼头( f t t b ) 。如果将e p o n 技术应用于有线电视网络宽带接入， 那么有线电视网络的带宽及承载交互业务、i p 丁v 等业务的能力将得到很大提高。 目前广电也越来越认识到e p o n 技术在h f c 网络改造的价值，很多地方的广电 网络已经部署了e p o n 网络。e p o n 网络结构和h f c 光传输网络结构类似，部署起 来比较方便，用e p o n 技术实现双向h f c 网络比传统的c m t s 改造方式更具成本和 业务能力的优势。 本文就是在介绍e p o n 技术并分析有线电视h f c 网络结构的基础上探讨将 e p o n 应用于有线电视网络宽带接入的理想方案和方案中的一些具体研究。 - 1 0 e p o n 曲何线i u 说m 绢中的脚用，叫管研究 第二章e p o n 的结构和原理 2 1 各种f t t x 技术的比较 f t t x 技术主要包括了点到点光纤接入和p o n 两种技术，前者又包括单纤和双纤 两种，后者则包括了a b p o n 技术，e p o n 技术以及g p o n 技术。 表i ：各种f t t x 技术比较 a b p o n ( g ) e p o n ( i e e e g p o n ( g 9 8 3 4 )1 0 0 mp 2 i e e e ( g9 8 31 )8 0 23 a h ) 8 0 2 3 a h ) 基本性能 1 5 5 m u p 6 2 2 m d o i 2 5 gu p d o w n 以最高2 5 gu p d o w n 臼本r r c 1 0 0 0 和i t u w n a t m 信元格太网传输机制a t m 信元以太网g 9 8 5 标准，或者 式 帧格式+ 模拟视频 i e e e8 0 2 3 a h 标准 设备的可 可以可以还受限制 可以 获得性 最人传输2 0 k m1o k m ，2 0 k m2 0 k m1 0 k m 2 0 k m 距离 分路数 3 21 6 3 26 4 波k = a p o n ：1 3 l o n m1 0 0 m ：13 j o n m1 3 1 0 n mu p 1 4 9 0 n mt t c i t u u p 15 5 0 r i md o w nu p 15 5 0 n md o w n d o w n ，1 5 5 0 n mf 行 1 3 1 0 n m u p 1 5 5 0 n m b p o n ：1 3 1 0 n m1 0 0 0 m ：1 3 1 0 n m模拟信号d o w n u p j5 5 0 n mv i d e ou p 1 4 9 0 n md o w n i e e e d o w n ，1 4 9 0 n m 1 31 0 n m u p 1 4 9 0 n m d a t ad o w nd o w n 视频广播采川b p o n 标准 技术上可行，但是标准的一部分 没有在标准中 没有大规模应用 视频点播 带宽受限可能的杀手级廊从b p o n 升级的主 可能 h 要原冈 e p o n 在有线电视州络中的盹用j 嘲管研究 2 1 1 点到点光纤接入( p 2 p ) 点到点光纤接入的f t t x 技术主要基于i e e e 8 0 2 3 a h 规定的1 0 0 b a s eb x 和 1 0 0 0 b a s eb x 。这罩的点对点技术和现在很流行的互联网中的p 2 p 技术不是一个概念， 勿混淆。它指的是一种光纤接入技术，从局端到每一个用户端都单独的架设一条光纤 线路传输数据。优点主要是网络拓扑简单，设备成本低，对光器件要求低，线路安全 性好。而点对点技术的缺点则是每个用户都需要专线，而且需要大量的中心局设备。 2 1 2 无源光网络p o n p o n ( 无源光网络) 是一种光纤传输和接入技术，采用点对多点的基本通信架构。 信号的通道从源头到目的节点都是通过无源器件完成的，这些无源器件包括：光纤光 缆、无源光分路器、耦合器i 连接器和接头等等。 位于局端的光纤中继端( o u ) 作为整个p o n 的控制点，光纤网络端则作为用 户点或被控制点。一个o l t 通常可以连接3 2 个o n t 。下行采用广播方式、上行采 用时分多址方式，可以灵活地组成树型、星型、总线型等拓扑结构，在光分支点不需 要节点设备，只需要安装一个简单的无源光分路器，光信号在传输过程中不再经过放 大和再生，网络的分路由光分路器来实现。 p o n 技术的优点包括无源，宽带，业务综合化，灵活的组网能力，维护成本低， 若干用户共用同一个中心局等，特别适用于较远的距离应用。p o n 技术的缺点主要是 网络拓扑复杂，每用户带宽需要和别人共享，安全问题较多，目前阶段初始成本高等。 p o n 技术根据传输数据的信息结构可分为：a p o n ( a t mp a s s i v eo p t i c a l n e t w o r k 基于a t m 的无源光网络) 、e p o n ( e t h e m e tp a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k 基于以 太网的无源光网络) 、g p o n ( g i g a b i t p a s s i v e o p t i c a l n e t w o r k 吉比特无源光网络) 三 种。 a p o n 最早出现的是a p o n 技术，1 9 9 5 年，f s a n 联盟成立，目的是要共同定义一个 通用的p o n 标准，1 9 9 8 年，i t u t 以1 5 5 m b i t s a t m 技术为基础，f s a n 提交的a p o n 线路接口标准g 9 8 3 1 草案、控制通道标准g 9 8 3 2 、支持c a t v 等下行业务的附加下 行波长标准g 9 8 3 3 以及有关o n u 带宽分配、保护机制的g 9 8 3 4 和g 9 8 3 5 标准。随 后，一些设备厂家陆续开发出了a p o n 产品。a p o n 的标准化现在己较完善并进入了 e p o n 在有线电视叫络中的f 训习1 j 叫管研究 商用。 对于传统电信运营商，a p o n 仍是提供综合业务接入的有效手段，但由于其技术 相对复杂、成本居高不下，至今仍然未能取得市场上的成功推广。同时，由于a p o n 上下行带宽一般为1 5 5 6 2 2 m ，也很难满足未来迅猛增长的多媒体业务的需要。虽然 a p o n 的适用范围虽被大大压缩，但由于其独特的多业务、灵活性和服务质量保证， 其应用并不会停止，而且运营商从保护a t m 等现有设备投资角度出发，也需要这种 比较成熟、标准化的技术。 a p o n 的工作过程如图3 所示： 知堡j o n u i + o n u o n u 一! 麈l - i o n u 一j1 一2 o n oj3 _ o n u ；_ 曩fo n u 一一o n u 图3a p o n 的i 竹过稃图 e p o n 以太网( e t h e m e t ) 技术经过2 0 年的发展，以其简便实用、价格低廉的特性，几乎已 经统治了局域网，全球有超过9 5 的局域网采用以太网技术。并且以太网在事实上被 证明是承载i p 数据包的最佳载体。随着i p 业务在城域和干线传输中所占的比例不断 攀升，以太网也在通过对传输速率、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。 e p o n 在有线电桃嘲络中的心用o ，嘲管研究 2 0 0 0 年底，第一英罩以太网联盟( e f m a ) ，提出基于以太网的p o n 概念 e p o n 。2 0 0 1 年，i e e e 成立“第一英旱以太网小组”，正式研究包括1 2 5 g b i t s 在内 的e f m 相关标准。e p o n 的速率可达到1 2 5 g b i t s ，对于g b i t s 速率的e p o n 系统 也常被称为g e p o n 。 在a p o n 的市场进程缓慢的同时，e p o n 作为实现i p e t h e r n e t 有效接入手段开 始受到广泛重视。e p o n 克服了a p o n 的很多缺点( 如缺乏视频传输能力、带宽有限、 系统复杂、价格昂贵等) ，同时e p o n 支持t d m 等传统业务。它结合了成熟的以太 网技术和无源光网络技术，同时具备了以太网和p o n 的优点，有传输带宽宽、对业 务透明、易于维护和管理、升级便利、成本较低等优点，成为一种很好的光纤宽带接 入技术方案。随着以太网向城域、骨干网的渗透，以太网最终必将以e p o n 为主要手 段实现最终用户的宽带接入。 g p o n 2 0 0 1 年，在i e e e 积极制订e p o n 标准的同时，全业务接入网络( f s a n ) 组织 丌始发起制订速率超过l g b i t s 的p o n 网络标准g p o n 。随后，i t u t 也介入到 这新标准的制订工作中来，并于2 0 0 3 年1 月通过两个有关g p o n 的新标准g 9 8 4 1 和( 3 9 8 4 2 。 按照这一最新标准的规定，g p o n 可以提供1 2 4 4 g b i t s 和2 4 8 8 g b i t s 的下行速 率以及所有标准的上行速率，传输距离至少达到2 0k m ，具有高速高效传输的特点。 而且，g p o n 还在传输汇聚层采用了一个全新的标准g f p 。这是一种可以透明高效地 将各种数据信号封装进现有网络的、开放的、通用的标准信号适配映射技术，可以适 应任何用户信号格式和任何传输网络制式，全面体现了业务提供商对业务提供的灵活 要求。 从提供的业务看，g p o n 不仅可以提供l o 1 0 0 m b i 以、1 g b i t s 的业务，而且可以 提供v l a n 业务和语音业务。g p o n 的帧结构是不基于任何指定类型的格式，而是一 种基于各种用户信号原有格式的封装，所以g p o n 在带宽利用率、业务支持方面有比 较大的优势，同时这也增加了系统的复杂性，而且g p o n 系统对器件的要求比较严 格，所以其系统的成本比较商。 g p o n 代表了p o n 的技术发展走向，但是迄今为止，g p o n 的商用还不够成熟。 相比而言，e p o n 标准比较成熟，支持e p o n 的设备制造商较多，能够支持m 业务。所以近年来，e p o n 技术得到了长足的发展。下面将详细讨论e p o n 的结构和 特点。 e p o n 枉冉线电视嘲络中的应用1 i 嘲管研究 2 2 e p o n 2 2 1e p o n 的基本终梅 e p o n 系统d d o l t ( 光线路终端o p t i e a ll i n et e r m i n a t i o n ) 、o n u ( 光网络单 元o p t i c a ln e t w o r ku n i t ) 和光纤配线单元组成，系统使用以太网协议。e p o n 的基 本结构和网络结构如图4 所示： 幽4e p o n 的基本结构 e p o n 的无源器件位于光分布网络中，包括单模光纤光缆、无源光分束器，耦合器、 连接器和接头。光线路终端和多个光网络单元位于p o n 的终端。光信号通过p o n 下 行传输时，经过分束器分发到多条光纤，上行信号由分束器耦合器合并到同一根光 纤中。e p o n 网络采用一点至多点的拓扑结构，在树枝上连接用户，每一个叶子是一 个终端用户。取代点到点结构，大大节省了光纤的用量、管理成本。 光网络单元提供用户数据、图像和电话网络与p o n 的接口。o n u 的基本功能是 接收光信号，并将其转换成用户需要的格式( 以太网、i p 多播、p o t s 、t i ) 。而且e p o n 利用以太网技术，采用标准以太帧，无须任何转换就可以承载目前的主流业务- - i p 业 务。e p o n 一个特有的性能是o n u 除了接收光信号并进行转换之外，还提供第2 、3 层 的交换功能，允许企业业务在o n u 内部实现路由。e t h e m e tp o n 还可以利用第3 个波 长来传输图像业务。 由于o n u 位于每个f 丌b 和f t t h 应用的用户位置，其费用将由多个用户共同分 e p o n 在有线电视网络中的应用与网管研究 摊，o n u 的设计和费用是建造e p o n 系统的关键因素。通常o n u 的费用占f t l b 的7 0 ，在f t t h 中，o n u 的成本占接近8 0 。 2 2 2e p o n 的工作过程 在e p o n q b 从o l t 侧发到多个o n u 的下行数据流的传输过程与从多个o n u 发往 o l t 的上行数据流传输过程有本质的区别。 我们称从o l t 经过l ：n 光无源分路器到0 n u 的为下行信号，从0 n u 到0 l t 的为 上行信号。e p o n 系统的数据通过不定长的数据包传输，数据包长度依照i e e e 8 0 2 3 以太网协议，最长为1 5 1 8 字节。 下行信息采用广播方式从o l t 发给多个o n u 。每个包携带的信头唯一地标识数据 所要到达的特定o n u ，此外有一些包发给所有的o n u ，称为广播包，还有一些包是 发给一组o n u 的，称为多播包。数据流通过光分路器后分为n 路独立的信号，每路信 号都含有发给所有特定o n u 的数据包。当o n u 接收到数掘流时，只提取发给自己的 数据包，将发给其他o n u 的数据包丢弃。 从各个o n u 到0 l t 的上行数据通过时分多址( t d m a ) 方式共享信道进行传输， o l t 为每个o n u 都分配一个传输时隙。这些时隙是同步的，因此当数据包耦合到一根 光纤中时，不同o n u 的数据包之问不会产生碰撞。 2 2 2e p o n 的关键技术 上行技术是e p o n 的核心技术，对于采用t d m a 上行技术方案的e p o n 系统的主 要技术包括：带宽动态分配技术、测距技术、定时与往返延时补偿技术、t d m a 复用 技术。 e p o n 杠有线屯视嘲络中的麻用j m 管研究 3 1 i t f c 混合网 3 1 1h f c 网络的现状 第三章用e p o n 改造h f c 网 从上个世纪4 0 年代末期发展起来的有线电视系统，一般由前端、干线传输、分 配网络、用户单元等组成。至8 0 年代末期，由于d f b 激光器高线性、高功率输出等 显著优点，被引用到有线电视网中。结果就是发展出种光纤同轴混合( h f c ) 网 络，即以光纤为干线，同轴电缆构造支线和分配网的光纤c a t v 网。 h f c 网络结合了光缆和相关光学器件以及同轴电缆和相关射频器件来满足网络 扩展的要求。h f c 使得光纤更靠近客户，通常可支持最多达5 0 0 个客户组成的服务 组。 对于宽带光纤平台来说，最初的主要应用目标比较简单，主要是减轻有源电子设 备的级联效应。但是仅用了很短的时间，光纤在有线电视行业中的应用就已经超越了 这一最仞的应用目标，而丌始被考虑用于传统视频广播之外的其它服务。 随着直接广播卫星服务所带来的竞争，以及电信商进入视频市场所带来的威胁， 有线电视网络运营商迫切需要将网络演化升级，通过支持双向交互式服务来满足不断 增长的客户期望。 ， 3 1 1h f c 网络的网络结构： h f c 双向网络中一台光发射机带多台光接收机，下行带宽4 9 7 5 0 m h z 或者 8 7 0 m h z ，上行采用5 4 2 m h z 。下行占用一根光纤，上行一根光纤。 h f c 接入网光纤干线部分采用星形拓扑，同轴电缆分配网则具有树形结构，这 种己广泛用于广播电视信号的分配的结构称为光纤到馈点( f t f ) 模型。h f c 在干线传 输中采用光缆作为媒介，将多路c a t v 信号、电话信号和数字信号调制到一路光信号 上，通过光纤传输到光纤节点设备。光纤节点设备对下行光信号进行光电变换，并将 电话信号和视频信号合并，经过信号放大后，经同轴电缆传给各用户。在上行方面， 光节点设备接收同轴电缆支路送来的上行信号，将这些电信号变换成光信号，发往上 行光接收机。从光节点设备到用户是一个传统的同轴电缆分配网，通过同轴电缆将信 号送入网路用户接口单元( n i u ) 。 e p o n 在有线电视网络中的应用与嘲管研究 h f c 网络一般由下面几个主要部分组成： 1 酊端( h e ，h e a de n d ) ：完成信号收集、交换及信号调制与混合，并将混合信 号传输到光纤。目前应用的主要设备有： 调制器：将模拟音频及视频信号调制成射频信号。 上变频器：完成音频视频中频信号或数据中频信号至射频信号的转换。 数据调制器：完成数据信号的q p s k 或q a m 调制，将数据信号转换成数据 中频信号。 信号混合器：将不同频率的射频信号混合，组成宽带射频信号。 激光发射机：将宽带射频信号转换成光信号，并将光信号传输至光纤。 2 光纤节点：完成光信号转换成电信号的功能，并将电信号放大传输到同轴电 缆网络。它根据网络需要还包括一个下行信号光接收机和一个反向上行信号 光发射机。 3 同轴电缆放大器：完成同轴电缆信号放大并传输至用户家中的功能。 4 用户终端设备：接收并解调网络传输信号，并显示相应信息。 典型的hf c 网络系统的结构如图6 所示。 描v q u 图5h f c 网络的典型构造 e p o n 和肯线l 乜说嘲络中的应用，嘲管研究 3 1 1h f c 网络的双向化改造问题： h f c 网络的下行结构与无源光网络十分类似，而上行系统必须是每一个光节点 都要向前端发送信号，都需要一根光纤，因此造成前端需要非常多的光纤。 h f c 网要想进行双向通信，成为多业务综合接入网必须进行双向改造。改造所 需花费十分巨大，既要投资更换已经老化的同轴电缆和无源器件，把单向放大器换成 双向放大器；由于光节点增多，还需要投资增设许多双向光工作站，在前端大大增加 光发送机的数量并增设许多反向光接收机。 最困难的是，由于我国的h f c 网当初建设时候选用的下行波长是1 3 1 0 h m ，再架 设上行光路时不得不从每一个光节点都引一条独立的光纤回到前端。这样，在双向化 改造的过程中需要架设相当多独立的回传光纤。而且光节点的回传噪声在前端汇集， 形成漏斗状噪声，劣化回传系统的c n r ，导致不得不降低传输速率。 所有这些导致了h f c 网的双向改造困难重重，现今双向改造比较成功的美国的 投入非常巨大，我国成功的城市比如上海、深圳的投资也很惊人。还有一个致命的问 题：即使投入巨资完成了h f c 网络的双向化改造，每户的上行速率也只能达到 1 1 9 k 4 0 0 k b p s 的传输速率。到那时，电信运营商早就将带宽2 0 m b p s 的a d s l f v d s l 接入到了用户的家罩! 所以，怎样在现有的h f c 网络上经济高效的实现双向业务，保护和充分利用原 有投资，是摆在广电运营商面前的重要问