以太网无源光网络技术及其测试

EPONEPON 技术及其测试的探讨技术及其测试的探讨 摘要 本文探讨了接入网新技术摘要 本文探讨了接入网新技术 EPONEPON 以太网无源光网络 及其测试 以太网无源光网络 及其测试 关键词关键词 接入网接入网 EPONEPON 测试测试 AbstractAbstract The paper mainly researches EPON the new technology of the AN and the test method to EPON keykey wordswords AN Access Net EPON Ethernet Passive Optical Network Test 一 引言一 引言 通信技术的发展速度超乎想象 通信网络正在向着 光纤化 IP 化 无线化 的 方向演进 三网融合在对骨干网络带宽要求日益增加的同时 也对接入网提出了新的 挑战 随着宽带业务的飞速发展 IPTV 等视频多媒体新型宽带业务逐渐被大家所重视 和期待 这些宽带业务的推广应用无疑离不开宽带接入网技术的支持 作为向 FTTx 过 渡的一种宽带光接入技术 PON 从它一被提出就得到了市场极大的关注 基于以太网 的无源光网络 EPON 是一种融合了以太网和无源光网络 PON 优点的接入网技术 具有容量大 成本低 对 IP 业务支持好 技术成熟和维护简单等优点 是未来实现 FTTx 的理想方案之一 EPON 协议简单 对光收发模块技术指标要求低 因此系统成本 不高 另外 它继承了以太网的可扩展性强 对 IP 数据业务适配效率高等优点 同时 支持高速 Internet 接入 语音 IPTV 甚至 CATV 等多种业务综合接入 并具有很好 的 QoS 保证和组播业务支持能力 是目前新建宽带接入网的重要备选技术之一 目前 EPON 系统正在我国投入广泛的商业应用 为使 EPON 能够进一步大规模地推 广应用 就要求不同厂商的 EPON 光线路终端 OLT 和光网络单元 ONU 设备能够互 联互通 同时在工程验收时也需要通过全面的测试保证工程的质量 因此对 EPON 的测 试工作十分必要 本文主要侧重于 EPON 网络的工程验收测试 二 二 EPONEPON 技术技术 1 EPON 技术简介 EPON 技术由 IEEE 802 3 EFM 工作组进行标准化 2004 年 6 月 IEEE 802 3EFM 工作组发布了 EPON 标准 IEEE 802 3ah 2005 年并入 IEEE 802 3 2005 标准 在该标准中将以太网和 PON 技术相结合 在无源光网络体系架构的基础上 定义了一 种新的 应用于 EPON 系统的物理层 主要是光接口 规范和扩展的以太网数据链路层 协议 以实现在点到多点的 PON 中以太网帧的 TDM 接入 此外 EPON 还定义了一种运 行 维护和管理 OAM 机制 以实现必要的运行管理和维护功能 EPON 系统的协议 参考模型如图 1 所示 图 1 EPON 系统的协议参考模型 在物理层 IEEE 802 3 2005 规定采用单纤波分复用技术 下行 1490 nm 上行 1310 nm 实现单纤双向传输 同时定义了 1000 BASE PX 10 U D 和 1000 BASE PX 20 U D 两种 PON 光接口 分别支持 10 km 和 20 km 的最大距离传输 在物理编码子层 EPON 系统继承了吉比特以太网的原有标准 采用 8B 10B 线路编码和标准的上下行对 称 1 Gbit s 数据速率 线路速率为 1 25 Gbit s 在数据链路层 多点 MAC 控制协议 MPCP 的功能是在一个点到多点的 EPON 系统 中实现点到点的仿真 支持点到多点网络中多个 MAC 客户层实体 并支持对额外 MAC 的控制功能 图 1 示意了 EPON 协议参考模型及多点 MAC 控制协议的位置 MPCP 主要 处理 ONU 的发现和注册 多个 ONU 之间上行传输资源的分配 动态带宽分配 统计复 用的 ONU 本地拥塞状态的汇报等 利用其下行广播的传输方式 EPON 定义了广播 LLID LLID 0 xFF 作为单拷贝广 播 SCB 信道 用于高效传输下行视频广播 组播业务 EPON 还提供了一种可选的 OAM 功能 提供一种诸如远端故障指示和远端环回控制等管理链路的运行机制 用于 管理 测试和诊断已激活 OAM 功能的链路 此外 IEEE 802 3 2005 还定义了特定的 机构扩展机制 以实现对 OAM 功能的扩展 并用于其他链路层或高层应用的远程管理 和控制 2 EPON 技术的应用 综合考虑 EPON 的技术特点 成熟度 投资成本 业务需求 市场竞争等多方面的 因素 基于 EPON 的 FTTx 系统近期主要应用于以下应用 2 1 公网综合接入 ONU 直接安装在用户家中或者安装在楼层 设备间的综合机柜内 实现业务接入 ONU 可以提供 FE POTS CATV 等用户接口 或者通过 ONU 下挂 IAD 二层以太网交换 机 通过 IAD 二层交换机实现综合业务接入 2 2 大客户综合接入 对于商业用户 可以根据业务需求和用户规模的不同 采取不同的实施模式 如 FTTO FTTB 或 FTTC 2 3 视频监控系统 视频监控系统等对带宽 特别是上行带宽 要求比较高的应用可以采用 EPON 作为 接入手段 PON 替代了原来模拟组网方案中的二 三层交换机 同时还节省大量的光纤 收发器 并且不需要视频光端机设备 以城市视频监控系统为例 目前由于数量众多 的摄像头分布在城市各街道 因此需要较长的传输距离且尽可能地节约光纤资源 而 且从监控摄像头到监控中心的视频信号 一般需要 1M 甚至更高的带宽 如果用 EPON 来提供数字监控接入 则可以很好地满足其接入要求 可以把用户端设备 ONU 放在监 控点 监控点的网络编码器或硬盘录像机通过以太网口与 ONU 连接 局端设备 OLT 放 在监控中心机房 通过上联以太网口与监控中心的网络矩阵主机连接 由于采用 EPON 平台 该系统可提供上下行对称的 1 25G 高速率接入 在线路上 该方案采用点到多 点的拓扑结构 从 OLT 到 ONU 为全光纤连接 不仅可靠性高 易于维护 还具有良好 的扩展性 该方案在解决了数字监控接入问题的同时 还能提供语音等综合业务 不 仅可以将各个监控点的图像信号传送到监控中心 还可以接入监控点的语音业务 2 4 农村信息化建设 农村信息化是国家的工作重点之一 相对于其他接入方式 EPON 在村通 农村信息 化工程中具有得天独厚的优势 选用 EPON 平台作为基础 传输距离可达数十公里 满足农村地广人稀的现实要求 线路部分采用无源器件 点到多点的树形结构不仅建 设简单 维护简便 而且节省了大量的光纤资源 从成本方面考虑 该解决方案造价 低廉 比常规MSTP组网等方式低 50 以上 采用 EPON 解决农村信息化的另一个好处 在于 采用单一的 EPON 平台即可保证语音 数据 视频等多种业务的接入 充分保证 农村用户当前及未来通信需求 目前在农村信息化中 主要利用 EPON 系统提供语音 数据业务的接入 但随着农村经济的发展 人们生活水平的提高 视频业务的需求会 逐步增加 根据不同时期的用户需求 可直接在当前 EPON 系统上开通CATV IPTV业 务 满足农村用户多样化的业务需求 2 5 其它应用 在固定与移动融合的大趋势下 EPON 在移动领域也将有所作为 将 EPON 应用于 无线基站的接入 能够实现灵活的小区切换 拥有更好的微移动能力并具有良好的 QoS保证 此外在广电网络中的应用 EPON 能够提供充足的带宽和良好的 QoS 保证 支持各种视频格式数据的高质量传输 能够提供语音 数据和视频的融合网络是未来 网络发展的方向 通过 EPON 对广电网进行双向改造 能够使广电网成为一个支持多种 数据业务的综合平台 三 三 EPONEPON 设备的工程测试设备的工程测试 1 EPON 设备的测试参考图 EPON 的测试参考结构如图 2 所示 注 SNI 业务节点接口 UNI 用户网络接口 IFPON PON ODN 侧接口 图 2EPON 设备的测试参考结构图 此外相关标准还定义了测试参考点 S R V T 以及网管参考点 S 参考点即紧靠 在发送机光连接器后的光纤点 R 参考点即紧靠在接收机光连接器前的光纤点 V 参考 点即接入网与业务节点之间的参考点 T 参考点即接入网与用户终端之间的参考点 网管参考点即系统与网管之间的参考点 2 EPON 系统的主要测试内容 在工程中对 EPON 的测试主要包括接口测试 ODN 光分配网络 特性的测试 测距 测试 系统性能测试 功能测试以及网管测试 2 1 接口测试包括 PON 接口测试 业务节点接口 SNI 测试以及用户网络接口 UNI 测试 PON 接口的测试内容主要包括了 OLT 下行平均发送光功率 上行方向的接收灵敏 度和过载功率 ONU 上行平均发送光功率 下行方向的接收灵敏度和过载功率 不同 ONU 上行最大功率差 上 下行方向的 PON 接口的发送光功率测试有一些特殊要求 在下行方向 当 EPON 系统提供 CATV 业务时 下行方向就会有 1490nm Ethernet 业务用 和 1550nm CATV 业务用 两个波长共存在一根光纤上 这样就需要选用可选波长的光功 率计来分别测试这两个波长的光功率 上行 PON 接口发射光功率有两种方式 一种上 行光信号光功率信号只能被下行信号激活 另外一种情况是上行信号只有在某些预先 定义的时隙内 即是成帧的 是被激活的 测试所面临的主要问题就在于用标准的平 均光功率测试法将不再适用于上行光信号的这两种方式 如果要测试上行发射光功率 前一种方式要求 OLT 与 ONU 之间必须保持在连通状态 这样就要求用来测试的光功率 计支持 through 透传 模式 这样才能既保证光链路的连通 又可以同时测试上行 光功率 后一种方式要求光功率计具有对突发模式的信号的测试能力 SNI 接口测试包括 GE 接口测试 E1 接口测试以及 V5 2 接口测试 UNI 接口测试 应包括 10 100M 以太网接口测试 E1 接口测试以及接入网远端 Z 接口测试等 2 2 ODN 主要是由无源光分路器 无源光衰减器 光纤以及光接头等无源器件组成 对 ODN 的测试主要是针对分路器的测试以及最大光纤传输距离的测试 对分路器的测试 主要包括分路器插入损耗 分路器均匀一致性以及最大分路比 的测试等 插入损耗即分路器输入输出功率差 均匀一致性即不同分路最大插损与最 小插损的差 最大分路比测试属于验证测试项目 ODN 分路比一般为 16 或者 32 验证 测试在所有分路工作正常的时候 应满足分路比要求 同时在最大分路比的情况下系 统支持 20 公里的传输距离 2 3 测距是 PON 系统为了无冲突的传输上行信号所必需的功能 测距测量的是每个 ONU 和 OLT 之间的逻辑距离 当每个 ONU 接收到与其连接的 OLT 的发送授权时确定发 送定时 对测距的测试主要包括测距能力 静态测距能力 动态测距能力以及测距精 度 测距范围指 OLT 侧对 ONU 进行测距所能达到的最大距离和最小距离 动态测距指 在系统启动 ONU 正常工作时 若 ONU 失步 系统对其采用的测距 动态测距应不影响 其它业务 测距精度是指测距所能达到的最小时间范围 2 4 EPON 系统的性能测试主要 IP 传输性能测试 E1 通路性能测试以及平均信号传输 时延测试 IP 传输性能主要包括吞吐量 丢包率 传输时延的测试 E1 通路性能主要指误码 性能测试 2 5 EPON 系统的主要功能包括 VLAN 动态带宽分配功能 DBA 业务 QoS 保证 加 密功能 组播功能 认证功能 VLANStacking 以及光纤保护倒换功能等 其中最后 3 种功能为 EPON 系统可选功能 对于功能的测试 主要采用功能验证的方法 2 6 网管测试 主要包括了网管系统的配置管理功能 性能管理功能 告警管理功能 安全管理 功