基于EPON的小区三网融合方案实现

1、 【本文献信息】余宏博,孙运龙,韩一石.基于EPON的小区三网融合方案实现J.电视技术,2013,37(S1.基于EPON的小区三网融合方案实现余宏博,孙运龙,韩一石(广东工业大学信息工程学院,广东广州510006【摘要】本方案采用EPON技术,提出了一种整合互联网、有线电视网及电话网的综合服务小区三网融合方案,该方案在局端实现了数据、视频、语音的融合,在用户端将视频、数据、语音信息集成在一台设备中,实现了小区三网融合。详细介绍了组网方案,包括接入网组网设计、系统主要设备和技术指标、基于EPON的小区业务接入。【关键词】EPON;三网融合;OLT;ONU【中图分类号】TN915.63;TN94

2、【文献标志码】AImplementation of Triple Play in Residential Quarters Based on EPONYU Hongbo,SUN Yunlong,HAN Yishi(School of Information Engineering,Guangdong University of Technology,Guangzhou510006,China【Abstract】The EPON technology is adopted and a scheme of tri-network convergence which make a integrati

3、on of Internet,wire line television broadcasting and telephone communication is proposed.The data,video and voice are integrated in the central office and video,data and voice information are integrated in a single device at the client.Tri-network convergence can be achieved with this scheme The sch

4、eme of constructing network,inchuding the design of access network,the systern devices and technical specifcations and the cell service access based on EPON are introduced.【Key words】EPON;triple play;OLT;ONU三网融合是指广播电视网、电信网、互联网在向数字电视网、宽带通信网、下一代互联网演进过程中,三大网络通过技术改造,其技术功能趋于一致,业务范围趋于相同,网络互联互通、资源共享,能为用户提供

5、语音、数据和广播电视等多种服务。三合并不是意味着三大网络的物理合一,而主要是指高层业务应用的融合域,即在同一网络中可以同时开展语音、视频、数据等不同业务,在国际上通称为Triple Play。而实现三网融合的关键技术之一就是接入网技术1,由于我国传统铜线接入网的带宽普遍过窄,影响我国网络经济的快速发展。因此三网融合的关键在于接入网的建设与发展,而光通信的发展,保证了综合传输各种信息业务所需要的带宽和传输高质量,为“三网融合”提供了可靠平台,所以光接入网是今后接入网的发展方向。1EPON解决方案的优势以太网无源光网络(EPON2-3,是IEEE在2004年正式推出的标准,其相对其他类似技术的优势

6、有以下几个方面4:1与现有的以太网兼容。EPON采用以太网的传输格式,同时以太网也是用户局域网的主流技术,二者具有天然的融合性,消除了复杂的传输协议转换带来的成本因素5。2带宽高。EPON目前可以提供上下行对称的1.25Gbit/s的带宽6,并且随着以太网技术的发展可以升级到10Gbit/s7。3前期投资成本低,后期扩容与维护简单。采用单纤波分复用技术(下行1490nm,上行1310nm,一根主干光纤和一台OLT的传输距离即可达20km。在ONU侧通过光分路器分送给多个用户,因此可大幅降低OLT和主干光纤的成本压力,同时由于减少了光纤和光器件的使用,也降低维护成本,并且EPON采用点对多点的结

7、构,只需增加ONU数量和少量用户侧光纤即可方便地对系统进行扩容升级8。4带宽分配灵活,保证服务质量。上下行均为千兆速率,下行采用针对不同用户加密广播传输的方式共享带宽,上行利用时分复用(TDMA共享带宽9。并可方便灵活地根据用户需求的变化动态分配带宽。采用IEEE802.3以太网的格式进行传输,配合电信级的网管系统,保证传输质量。2组网方案2.1基于EPON的小区接入网组网设计基于EPON技术的优势,本文提出了一种基于EP ON的小区三网融合方案,在方案中用3个用户家庭来模拟一个小区。组网设计如图1所示,由4个主要部分组成:光线路终端(OLT、光分路器(ODB、掺铒光纤放大器(EDFA和光网络

8、单元(ONU。OLT提供一个光接口通过EDFA与光分路器相连,为光接入网(OAN提供了电话网(VoIP和互联网(Internet两个网络的业务接口。OLT安装在端局提供了ONU所需要的业务传输方式。ONU则通过光接口与光分路器相连,从而实现了光纤到户。光分路器则是OLT与ONU之间的传输媒介,通过光分路器实现OLT与多路ONU相连。EDFA 是将通过光发射器后的有线电视网(CATV信号放大到所需功率后与OLT下行信号耦合。OLT上联接口分别连接互联网和电话网。从电信网线连接OLT的上联千兆接口。电信语音信号通过软交换后接入OLT的上联百兆接口中。OLT的下行通过光纤广播到各个ONU,各ONU根

9、据自己所属的地址码来接送信息。每个OUN通过百兆下联口直接连接计算机及语音设备。CATV信号在经过分光器转换成光信号后,再由EDFA与OLT下行信号耦合成1路信号向ONU广播。ONU通过解调后,转换成电信号接入电视机。ONU的上行信号使用时分复用技术,传输到OLT,实现OLT与0NU之间全双工通信。在OLT端配有网管服务器,可以对网络进行综合管理。2.2系统主要设备和技术指标本方案在设备选型上采用了烽火AN5000系列PON产品。OUN采用烽火AN5006型设备,OLT采用AN5516型设备。1光网络单元(ONUONU能实现用户端业务的接入传输和二层交换,AN5006型ONU结构见图2所示。本

10、设备共分为核心部分、业务部分、公共部分3个模块。核心部分通过ODN接口与ODN用于接收和发送业务信号。复用/解复用功能下行,对接收到的混合业务信号中不同波长的信号进行分解,得到不同波长的单波信号,并通过交换功能发送到相应的端口;上行时将多个单波信号复用至1个信号。业务部分通过用户端口将接收到的信号传送给相应的用户终端,同时将接收到的信号交给核心部分处理。本方案中的ONU设备,有1个用于传输有线电视信号的CATV接口,2个用于传输语音信号的POTS接口,4个用于传输数据信号的FE接口。公共部分则包含电源和OAM(Operation Administration and Maintenance模块

11、。本设备提供的OAM能力包括自环测试、故障监测等内容。通过OLT网管服务器可对本设备上的OAM 信息进行监测。2光线路终端(OLTOLT能实现综合业务的接入和以太网的二层交换,AN5516型OLT主要部分结构如图3所示。AN5516型OLT在本方案中有3个主要模块:上联盘、核心交换盘(主/备和EPON接口盘。上行EPON接口盘将EPON数据流转换成标准的以太网数据流,通过背板的10GE总线送入核心交换盘。核心交换盘对各种业务进行存储,其中,IP数据业务以及需要通过VoIP网络传到其他设备或站点的语音业务,被转收到上联盘,通过上联光接口或电接口传送进Internet或VoIP网络中。图1小区接入

12、网的拓扑图 下行信号与上行信号的处理过程相反,从各个网络中传送到AN5516设备的业务信号被转化成EPON 数据流后,再送到各个ONU 。2.3基于EPON 的小区业务接入宽带数据业务是EPON 系统所能提供的最基本业 务,在本方案中,所有数据业务用户均采用与运营商相同的接入认证方式接入到Internet 中,在终端计算机上安装PPPOE 拨号软件,通过ONU 设备透传到OLT ,再由OLT 设备认证报文送往BAS (Broadband Access Server 设备进行认证,认证通过后,终端用户从BAS 地址池中获取IP 地址,通过BAS 连接到Internet 网络。ONU 设备下行FE

13、 端口通过双绞线连接到用户个人计算机上,上行PON 口与OLT 互通;OLT 设备上行通过GE 端口与Internet 网络。拓扑结构图如图4所示。 对于终端用户的带宽控制,可采用两种方式:固定宽带分配(SBA 和动态带宽分配(DBA 。其中固定宽带业务的分配方式即为每个用户设定相应的带宽上限。可以有效利用现有的网络资源和维护方式,引入较为容易,但这种方式的带宽提供欠灵活。相对于固定带宽分配,动态带宽是指OLT 基于用户的业务等级协议(SLA ,结合ONU 的本地队列状态汇报或者业务预测动态地给ONU 发布上行业务授权。其优点是实现高效的上行带宽利用率和服务质量保证,因此本方案的带宽控制采用动

14、态带宽分配,即通过OLT 端的网管服务器对ONU 的优先级的设置来实现动态带宽分配。对于语音业务的处理,提供软交换的解决方案,OLT 通过内置呼叫控制模块与软交换相连从而实现语音业务的开通,在本方案中,OLT 设备通过上行FE 端口与软交换系统对接,下行PON 口连接到ONU 设备上,ONU 设备通过POTS 端口连接到每一个电话机终端上。拓扑结构如图6所示。本方案中ONU 和软交换之间使用SIP 协议,下行时软交换通过语音压缩算法对语音编码进行压缩处理,即对语音包以特定的帧长进行压缩编码,编码后把n 个压缩的帧合成1个压缩的语音包送入处理器,处理器为语音包添加IP 包头、级别和其他信息后,通

15、过网线传送到OLT 的FE 端口。OLT 再将FE 口接收到的IP 语音包后转换成光信号,通过PON 口将信号传送到分光器,以广播的方式发送到每一户的ONU 设备,相应的ONU 设备接收语音信号。ONU 对收到的光信号首先转换成IP 语音信号,再对其进行包拆分、去IP 包头,保留原始的语音信息。上行时,ONU 对接收到的语音信号进行压缩编码,再转换成光信号,通过光纤上传到OLT 的PON 口。OLT 内置呼叫控制模块将PON 接收到的语音包通过FE 端口发送给软交换,软交换再对收到的IP 语音包进行包拆分,去IP 包头,保留原始的语音信息后发送到传统的电话网。 (下转第80页本方案中软交换与E

16、PON 系统之间的连接需要在OLT 网管服务器上进行配置。配置过程主要分为:NGN 上联接口配置、NGN 上联用户数据配置和ONU 端口语音业务配置。NGN 上联接口配置如图7所示,在网管界面中核心交换盘上的“配置”选项下的“语音配置项”中选择“NGN 上联接口”对OLT 到软交换接口进行配置。主要配置选项有:1MGC 协议,选择工程上所使用的协议类型,在本方案中选择SIP 协议。2MGC1IP 地址或域名地址,填写主用软交换的IP 地址。用于和软交换通信。3MGC1端口号,根据对应语音协议填写对应端口号,本方案使用SIP 协议对应5060端口。4SIP 注册服务,填写SIP 服务器的IP 。

17、配置完成后和实现OLT 内置呼叫模块和软交换之间接口连接,进而实现了两者之间的信息传输。NGN 上联用户数据配置如图8所示,在网管界面中核心交换盘上的“配置”选项下的“语音配置项”中选择“上联用户数据”将软交换中的用户数据配置到OLT 上,从而实现两者之间的用户信息匹配。主要配置选项有:1端点域名:填写软交换分配的语音网关(IAD 对应端点域名。2ONU 协议端口:填写对应语音协议的端口号,本方案使用SIP 协议为5060端口。3端点用户名:填写软交换分配给IAD 的端点用户名。4SIP 协议认证用户名:填写软交换分配的SIP 认证用户名。5SIP 协议认证用户密码:填写软交换分配的SIP 认

18、证用户密码。6电话号码:此号码为OLT 与IAD 之间的逻辑关系,可任意填写,但使用SIP 协议时则必须与实际号码一致。ONU 端口语音业务配置如图9所示,主要配置选项“电话号码”应与NGN 上联用户信令数据配置中的电话号码相对应。通过配置后,ONU 可以通过OLT 与软交换之间进行语音信号的通信,最终实现语音业务的开通。在本方案中,广电接入的数字有线电视信号接入光发射机,再将光发射机发射的1550nm 波长的有线电视信号通过EDFA 整合到EPON 系统中,在EDFA 至ONU 之间的尾纤上透传3个波长的信号(ONU 到OLT 上行1310nm 波长信号、OLT 到ONU 的下行1490nm

19、 波长信号、有线电视1550nm 波长信号。ONU 设备将有线电视信号还原再通过CATV 端口连接到电视机,如图10所示。3实现与总结基于EPON 的小区三网融合方案在实验室中已经完成了设备的搭建,如图11 所示。 (上接第73页(上接第77页图11左半部分是模拟小区的3个用户家庭,右半部分则是OLT 和OLT 网管服务器用于模拟局端。设备搭建完成后进行小区三网融合的实验,在实验室的环境下,3户家庭实现了同时访问互联网、收看有线电视以及电话呼入呼出。3户家庭之间可以实现相互电话呼叫,通过OLT 网络管理服务器配置可以实现用户之间的网络通信。随着我国三网融合业务的全面推进,小区接入网将成为实现三

20、网融合的关键。本文介绍了基于EPON 的小区三网融合的方案,并在实验的环境下完成了测试,为未来小区的三网融合提供了一种可行性方案。参考文献:1徐民鹰,刘信圣.三网合一技术基础M.北京:中国国际广播出版社,2003.2IEEE802.3EFM Task Force ,EPON P2P emulation and downstream broadcast baseline proposalS.2004.4徐澄圻.通信工程新技术实用手册:接入技术分册M.北京:北京邮电大学出版社,2002.5李若泉.基于NGB 的网络架构及协议研究J.信息通信技术,2009(4:23-28.6ITU-T ITU-T

21、Draft.Gigabit-capable passive optical networks (GPON:transmission convergence layer specificationS.2003.7IEEE Std 802.3av ,Carrier sense multiple access with collision detection (CSMA/CDaccess method and physical layer specification S.2009.8万倩,欧阳峰,李博,等.有线电视接入网EPON+H :NOC 技术探析J.电视技术,2012,36(18:70-74.

22、9FRANCE P W.Local access network technologyM.Stuttgart :B.G Teubner Publishers ,2005.责任编辑:薛京收稿日期:2013-01-31参考文献:1刘会霞.Mayoclinic 健康咨询服务网站介绍J.医学信息学杂志,2008(4:43-45.2王磊,蒋晓莲.一例<20岁甲亢患者治疗方案选择的循证健康咨询J.护士进修杂志,2006,21(3:259-261.3DONALD R ,DEAN S.Broadband return Systems for hybrid fiber/coax cable TV Net2workM.New York :Prentice Hall ,1998.4赵慧玲,叶华.以软交换为核心的下一代交换网络M.北京:人民邮电出版社,2002.5糜正琨,王文鼎.软交换技术与协议M.北京:人民邮电出版社,2002.6毕厚杰,汪涛.宽带IP (数据和视频接入技术M.北京:北京邮电大学出版社,2001.7GY/T 1061999,有线电视广播系统技术规范S.1999.8马珂.健康咨询-连接医院与社会的信息高速路J.现代中西医综合,2004,13(11:1538-1539.责任编辑:魏雨博收稿日期:2013-03-19的特征向量和撤防时