EPON技术介绍资料.docx

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除EPON技术1. EPON产生背景PON指在光线路终端(opticallinetermination,OLT)和光网络单元(opticalnetworkunit,ONU)之间的光分配网(opticaldistributionnetwork,ODN)没有任何有源电子设备.主要采用光无源器件进行连接和交换.它是一种点到多点的光纤传输和接入技术,下行一般采用广播方式,上行一般采用时分多址方式,可以灵活地组成树型、星型和总线型等拓朴结构,在光分支点不需要节点设备,只需要安装一个简单的光分支器即可.具有节省光缆资源、带宽资源共享、节省机房投资、设备安全性高、建网速度快和综合建网成本低等优点.以PON技术为依托,根据在数据链路层所采用的不同技术,PON又可分为:基于SONET的SPON;基于ATM的APON;基于Ethernet的EPON.其中E2PON技术最为人们所看好.EPON的概念于2000年底提出.IEEE在2000年底成立了EFM工作组,试图引入一种新的接入技术标准-EthernetPON,它的提出主要是人们对接入网低价格和高带宽的追求,而EPON技术恰恰可以满足这方面的要求.因为它不仅可以提供1G的带宽,且不需使用像ATM交换机那样昂贵的设备,还可与以太网兼容.随着QOS技术如多协议标签交换(MPLS)技术的出炉,它能较好的满足传输实时性数据的要求.因此,EPON技术被认为是目前解决接入网“瓶颈”的较佳方案.2. EPON简介和基本原理EPON简单的说，就是无源光网络。以太网无源光网络（EthernetPassiveOpticalNetwork，EPON）是一种新型的光纤接入网技术，它采用点到多点结构、无源光纤传输，在以太网之上提供多种业务。它在物理层采用了PON技术，在链路层使用以太网协议，利用PON的拓扑结构实现了以太网的接入。因此，它综合了PON技术和以太网技术的优点：低成本；高带宽；扩展性强，灵活快速的服务重组；与现有以太网的兼容性；方便的管理等等。无源光网络IEEE802.3定义了以太网的两种基本操作模式。第一种模式采用载波侦听多址访问/冲突检测（CSMA/CD）协议而应用在共享媒质上；第二种模式为各个站点采用全双工的点到点的链路通过交换机连接到一起。相应的，以太网MAC可以工作于这两种模式之一：CSMA/CD模式或全双工模式。EPON媒质的性质是共享媒质和点到点网络的结合。在下行方向，拥有共享媒质的连接性，而在上行方向其行为特性就如同点到点网络。下行方向：OLT发出的以太网数据报经过一个1:n的无源光分路器或几级分路器传送到每一个ONU。N的典型取值在464之间（由可用的光功率预算所限制）。这种行为特征与共享媒质网络相同。在下行方向，因为以太网具有广播特性，与EPON结构和匹配：OLT广播数据包，目的ONU有选择的提取。上行方向：由于无源光合路器的方向特性，任何一个ONU发出的数据包只能到达OLT，而不能到达其他的ONU。EPON在上行方向上的行为特点与点到点网络相同。但是，不同于一个真正的点到点网络，在EPON中，所有的ONU都属于同一个冲突域来自不同的ONU的数据包如果同时传输依然可能会冲突。因此在上行方向，EPON需要采用某种仲裁机制来避免数据冲突。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。 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=0xFF)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。 相对于BPON和GPON，EPON协议简单，对光收发模块技术指标要求低，因此系统成本较低。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、TDM专线甚至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，是目前建设高质量接入网的重要备选技术之一。3. EPON的优势EPON的优势主要表现在：相对成本低、维护简单、容易扩展、易于等。EPON结构在传输途中不需电源，没有电子部件，因此容易铺设，基本不用维护，节省了长期运营成本和管理成本；EPON系统对局端资很少，模块化程度高，系统初期投入低，扩展容易，投资回报率高；EPON系统是面向未来的技术，大多数EPON系统都是一个多业务平台，对于向全IP网络过渡是一个很好的选择。随着EPON技术的成熟，业界主流的运营商已经开始大规模部署EPON系统，展开FTTX应用，并在此基础上实现TriplePlay（三重播放，提供语音、数据和视频业务），构建三网合一的接入平台。自2004年起，在FTTH最发达的日本、韩国、台湾以及美国、欧洲等国家和地区，EPON技术得到了大规模的应用，并进一步刺激了IPTV业务的繁荣。在中国市场，目前EPON产品已经在所有省份都有了试点和商用。EPON技术采用波分复用（WDM）技术在单根光纤上实现对称1Gbps的带宽，并且且可以在接近客户段实现分光下行，大量节省了骨干光纤资源。目前达到的最大分光比是1：64。EPON系统的另一个优势在于其强大的覆盖能力，在1:32的分路比下最远覆盖可达20km，在1：64分光比下，最远覆盖范围是10km，这充分保证了设备的覆盖范围。在1：32分光比下，每个ONU用户的平均带宽可达30M以上，使得视频业务得到了足够的带宽保证。无源光分支器的使用，节省了大量的维护资源，节省了机房、电源配套等资源，整体降低了FTTX网络的建设成本和维护成本。近年来的光纤成本的下降，为FTTX提供了缆线配套成本的下降。目前各运营商提供的宽带接入业务主要是ADSL和LAN接入两种，此外，随着带宽需求的不断增加，VDSL也逐渐成为一种选择。下面将对EPON和这三种接入方式进行技术和经济性的比较。其它的接入方式，如CableModem，电力线接入等由于市场占有量不大并且受行业资源限制，在此不做讨论。4. EPON的关键技术4.1上行信道复用技术上行的复用技术是EPON 技术的核心, TDMA只是其中的一种. 现在大多数方案都使用了DWDM + TDMA 的复用方法, 且使用DWDM 是发展趋势, 但这种方法的实现主要取决于光器件. 因此作者重点介绍的是TDMA 的复用原理和方法.在上行信道使用TDMA 复用方法时, 带宽利用率、时延和时延抖动等指标是否达到要求是人们关注的热点. 上行带宽的分配方法、ONU 发送窗口固定还是可变、最大的ONU 发送窗口应为多大、ONU发送窗口的间隔, 以及以太网帧是否切割等都亟待研究解决. 4.2测距和时延补偿技术由于光纤信道时延较大的特点, ONU 与OL T之间的距离将会影响到上行信道的复用, 若能准确测量各个ONU 到OL T 的距离, 并能精确调整ONU 的发送时延, 就可以减小ONU 发送窗口间的间隔, 从而提高上行信道的利用率并减小时延. 说到底, 测距主要是测量各个ONU 到OL T 之间的传输距离, 并确定各个ONU 在开始上行传输之前应该调节的发送时延量, 以保证各个ONU 的上行信号在OL T 处不发生碰撞. 测距过程可以分成粗测距、静态精测距和动态精测距3 个子过程. 当网络中没有通信发生时, 执行粗测距和静态的精测距过程; 而动态的精测距是连续进行的, 以克服由于温度等引起时延变化. 同时, 由于测距程序的精度有限, 因此需要在连续的突发帧之间预留一段保护时间. 现在所用的测距方法主要有扩频法测距、带外法测距和带内开窗法测距等. 综上, EPON 宜采用带内开窗法测距技术, 其测距过程应充分考虑整个EPON 的配置. 若系统加入新的ONU , 则其测距不应对其他ONU 有太大影响.4.3信号的快速同步和光器件由于EPON 上行信道传输的是突发信号, 要求在ONU 和OL T 中使用支持突发信号的光器件. 现有的大部分光器件尚不能满足这一要求, 少数突发模式的光器件也只能工作在155 Mb/ s 的速率上,且价格昂贵. 为实现突发模式, 在收发端也要采用特殊技术. 光突发发送电路要求能够快速开启和关断, 迅速建立信号, 因而传统的电光转换模块中采用的加反馈自动功率控制已不适用, 需使用响应速度很快的激光器. 而在接收端, 由于来自各个用户的信号光功率是不同且变化的, 所以突发接收电路必须在每次收到新的信号时调整接收电平(门限) .且要求调整的速度必须非常快, 现有的器件尚无法满足要求, 但随着EPON 的深入发展和标准的确定, 相信会有越来越多符合要求的产品出现.4.4 QOS 的实现如何保证用户所要求的服务质量得以实现是接入网必须面对的问题, 在以太网协议中用来满足QOS 的主要有资源预留和区分服务等. 这两种技术同样可以应用到EPON 中来, 也就是说, EPON 可以像区分服务那样为不同服务质量要求的信号设置不同的优先级, 保证信息包按照优先级进行传递;另外, EPON 还可以采用保留带宽的方式, 为一些需要保证响应时间的业务提供高速通道, 避免这类业务与数据业务之间的竞争. 近来, 随着多协议标志交换协议的标准的确立, 可以预见, EPON 服务质量的保证必将在不远的将来得以实现.除此之外, 下行信道的安全性、如何实现VLAN 和网管等也影响到EPON 的应用前景.5. EPON 与APON 的比较APON 是较EPON 早些提出的, 主要技术是在PON 网络上传送ATM 信元. 不可否认, 在一个时期内APON 的发展非常迅速, 但由于它固有的缺点, 现在APON 已在市场上销声匿迹. 表1 比较了APON 和EPON 的主要性能差异.表1 可见, EPON 与APON 相比有如下优点:价格低廉. 作为接入网必须考虑价格是否为人们所接受, 而以太网是广泛存在的网络, 其相关器件的价格较低; 协议容易统一. 现有的局域网90 %是以太网, 因而EPON 网能够比较容易的实现与局域网的互连而不需要协议的转换; 未来的网络一定是基于IP 或是以太网的, 经由EPON 传输IP 是最佳方案; EPON 网能够提供更宽的带宽, 下行业务速率高达1 Gb/ s , 按64 个ONU 计算返回的上行业务速率可超过800 Mb/ s. 这就可以满足人们日益增加的多种需求.6. EPON的未来目前, 网络发展的趋势是数据业务高速增长,快速以太网和G比特以太网地位迅速提高, 这都有益于EPON. 且通信产业已经为接入网的转换准备了舞台, 其结果必将出现完全基于广泛使用的光纤和以太网技术的设备. 这种光IP 以太网结构将成为在单一网络中捆绑传输话音、数据和图像业务的主要方式. 同时, 这一技术将会产生新的合作和战略伙伴, 其内容提供商、业务提供商、网络运营商和设备制造商都将使用Ethernet PON 方式传输通信业务. 随着接入网市场迅速发展, 光纤到X(FTTX) 受到多方青睐, 在EPON 技术成本降低的情况下, 它将成为FTTX 的优选接入方式之一.可见, EPON 技术有着美好的发展未来, 它的发展将建立在广泛关注和支持的基础上.在局域网、城域网到广域网全部是以太网结构的IP网络中，采用与IP统一以太网帧结构的EPON接入技术，各网之间可以实现无缝连接，不需要任何格式转换，这将大大提高运行效率，方便管理，降低成本，并且可以提供端到端的连接和提供与用户签订服务协议的保证服务质量QoS。EPON技术简单，标准化程度和QoS支持的折衷将有力地推动ONU厂家的互通互用，而且EPON属于无源光网络，大大降低了维护成本，是现阶段综合业务接入网的一种选择，具有十分光明的应用前景。但是，EPON作为新一代的接入网如果要进一步发展，必须要克服传统以太网的缺陷，即在以支持IP业务为主、提高接入带宽的QoS保证和多业务接入等方面，必须有网络层以上的端到端服务来保障。 随着IP业务的爆炸式增长和我国电信运营市场的日益开放，无论是传统电信运营商还是新兴运营商，为了在新的竞争环境中立于不败之地，都把建设面向IP业务的电信基础网作为他们的网络建设重点。在城域网的接入部分，很多运营商选择以太网技术。值得注意的是，现有的以太网接入技术都存在这样或那样的问题，这为以后的业务发展带来极大的隐患。有的运营商甚至把用于计算机局域网的以太网技术一成不变地搬到接入网中，不同用户之间的信息根本谈不上隔离。在这种平台上开展电子商务是难以想象的。这种运营方式只能一时抢到大量用户，等到用户发现自身利益得不到保障时，运营商必将自食其果。基于以太网技术的宽带接入网与传统的用于计算机局域网的以太网技术大不一样。它仅借用了以太网的帧结构和接口，网络结构和工作原理完全不一样。它具有高度的信息安全性、电信级的网络可靠性、强大的网管功能，并且能保证用户的接入带宽，这些都是现有的以太网技术根本做不到的。因此基于以太网技术的宽带接入网完全可以应用在公网环境中，为用户提