用华为设备完成epon接入网设计.doc

沈阳工程学院毕业设计 摘要 I 摘 要 接入网 Access Network AN 是电信网的一个组成部分 负责将电信业务透明地 传送到用户 也就是说 用户通过接入网的传输能灵活地接入到不同电信业务节点上 随着网络的演变和用户需求多样化的发展 接入网经历了铜线接入方式 光纤接入方式 综合接入网方式等多个网络发展时期 接入网已成为通信发展的一个重点 其中 光纤接入网是目前应用比较广泛的接入技术之一 而光纤接入技术中的 EPON 技术又是一种新兴的宽带接入技术 它通过一个单一的光纤接入系统 实现数据 语音 及视频的综合业务接入 具有良好的经济性 EPON 系统主要由 OLT ONU 和 ODN 组 成 OLT 为局端设备 提供丰富的 PON 口用于连接 ONU 设备 ONU 是用户端设备 提 供相应的数据和语音接口实现用户业务的接入 业内人士普遍认为 FTTH 是宽带接入 的最终解决方式 而 EPON 也将成为一种主流宽带接入技术 本文主要介绍了用华为 OLT 和 ONU 设备来完成 EPON 接入网的设计及相关原理 文中以一个小区用户的实际业务需求为案例 合理规划相应用户业务数据并新建 EPON 接入网络 通过对 OLT 和 ONU 设备进行相应的硬件和数据配置 为小区内 480 个用户 提供语音业务和宽带业务服务 关键词 接入网 以太网无源光网络 光线路终端 宽带接入 沈阳工程学院毕业设计 Abstract II Abstract Access network Access Network AN is a part of the telecommunication network which is responsible to transmit telecommunication business between equipments and users namely the users can access flexibly to different telecommunication nodes by transmission of access network With the evolution of network and the development of users various needs access network has gone through different period of development such as copper access optical access integrated access network Access network has become a focus on development of communication Optical access network is one of the access technology which is made widely use the EPON technology is a burgeoning broadband access technology in fiber access network It can accomplish access of integrated business such as data voice and media in a single fiber so it has good economy EPON system consists of OLT ONU and ODN OLT is the central office device it can provide various PON interface for connecting with ONU ONU is placed to the users terminal in order to provide corresponding interface of data and voice to accomplish access of consumer business The experts generally believe that FTTH is the ultimate solution of broadband access and EPON will become a main broadband access technology This paper introduces primarily how to use OLT and ONU of Huawei Co LTD to accomplish the design of Ethernet access network and the related theories In the text user s actual business requirement as example Reasonably Ethernet access network is planned and built At the same time we provide voice and broadband business for 480 users in the district through configuring appropriate hardware and data for the OLT and ONU Keywords access network Ethernet optical network optical line terminal broadband access 沈阳工程学院毕业设计 目录 III 目 录 摘 要 I ABSTRACT II 第 1 章 绪 论 1 1 1 接入网概述 1 1 1 1 接入网的定义 1 1 1 2 接入网的分类 1 1 2 接入网的现状及发展趋势 3 1 2 1 接入网的现状 3 1 2 2 接入网的发展趋势 4 第 2 章 EPON 以太网无源光网络 6 2 1 EPON 网络介绍 6 2 2 EPON 的网络结构 6 2 3 EPON 传输原理及帧结构 8 2 4 EPON 网络组网应用 10 第 3 章 工程案例设计 13 3 1 工程网络设计规划 13 3 1 1 实际业务需求 13 3 1 2 主要解决问题 13 3 1 3 实际组网方案 14 3 2 业务数据规划 15 3 3 组网设备介绍及单板配置 16 3 3 1 OLT MA5680T 设备配置 16 3 3 2 OLT MA5680T 单板配置 17 3 3 3 ONU MA5620E 设备配置 18 3 4 OLT MA5680T 及 ONU MA5620E 开局配置 18 3 4 1 OLT MA5680T 开局配置 18 3 4 2 ONU MA5620E 开局配置 20 3 5 BAS MA5200G 数据配置 22 3 5 1BAS 业务基本实现方法 22 3 5 2 基于 VLAN 绑定用户接入数据配置 22 第 4 章 业务实现原理 25 4 1 数据业务实现 25 4 1 1 数据业务基本网络结构图 25 4 2 2 数据业务 IP 网络实现分析 26 4 2 语音业务实现 26 4 2 1 语音业务介绍 26 4 2 2 H 248 协议的定义与作用 28 4 2 3 同一 MGC 控制下用户呼叫控制过程 28 4 2 4 不同 MGC 控制下用户呼叫控制过程 30 结 论 33 致 谢 33 沈阳工程学院毕业设计 目录 IV 参考文献 34 沈阳工程学院毕业设计 第 1 章 绪论 1 第 1 章 绪 论 1 1 接入网概述 1 1 1 接入网的定义 整个电信从地理上可以分为三部分 即核心网 CN 接入网 AN 和用户驻地网 CPN 其中核心网包括长途网 长途端局以上部分 和中继网 长途端局与市话局之间 以及市话之间的部分 按照 G 902 的定义 接入网是由业务节点接口 SNI 和用户网 络接口之间的一系列传送实体组成的 是为供给电信业务而提供传送承载能力的实施系 统 呆经由管理接口 Q3 配置和管理 按现代网络功能模块划分 整个电信网又可分为三个部分 接入网 交换网和传送 网 接入网 Access Network AN 是电信网的一个组成部分 负责将电信业务透明地 传送到用户 也就是说用户通过接入网的传输 能灵活地接入到不同电信业务节点上 具体而言 接入网即为本地交换机与用户之间的连接部分 通常包括用户线传输系统 复用设备 交叉连接设备或用户 网络终端设备 1 1 1 2接入网的分类 接入网通常是按其所用传输介质的不同来进行分类的 一般地 接入网可分为有线 接入网和无线接入网两大类 有线接入网又分为铜芯线接入网和光纤接入网两类 无线 接入网分为固定无线接入网和移动无线接入网两类 包括蜂窝通信 地面微波通信和卫 星通信等不同形式 在实际的接入网中 有时会用到多种传输介质 如既用到铜线 又 用到光纤 甚至还同时用到无线介质 这样就形成了混合接入网 其中 光纤接入网 或称光接入网 是以光纤为传输介质 并利用光波作为光载波 传送信号的接入网 泛指本交换机或远端交换机或远端宛换模块与用户之间采用光纤通 信或部分采用光纤通信的系统 光纤接入网可分为有源光网络 AON 和无源光网络 PON 采用 SDH 技术 ATM 技术 以太网技术在光接入网系统中称为有源光网络 若光配线网全部由无源器件组成 不包括任何有源节点 则这样光接入网就是无源光网 络 其中 无源光网络是一种纯介质网络 避免了外部设备的电磁干扰和雷电影响 减 少了线路和外部设备的故障率 同时节省了维护成本 是电信维护部门长期期待的技术 无源光网络包括 APON EPON 和 GPON 技术 以下将分别对各种无源接入网进行介绍 2 1 APON 在 PON 中采用 ATM 技术 就成为 ATM 无源光网络 ATM PON 简称 APON 基于 ATM 的 PON 接入的主要特点有 采用点到多点式的无源网络结构 在光 分配网络中没有有源器件 比有源的光网络和铜线网络简单 更加可靠 更加容易维护 如果大量使用 FTTH 有源器件和电源备份系统从室外转移到了室内 对器件和设备的环 沈阳工程学院毕业设计 第 1 章 绪论 2 境要求降低 使维护周期加长 维护成本的降低使运营者和用户双方受益 由于它的标 准化 沈阳工程学院毕业设计 第 1 章 绪论 2 程度很高 可以大规模生产 从而降低了成本 另外 ATM 统计复用的特点使 APON 能 比 TDM 方式的 PON 服务于更多用户 ATM 的 Qos 优势也得以继承 APON 系统的主要优点有 理想的光纤接入网 无源纯介质的 OND 对传输技术体制的透明性 使 APON 成 为未来光纤到家 光纤到办公室 光纤到大楼的最佳解决方案 低成本 树型分支结构 多个 ONU 共享光纤介质使系统总成本降低 纯介质网 络 彻底避免了电磁和雷电的影响 维护运营成本大为降低 高可靠性 局端至远端用户之间没有有源器件 可靠性较有源 OAN 大大提高 综合接入能力 能适应传统电信业务 PSTN ISDN 可进行 Internet Web 浏览 同 时具有分配视频和交互频业务能力 虽然 APON 有一系列优势 但是由于 APON 树型结构和高速传输特性 还需要解决 诸如测距 上行突发同步 上行突发光接收和带宽动态分配等一系列技术及理论问题 2 EPON 以太网无源光网络 EPON 是指将以太网技术与无源光网络 PON 技术 结合起来 以光纤为传输媒质 使用以太网协议作为网络传输协议 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 EPON 与 APON 相比 其上下行传输速率比 APON 的高 EPON 提供较大的带宽和 较低的用户设备成本 除了帧结构和 APON 不同外 其余所用的技术与 G 983 建议中的 许多内容类似 其下行采用 TDM 传输方式 上行采用 TDMA 传输方式 EPON 与 APON 一样 可应用于 FTTB 和 FTTC 最终的目标是在一个平台上提供全业务 数据 视频和语音 到家 即 FTTH 基于以太网的 EPON 宽带接入网 与传统的用于计算机局域网的以技术不同 它仅 采用了以太网的帧结构和接口 而网络结构和工作原理完全不同 EPON 相对于现有类似 技术的优势主要体现在以下几个方面 高带宽 比目前的技术上看 EPON 的下行信道为几百 几千 Mbit s 的广播方式 上行信道为用户共享的几百 几千 Mbit s 这比目前其他的接入方式 如 Modem ISDN ADSL 甚至 APON 上行共享 155Mbit s 下行 622 155Mbit s 都要高得 多 低成本 EPON 提供较大的带宽和较低的用户设备成本 它采用 PON 结构 使 EPON 网络中减少了大量的光纤和光器件以及维护的成本 降低了预先支付的设备资金和 与 SDH 及 ATM 有关的运行成本 以太网本身的价格优势也很突出 如廉价的器件和安 装维护方便等 使得 EPON 具有 APON 所无法比拟的低成本 易兼容 EPON 互连互通容易 各个厂家生产的网卡都能互连互通 以太网技术是 目前最成熟的局域网技术 EPON 只是对现有 IEEE802 3 协议作一定的补充 基本上是与 其兼容的 随着 EPON 标准的制定和 EPON 的使用 在 WAN 和 LAN 连接时 将减少 APON 在 ATM 和 IP 协议间的转换 EPON 技术应用广泛 实现 IP Over EPON 是光纤接入网的最佳方案 随着 IP 技术的 发展和技术水平的提高 EPON 会在接入网中占有统治地位 比长远的观点来看 最终 EPON 比 APON 会更有优势 沈阳工程学院毕业设计 第 1 章 绪论 3 3 GPON GPON Gigabit Capable PON 技术是基于 ITU TG 984 x 标准的最新一代 宽带无源光综合接入标准 具有高带宽 高效率 大覆盖范围 用户接口丰富等众多优 点 被大多数运营商视为实现接入网业务宽带化 综合化改造的理想技术 GPON 技术的 多业务承载和保护等能力都强于 EPON 值得期待 但目前技术和设备都不成熟 设备成 本也高 1 2 接入网的现状及发展趋势 1 2 1 接入网的现状 接入网作为电信网络最靠近用户的末梢 随着网络的演变和用户需求多样化的发展 经历了从铜线接入方式 提供单一话音业务 光纤接入方式 主要提供语音业务和少量 数据业务 综合接入网 可同时提供语音 数据和宽带业务 等多个网络发展时期 近年来 我国电信网络发展迅速 取得了巨大成绩 综合通信能力明显增强 但是 随着产业界的融合趋势 电话网 计算机网 有线电视网趋于融合 网络面临的压力越 来越大 网络面临着负荷不断增大 业务需求也趋于多样化的发展趋势 运营商必须提 供越来越多的多媒体业务才能吸引住用户 而这些新型的多样性业务 是目前 PSTN 和数 据网络所难以提供的 与此同时 飞速发展的数据网已经对 PSTN 和数据业务形成分流 并将逐渐成为承载话音业务的基石 运营商已经积累了丰富的 VOIP 运营经验 在这一发 展背景下 基于软交换技术的 NGN 网络应运而生 NGN 又称为下一代网络 是电信史 上的一块里程碑 它属于一种综合 开放的网络构架 提供话音 数据和多媒体等业务 NGN 的发展主要是通过网络的升级改造实现现有的电话网络 数据网络和有线网络进行 融合形成一张业务丰富功能齐全可扩展性高业务拓展方便的综合网络 目前各运营商组织有关 EPON GPON 的测试和业务试验 经过试验和试商用后 EPON GPON 光纤接入技术将以 FTTN 和 FTTB 方式取得一定发展 FTTN VKSL2 AKSL2 FTTB LAN 甚至 FTTH 将是 PON 发展的一种重要形式 中国电信已完成 EPON 设备全面测试 重点验证了不同厂商 EPON 设备的互连互通 各地数由地方政府自行建设 采取规模试验 EPON 在日本 韩国等东亚地区已经大规模应用 中国电信于 2007 年提出的以太网 PON EPON 规格 已被采纳为国家标准 从 EPON 测试的初期阶段开始 设备制造商和 芯片供应商全程参与了该规格的制订 从而为来自不同设备厂商与芯片厂商的光纤端子 及光纤网络设备之间的互用性奠定了基础 2007 年 8 月 中国电信完成了对 4 万线 EPON 设备的集中采购和 中国电信 EPON 设备技术要求 V2 0 等相关企业标准的制订 工作 随后顺利将 EPON 在全国推广开来 2008 年和 2009 年 中国电信又将 EPON 建设 到千万线 规模 这在提高国内接入网带宽同时 还带动了国内 PON 产业的大发展 2010 年中国电 信仍以 EPON 部署为主 此外将继续在 EPON 上 给予了 10GEPON GPON 广阔发展空 间 随着 EPON 技术的成熟和试点应用 EPON 必将大规模应用于电信运营城市和农村的 沈阳工程学院毕业设计 第 1 章 绪论 4 宽带接入和 VOIP 中 有效节省建设投资成本和运营成本 1 2 2 接入网的发展趋势 接入网技术一直被人们视为信息高速公路的最后一公里 接入网的宽带化已成为电 信网中必须尽快妥善解决的 瓶颈 已成了未来国家信息基础设施 NII 的发展重点 其市场之大 前所未有 吸引了制造商 运营公司和业务提供者的注意 同时其对管制 技术 业务和成本的高度敏感性也往往使人困惑和却步 简言之 谁能妥善地解决好接 入网问题 谁就能在未来的市场竞争中赢得主动 从目前的接入网的发展情况看 主要有下面几种情况 1 光纤接入网 含光接入网技术 是接入网技术的发展方向 有线接入网在接入 网中处于主体地位 全光接入网技术 即光纤到桌面 光纤到家 随着用户对带宽需求 的不断增加 将得到不断的发展 2 综合接入网技术是接入网技术发展的方向 综合接入网设备同时具备 POTS ISDN DDN IP 等业务的接入功能 既能降低网络建设成本 又方便网络的统 一维护 以后的综合接入网设备将能同时提供各类带宽和窄带业务的接入 3 接入网宽带化是接入网技术发展的方向 也是接入网发展的关键 以 ATM 为基 础的无源光网络 APON 可以通过利用 ATM 的集中和统计复用 再结合无源分路器对 光纤和光线路终端的共享作用 使成本可望比传统的以电路交换为基础的 PDH SDH 接入 系统低 20 40 APON 可能是一种结合 ATM 多业务 多比特率支持能力和无源光网 络透明宽带传送能力的比较理想的解决方案 代表了 21 世纪的宽带接入技术的最新发展 方向 4 无线接入是接入网的一个重要组成部分 就目前无线接入技术和设备而言 能 提供电话业务和低 中速数据业务的系统主要有 CDMA 系统 19GHz 频段 S CDMA 系 统 1 8GHz 频段 PHS 系统 19GHz 频须 DECT 系统及 450MHz 模拟系统等 能提 供电话 64kbit s 数据和 ISDN 等综合业务的综合接入系统有微波点到多点通信系统 能 提供音频 数据和视频的宽带无线全业务接入系统有局域多点分布式系统 LMDS 等 5 ADSL 能有效利用现有的电话网铜线资源 及时有效提供宽带接入服务 提供最 高达 7Mbit s 的下行和 800kbit s 的上行速率 可支持包括高速上网 高速 LAN 互联 桌 面会议电视 Web VOD 等多种业务 其中简化的 ADSL 系统 G lite 的上行速率为 1 5Mbit s 下行速率为 512kbit s 具有安装方便 标准性好 成本低的优势 能满足大 多数用户对高速上网的需求 VDSL 系统在双绞线上下行传输速率可扩展至 25 52Mbit s 如果配线或引入线的质量尚可 此时将 FTTC 特别是 APON 与 VDSL 技术相 结合可以降低光纤敷设成本 是一种比较理想的宽带混合接入方案 目前 VDSL 仍处于 现场试验阶段 6 卫星高速数据接入利用了大容量的卫星高速下行信道 并用电话线路作为上传 数据信道 实现下行速率达 400kbit s 的高速因特网接入和几十兆带宽的数据 视频 广 播 是宽带接入的有效补充 由于卫星覆盖面广 卫星接入服务器发展受网络建设的影 沈阳工程学院毕业设计 第 1 章 绪论 5 响较小 并能快速地为有需要的用户提供宽带业务 因此可发展的用户群较大 可极大 地提高宽带接入服务器的覆盖范围 7 ATM CPE 或光纤 LAN 接入方式主要采用高速的以太网交换机为用户提供 10Mbit s 端口接入 主要承载高速上网 LAN 互联等基于 IP 的应用以及 IP VPN 等增值 服务 可以满足接 8 Cable Modem 可利用铜轴电缆的高速带宽能力提供宽带数据的接入 通常情况 200 500 用户可共享的下行带宽可达 30Mbit s 在用户端提供 10Mbit s 端口接入 Cable Modem 可基于双向 HFC 网 或基于采用电话上行的单向 CATV 网两种方式提供服务 为了能够满足全业务的协调和快速发展 重组后的运营商一定会关注接入网络的建 设与改造 在大多数情况下 接入网络在追求宽带化的同时 一定要兼顾多业务接入的 控制和管理 即接入网络必须能提供电信级的服务 此外 为了适应数据业务的快速发 展 接入网络也要适应 IP 化的发展趋势 当然 在发展接入网络时 技术并非惟一的因 素 在多数情况下 为了节省投资并减少建设和改造的难度和时间 要根据不同的业务 需求和不同的网络条件来选择最为经济合理的接入技术方案 总体来说 PON EPON GPON 技术应该是宽带接入网络的发展方向 特别是随 着三网融合的推进 以 EPON GPON 为代表的技术将会在 FTTX 中得到大量的应用 为 了保护固有的投资 运营商会对已有的以太接入网和 ADSL 进行不断的升级改造 以适 应宽带化的需求 当投资回收达到平衡点的时候 逐步用 PON 技术来替代 此外 对于 一些固定接入难以进入的楼宇 或者说临时有业务需求的地点 以 802 16dWiMAX 为代 表的宽带固定无线接入技术将会因成为电信公司有线接入的重要补充而得到应有的发展 沈阳工程学院毕业设计 第 1 章 绪论 6 沈阳工程学院毕业设计 第 2 章 EPON 以太网无源光网 络 6 第 2 章 EPON 以太网无源光网络 2 1 EPON 网络介绍 以太网无源光网络 Ethernet PON 或 Ethernet Over PON EPON EPON 是指采用 PON 的拓扑结构实现以太网的接入 随着 Internet 的高速发展 用户对网络带宽的需求不 断的提高 各种新的宽带技术已成为目前研究的热点 正是在这种背景下 IEEE 于 2000 年底成立了 EFM 工作组 Ethernet in the Fisrt Mile Study Group 试图引入一种新的接入 技术标准 即 EPON 除 IEEE 研究组外 EPON 提倡者还计划参加其他标准化组织 例 如 ITU T 和 IETF Internet Engineering Task Force 甚至他们还有可能就此计划和全业务 接入网 Full Service Access Network FSAN 组织联系 G 983 关于 APON 的许多内容 对 EPON 仍然有效 IEEE802 3EFM 组将参照 FSAN 的有关内容集中开发 EPON 的 MAC 协议 这是建立 EPON 标准的最快的途径 几家大的公司如 Cisco 和 Nortel Networks 在 APON 的基础上开发 EPON 标准 EPON 以太网无源光网络 网络技术是将以太网技术与无源光网络 PON 技术结 合起来 以光纤为传输媒质 使用以太网协议作为网络传输协议 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 EPON 属于 IEEE 以太网标准范畴 对于向全 IP 网络过渡是一个很好的选择 它通过一个 单一的光纤接入系统 采用点到多点拓扑结构在千兆以太网光纤接入网络实现数据 语 音及视频的综合业务接入 并具有良好的经济性 EPON 与 APON 相比 其上下行传输 速率比 APON 的高 EPON 提供较大的带宽和较低的用户设备成本 除帧结构和 APON 不同外 其余所用的技术与 G 983 建议中的许多内容类似 其下行采用 TDM 传输方式 上行采用 TDMA 传输方式 EPON 和 APON 一样 可应用于 FTTB 和 FTTC 最终的目标 是 FTTH 3 2 2 EPON 的网络结构 EPON 以太网无源光网络 是一种新型的光纤接入网技术 它采用点到多点结构 采用无源光纤传输方式 基于高速以太网平台和 TDM 时分媒体访问控制方式 提供多种 综合业务的宽带接入技术 所谓 无源 是指光分配网络中不含有任何有源电子器件及电子 电源 全部由光分路器 Splitter 等无源器件组成 从某种意义上说 EPON 是一种基于光纤传送网的长距离的以太网接入技术 EPON 采用点对多点架构 一根光纤承载上下行数据信号 经过 1 N 分光器将光信号等分成 N 路 以光分支覆盖多个接入点或接入用户 EPON 在传统上还有 GEPON 的叫法 这里并 不是表述错误 业界早期的 EPON 设备是基于 FE 总线的 在基于 GE 总线的 EPON 设备 推出后 为了区分称之为 GEPON 目前业界的 EPON 设备基本上都是基于 GE 总线 目 前基本上统称 EPON 一个典型的 EPON 光纤系统由光线路终端 OLT 光配线网络 OND 和光网络单 元 ONU 三大部分及其网管系统组成 其网络结构原理图如图 2 1 所示 沈阳工程学院毕业设计 第 2 章 EPON 以太网无源光网 络 7 图 2 1 EPON 接入网基本结构 如上图所示 EPON 网络的基本组成单元为光线路终端 OLT 和光网络单元 ONU 其中 OLT 位于局端 ONU 位于用户端 OLT 到 ONU 的方向为下行方向 反之为上行 方向 在 EPON 系统中 OLT 既是一个交换机或路由器 又是一个多业务提供平台 Multiple Service Providing Platform MSPP 它提供面向无源光纤网络的光纤接口 OLT 将提供多个 Gbit s 和 10Gbit s 的以太接口 支持 WDM 传输 OLT 还支持 ATM FR 以及 OC3 12 48 192 等速率的 SONET 的连接 若需要支持传统的 TDM 语音 普通电话线 POTS 和其他类型的 TDM 通信 T1 E1 可以被复用连接到 PSTN 接口 OLT 除了提供网络集中和接入的功能外 还可以针对用户的 Qos SLA Service Level Agreement 的不同要求进行带宽分配 网络安全和管理配置 根据需要 OLT 可以配置多块光线路卡 Optical Line Card OLC OLC 与多个 ONU 通过 POS 连接 POS 是一个简单设备 它不需要电源 可以置于全天候的环境中 通常 一个 POS 的分线率为 8 16 或 32 并可以多级连接 在 EPON 中 从 OLT 到 ONU 距 离最大可达 20km 若使用光纤放大器 有源中继器 距离还可以扩展 在 EPON 系统中 ONU 采用了技术成熟的以太网络协议 在中带宽和高带宽的 ONU 中 实现了成本低廉的以太网第二层第三层交换的功能 此类 ONU 可以通过层叠来为多 个最终用户提供共享高带宽 在通信过程中 不需要协议转换 就可实现 ONU 对用户数 据透明传送 ONU 也支持其他传统的 TDM 协议 而且不增加设计和操作的复杂性 在 带宽更高的 ONU 中 将提供大量的以太接口和多个 T1 E1 接口 对于光纤到家 沈阳工程学院毕业设计 第 2 章 EPON 以太网无源光网 络 8 FTTH 的接入方式 ONU 和 NIU 可以被集成在一个简单设备中 不需要交换功能 用极低的成本给终端用户分配所需的带宽 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 电话 T1 E1 等 OLT 设备则通过光纤连接到 IP 核心网络 局端 OLT 与用户 ONU 之间 仅有光纤 光分路器等光无源器件 无需租用机房 无需配备电源 无需有源设备维护 人员 因此 可有效节省建设和运营维护成本 EPON 中的 OLT 和所有的 ONU 由网元管理系统管理 网元管理系统提供与业务提供 者核心网络运行的接口 网元管理范围有故障管理 配置管理 计费管理 性能管理和 安全管理 2 3 EPON 传输原理及帧结构 在 EPON 中 根据 IEEE802 3 以太网协议 传送的是可变长度的数据包 最长可为 1518 个字节 在 APON 中 根据 ATM 协议的规定 传送的是包含 48 个字节净负荷和 5 字节信 头的 53 字节固定长度信元 显然 APON 系统不能直接用来传送 IP 业务信息 因为 IP 要求将待传数据分割成可变长度的数据包 最长可为 65535 个字节 APON 若要传送 IP 业务 必须把 IP 包按每 48 字节为一组拆分 然后在每组前面附加上 5 个字节的信头 构 成一个个 ATM 信元 此过程既费时 又增加了 OLT 和 ONU 的成本 且 5 字节信头浪费 了带宽 与此相反 以太网适合携带 IP 业务 与 ATM 相比 极大地减少了开销 4 在 EPON 中 OLT 传送下行数据到多个 ONU 完全不同于从多个 ONU 上行传送数据 到 OLT 上下行传送采用不同的技术 下行采用 TDM 传输方式 上行采用 TDMA 传输 方式 EPON 下行信息流的分发如图 2 2 所示 图 2 2EPON 下行信息流的分发 OLT 根据 IEEE802 3 协议 将数据以可变长度的数据包广播传输给所有在 PON 上的 ONU 每个包携带一个具有传输到目的地 ONU 标识符的信头 此外 有些包可能要传输 给所有的 ONU 或指定的一组 ONU 当数据到达 ONU 时 它接收属于自己的数据包 丢弃其他的数据包 EPON 下行传输帧结构由一个被分割成固定长度帧的连续信息流能成 其传输速率为 沈阳工程学院毕业设计 第 2 章 EPON 以太网无源光网 络 9 1 250Gbit s 每帧携带多个可变长度的数据包 时隙 含有同步标识符的时钟信息位于 每帧的开关 用于 ONU 与 OLT 的同步 每 2ms 发送一次 同步标识符占 1 个字节 按 照 IEEE G 802 3 组成可变长度的数据包 每个 ONU 分配一个数据包 每个数据包由信头 可变长度净负荷和误码检测域组成 EPON 下行传输帧结构如图 2 3 所示 图 2 3EPON 下行传输帧结构 EPON 在上行传输时 采用 TDMA 技术将多个 ONU 的上行信息组织成一个 TDM 信 息流送到 OLT TDMA 技术是将合路时隙分配给每个 ONU 每个 ONU 的信号在经过不同 长度的光纤 不同的时延 传输后 进入光分配器的共用光纤 正好占据分配给它的一 个指定时隙 以避免发生相互碰撞干扰 EPON 上行信息流的分发如图 2 4 所示 图 2 4EPON 上行信息流的分发 连接于光分配器的各 ONU 发送上行信息流 经过分配器耦合到共用光纤 以 TDM 方式复合成一个连续的数据流 此数据流以帧的形式组成 其帧长与下行帧长一样 也 是 2ms 每帧有一个帧头 表示该帧的开始 每帧进一步分割成可变长度的时隙 每个时 隙分配给一个 ONU 用于发送上行数据到 OLT 每个 ONU 有一个 TDM 控制器 它与 OLT 的定时信息一起 控制上行数据包的发送 时刻 以避免复合时相互间碰撞和冲突 图 2 5 中专门用时隙 3 第 3 个 ONU 的时隙 表示传送 ONU 3 的数据 该时隙各有 2 个可变长度的数据包和一些时隙开销 时隙开销 包括保护字节 定时指示符和信号权限指示符 当 ONU 没有数据改善时 它就用空闲字 节填充它自己的时隙 EPON 上行传输帧结构如图 2 5 所示 沈阳工程学院毕业设计 第 2 章 EPON 以太网无源光网 络 10 图 2 5EPON 上行传输帧结构 2 4 EPON 网络组网应用 在接入网接入方式的选择上 接入方式的选择主要由新形势下网络用户对宽带资源 的高度需求和网络服务的综合接入实现方式决定 1 带宽需求 随着网络宽带用户数量的增加 各种宽带业务的应用 以及人们对 上网业务 网络游戏 视频通信 IPTV 等业务的高带宽需求对新形势下接入网所提供的 带宽提出了很高的要求 因此新一代网络的最基本要求是为每个用户提供比现在高很多 且要有很强的带宽扩展性能 2 各种网络应用的综合接入实现网络融合 下一代接入网的应用 需要支持现有 网络提供的各种业务 让用户在业务使用上不会有大的变化 对于网络的建设要保证网 络的兼容性 对于已经组建成规模的网络要保证在其网络架构之上完善和发展相互兼容 就当前用户数量多 用户对新新业务的需求量大的特点 且在 光进铜退 背景下 大量采用 FTTB 模式进行的网络建设已成规模 鉴于以上因素考虑对于接入网的组建则选 择以光纤接入的方式组建 对于光纤接入方式组建的接入网络具有如下相应的优势 1 传输容量大 光纤工作频率很高 其可开发传输容量很大 2 传输速度快 光纤接入能够提供 100Mbps 1000Mbps 的高速带宽 3 通信质量高 光纤介质纯度极高 中继站的数量较少 提高了通信质量 4 衰减小损耗低 光纤每公里衰减比大容量通信同轴电缆衰减要低很多 5 防干扰性能好 光纤不受电气信号和雷电干扰 保密性好 6 扩容便捷 在无需更换任何设备情况下能够将现有宽带业务链路升级 7 传输距离远 光纤连接距离可达 70 公里 8 体积小 重量轻 同时有利于施工和运输 9 节约有色金属 光纤本身是非金属且原料广泛 基于光纤传输架构的网络 IP 化融合的发展方向 EPON 接入方式则成为现时期接入 网的最佳实现方式 EPON 组网应用原则有以下几种 1 光线路终端布放原则 沈阳工程学院毕业设计 第 2 章 EPON 以太网无源光网 络 11 光线路终端布放位置一般有以 3 种方式 OLT 放置于中心机房 CO 即交换机房 数据机房等现有机房 其特点为覆盖 范围大 便于操作和管理 适于早期用户比较少或集中管理的场景 远端中心机房 其特点为覆盖范围适中 便于操作和管理 同时兼顾容量和资源 户外机房或小区机房 其特点为节省光纤 但管理和维护困难 覆盖范围比较小 需要解决供电问题 一般不建议采用这种方式 OLT 位置的选择 主要取决于实际的应 用场景 一般建议将 OLT 放置于中心机房 便于维护与管理 节省运维成本 同时便于 资源共享 节省资源 2 分光器布放方式 分光器可采用一级或多级分光 分光方式一般采用等功率方式 也可采用不等功率 的方式 主要取决于地形和潜在用户分布等因素的影响 一级分光适用于密型布局 分光器采用一级分光时 PON 端口一次利用率高 易于 维护 其典型应用于需求密集的城镇 如大型住宅区或商业区 二级分光 适用于稀疏型布局 分光器采用二级分光时 故障点增加 维护成本 高 熔接点 接头增加 分布较灵活 典型应用于需求分散的城镇 如小型住宅区或中 小城市 多级分光 适用于稀疏型布局 分光器采用多级分光时 同样故障点增加 维护 成本很高 熔接点 接头增加 分布非常灵活 其典型应用于成带状分布的农村或商业 街 对于城市住宅小区等环境的应用 由于业务分布比较均匀 一般采用等功率分光 对于农村 矿区 沿海或河床的养殖基地 商业街等特殊环境的应用 由于业务分布极 不均匀 可采用不等功率分光 3 分光器布放原则 分光器放置于中心机房 便于管理和维护 但由于光纤量比较大 网络弹性不足 实施费用比较高 没有充分发挥 PON 网络的优势 分光器放置于远端中心机房 集中分光 便于安装 网络结构比较简单 用户密 度比较高时 总的建设费用较低 分光器放置于地下室 节省光缆 充分发挥了 EPON 的优势 建设费用很低 但 管理与维护工作量较大 4 光网络单元布放原则 根据 ONU 布放的位置 可将 EPON 分为以下几种场景 光纤到户 FTTH 光纤到大 楼 FTTB 光纤到节点 FTTN 等 FTTH 方式 FTTH 即光纤到户方式 适用于用户居住比较分散且用户对带宽的要求较高的区域 如别墅区 而且开发商有积极性参与网络建设 此时组网方式一般采用从局端的 OLT 引 出光缆到别墅区 在别墅区内一个相对中心位置放置分光器 然后通过小芯数管道光缆 或新型的小芯数直埋光缆连至用户家中的 ONU 可以根据用户需求在用户家中连接交换 机或集线器 HUB 供多个设备连接 沈阳工程学院毕业设计 第 2 章 EPON 以太网无源光网 络 12 FTTB 方式 FTTB 方式适用于在单栋商务楼用户相对数量不多 带宽要求不高的场景 一般的组 网方式为从局端 OLT 引出光缆到商务楼附近的光缆交接箱 在光缆交接箱中放置分光器 从交接箱引光缆至大楼 ONU 放置在大楼交接间 通过交换机为楼内用户提供宽带上网 业务 在这种情况下 建设时需要根据用户带宽需求及数量选择合理的分路比 FTTN 方式 FTTN 方式则是带宽与投资的折衷 FTTN 在满足用户带宽需要的提下 采用最新的 数字用户线 DSL 技术 尽量使用长的双绞线 以提高 ADSL 接入复用器 DSLAM 节点的 用户容量 从而减少节点数量 减少投资和维护成本 对于 EPON 工程 可根据下列接光接入网常用的工程数据估算本工程 ODN 的传输损 耗 工程建议 ODN 衰耗 10 26db 一般为 22dB 单模光纤衰耗 0 34 dB km 光纤跳纤 尾纤插入损耗 0 1db 0 3db 法兰盘插入损耗 0 4db 1 2 分光器插入衰耗 3db 1 4 分光器插入衰耗 6db 1 8 分光器插入衰耗 9db 1 16 分光器插入衰耗 12db 1 32 分光器插入衰耗 15 5db OLT 光功率 接收 1 24db 1310nm 发送 2 3db 1490nm ONU 光功率 接收 3 24db 1490nm 发送 1 4 1310nm 对于 OLT 和 ONU 设备正常的收发光功率如下 在实际工程设计中要确保网络光功 率衰耗值在相应设备的收发光功率范围之内 面对小区用户宽带业务需求情况差异 本次工程初期首先为用户提供宽带上网和 VOIP 语音业务 同时为后期将要开展的 VOIP 业务和相应的数据增值业务做好准备 对 于本次建成的网络将可以为用户提供足够的带宽 实现高质量的数据接入业务 VOIP 业 务 IPTV 流媒体业务 网络要具备良好的扩展和升级能力 在未来可以有效支持三网合 一的业务需求 EPON 作为一种新兴的接入网技术 非常适合光纤接入网络 FTTB FTTH 建设 从运营商的角度来看 无源的特性可以降低建设 管理和运营成本 提高投资回报率 增加新的赢利机会 EPON 网络的体系结构非常适合接入网建设 使运营商可以快速有效 地开展业务并易于进行网络扩展 EPON 提供的高带宽将满足用户对网络带宽日益增长的 应用需求 使运营商开展多业务有可靠的网络资源保证 EPON 网络的兼容性良好 可以 和现有网络很好地融合 EPON 在提供上述优点的同时 还具有其他 FTTX 技术无可比拟 的经济性 可以减少投资和长期建设成本 沈阳工程学院毕业设计 第 3 章 工程案例设计 13 第 3 章 工程案例设计 3 1 工程网络设计规划 3 1 1 实际业务需求 根据实际调查情况 在本次工程设计案例中 确定这个小区有 12 幢楼房 每幢楼包 含 40 个住户单元 一共有 480 个住户单元 另有其他相应的商业店铺和机关单元若干 由于小区主要以住户宽带需求为主故本方案主要考虑住户的接入初期为用户首先提供宽 带上网和语音业务 后期需要开展 IPTV 及其他数据增值业务 后期商业 机关的接入问 题可根据实际情况调整 在本次工程前期规划中主要是满足 480 住户单元的宽带和语音 需求 且网络的部署需要支持后期其他业务的开展并有足够的扩容空间 3 1 2 主要解决问题 1 用户数据带宽需求分析 由于用户对网络资源的需求及使用日益增多 为了保证新组建的接入网络能够适应 用户上网速率的需求 在本次工程前期规划中为每个用户单元规划的基本带宽为 2M 在 本次工程规划中 共有 480 个用户单元 用户数据则保证带宽需要达到 960M 应后期可 能存在的其他用户更高带宽的需求 本次部署需要保证网络的基本带宽为 1G 另外作为 后期网络业务 IPTV 的推广应用 高带宽的保证是满足视频业务实现的前提 以现有用户 数量为基础 作为后期网络视频业务的推广应用 需要有 1G 带宽资源作为本小区后期视 频业务基本带宽保证 应上述网络业务应用需求 这次网络数据规划基本带宽为 1G 用于 满足用户宽带数据的应用需求 在总体网络部署中需要实现网络带宽方便快捷的扩容到 2G 带宽用于实现视频业务应用 2 网络对接及部署分析 本次工程采用 EPON 接入方式组建网络 其网络基本单元为局端 OLT 设备和终端 ONU 设备 通过光纤和无源设备分光器将 ONU 和 OLT 连接起来组建网络 在本次工程 中规划为 480 个用户单元 作为终端设备 ONU 假设其提供的网络接口数量为 24 个 则 需要的网络设备为 24 个左右 由于网络宽带业务和后期视频业务带宽需求达到 2G 即 12 个 ONU 设备需求总带宽为 1G 而作为 EPON 网络 OLT 侧 设备每个 PON 口提供的 带宽为 1G 因此 网络总体需要 OLT 侧为 2 个 PON 口 每个 PON 口为下面所接的 12 个 ONU 设备提供高达 1G 的带宽资源 另外每个 PON 口下接 12 个 ONU 设备时选择 1 16 分光器可以满足用户接入需求和扩容需求 一般而言 EPON 网络的光纤传输损耗为 22db 而 1 16 分光器的插入损耗为 15 5db 在传输损耗范围之内 另外工程中光纤传输采 用单模光纤传输 其光纤的损耗小于 0 34 dB km 假设小区到机房距离为 5km 其光纤 损耗也在 2db 之内 满足网络的光纤传输损耗 在本次工程中分光器选择布放在小区旁 光交中 从局端 OLT 设备直接通过一根光纤连接到小区光交中 再从光交通过 2 个 1 16 沈阳工程学院毕业设计 第 3 章 工程案例设计 14 分光器分光后 分别连接到小区 ONU 设备单元 这种部署方式减少了光纤的连接投资 从 OLT 侧到小区光交只需要一根光纤就实现了 20 多个终端设备的接入 另外在整体传输 方案中只需要两个无源设备分光器的接入 就只可以简化网络的部署结构且降低了网络 的维护成本 5 3 1 3 实际组网方案 本方案使用华为 MA5680TOL