EPON接入技术与应用研究(学位论文).pdf

南京理工大学 硕士学位论文 EPON接入技术与应用研究 姓名 甘卉 申请学位级别 硕士 专业 电子与通信工程 指导教师 谢仁宏 蒋骞 20090625 工程硕十学位论文E P O N 接入技术与应用研究 摘要 F I T H 技术和应用快速发展 已经成为国际范围内的技术热点 中国电信也积极投 入到E P O N 的试验和建设 作者参与了镇江电信E P O N 项目的试验 建设和实施工作 包括E P O N 的实验室和现场试验的方案制定 试验和实施 该论文来源于该企业项目 论文首先介绍了基于E t h e r n e t 的无源光网络 总结了目前主流的F T T x 技术 P O N 的标准现状 并简要描述了E P O N 的实现原理 关键技术和技术优势 着重描述了中 国电信作为通信运营商在E P O N 建设中的设定标准 论文的重点是分析E P O N 在用户接入网的应用 对接入网的现状进行了分析 总 结了业务应用模式 介绍了中国电信对于E P O N 作为接入网的主要手段所要参照的标 准 对比了不同E P O N 设备在用户接入网组网方案 业务能力等方面的差异 论文总结了E P O N 在实施过程中的要点 说明了O N U 的设备类型 业务类型 协 议要求等工程实施过程中的要素 为了验证E P O N 应用于接入网的可行性 我们对E P O N 单系统及互联互通等不同类型进行了测试 论文对测试的目的 测试环境 方案和成 果进行了详细描述 测试为文章分析E P O N 在商务楼宇中业务的实现提供了参考依据 和基础 光纤接入是接入网的发展趋势 目前E P O N 技术己经逐步成熟 且成本不断下降 功能完善 在国内外都己经广泛应用 E P O N 技术将越来越多地得到应用 关键词 以太网无源光网络接入网F T T x 标准测试 A b s t r a c t T e c h n 0 1 0 9 ya n da p p l i c a t i o no fF T T H i sd e v e l o p i n gr a p i d l y I th a sb e c o m eo n eo ft h e h o tt e c h n 0 1 0 9 Yi nt h ew o r l d Ip a r t i c i p a t e di nt h eF T T Hp r o j e c to fZ h e n J i a n g T e l e c o m O u r v o r ki n c l u d e ss o l u t i o n t e s t i n ga n di m p l e m e n t a t i o ni nl a b o r a t o r ya n df i e l dt e s t T h i sp a p e r r o o t si nb u s i n e s sp r o j e c t so fC h i n at e l e c o m F i r s to fa l lp a p e r sb a s e do nE t h e m e tP a s s i v eO p t i c a lN e t w o r k s u m m e du pt h e m a i n s t r e 锄o fc u r r e n tF T T xt e c h n o l o g y P O N s t a n d a r d so ft h es t a t u s a n dab r i e f d e s c r i p t i o no ft h er e a l i z a t i o n o ft h ep r i n c i p l eo ft h eE P O N t h ek e yt e c h n i c a l a n d t e c h n o l o g i c a ls u p e r i o r i t y A n a l v s i so fp a p e r sf o c u s e do nt h eE P O N a c c e s sn e t w o r ka p p l i c a t i o n s D o c k i n go ft h e s t a m so fn e t W o r ka n a l y s i s s u m m e du pt h eb u s i n e s sa p p l i c a t i o nm o d e l i n t r o d u c e dE P o N f o rC 1 1 i mT e l e c o ma St h em a i nm e a n so fa c c e s st or e f e r e n c es t a n d a r d s c o m p a n s o no f d i f f e r e n tE P O Na c c e s sn e t w o r ke q u i p m e n ti n t h eu s e rn e t w o r kp r o g r a m s s u c ha st h e o p e r a t i o n a lc a p a c i t yo ft h ed i f f e r e n c e s E P O Np a p e rs u m m a r i z e st h ei m p l e m e n t a t i o np r o c e s so fe l e m e n t ss h o w s t h a tt h e 咖e o fO N U e q u i p m e n t b u s i n e s st y p e p r o t o c o lr e q u i r e m e n t si nt h ep r o c e s s o fp r o j e c te l e m e n t s i no r d e rt ov e r i f yE P O Na c c e s sn e t w o r ku s e di nt h ef e a s i b i l i t y w eh a v eas i n g l es y s t e m a n d E P O Ni n t e r o p e r a b i l i t ys u c ha sd i f f e r e n tt y p e so ft e s t i n g t h ep u r p o s eo f t h et e s tp a p e r 8 t e s t e n v i r o r u n e n t p r o g r a m sa n dt h er e s u l t so f ad e t a i l e dd e s c r i I l t i o no ft h et e s ta r t i c l ea n a l y z e s t h eE P O Nf o rc o m m e r c i a lb u i l d i n g si nt h er e a l i z a t i o no fb u s i n e s sp r o v i d e sa r e f e r e n c ea n d f o u n d a t i o n F i b e r o p t i ca c c e s sn e t w o r k a c c e s si st h ed e v e l o p m e n tt r e n do ft h ec u r r e n tE P O N t e c h n 0 1 0 9 yh a sb e e ng r a d u a l l ym a t u r e a n dd e c l i n i n gc o s t f u l l yf u n c t i o n a l b o t h a th o m e 锄da b r o a dh a sb e e nw i d e l yu s e d E P O Nt e c h n o l o g yw i l lb ea p p l i e dm o r e a n dm o r e K e y W o r d E P O N A c c e s sN e t w o r k F T T x S t a n d a r d t e s t i n g I l 缩略语工程硕士学位论文 V l A C S C A T V C D R C A N D A D B A D S L D T E E P D E P O N F C S F E C F T T B F 1 旧C 聊 1 I H F 1 I I O M A C 仰I 肋U M P C P M S T P M T U N T O D N O L T O N U O S I P 2 M P P 2 P E P C S P M A 缩略语 A u t o C o n f ig u r a tio nS e r v e r C o m m u n i t yA n t e n n aT e l e v i s i o n C a l l D e t a i lR e c o r d C u s t o m e rV L A N D e s t i n a t i o nA d d r e s s D y n a m i cB a n d w i d t hA 1l o c a t i o n D i g it a lS u b s c r i b e rL i n e D a t aT e r m i n a lE q u i p m e n t E n d o f P a c k e tD e l i m it e r E t h e r n e tP a s siv eO p tic a lN e t w o r k F r a m eC h e c kS e q u e n c e F o r w a r dE r r o rC o r r e c tio n F i b e rt ot h eB u il d i n g F i b e rt ot h eC u r b F i b e rt ot h eH o m e F i b e rt ot h eO f f i c e M e d i u mA c c e s sC o n t r o l M e d i u mD e p e n d e n tI n t e r f a c e M u l t i D w e l l i n gU n i t M u l t i p o i n tc o n t r o lp r o t o c o l M u l t i p l eS p a n n i n gT r e eP r o t o c o l M u l t i T e n a n tU n i t N e t w o r kT e r m in a t o r O p t i c a lD is t r i b u t i o nN e t w o r k O p t i c a lL i n eT e r m i n a l O p t i c a lN e t w o r kU n i t O p e nS y s t e mI n t e r c o n n e c t i o n P o i n tt oM u l t i p o i n t P o i n tt oP o i n tE m u l a t i o n P h y s i c a lC o d eS u b l a y e r P h y s i c a lM e d i u mA t t a c h m e n t 自动配置服务器 有线电视系统 呼叫信息记录 用户 内层 虚拟局域网 目的地址 动态带宽分配 数字用户线 数据终端设备 帧结束定界符 基于以太网方式的无源光网络 帧校验序列 前向纠错 光纤到楼宇 光纤到路边 光纤到家庭用户 光纤到公司 办公室 媒质访问控制 媒质相关接口 多住户单元 多点控制协议 多生成树协议 多商户单元 网络终端 光分配网络 光线路终端 光网络单元 开放系统互联 点到多点 点到点仿真 物理编码子层 物理媒质附加 子层 工程硕士学位论文 E P O N 接入技术与应用研究 P 佃 P O N Q o S R S R S T P R T P S A S B U S F U S L A S N I S V L A N T D M A T Q R 1 T U N I V L A N V o I P P h y s i c a lM e d i u mD e p e n d e n t P a s s i v eO p t i c a lN e t w o r k Q u a li t yo fS e r v i c e R e c o n c i1i a t i o nS u b l a y e r R a p i dS p a n n i n gT r e eP r o t o c o l R e a lT i m eP r o t o c o l S o u r c eA d d r e s s S i n g l eB u s s i n e s sU n i t S i n g l e F a m i l yU n i t S e r v ic eL e v e lA g r e e m e n t S e r v i c eN o d eI n t e r f a c e S e r v ic eV L A N T i m eD i v i s i o nM u l t i p l eA c c e s s T i m eQ u a n t u m R o u n dT r i pT i m e U s e rN e t w o r kI n t e r f a c e V ir t u a lL o c a lA r e aN e t w o r k V o i c eo v e rI P 物理媒质相关 子层 无源光网络 服务质量 协调子层 快速生成树协议 实时传输协议 源地址 单商户单元 单住户单元 服务等级协议 业务节点接口 业务 外层 虚拟局域网 时分多址接入 时间量子 往返时间 用户网络接口 虚拟局域网 I P 语音 V I I 声明 本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果 尽我所知 在 本学位论文中 除了加以标注和致谢的部分外 不包含其他人已经发 表或公布过的研究成果 也不包含我为获得任何教育机构的学位或学 历而使用过的材料 与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均 已在论文中作了明确的说明 研究生签名 牛哆年翻稠 学位论文使用授权声明 南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档 可以借阅 或上网公布本学位论文的部分或全部内容 可以向有关部门或机构送 交并授权其保存 借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容 对 于保密论文 按保密的有关规定和程序处理 研究生签名 牛 吁年善只婀 工程硕士学位论文E P O N 接入技术与应用研究 1 绪论 1 1 课题研究背景 我国的宽带技术从2 0 0 0 年发展至今 接入方式不断更新 接入技术持续完善 从 开始的P S T N 拨号至U A D S L 的盛行 再到如今的L A N 方式 从开始的网页浏览 发展到现 在的I P T V 视频点播 对于接入速度要求越来越快 带宽越来越大 针对这一现状 主 干网已经为承载各种宽带业务作好了相应的准备 但是位于通信网络与用户之间的接 入网 即所谓的 最后一公里 发展相对滞后 已经成为了制约通信发展的瓶颈 在接入网领域可供选择的主流技术是专线接入和各种数字用户环路 x D S L 接入 应该说 专线接入可以提供比较优秀的服务质量 但它所对应的高昂月租使得用户只 能通过尽可能的减小带宽需求来压缩开支 而从运营商的角度看 一根专线一般只能 用于一个客户接入 不仅难以降低成本 而且灵活性和可扩展性都难以让人满意 x D S L 是目前接入市场炙手可热 普遍采用的接入技术 具有成本低廉 充分利用现有铜缆 资源的显著优点 但同时劣势也很明显 毕竟是基于铜缆的接入方式 尤其是国内铜 缆质量不够的情况下 接入带宽和距离总是难以兼顾 一般只能用于城区的个人用户 接入 而且很难再有进一步升级和扩容能力 难以满足复杂多变的大客户接入市场的 需要 纵观通信产业的发展 三网合一是必然的趋势 三网合一后将向N G N 网络演进 N G N 是电信史中的一块里程碑 标志着新一代电信网络时代的到来 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 A D S L 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等方面将发挥重要作用 作为接入网新技术 E P O N 将以太网技术与无源光网络 P O N 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 它有效 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 很好的解决了 目前接入网的诸多问题 它可以使I P 接入网络更可靠 更稳定 使得在新一代网络 上语音 视频 数据等综合业务成为了可能 E P O N 属于I E E E 以太网标准范畴 对于 向全I P 网络过渡是一个很好的选择 E P O N 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 从2 0 0 2 年开始 F T T H 在日本燃起了星星之火 2 0 0 3 年 这棵火种蔓延至美国 韩国 F I T H 发展势头强劲 市场调研公司I n f o n e t i c sR e s e a r c h 曾发表一份报告指出 全球电信运营商争相布署无源光网络 P O N 为该市场带来繁荣景象 2 0 0 8 年出货额 1 l 绪论工程硕士学位论文 将从2 0 0 4 年的5 2 5 亿美元增长到2 2 亿美元 增长幅度达3 1 0 F T T H 亚太理事会主 席S h o i c h iH a n a t a n i 介绍 目前北美只占总体P O N 用户的6 但2 0 0 8 年将上升到 2 3 H o w a r d 表示 2 0 0 4 年亚洲占全球P O N 销售额的7 6 北美占2 0 2 0 0 8 年亚 太地区在全球P O N 销售额中将占3 9 北美占4 3 O v u m R H K 预测 2 0 0 9 年底 亚太地区宽带用户的数量将从2 0 0 5 年的7 5 0 0 万上 升至1 2 9 亿 其中将有2 3 0 0 万的用户选择F T T x 技术实现宽带接入 该地区的宽带 业务市场主要集中在中国 日本 新加坡 韩国 在接受调查的1 2 个热点地区和国 家中有一半市场的宽带渗透率超过了3 0 中国香港以8 4 的宽带渗透率高居榜首 韩国以7 7 排在其后 1 技术比较成熟 E P O N 开始进入商用 2 0 0 4 年达到比较高的热潮 在推广过程中 F T T H 产品已经 得到了比较长时间的考验和验证 说明F T T H 技术相对来说是比较成熟的 2 成本下降很快 随着技术的进步和竞争的加剧 与E P O N 系统相关的芯片成本下降幅度比较大 光纤 光缆的价格下降也为F T T H 的发展创造了有利条件 F T T H 系统主要用的是光器 件 光器件成本是最大的一部分 占整个系统的6 0 光器件成本下降很快 是原来 的1 1 0 这就使整个的F T T H 系统设备的成本下降比较大 而2 0 0 6 年 随着铜材价格 上涨 相对光纤接入的成本正逐步下降 各地接入网的光纤化进程也逐渐开始升温 3 E P O N 性价比较高 虽然目前E P O N 的接入成本仍然比A D S U L A N 等接入技术成本高 但是综合E P O N 的 可达到1 2 5 G b i t s 的上下行相等的高带宽 且随着l O G 以太技术的成熟 最大速率 可达l O G b s 可以支持l O k m 和2 0 k m 两种最大传输距离 而A D S L 只能覆盖半径为5 公里的区域 且最高速率只有8 M b p s 且在实际环境中要受到线路 距离等许多因素 的制约 光纤传输质量高 可靠性高 抗电磁干扰的特性能够实现带宽的动态分配 综合这些的性能而言 E P O N 的性价比是非常有竞争力的 在与其它宽带接入技术 如 A D S L 2 V D S L L A N 等 的竞争中能显示出更充分的优势 4 市场发展的需要 当I P T V 采用新的编码技术如M P E G 4 H 2 6 4 时 在1 2 M b p s 带宽下可获得D V D 效 果 为满足I P T V 要求 用户接入带宽至少满足1 5 M 因此2 3 M 作为基本目标 随着 更多宽带业务的应用 现有的以A D S L 为主的宽带接入方式己经很难满足用户对高带 宽 双向传输能力以及安全性等方面的要求 大带宽的接入网络将逐渐走入家庭 E P O N 的生命力会越来越旺盛 由上述分析可以看出 合理的管制政策 良好的竞争环境 技术的不断改进 网 络成本的不断降低以及对高带宽业务的需求增加等 都将促进全球光纤接入网E P O N 2 工程硕上学位论文E P O N 接入技术与应用研究 的发展进程 E P O N 在日本 韩国等东亚地区已经大规模应用 随着E P O N 互连互通测试顺利完 成 在中国 E P O N 也已如火如荼地大规模应用 2 0 0 8 年 是E P O N 网络应用发展最为 关键的一年 2 0 0 7 年8 月 中国电信完成了对4 万线E P O N 设备的集中采购和 中国电信E P O N 设备技术要求V 2 0 等相关企业标准的制订工作 2 0 0 8 年 中国电信光纤宽带 F T T x 的建设需求增加至2 0 0 万线左右 4 万线E P O N 设备的采集不仅激励了中国电信各省公 司的E P O N 网络建设 还影响了中国其他运营商的决策 紧跟着中国电信的步伐 中 国网通于2 0 0 8 年初也开始了首轮E P O N 设备招标 中国网通E P O N 招标主要包括约3 6 0 0 套光线路终端 O L T 和8 9 0 0 0 线光网络单元 O N U 其中光缆终端设备集采大大超出原 计划的2 0 0 0 个 随着E P O N 技术的成熟和试点应用 E P O N 必将大规模应用于电信运营城市和农村 的宽带接入和V o I P 中 有效节省建设投资成本和运营成本 1 2 论文的主要工作及结构 结合现有本地网络构架 客户类型 业务应用 运行维护等特点 参与制定了 E P O N 的现场试验方案 实验室试验方案 在此基础上结合镇江电信网络结构和业务发 展需求 提出了基于E P O N 的商业楼宇解决方案 小区解决方案和业务应用模型 并 就各种设备使用状况进行总结分析 制定出解决问题的方案 主要研究成果如下 1 总结制定了针对城市新建区域 城市改造区域及宜采用有线方式建设的农村 地区等三个E P O N 主要建设场景的电信级E P O N 行业标准 2 制定了镇江地区城域网E P O N 网络的承载方案 设计了华为 烽火两大设备 提供商E P O N 主设备的安装工程 提供了详细的测试报告 3 总结了实际运用中出现的问题 并给出处理建议 论文全文共分为六章 第一章 为引言 主要说明课题研究的背景 国内外研究现状及主要的研究工作 和成果 第二章 为基于E t h e r n e t 的无源光网络 介绍了目前主流的F T T x 技术 P O N 的 标准现状 国内外F T T x 的发展情况 文章简要描述了E P O N 的实现原理 并对关键技 术进行了简单的描述 其中包括对动态带宽分配 上行信道复用技术 O L T 的测距和 延时补偿技术和O N U 即插即用技术 突发信号的收发 安全性和传输质量等关键技术 由于用户对E 1 的应用比较广泛 因此本章还重点介绍了E l 仿真原理 总结了E P O N 技术优势 第三章 本章首先介绍了E P O N 建设的三个场景 城市新建区域 城市改造区域 3 1 绪论工程硕士学位论文 及宜采用有线方式建设的农村地区 根据E P O N 设备的应用场景规定了设备类型 接 口要求及各种功能要求 对比分析了E P O N 系统与O S I 参考系统模型之间的关系 第四章 描述了镇江地区 丹阳 城域网E P O N 网络承载的方案 总结分析了工 程实施设计的要点 介绍了华为及烽火两大设备提供商所提供的E P O N 设备的组网方 案 为验证E P O N 应用方案的可行性 确保E P O N 在业务提供 系统性能等方面能够满 足业务应用 本章描述和总结了参与E P O N 系统测试的整体情况 包括测试配置 内 容和结果 第五章 在总结了E P O N 方案实施和系统测试情况后 提出了对实际发生的问题 的分析与解决建议 包括对业务开放与测试方面 设备与组网方面的问题 第六章 结束语 总结在论文阶段的主要工作和论文的主要内容 4 工程硕士学位论文 E P O N 接入技术与应用研究 2 基于以太网技术的无源光网络 E P o N 技术 2 1 光纤接入的概念 光纤接入技术是面向未来的光纤到路边 F I T C 和光纤到户 F I T H 的宽带网络 接入技术 利用光纤作为传输媒质 具有传输容量大 质量好 可靠性高 抗干扰能 力强 传输距离远等优点 是宽带接入的发展方向 光纤接入网从技术上可分为两大 类 即有源光网络 A c t i v eO p t i c a lN e t w o r k A O N 和无源光网络 P a s s i v eO p t i c a N e t w o r k P O N 光纤越来越靠近用户是接入网的必然选择 F 1 T H 是最终目标 2 2F T T x 技术 F T T x 技术主要用于接入网络的光纤化运作 范围是从区域内的电信机房中的局端 设备到用户终端设备 局端设备为光线路终端 O P t i c a I L i n e T e r m i n a l O L T 用户 端设备为光网络单元 O p t i e a l N e t w o r k U n i t 0 N U 或光网络终端 O p t i c a l N e t w o r k T e r m i n a l O N T F T T x 系统的基本组成 详见图2 2 1 1 光线路终端 O L T 局端设备 2 光分配网 0 D N 包含光分路器 光纤光缆及光缆分线盒 光缆交接箱等一系 列无源器件 3 光网络单元 o N U O N T 业务节 点功能 R S 图2 2 1F T T x 系统的基本组成 O L T 功能模块 详见图2 2 2 5 2 基于以太网技术的无源光网络 E P O N 技术工程硕士学位论文 O N U O N T 功能模块 详见图2 2 3 田田 用户 业务部分 图2 2 2O L T 功能模块 核心部分 固曰 圃 厂 lO D Nl l 接口l l 功能I I 一 圆匦 公共部分 o o 核心 网络 o O D N 图2 2 3O N U O N T 功能模块 2 2 1 F I T x 实现技术 1 点到点 P 2 P 以太网 点对点光纤连接没有复杂的上行同步技术和终端自动识别等优点 上行的全部带 宽可以被一个终端所用 有利于带宽的扩展 但光学器件和光纤等材料的成本相对较 高 2 点到多点 P 2 M P 的无源光网络 P O N 光分配网 O D N 由无源器件组成 并无任何有源节点 光线路终端 O L T 下行的光 信号 是通过一根光纤 由无源器件光分路器 s p l i t t e r 将光信号分路广播给各用 户终端设备光网络单元 O N U O N T 大幅减少了设备维护的成本 节省了大量光缆资 6 因 园团 圉 圈 工程硕士学位论文E P O N 接入技术与应用研究 源等建设成本 因而P O N 成为F T T H 最为热门的技术 包括B P O N A P O N E P O N G P O N 见图示2 2 4F 1 T x 技术内容框架 图2 2 4F T T x 技术内容框架 2 2 2P O N 的实现技术 P o n 无源光纤网络 技术消除了局端与用户端之间的有源设备 使得维护变简单 可靠性增高 成本降低 而且能节约光纤资源 目前市场上的P O N 产品按照其采用的 技术 主要分为A P O N B P O N A T MP O N 宽带P O N E P O N 以太网P O N 和G P O N 千兆 比特P O N 其主要差异在于采用了不同的二层技术 不同P O N 技术的优缺点如表2 2 1 所示 表2 2 I 不同P O N 技术比较 B P O NE P O NG P O N 下行线路速率 1 5 5 6 5 5 1 2 4 4 1 2 5 G b i t s1 2 4 4 2 4 8 8 G b i t s 上行线路速率1 5 5 6 2 21 2 5 G b i t s1 2 4 4 2 4 8 8 G b it s 线路编码N R Z8 B I O BN R Z 分路比 3 23 2 6 46 4 1 2 8 最大传输距离 I 1 1 1 2 02 02 0 T D M 支持能力 T D Mo v e r 姗T D Mo v e rE t h e r n e tT D Mo v e rA T M 或T D Mo v e r P a c k e t 上行可用带宽 M b i t s 5 0 0 在上行6 2 2 7 6 0 8 6 0 上行为 1 1 0 0 上行为1 2 4 4 传输I P 业务 1 2 5 0 O A M 有 有 有 下行数据加密搅动或A E S S N 密没有定义A E S S b N 密 7 2 基十H 太月拉术的尤源光月绍 E P O N 拉术I 程顿i 学位论文 2 2 3P O N 的应用分类 根据O N U 在接入网中所处的位置不同 网络可分成光纤到交接箱 F i b e rT oT h e C a b i n e t J T T C a b 光纤到路边 F i b e rT oT h eC u r b F T T C 光纤到大楼 F i b e rT o T h eB u i d i n g r T T B 及光纤到户 F i b e rT oT h eI l o m e F T T H 光纤到办公室 F i b e r T oT h eO f f i c e F T T o 等多种组网模式 如图22 5 所示 目225m x 示意图 2 3P O N 的技术进展及E P O N 的标准化情况 P O N 系统在9 0 年代初就出现了 1 9 9 6 年I T UT 完成了对G 9 8 2 的标准化 主要对 2 M b i t s 以下接入速率的窄带P O N 系统进行定义 与此同时 以A T M 为基础的F O N A P O N 发展迅速 1 9 9 8 年1 T U T 正式通过了09 8 3l 建议 对A P O N 系统进行了详尽的规范 1 9 9 9 年I T U T 又推出了G9 8 3 2 建议 即A P O N 的光网络终端 O N T 管理和控制接口规范 1 T U t h e I n t e r n a t i o n a lT e l e c o m m u n i c a t i O r SU n i o n 和F S A N F u l lS e r v i c eA c c e s s N e t w o r k 联盟采纳了A T M 标准 把它作为在P O N 第二层的帧封装标准 能为商业用户 家庭用户提供包括I P 数据 视频 音频等综合业务 形成了A P o x 的标准 文档号I T U T R e cG 9 8 3 2 0 0 1 年A P O N 更名为B P O N A P O N 的最高速率为6 2 2 M b p s 二层采用的是A T M 封装和传送技术 因此存在带宽不足 技术复杂 价格高 承载I P 业务效率低等问题 未能取得市场上的成功 为更好的适应T P 业务 第一英里以太网联盟 E F M A 在2 0 0 1 年初提出了在二层用 以 网取代A T M 的E P O N 技术 2 0 0 4 年I E E E8 0 23E F M 工作组发布了E P O N 标准I E E E8 0 2 3 a h 2 0 0 5 年并入I E E E8 0 2 3a h 一2 0 0 5 标准 E P O N 可以支持12 5 G b p s 对称速率 速率还 能升级到l O G b p s E P O N 产品得到了很大程度的商用 由于其将以太网技术与P O N 技术 完美结合 因此成为了非常适合I P 业务的宽带接入技术 E P O N 利用P O N 无源光网络 8 工程硕上学位论文E P O N 接入技术与应用研究 的拓扑结构实现以太网的接入 它基于高速以太网平台和T D M 时分M A C M e d i aA c c e s s C o n t r 0 1 媒体访问控制方式 能够提供多种综合业务的宽带接入 是成熟度最高 发展最快的技术之一 除了E P O N 标准 另外一个主要标准则为I T U T 的G P O N 标准 G P O N G i g a b i t C a p a b l e P O N 最早由F S A N 组织于2 0 0 2 年9 月提出 I T U T 在此基础上于 2 0 0 3 年3 月完成了I T U T G 9 8 4 1 和G 9 8 4 2 的制定 2 0 0 4 年2 月和6 月完成了G 9 8 4 3 的 标准化 从而最终形成了G P O N 的标准族 E P O N 是基于吉比特以太网的无源光网络技术 继承了以太网的低成本 易用性以 及光网络的高带宽 是当前实现光接入网众多技术中性价比相对较高的一种 2 0 0 4 年I E E E 正式发布了E P O N 国际标准I E E E8 0 2 3 a h 该标准规定了E P O N 的物理层 多 点控制协议 M P C P 运行管理维护 O A M 等相关内容 目前 E P O N 的产业联盟已经吸 引了众多厂商的积极参与 从核心芯片 光模块到系统 E P O N 的产业链已经日趋成熟 中国技术人员积极制订适合中国发展需求的E P O N 系列相关行业标准 目前 已经发 布的标准有 Y D T1 4 7 5 2 0 0 6 接入网技术要求 基于以太网方式的无源光网络 E P O N 2 0 0 6 年6 月发布 Y D T1 5 3 1 2 0 0 6 接入网设备测试方法 基于以太网方 式的无源光网络 2 0 0 6 年1 2 月发布 在由E P O N 系统芯片的领导供应商T e k n o v u s 和工业与信息化部 原信息产业部 电 信传输研究所共同主办的 1 0 G 及2 5 GE P O N 新技术研讨会 上 I E E E1 0 GE P O N 工作 组主席G l e nK r a m e r 同时作为T e k n o v u s 公司首席科学家 宣布I E E E 在2 0 0 8 年基本完成 1 0 GE P O N 标准的制订 之后 再经过内部有关的审核批准 预计会在2 0 0 9 年年中正式 发布 并宣布T e k n o v u s 的1 0 GE P O N 系统在2 0 0 8 年推出 2 4E P O N 的基本原理 E P O N 采用的是点到多点的拓扑结构 取代点到点结构 大大节省了光纤的用量和 管理成本 上行采用时分多址接入 T D M A 方式以实现双向的数据传输 下行则采用 广播方式 E P O N 技术将以太网技术和P O N 技术相结合 其目标是以简单的方式实现点 到多点的高速以太网光纤接入 E P O N 在保留传统以太网体系结构的基础上定义了新的 应用于E P O N 系统的物理层 主要是光接口 规范 M A C 多点控制协议 M P C P 以及运营维 护和管理 O A M 机制 以实现在点到多点无源光网络中的以太网帧的时分多址接入 E P O N 由光纤线路终端 光分配网络 O D N 和光网络单元组成 采用的是树形拓扑 结构 使用上行1 3 1 0 n m 和下行1 4 9 0 n m 波长传送数据和语音 C A T V 业务则使用1 5 5 0 n m 波长承载 O L T 放置在中心局端 分配和控制信道的连接 并有实时监控 管理及维 护功能 O N U 放置在用户侧 O L T 与O N U 间通过无源的光分配网络按照l 1 6 1 3 2 1 6 4 方式连接 系统参考配置如图2 4 1 9 2 基于以太网技术的无源光网络 E P o N 技术工程硕士学位论文 翔户劐 注 O D N 中的无源光分黢器可以是一个或多个光分路器的级联 E P O N 参考结构 图2 4 1E P O N 参考结构 1 O L T O p t i c a lL i n eT e r m i n a l 在E P O N 中 从O L T 到多个O N U 下行传输数据的过程采用数据广播方式发送 数 据以变长信息包的形式从O L T 下行广播到多个O N U 依据I E E E8 0 2 3 协议 信息包最 长为1 5 1 8 字节 每个信息包带有一个E P O N 包头 惟一标识该信息包是发给O N U 1 O N U 一2 还是O N U 一3 也可标识为广播信息包发给所有O N U 或发给特定的O N U 组 多点传 送信息包 当数据到达O N U 时 O N U 通过地址匹配 接受并识别发给它的信息包 丢 弃发给其他O N U 的信息包 例如 O N U 1 接收信息包1 信息包2 和信息包3 但只将 信息包1 传输给最终用户1 图2 4 2E P O N 下行信息流分布 E P O N 上行数据传输采用时分复用技术 每个O N U 上行数据分配一个专用时隙 使 得在数据汇合到公共光纤的时候 从O N U 来的信息包不会互相干扰 例如 O N U 1 信 息包在第一个时间间隙传输 O N U 2 信息包在第二个非重叠的时间间隙传输 而O N U 一3 信息包在第三个非重叠的时间间隙传输 l O 工程硕 学位论文E P O N 接入技术与应用研究 图2 4 3E P O N 上行信息流分布 O L T 作为E P O N 的核心 主要实现以下功能 a 向O N U 以广播方式发送以太网数据 b 发起并控制测距过程 记录测距的信息 C 发起并控制O N U 功率 d 为O N U 分配带宽 e 支持E P O N 的统一网管 O L T 是主要的控制中心 实现网络管理的五大功能 2 光网络单元 O p t i c a lN e t w o r kU n i t O N U 光网络终端 O p t i c a lN e t w o r k T e r m i n a t i o n O N T O N U O N T O N T 直接接用户网络 O N U 与用户之间还有其它的网络连接 放在用户驻 地侧C P E C u s t o mP r e m i e rE q u i p m e n t E P O N 中的O N U 主要采用以太网协议 实现 o N U 对用户数据的透明传送 O N U O N T 的主要功能 a 选择接受O L T 发送的广播数据 b 响应O L T 发出的测距及功率控制命令 并做出相应的调整 C 提供多业务接口 对用户的以太网数据进行缓存 并在O L T 配备的发送窗日 中向上行方向发送 在部分O N U 中实现了成本低廉的以太网几层交换甚至是三层路由的功能 这种类 型的O N U 可以通过堆叠来为多个最终用户提供很高的共享带宽 3 光分离器 P a s s i v eO p t i c a lS p u t t e r P O S 光分配节点 O p t i c a lD i s t r i b u t i o n N o d e O D N P O S O D N 是无源光纤分支器 是一个连接O L T 和O N U 的无源设备 它的功能是分 发下行数据和集中上行数据 一个P O S 的分线率一般为8 1 6 3 2 或6 4 可以进行多 级连接 圉囝困 图 团一囡一 2 基于以太网技术的无源光网络 E P O N 技术工程硕士学位论文 2 5E P O N 的关键技术 2 5 1 动态带宽分配 D y n a m i cB a n d w i d t h A l l c a t i o n D B A 动态带宽分配算法就是实时地 m s uS 量级 改变E P O N 的各O N U 上行带宽的机 制 E P O N 中如果用带宽静态分配 对数据通信这样的变速率业务很不适合 如按峰值 速率静态分配带宽 则整个系统带宽很快就被耗尽 带宽利用率很低 而动态带宽分 配使系统带宽利用率大幅度提高 通过D B A 就可以根据O N U 突发业务的要求 通过 在O N U 之间动态调节带宽来提高P O N 上行带宽效率 由于能更有效地利用带宽 可以 实现在一个已有的P O N 上增加更多用户 用户可以用到的带宽峰值甚至可以超过传统 的固定分配方式的带宽 根据E P O N 的特点及I T U TG 9 8 3 建议 可以得出对动态带宽分配设计的具体要 求有 业务透明 高带宽利用率 低时延和低时延抖动 公平分配带宽 健壮性好 实时性强 动态带宽分配采用集中控制方式 所有的O N U 的上行信息发送 都要向O L T 申请带宽 O L T 根据O N U 的请求按照一定的算法给予带宽 时隙 占用授权 其分配 准许算法的基本思想是 各O N U 利用上行可分割时隙反映信元到达的时间分布并请求 带宽 O L T 根据各O N U 的请求公平合理地分配带宽 并同时考虑处理超载 信道有误 码 有信元丢失等情况的处理 2 5 2 上行信道复用技术 时分多址复用 T D M A 方式是目前主要的实现方式 可以采用固定时隙的时分多 址复用 统计时分多址复用 随机接入等方式 固定时隙时分多址复用方式不足之处 有 当其中有的时隙未用时 还是占用一样的带宽 对高突发率业务适应力不强 O N U 需要同步等 随机接入方式没有确定的接入时间 而统计时分多址复用可以克服前两 者的不足 所以一般都选择采用统计时分多址复用 上行信号传输在O N U 被分配到的 时隙里发送以太