以太网无源光网络浅析

1、在电力系统中分配电能的网络称为配电网，它是将高压电变成农业用电、商 业用电和居民用电的电网，由架空线或配电线路、配电所或柱上降压器构成。 配电自动化系统（DAS，Distribution Automation System）利用现代计算机及通信 技术，将配电网的实时运行、电网结构、设备、用户以及地理图形等信息进行集 成，实现配电网运行状态监控及管理的自动化、信息化。DAS主要由配电主站 系统、配电子站监控系统、通信系统、配电网现场终端组成。其中，现场终端包 括：安装在变电站、开闭所的站内监控终端，即RTU（Remote Terminal Unit,远 方终端单元）；安装在线路环网柜内、柱上开关

2、上的线路监控终端，即FTU（Feeder Terminal Unit,馈线终端单元）；安装在配电变压器上的配变监测终端，即 TTU （Transflrmer Terminal Unit，变压器终端单元）。这些终端向主站传送断路器、负 荷开关、变压器等配电设备的运行数据，接收主站控制命令，完成开关的操作。 综上所述，DAS需要借助有效的通信手段将控制中心的命令准确地传送到远方 终端，并将反映远方设备运行状况的数据信息收集到控制中心。由于DAS中远 方终端数量庞大，因此，如何合理选取通信方式来最大限度在满足DAS的性价 比要求是值得关注的一个问题。1.EPON技术介绍1.1概述EPON（以太网无源

3、光网络）是一种新兴的宽带接入技术，由IEEE 802.3 EFM 研究组提出，在物理层采用了 PON技术，在链路层使用了以太网协议，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，即频带宽、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 的管理等一个典型的EPON系统由光线路终端（OLT）、光网络单元（ONU）和无源 光分路器（POS）组成，系统结构如图1所示。l您据Ur图1. EPON系统管理OLT放在通信机房，ONU放在配电终端设备附近或与其一体化，POS是连 接OLT与ONU的无源设备，其功能是分发下行数据并集中上行数据。OLT既 是一

4、个交换机或路由器，又是一个多业务提供平台，可以配置多块OLC（Optical Line Card,光线路卡），OLT与多个ONU通过POS连接，1个OLT PON端口下 最多呆以连接的ONU数量与设备密切相关，一般是固定的。在EPON系统中， OLT与ONU间的最大距离可达20km，支持1.25Gbit/s的对称速率。在下行方向，IP数据、语音、视频等多咱业务由位于局端的OLT采用广播 方式通过ODN （Optical Distribution Network,光配网络）中的1： N无源光分路 器分配到PON 口所有ONU；在上行方向采用时分复用方式，来自各个ONU的 多种业务信息互不干扰地通

5、过ODN中的1： N无源光分路器耦合到同一根光纤， 最终被送到位于局端的OLT接收端。2.关键技术2.1分光器技术分光器是组建EPON网络的一个组件，是连接OLT和ONU的无源设备， 其功能是分发下行数据，并集中上行数据。典型均分型分光器损耗见表1所列， 非均分型分光器损耗见表2所列。分路制均当1插入损耗典型值最大允许偏羞范围A1K23 6(1.44730.&810.71.716142.03217.72.5分路数（分路比：1分W非均分插入损耗 典亶值MB最大兄许偏羞 苑国圮KI5.2A).45(141：9113A16042：B7.9/1 20.43：76 (1/1 9(1.44：64.7Z2.

6、4().42.2多点控制协议技术EPON拓扑结构是树状结构，由位于根部的OLT和位于枝端的多个ONU组成。 OLT可以和各个ONU互通信号，但ONU之间不能互通。因此，当不同的ONU 向OLT发送数据时有可能发生碰撞，这就需要由OLT进行全局控制，安排好各 个ONU之间有效地传输数据，需要一个有效的控制机制来控制OLT和ONU， 这就是多点控制协议（MPCP）。2.3突发工作模式EPON的点对多点的特殊结构和时分多址的接入方式，决定了 ONU发送机工 作在突发发送的模式下，这就对激光器的响应速度，更重要的是对发射机输出光 功率控制电路提出了新的要求。传统APC（Automatic Power

7、Control,自动功率控 制）电路针对连续传输设计，其偏置电流在整个传输过程中恒定不变。然而在突 发模式中，激光器被不断地打开和关闭，其偏置电流必须能快速地响应变化，否 则很可能在直流偏置还没有调整到指定值之前，ONU的发送已经结束，激光器 又要关闭，直流偏置重新归零，这将导致自动功率控制回路无法正常工作。因些， 传统连续模式的自动功率控制回路无法正常工作在突发模式下。对传统连续模式自动功率控制电路进行修改，使其能工作于突发模式下。连 续模式的自动功率控制回路不能正常工作在突发模式下，是由于当激光器关闭 时，直流偏置切断；当激光器被重新打开时，自动功率控制回路已丢失了原来的 状态，直流偏置呈

8、现不连续的变化。只要能在激光器关闭期间保持自动功率控制 回路的状态不变，当激光器被重新打开时，自动功率控制回路就能在前一个突发 间隔结束状态的基础上继续工作，直流偏置的变化将是一个连续的过程，因而自 动功率控制回路将能稳定工作在突发模式下。接收时，上行数据流由各个ONU以突发形式到达OLT。由于突发信号的不确定性，0 码和1码在整个上行信道上的不均衡性以及每个ONU和OLT之间的不同传输距离等各种因 素，造成各个OLT接收到的ONU信号强度各不相同。在极限情况下，从最近ONU发来的 代表0信号的光强度甚至比从最远ONU传来的代表1信号的光强度还要大。为了正确恢复 出原有数据，OLT必须根据每个

9、ONU的信号强度实时调整接收机的判决门限。现有的突发 模式接收机分为直接耦合方式和交流耦合两大类。2.4测距技术EPON为点对多点拓扑结构，采用TDMA（时分多址）技术实现信息传送。各个ONU 与OLT之间的逻辑距离是不相等，为了能够精确地实现时隙分配，OLT需要测量它和每个 ONU之间的距离。OLT需要有一套测距功能来测试每个ONU与OLT之间的逻辑距离，以 此来指挥ONU调整其信号发送时延，使不同距离的ONU所发送的信号能在OLT处准确地 复用在一起。目前，EPON测距一般采用比较成熟的数字计时技术的带内开窗测距法，原理如图2所 示OLT发送一个GATE信号，其中包含时标T1，ONU在T2

10、时刻接收到GATE信号后， 将自己的时间设置为T1，并在一个固定时延（T3-T2）后，于T3时刻回复REPORT信号， 该信号包含时标T3，OLT在T4时刻收到REPORT信号，计算出OLT和此ONU之间的距 离为C x T4 - T1 - （T3 - T2） /2。由于光纤双向时延对等，T 2 - T1 = T 4 - T3，故OLT 与ONU之间的距离为C x（T4 - T3）2, 5。2.5动态带宽分配技术动态带宽分配（DBA）算法就是实时地（ms/us）改变EPON的各ONU上 行带宽的机制。EPON中如虹用带宽静态分配，对数据通信这样的变速率业务很 不适合，如按峰值速率静态分配带宽，

11、则整个系统带宽很快就被耗尽，带宽利用 率很低，面动态带宽分配使系统带宽利用率大幅度提高。通过DBA，可以根据 ONU突发业务的要求，通过在ONU之 间动态调节带宽来提高PON上行带宽效 率。由于能更有效地利用带宽，网络管理员可以在一个已有的PON上增加更多 用户，终端用户也可以享有更好的服务，如用户可以用到的带宽峰值能够超过传 统的固定分配方式的带宽。上行方向信道中的传输采用时分复用接入方式共享光 纤，各个ONU收集来自用户的信息并以1.25Gbit/s以上的速率向OLT发送数据， 不同的ONU发送的数据占用不同的时隙。根据EPON的特点以及ITU-T G983建议，对动态带宽分配设计的具体要求 有：业务透明、高带宽利用率、低时延和低时延抖动、公平分配带宽、健