#2光传输、SDH、PDH、PCM、E-PON、M无损切换设备、光电一体应急通讯设备

1、通讯产品：光传输、SDH PDH PCM E-PON 2M 无损切换设备、光电一体应急通讯设备；视频监控产品：视频会议系列、视频监控、编解码器；信息化产品：数据库自动监测故障修复系统、万兆级防火墙；电源产品：开关电源、UPS 电源监控、电源保护设备、蓄电池、OBO 防雷全系列产品；EPO全新的宽带接入技术 无忧教程网整理摘要本文全面地介绍了目前一种先进的宽带接入技术一一以太无 源光纤网络(EPON 接入技术，介绍了 EPON 勺工作原理以及技术特点。 关键词 宽带接入 点到多点 EPON ONU OLT1 无源光纤网络的发展过程无源光纤网络为服务供应商的中心机房和商业及居民客户之间解决了最后一

2、公里的网络通信基础。 众所周知，在接入网和本地环路 中，在最后一公里的居民区范围里，电话铜线和 ATV 的同轴电缆的分 布占有很大的优势。在城域范围内，商业用户比较集中的区域一般采 用高容量的SONE 环、光纤 T-3 线路或者基于铜线的 T-1 来解决用户 接入问题。一般说来，租用一条 T-3(45Mbit/s)或 OC-3(155Mbit/s)线路， 每个月的租金至少需要 2000030000 元，只有大型企业才能够负担 这样高昂的费用。对于中型规模的企业，通常会选择 T-1 接入，月租 金大约为 3000 元。但是大多数小规模的企业和广大住宅用户只能采 用基于电话线路的窄带接入（POTS

3、 和拨号）。现在，DSL 和 Cable Modem 作为过渡技术， 提供了比较便宜的数据传输服务，但是这些技术也有 其缺点，如实施比较困难，施工周期比较长，带宽受到传输距离和现 有线路的质量影响较大，对话音服务支持不好等等。虽然接入网技术的发展相对缓慢， 远距离网络传输的带宽却因为波分复用（WDM 等新技术的使用而迅速增长。近来WDM 已经开始渗透 到城域网范围。和此同时，企业内部的局域网已经从 10 Mbit/s 升级 到 100Mbit/s ，其中很多不久还会升级到 1000 Mbit/s 。城域网具有 巨大的带宽容量，末端用户的带宽需求也不断增长， 而“最后一公里” 的接入就成为了两者

4、之间的瓶颈。根据 Vertical Systems Group 的 调查，在 1999 年，76的美国商业用户，其公司所在位置方圆一英 里范围内都有光纤接入点，但是却没有光纤连接到公司。近年来，运 营商们一直在设法给网络市场的接入段提供廉价的宽带。 然而，接入 网中存在大量的断点。 虽然在长距离传输网和城域段中的投资已经很 大，但在网络的边缘却发展很慢。 技术和经济的原因阻碍了接入市场 上廉价宽带的采用。人们关注 PON 技术已经超过十年了。最近，由于光部件价格的大 幅下降和终端用户带宽需求的增长，PON3 经显示出了它的经济性和 技术上的可行性。无源光纤网络技术可以为最终用户提供至少达到 T

5、-1 到 OC-3 的接入带宽，从而消除接入中最后一公里的带宽瓶颈。 无源光纤网络主要有两种类型： ATM PO 和 Ethernet PON。(1) ATM PONATM PO 是 FSAN(Full Service Access Network) 联盟于 90 年代 中期开发完成的。 当时为了制定一个基于光纤能够为商业用户和居民 用户提供包括 IP 数据、 视频、 以太网等服务的标准， 顺理成章地选 择 ATM 和 PON分别作为网络协议和网络平台，因为当时 ATM 被看作是 能够提供各种类型通信的唯一协议，而 PON 是最经济的宽带光纤解决 方案。后来 FSAN 使用的 ATMPON 格

6、式成为 ITU 的标准，即 ITU-T Rec. G.983。然而 APON 接下来的发展并不如意，各个 APONT商的产品目 前仍然难以实现互通，APON勺市场也并没有打开。(2) Ethernet PON由于技术和市场的原因使得 ATM 已经从局域网上全面败退。和此 同时， IP/Ethernet 却越来越得到人们的青睐。以太网的传输速率从10 Mbit/s 、100 Mbit/s 发展到 1000 Mbit/s ，现在 10Gbit/s 的以太 网也已经投入使用。由于DWM 等新技术在以太网中的使用使得IP/Ethernet 逐步走向 WANKMAN 市场。目前，包括 Salira 在内

7、的一些新兴公司认为，把 Ethernet 和 PON 技术结合起来可以克服 ATM POI 的很多缺点，例如缺乏视频传输 能力、带宽有限、系统复杂以及价格昂贵等等，利用 Ethernet 的简 单性，从而在接入网上提供低价格高效率的宽带。Salira 的 首 期 目 标 是 FTTB(fiber-to-the-business) 和FTTC(fiber-to-the-curb) 系 统 ， 然 后 再 发 展 到FTTH(fiber-to-the-home) ，通过一个简单的平台为用户提供包括数据、视频和语音在内的全面服务。EPON 可以提供比 APON 更高的带宽 和更全面的服务，成本却很低

8、，同时 EPON 的体系结构也符合 G.983 标准的大多数要求。从 2000 年开始， Ethernet over PON 的概念开始引起设备供应 商和运营商的很大兴趣。在 IEEE802.3 EFM(Ethernet for the First Mile) 研究组的头两次会议上， 压倒多数的人投票同意继续研究这个 课题， 并加速 EPON勺标准化工作。这个组织已经指出了以 Ether net 为中心的 EPON 勺许多优点，包括成熟的协议，易于扩展，面向用户 以及采用现成的知识和技术等等。共有 69 个公司参加了 EFM/、组， 包括 3Com、 Cisco Systems 、Intel

9、、 Salira 和 Alloptic 等等。2 EPON 的工作原理EPON 是几种最佳的技术和网络结构的结合。 EPON 采用点到多点结构，无源光纤传输方式，在以太网之上提供多种业务。目前，IP/Ethernet使用占到整个局域网通信的 95%以上，EPON 由于使用 上述经济而高效的结构， 从而成为连接接入网最终用户的一种最有效 的通信方法。10Gbit/s 以太主干和城域环的出现也将使 EPON 成为未来全光网 中最佳的最后一公里的解决方案。在一个 EPON 中，不需任何复杂的协议，光信号就能精确地传送 到最终用户， 来自最终用户的数据也能被集中传送到中心网络。 在物 理层，EPOr

10、使用 1000BAS 啲以太 PHY 同时在 PON 勺传输机制上， 通过新增加的 MA(控制命令来控制和优化各 ONI 和 OLT 之间突发性数据通信和实时的 TDMI 通信，在协议的第二层，EPON 采用成熟的全双 工以太技术，使用 TDM 由于 ONI 在自己的时隙内发送数据报，因此 没有碰撞，不需 CDMA/CD 从而充分利用带宽。另外，EPON 通过在 MAC 层中实现802.1p来提供和 APON类似的QoS 亠个典型的 Ethernet over PON 系统由 OLT ONU POS 组成。OLTQptical Line Terminal)放在中心机房(CO,Central O

11、ffice) ,ONU(Optical Network Unit)放在网络接口单元(NIU:Network In terface Un it)附近或和其合为一体。POS(Passive Optical Splitter)是无源光纤分支器，是一个连接 OLT 和 ONL 的无源设备，它的功能是分发下行数据并集中上 行数据。在一个 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(MSPP),它提供面向无源光纤网络的光纤接口。根据以太网向城域和广域发展的趋势，OLT 上将提供多个 Gbit/s 和10Gbit/s 的以太接口，支持 WDM 传输。为了支持其他流行的协议，

12、OLT还支持 ATM FR 以及 OC3/12/48/192 等速率的 SONET 勺连接。女口 果需要支持传统的 TDM 舌音，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 的不同要求进行带宽分配、 网络安全和管理配置。OLT 根据需要可以配置多块 OLC(Optical Line Card), OLC和多个 ONUS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。一般一个 POS 的分线率为& 16 或 32,并可以多级连

13、接。在 EPON 中，OLT 到 ONU 间的距离最大可达 20 km,如果使用光纤放 大器(有源中继器 )，距离还可以扩展。EPON 中的 ONU 采用了技术成熟而又经济的以太网络协议。 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 功能。这种类型的 ONU 可以通过层叠来为多个最终用户提供很高的 共享带宽。因为都使用以太协议,在通信的过程中,就不再需要协议 转换，实现 ONU 对用户数据的透明传送。ONU 也支持其他传统的 TDM 协议,而且不会增加设计和操作的复杂性。在更高带宽的 ONU 中, 将提供大量的以太接口和多个T1/E1 接口。当然，对于光纤到家(FT

14、TH) 的接入方式, ONU 和 NIU 可以被集成在一个简单的设备中,不需要 交换功能,从而可以在极低的成本下给终端用户分配所需的带宽。远程业务分配控制(remote provisioning)管理可以让运营商通过 对用户不同时段的不同业务需求做出响应, 这样可以提高用户满意度。 运营商可以通过中心管理系统(central management system)对OLT ONU等所有网络单元设备进行管理，还可以为用户提供可管理的 CPE 业务。PON 系统可以很灵活地根据用户的需要来动态分配带宽，例如：一个互动游戏的开发者, 平时需要 5Mbit/s 的带宽和其公司交流信息, 而当他准备在他的

15、网站上发行一个受欢迎的游戏时, 运营商就可以在 游戏发行期间,根据用户的要求,为其分配更多的带宽。带宽的分配 可以很细密的方式进行，最小可以 64 kbit/s 为单位增加或减少，这方 面和 SONET/SDH 勺呆板结构完全不同。3 EPON 和 APON 的比较虽然EPON和APON都采用PON结构作为物理层的传输访问技术， 然而两者在许多方面存在巨大的差异。在 1995 年，ATM 技术的全盛 时期，ITU（International Telecommunications Union 和 FSAN（Full ServicesAccess Network）联盟建立了 ATM 标准，并把它作

16、为在 PON 之上的第 二层的帧和封装技术。自那以后，许多设备供应商都在开发 APON 的 产品。然而到现在，为了克服 APO N 的一些固有弱点，设备商和运营 商们的兴趣转到了 EPON 上。由于难以提供 OC-12 以上的高带宽来满足突发式的光传送和接 收需求，也由于在 ONU 上需要进行复杂的协议转换，APON 的发展受 到很大限制。众所周知，5 字节的 ATM 头相对于 48 字节的数据来说，带来超过 10%的带宽损失。相反，在 EPON 系统中，由于高效的帧结 构和对可变长度以太 MAC 帧的灵活支持，协议所带来的带宽损失只 有 2%3%。从光传输的角度来说，ONU 上行传输码速必须

17、和 PON 的线速度成比例。由于距离的差异，OLT 突发模式接收器只能有很短 的时间 （几个字节周期 ）来响应单个 ONU 的突发光传输以及调整相位 和数据恢复。所有这些突发模式的传输都相当复杂而且设备昂贵， APO N 中过高的带宽的损失带来了更高的成本。另外，由于以太帧在 长度上的灵活性，可以通过 MAC 控制命令和一些特殊的帧（如 PAUSE 帧）来优化 EPON 的传输处理。从数据处理方面来看， 在 APON 中， 用户数据必须要在协议转化（TDM用 AAL1/2，数据包传输用 AAL5）下传送。这种转换对于高带宽 难以适应，而执行这种功能的设备，包括一些相关的附属设备，如信 元存储器

18、(cellmemory)、胶合逻辑(glue logic)等也给系统增加了不少成 本。为了降低过高的系统成本， 特别是对于用户单元和外部设备大大 超过CO 设备的容量的接入网，复杂的处理功能必须从ONU 移到在CO 的设备，即 OLT 中。APON 禾口 EPON 不同，它必须使用 AAL1/2 SARAAL5 SAR 或其他 ATM 技术转换所有用户端通信并传输到网络端，为 了执行这些转换，需要许多额外功能的 ASIC 设备。从连接和流管理 的方面来看，APON 的 ONU 需要实现 IP 流和 ATM 虚连接(VPC VC(相 互间的映射功能。 这同样需要额外的处理能力， 从而导致更高的设

19、备 成本。另外，从总带宽上来说，APON 能支持的比 EPON 少的多，那 么每个 ONU 上的接口数量和连接的用户数也相应减少。相对来看， 单端口的成本就增加了。现在，无论是长距离的核心传输网络， 还是城域接入网汇聚层部 分，数字通信技术已经从 ATM 为中心，逐渐转移到以 IP 为基础来提 供视频、音频和数据通信了。 只有适应当前接入和未来网络核心技术 的接入网络结构才能推动未来的全光 IP 网络成为现实。想象一下这 样的前景，不需要额外的协议转换， 支持一致的端到端连接服务模式， 设备成本低廉，操作和维护简单。换句话说，这是一个端到端的 IP 光网络。它将产生巨大的效益，也将保护运营商在

20、接入网中的投资。 4 EPON 和其他接入技术的结合除了将在 FTTB FTTC 等结构中扮演重要角色之外，EPON 也会用于推动其他各种接入网技术的使用使用 EPON 能使 DSL 突破传统的 1800 英尺的距离，从而增加约50%的用户。当把 ONU 集成到 DSLAM(Digital Subscriber Line AccessMultiplexer)时,DSL 可以到达的范围和其潜在的用户群都会大大增加。同样，通过集成 ONU 到 CMTS(Cable Modem Termi nation System)EPON 可以用来给现有的 Cable 连接提供带宽，而且可以让有线电视 运营商实

21、现真正的交互式服务，同时还可以降低建设和运营成本。在这两种情况中，运营商都可以在他们现有的网络结构和投资的 基础上，增加他们的用户群体。EPO N 还可以在距离上拓展点到点的MSPP(Multiple Services Provision Platform 和 IP/Ethernet。如果将 OLC 集成到高层建筑的中心网络设备中，那么这些运营商就可以保护原有 的点到点光纤系统投资的基础，而通过邻接一个小规模的 EPON 系统 来增加用户数。在不久的将来， 以太数据将可以直接在 VDSL 甚高速数字用户线)上传输，将不再需要协议转换。这是一种在现有用户端的铜线结构基 础上提供础上提供高带宽的十

22、分经济的方式。高带宽的十分经济的方式。最后，EPO N 技术还可以用来给固定的无线发射塔提供带宽，也可以很好地解决无线接入技术中如何将上行数据汇集到CO 的问题。EPON 能够给各种运营商带来更好的效益，所以我们相信，EPON的使用首先是从加强利用现有的铜线和同的使用首先是从加强利用现有的铜线和同轴电缆轴电缆资源廿始。资源廿始。5 EPON 带来的好处EPON 给运营商带来的好处是多方面的。其中最重要的一点就是， 从单个用户的角度来看，点到多点的以太网结构为用户提供了一种非常低廉的宽带解决方案。 吉比特以太网能提供很高的带宽， 这意味着 运营商可以为极大数量的用户提供宽带服务。 网络一旦建立起

23、来， 服 务的提供和管理都可以在中心机房进行， 这就避免了来回奔波以及其 它一些不菲的管理和维护的费用。 另外，运营商可以根据不断变化的 用户需求和相应的 SLA(ServiceLevel Agreement)来动态地进行带宽分 配。随着以太网速度的提高，运营商拥有可扩展的网络基础设施，这 也能够应对将来宽带业务的需要。 而且，由于只需按照目前的需要进 行建设，并根据市场的需求曲线增加投入和提供服务， 运营商们可以 从分散投资中受益。因为一个小型的 OLT 可以支持大量的用户，而中 心机房的初期投资也很少。6 实现 EPON 的技术难点要实现 EPON 需要解决以下技术难点：(1) 如何通过无源光纤网络来传输标准的以太协议？因为目前的以太 协议是通过铜线或者点到点结构 (point-to-point) 的光纤传输的，而 PON 是一种点到多点(point-to-multipoint)的光纤结构。如何解决光纤点到多点拓扑结构中的突发模式(burst mode)问题?因为传统的以太是基于共享介质的，仅适合于LAN,但是不适合接入传输技术；现代的以太可以支持基于点到点的光纤结构， 但是其成本 高、扩展性差。(3) 由于突发模式的光信号来自不同的端点,所以可能导致光信号的 偏差,如何消除这种偏差