三网融合光纤到户接入系统的设计

1、得 分： 光纤通信技术实验（三） 三网融合光纤到户接入系统的设计实验报告学生姓名：学号：专业班级：E-mail ：电话：指导教师： 柯昌剑完成日期：一、 实验目的1、了解三网融合光纤到户接入系统的网络拓扑结构，掌握星形网络和总线型网络的组网方法，了解数据、语音、视频三网融合业务的单纤传输和双纤传输方案。2、掌握无源光网络中光功率预算的设计和计算方法，以及传输波长的选择和分配方法。3、完成三网融合光纤到户接入系统的设计构建和业务配置，了解根据不同应用需求进行业务配置的方法和实现原理，学习三网融合光纤到户接入系统网络管理的基本方法。二、实验原理与背景知识1、无源光网络简介无源光网络(PON， Pa

2、ssive Optical Network )是光接入网的一种，是目前宽带光接入技术的发展方向。无源光网络的显著特点是接入网络只在边缘节点存在有源设备，在网络中间都是无源光节点，这个特点带来的好处是在接入网络中无需“光 - 电 - 光”转换，简化网络结构，降低实现成本，并且有效减少网络维护工作。因此无源光网络技术被专家普遍认为是宽带光接入的理想技术。无源光网络技术根据网络承载协议的不同，分为APON EPO用口 GPON等，其中由于EPON 采用以太网协议作为二层承载协议，具有很好的兼容性和性价比，并且在2004 年 6 月成为 IEEE 国际标准，因此目前得到最广泛的应用。2、EPON无源光

3、网络体系结构下图所示为EPON无源光网络体系结构图，业务网络接口( SNI)到用户网络 接口(UNI)间为EPON EPON过SNI与业务节点相连，通过 UNI与用户设备 相连。EPON主要分成三部分，即 OLT (Optical Line Termination )、ODN( Optical Distribution Network )和 ONU / ONT (Optical Network Unit / Optical Network Termination )组成。其中 OLT 位于局端，ONU/ONT位于用户 端(其区别为ONT直接位于用户端，而 ONU与用户间还有其它的网络如以太 网

4、)。OLT到ONU / ONT的方向为下行方向，反之为上行方向。 EPONRyS点到多 点的分布结构，多种业务信号通过光纤传输到中心机房，然后被OLT通过ODN无源地分配到ONU单元，经过ONU的光/电转换和信号处理后，为用户提供服务。无董产x咯力机结构1划3、EPON无源光网络上、下行数据传输原理EPON网络的数据链路层采用不定长的以太网数据包进行传输，数据包长度依 照IEEE 802.3 以太网协议，最长可达1518字节。在EPON网络结构中，物理链 路为点到多点，在逻辑链路上 OLT通过P2P仿真技术，为每个ONU都指定一个 虚拟链路连接，每个链路都通过一个 LLID来唯一标识，在ONU

5、注册成功后，OLT 会动态地为其分配一个LLID。在EPON网络中从OLT侧发到多个ONU的下行数据流的传输过程与从多个 ONUg往OLT的上行数据流传输过程有本质的区别。EPON上行数据通道采用时分复用技术，通过 OLT控制ONU在不同的时隙发 送上行数据，一个时隙内可能包含多个 802.3以太网数据帧，这些时隙是同步 的，因此当数据包耦合到一根光纤中时，不同 ONU的数据包之间不会产生干扰。 例如，ONU-1在第1个时隙传输数据包1, ONU-2在第2个没有被占用的时隙传 输数据包2,依此类推。示意图如下图所示：EPWM络上行H雷伟静下行数据采用广播方式从 OLT发给多个ONU根据IEEE

6、 802.3协议，这些 数据包是不定长的，最长为1518字节。每个包携带的信头唯一地标识了数据所要 到达的特定ONU此外有一些包发给所有的 ONU称为广播包，还有一些包是发给 一组ONU的，称为多播包。数据流通过光分路器后分为多路独立的信号，每路信 号都含有发给所有特定ONU的数据包。当ONU接收到数据流时，只提取发给自己 的数据包，将发给其他 ONU的数据包丢弃。例如，在下图中 ONU-1接收到了数据 包1、2、3,但只将数据包1发送给终端用户。口信网玷卜打数薪也粕小意阳4、EPON无源光网络设备和器件介绍EPON的有源网络设备EPON网络中的有源网络设备(OLT和ONU ,者你于PON网络

7、的边缘两 端。OLT位于电信运营商的中心机房(CO Central Office )或分前端机房 (POP Point of Presence )内。通过无源光配线网 ODN PON把一个OLT连接到32个ONU上，每个ONU都放在一个住户或企业办公室处。ONU向用户提供数据、视频和语音服务接口，以及把用户数据传输回 OLT 的网络接口。OLT(Optical Line Terminal ) : EPON系统中的局端设备，放置在中心机房 CO OLT提供在EPON系统和服务提供商的核心数据、视频和电话网络之间的接 口。同时OLT也通过一个网元管理系统(EMS Element Managemen

8、t System)链 接到服务提供商的运营网络上。OLT上的广域网(WAN Wide Area Network )接口一般与下列类型的设备连 接：. 数字交叉连接设备(DCS， Digital Cross-connect System )，传输到电话网上的非交换的或非本地交换的 TDM 业务，公共的 DCS 接口包括数字信号 E1、DS-1、DS-3、同步传输信号 STS-1 和 OC-3;. 语音网关，传输到公共交换电话网(PSTN Public-Switched TelephoneNetwork)上的本地交换的 TDM/语音业务；.IP 路由器或 ATM 边缘交换机，把数据业务导引到核心数

9、据网络上；. 电视网络设备，将视频业务传输到核心网络上。OLT 的主要功能和特点包括：1)到核心 WAN 的多种服务接口；2)到PON 的千兆以太网接口；3)第二层与第三层交换；4)服务质量(QoS保障和服务水平协定(SLA);ONU(Optical Network Unit ) : ONU提供用户的数据、视频和电话网络与 PON勺接口。ONU的主要功能是接收光信号并转换成电信号，并将其按照用户需要 的形式传送到用户终端：以太网、IP组播、POTS T1等。EPON ONU勺独特之处 是，除了终结和转换光信号之外，ONU还提供了第二层及第三层交换功能，允许在ONU上实现企业数据的内部路由。EP

10、ON也非常适合于传输视频服务：以 CATV的格式、使用 1550nm 波长，或者以 IP 视频组播方式。ONU的主要特点和功能包括：POTS、 T1、 DS-3、 10/100BASE-T、 IP 组播和专用波长服务用户接口；2)二层交换；3)以64kbps 为增量，最高可达到 1Gbps 的数据传输速度；4)较低的启动成本和即插即用的扩充能力；5)标准的以太网接口，不再需要附加DSL 或电缆调制解调器。EPON的无源网络器件EPON的光配线网络ODN全部由无源器件构成，包括单模光纤、光分支器、光波分复用器/ 解复用器、光连接器、光纤接头等。有源器件如 OLT 和 ONU 在PON勺两端。光分

11、路器： POS (Passive Optical Splitter) ，又叫光分支器、单模光纤耦合器，光信号在PON 中的传输要么是分路到多个分支光纤，要么是合并到主干光纤，这取决于光信号是上行还是下行。对于下行光信号，光分支器是将OLT 发送光信号分路到 ONU 的多个分支光纤上；对于上行光信号，光分支器则是将多个ONU的光信号合并到OLT主干光纤上。在EPON光配线网中，由于上行/下行光信 号波长为1310nm和1550nm,因此需要采用宽谱光分支器。1）光分路器的作用是进行光功率分配，一般为均分，我们在工程中使用的是1X N树型光分路器。光分路器的正向和反向插入损耗相同，1X 2分路器理

12、论插损为 3dB,依次为 1X 4 的 6dB, 1X 8 的 9dB, 1X 16 的 12dB, 1X 32 的 15dB。实际中由于存在接头损耗等，一般比理论值大0.5-1dB。2）光分路器反向使用就是光耦合器，用于将多个分支的光信号合并到一个主干光纤中。光耦合器也可以用于不同波长的合波，但是比起波分复用合波器，其插 损很大。3）光分路器有熔融拉锥和PLC （平面光波导）两种，前者廉价但体积较大， 且一致性不好，后者较贵，但体积小，一致性好。光波分复用器/光波分解复用器：在EPON无源光网络中，一根光纤中同时有23个波长的光信号在传输，这些光信号在OLT、ONU和光纤的接口处，需要使用光

13、波分复用器/ 光波分解复用器将不同波长的光信号合并或分开进行传输。按照EPON国际标准的要求，数据下行传输使用 1490nm波长，上行传输使用1310nm 波长，CATV下行传输使用1550nm波长。因此在EPON网络使用的光波分复用器/ 光波分解复用器的波长为1310nm、 1490nm 和 1550nm。1）光波分复用器的作用是将多个输入端口的不同波长光信号耦合到一个输出 端口。2）光波分复用器也分几种：熔融拉锥，AWGffi薄膜式。具特点是插损较小，一般的都在5dB 以下。3）光波分复用器反向使用就是解复用器。5、三网融合光纤到户接入系统光功率预算方法光纤接入网系统设计中，非常重要的就是传输波长的分配和光链路功率的预算。本实验中设计的是一个标准GEPONg合接入网络，该接入网同时承载数据、语音和视频三种业务。本实验网络的传输波长分配要参照相关的标准进行。因此，根据国际标准IEEE802.3a