EPON技术特点及其在广电网络中的应用

当前页面位置 赛迪网 通信产业子站 数据通信数据通信 EPON 技术特点及其在广电网络中的应用技术特点及其在广电网络中的应用 作者 刘阳春 深圳飞通光电股份有限公司 杨春艳 吉林大学 发文时间 2004 04 27 来源 EDN China 发表评论 字体 大 中 小 打印 进入博客 进入论坛 推荐给朋友 作者 刘阳春 深圳飞通光电股份有限公司 杨春艳 吉林大学 中国广播电视网络经过多年的建设 目前有超过 9000 万户有线电视用户 光纤有线电视网络 Hybrid Fiber Coaxial Network HFC 已经得到了广泛的普及 许多城市实现了部分网络的双向化改造 通过 Cable Modem 实现 宽带数据接入 以太网无源光网络 Ethernet Passive Optical Network EPON 是当今世界上新兴的覆盖最后一公里的宽带光 纤接入技术 中间采用光分路等无源设备 单纤接入各个用户点 ONU 更多地节省光缆资源 并具有带宽资源 共享 节省机房投资 设备安全性高 建网速度快 综合建网成本低等优点 在当今宽带接入网建设中 2003 年 6 月份美国三家 RBOCs Bell South Verizon SBC 提出的需求建议书 RFP 中 PON 技术再次成为 FTTP 最大的热门话题 日本在 7 月底之前 FTTH 用户已经超过 50 万 中国广电网络面临着中国电信 中国网通的 xDSL 技术的激烈竞争 如果能够采用 PON 技术 将会在较短时 间内 在原有的 HFC 网络中 实现宽带数据传输 促进广电网络在宽带接入市场中的份额 EPON 的技术特点的技术特点 组成单元组成单元 PON 致力于解决服务提供商中心局端 前端或者 POP 到商务或家庭节点向最后一公里的通信结构 由于 IP 技术的突飞猛进 在 90 年代中期曾非常盛行的 APON ATM PON 被认为不适合于解决本地环路 同时随着网络 向快速以太网 千兆以太网 直至现在的万兆以太网的发展 EPON 将消除 WAN LAN 中 ATM 与 IP 协议间的连接 转换的必要性 EPON 与 APON 光路结构类似 都遵循 G 983 协议 最终它将以更低的价格 更宽的带宽和更强的服务能 力取代 APON 图 1 EPON 的组成单元 EPON 的组成单元如图 1 所示 光信号通过光分路器把光纤线路终端 OLT 一根光纤下行的信号分成多路给 每一个光网络单元 ONU 每个 ONU 上行的信号通过光耦合器合成在一根光纤里给 OLT 因而 EPON 中包括无 源网络设备和有源网络设备 无源网络设备包括单模光缆 无源光分路器 耦合器 适配器 连接器和熔接头等 它一般放置于局外 也称之为局外设备 无源网络设备十分简单 稳定可靠 寿命长 易于维护 价格极低 有源网络设备包括中心局机架设备 光网络单元和设备管理系统 EMS 中心局机架上插装光纤线路终端 网络界面模块 NIM 以及交换模块 SCM 因此以上三种设备也统称为中心局机架设备 中心局机架设备提供 EPON 系统与服务提供商核心的数据 视频和话音网络的接口 它也通过设备管理系统 与服务提供商的核心运行网络相连接 中心局机架上广域网界面通常将与以下设备接口相连接 数字交叉连接 DCS 它传送未交换的或未本地交换的 TDM 流量到电话网络 普通的 DCS 界面包括 DS1 DS3 STS 1 和 OC 3 语音网关 它传送本地交换的 TDM 话音流量到公众交换电话网络 PSTN IP 路由器或 ATM 边缘交换机 它将数据流量引到核心数据网络 视频网络设备 它传送视频流量到核心视频网络 光网络单元 ONU 给用户提供数据 视频和电话网络与 PON 之间的接口 ONU 最初的作用是接收光路信 号 转换成用户所需的格式 以太网 IP 广播 POTS 电话 T1 E1 等 EPON 独一无二的特征是 ONU 中除了 终接和转换光信号外 还提供 2 3 层交换功能 它允许在 ONU 中内置企业级路由器 EPON 同样也适合用第三个 波长传送模拟 CATV 信号或者 IP 视频 因为 ONU 在 FTTB 和 FTTH 应用中 放置于用户节点处 而且成本不与众多用户共享 所以 ONU 的设计和 成本成为 EPON 系统被接受和采用的关键 通常 ONU 在 FTTB 应用中占系统成本的 70 多 在 FTTH 应用中占成 本的大约 80 设备管理系统管理 PON 中的不同设备 并向服务提供商核心运营网络提供接口 它的管理职责包括全程的查 错 配置 记费 运行和安全 FCAPS 功能 传输原理传输原理 EPON 与 APON 最大的区别是 EPON 根据 IEEE802 3 协议 包长可变至 1518 字节传送数据 而 APON 根据 ATM 协议 按照固定长度 53 个字节包来传送数据 其中 48 个字节负荷 5 个字节开销 这种差别意味着 APON 运载 IP 协议的数据效率低且困难 用 APON 传送 IP 业务 数据包被分成每 48 个字节一组 然后在每一组前附加 上 5 个字节开销 这个过程耗时且复杂 也给 OLT 和 ONU 增加了额外的成本 此外 每一 48 个字节段就要浪费 5 个字节 造成沉重的开销 即所谓的 ATM 包的税头 相反 以太网传送 IP 流量 相对于 ATM 开销急剧下降 上行上行 下行流量管理下行流量管理 EPON 从 OLT 到多个 ONU 下行传输数据和从多个 ONU 到 OLT 上行数据传输是十分不同的 所采取的不同 的上行 下行技术分别如图 2 3 所示 图 2 下行传输原理 图 3 上行传输原理 图 2 中数据从 OLT 到多个 ONU 广播式下行 根据 IEEE802 3 协议 每一个包的包头表明是给 ONU ONU1 ONU2 ONU3 ONUN 中的唯一一个 另外 部分包可以是给所有的 ONU 广播式 或者特殊 的一组 ONU 组播 在光分路器处 流量分成独立的三组信号 每一组载有所有指定 ONU 的信号 当数据信号 到达该 ONU 时 它接收给它的包 摒弃那些给其它 ONU 的包 举例 图 2 中 ONU1 收到包 1 2 3 但是它仅 仅发送包 1 给终端用户 1 摒弃包 2 和包 3 图 3 中所示 采用时分复用技术 TDM 分时隙给 ONU 管理上行流量 时隙是同步的 以便当数据信号耦合 到一根光纤时各个 ONU 的上行包不会互相干扰 ONU 在 ONU 指定的时隙上行数据给 OLT 采用时分复用避免数 据传输冲突 即上行采用争用方式 下行采用广播方式 拓扑结构拓扑结构 EPON 网络采用一点至多点的拓朴结构 取代点到点结构 大大节省了光纤的用量 管理成本 无源网络设备 代替了传统的 ATM SONET 宽带接入系统中的中继器 放大器和激光器 减少了中心局端所需的激光器数目 并且 OLT 由许多 ONU 用户分担 而且 EPON 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 IP 业务 因此 EPON 十分简单 高效 建设费用低 维护费用低 是最适合宽带接入网需求的 HFC 网络网络 从上个世纪 40 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 直 至 80 年代末期 由于 DFB 激光器高线性 高功率输出等显著优点 被引用到 CATV 中 取代电缆干线传输 由于 光纤传输损耗小 传输带宽宽 传输距离长 不易受外界干扰 传输 CNR CSO CTB 指标高 因此该技术在有线电 视网络得到迅速发展 从光纤干线网发展演变到 FTTC 光纤到小区 到 FTF 馈源 及到 FTTLA 最后一级 有源体 也就是 FTTB 光纤到大楼 HFC 双向网络一般采用星型结构 一台光发射机带多台光接收机 下行带宽 49 750MHZ 或者 870MHz 上行 采用 5 42MHz 下行占用一根光纤 上行一根光纤 前端 CMTS 下行 30 40Mbps 可以带 2048 个用户 占用一个 6Mhz 带宽频道 上行从几百 K 到 10Mbps 一个 HFC 网络 下行结构与无源光网络十分类似 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 而且所有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 CNR 以至于不得不降低传输速率 EPON 在在 HFC 网络的应用网络的应用 EPON 可采用两个波长或三个波长的系统设计 两个波长的 EPON 系统适用于传送数据 语音和 IP 交换的数 字视频 IP SDV 三个波长的 EPON 系统可用于提供 RF 图像服务 CATV 或者密集波分复用 图 4 EPON 在 HFC 网络中的应用 图 4 表示三个波长 EPON 的光路设计 这种结构中 1490nm 和 1310nm 波长分别用于下行和上行 而 1550nm 用于下行 CATV 射频的传输 采用这种设计 PON 可以覆盖 20Km 以内 16 个以上的光节点 一般在 HFC 网络中 光发射机选择 1310nm 或者 1550nm 要采用 EPON 技术在同一光纤网络中传输数据 图 像 乃至声音 HFC 必须选用 1550nm 波长 通过波分复用 WDM 的方式与 EPON 的 OLT 合成于一根光纤 经 过分路 光纤传输送到 ONU 前的解波分复用 还原成 1550nm 信号给 CATV 光接收机 其他信号接到 ONU 完成 宽带数据和声音的传输 由于 HFC 网络采用星型结构 此结构与 EPON 十分相似 因此 在 HFC 网络中采用 EPON 只需在原来的光 纤网络上做简单的配置 可在较短时间内完成网络的叠加 同时 HFC 基本上采用 FC APC 连接器 反射损耗大于 60dB 而 EPON 网络对光的反射比较敏感 一般要求 APC 连接器 三个波长 EPON 中也可以采用 DWDM 设计 这种设计采用光纤中 1490nm 下行 1310nm 上行 1550nm 窗