以太网无源光网络

以太网无源光网络基于以太的PON技术01技术基础接入特点技术现状技术发展技术特点技术应用目录030502040607功率预算时序要求色散研发目录0908010基本信息以太无源光络（EthernetPassiveOpticalNetwork，简称：EPON），是基于以太的PON技术。它采用点到多点结构、无源光纤传输，在以太之上提供多种业务。EPON技术由IEEE802.3EFM工作组进行标准化。技术基础技术基础EPON波分复用技术无源光络（PON）的概念由来已久，它具有节省光纤资源、对络协议透明的特点，在光接入中扮演着越来越重要的角色。同时，以太（Ethernet）技术经过二十年的发展，以其简便实用，价格低廉的特性，几乎已经完全统治了局域，并在事实上被证明是承载IP数据包的最佳载体。随着IP业务在城域和干线传输中所占的比例不断攀升，以太也在通过传输速率、可管理性等方面的改进，逐渐向接入、城域甚至骨干上渗透。而以太与PON的结合，便产生了以太无源光络（EPON）。它同时具备了以太和PON的优点，正成为光接入领域中的热门技术。EPON媒质的性质是共享媒质和点到点络的结合。在下行方向，拥有共享媒质的连接性，而在上行方向其行为特性就如同点到点络。下行方向：OLT发出的以太数据报经过一个1:n的无源光分路器或几级分路器传送到每一个ONU。N的典型取值在4～64之间（由可用的光功率预算所限制）。这种行为特征与共享媒质络相同。在下行方向，因为以太具有广播特性，与EPON结构和匹配：OLT广播数据包，目的ONU有选择的提取。上行方向：由于无源光合路器的方向特性，任何一个ONU发出的数据包只能到达OLT，而不能到达其他的ONU。EPON在上行方向上的行为特点与点到点络相同。但是，不同于一个真正的点到点络，在EPON中，所有的ONU都属于同一个冲突域――来自不同的ONU的数据包如果同时传输依然可能会冲突。因此在上行方向，EPON需要采用某种仲裁机制来避免数据冲突。技术发展技术发展EPON产品展示2000年11月，IEEE成立了802.3EFM(EthernetintheFirstMile)研究组，业界有21个络设备制造商发起成立了EFMA，实现Gb/s以太点到多点的光传送方案，所以又称GEPON（GigabitEthernetPON）。EFM标准IEEE802.3ah；EPON就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，并具有良好的经济性。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。由于EPON络结构的特点，宽带入户的特殊优越性，以及与计算机络天然的有机结合，使得全世界的专家都一致认为，无源光络是实现“三合一”和解决信息高速公路“最后一公里”的最佳传输媒介。接入特点接入特点EPON系统由局端设备OLT（OpticalLineTerminal，光线路终端）、用户端设备ONU（OpticalNetworkUnit，光络单元）以及光分配ODN（OpticalDistributionNetwork，光分配）组成。OLT与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采用以太的传输格式同时也是用户局域/驻地的主流技术，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；您也许注意到，EPON在一根光纤上传送收发信号，这种机制叫做单纤双向传输机制。使用到的技术是WDM（WavelengthDivisionMultiplexing，波分复用）技术，用不同波长（下行1490nm，上行1310nm）实现上下行数据传输，实现在一根光纤上同时传输上下行数据流而相互不影响。下行方向，OLT发出的信号以广播式发给所有的用户，上行方向，各ONU采用时分复用TDMA（TimeDivisionMultipleAccess）技术。下行采用针对不同用户加密广播传输的方式共享带宽。EPON可以提供1.25Gbit/s的上下行带宽，传输距离可达10-20km，支持最大光分路比1:64，因此可大大降低OLT和主干光纤的成本压力。技术特点技术特点图1EPON模板EPON技术由IEEE802.3EFM工作组进行标准化。2004年6月，IEEE802.3EFM工作组发布了EPON标准——IEEE802.3ah(2005年并入IEEE802.3-2005标准)。在该标准中将以太和PON技术相结合，在无源光络体系架构的基础上，定义了一种新的、应用于EPON系统的物理层(主要是光接口)规范和扩展的以太数据链路层协议，以实现在点到多点的PON中以太帧的TDM接入。此外，EPON还定义了一种运行、维护和管理(OAM)机制，以实现必要的运行管理和维护功能。

在物理层，IEEE802.3-2005规定采用单纤波分复用技术(下行1490nm，上行1310nm)实现单纤双向传输，同时定义了1000BASE-PX-10U/D和1000BASE-PX-20U/D两种PON光接口，分别支持10km和20km的最大距离传输。在物理编码子层，EPON系统继承了吉比特以太的原有标准，采用8B/10B线路编码和标准的上下行对称1Gbit/s数据速率(线路速率为1.25Gbit/s)。

在数据链路层，多点MAC控制协议(Muti-PointControlProtocol，简称MPCP)的功能是在一个点到多点的EPON系统中实现点到点的仿真，支持点到多点络中多个MAC客户层实体，并支持对额外MAC的控制功能。图1示意了EPON协议参考模型及多点MAC控制协议的位置。MPCP主要处理ONU的发现和注册，多个ONU之间上行传输资源的分配、动态带宽分配(DynamicBandwidthAllocation，简称DBA)，统计复用的ONU本地拥塞状态的汇报等。技术现状技术现状自EFMA(EthernetFirstMileAlliance，第一公里以太联盟)在2004年6月发布EPON技术规范IEEE802.3ah以来，EPON技术得到快速发展，目前相关的芯片和设备均已基本成熟，并有较大规模的应用。在日本，NTT、KDDI、YahooBB等运营商从2004年开始部署EPON，采用FTTH、FTTB/C+VDSL/ADSL2+等多种组方式，为用户提供高带宽互联接入业务。目前，日本市场上已经部署了超过500万线的EPON设备，而且每月新增的FTTH用户数已经超过了DSL用户。

目前，EPON技术已经成熟，主要体现在以下方面：经过各标准化组织、设备和芯片制造商、运营商的共同努力，EPON商用芯片和光模块已经成熟，在中国电信的主导下，已经实现了EPON芯片级和系统级的互通测试;EPON产业链也在进一步成熟，形成了良性的市场竞争格局，设备成本进一步下降，已达到规模商用水平。

技术应用公众客户综合接入大客户、商业客户综合接入“全球眼”等高带宽接入村村通接入技术应用公众客户综合接入对于公众用户来说，可以采用FTTH和FTTB/C/Cab等应用模式。

大客户、商业客户综合接入对于商业用户，可以根据业务需求和用户规模的不同，采取不同的实施模式，如FTTO、FTTB或FTTC。

“全球眼”等高带宽接入“全球眼”等对带宽(特别是上行带宽)要求比较高的应用可以采用EPON作为接入手段，具体组方式。PON替代了原来模拟组方案中的二/三层交换机，同时还节省大量的光纤收发器，并且不需要视频光端机设备。

村村通接入在光纤资源短缺的情况下，如村村通工程中，可采用多级分光且分光功率不等的光分路器方案，即在只有一芯或几芯光缆资源的情况下采用功率不等光分路器逐点汇聚。

功率预算功率预算按照IEEE802.3ah-2004的约定：OLT侧发射功率大于2dBm，接收灵敏度<-27dBm；对于ONU发射功率大于-1dBm，接收灵敏度<-24dBm，整个光链路的损耗上行<24dB，下行<23.5dB。EPON上行1310nm和下行1490nm波长在G.652光纤中的损耗约为0.3dB/km。综上可见功率预算对于长距离EPON来说是最为重要的因素。为了提高传输距离，除了减少线路插入损耗外，还可以采用光放大的手段来提高光功率预算，具体包括以下两类方法：光放大器和中继器（OEO，optical-electrical-optical，光电光）。光放大器方案在上下行方向均需要使用到Diplexer（WDM复用/解复用器）和OA（OpticalAmplifier,光放大器），而OBF(OpticalBandpassFilter,光带通滤波器)则是可选的，使用OBF主要是为了克服OA的自发辐射效应，以提供更好的性能。中继器方案则直接采用两个光模块背靠背互连，并使用本地的控制器来控制两个光模块的发光，从而达到简单的OEO中继的目的，成本较低。但方案仍然不够精细，因为OEO会带来延时，而我们知道EPON上行方向是突发的，这样会带来一些时序上的轻微措施，在长距离的情形下，表现将更加明显。为此对于更长距离的应用将需要内置智能单元以截获MPMC层的消息，来计算分析并弥补突发开销。色散色散EPON系统中上行使用1310nm波长，下行使用1490nm波长，采用的光纤维ITU-TG.652光纤，我们知道G.652光纤的零色散波长为1300~1324nm区间，上行波长正好在这个区间内，因此对于ONU的光谱特性要求不高，可以使用FP激光器。对于下行1490nm不在零色散波长区间，对于长距离EPON系统，OLT必须使用谱宽较窄的DFB激光器以减小色散代价。时序要求时序要求EPON协议中有三个时间是很重要的一个是系统最大RTT，一个是注册开窗时间还有一个是DBA轮询周期。当加长传输距离后，距离OLT最远的那个ONU的RTT最大，假设最远ONU为70km，则RTT为2×（/210^8）=700us（光信号在真空中速度为3×10^8m/s，在光纤中速度按照2×10^8计），因此该情形下EPON系统的注册开窗时间至少应该在700us以上。由上分析可见随着传输距离的加长，注册时间将不可避免的加长。另外需要考虑的是DBA的轮询周期，DBA轮询周期至少应该大于系统最大的RTT（即最远ONU的往返时间），可见在长距离情形下，DBA的效率是较低的，在大多数情况下，建议采用SBA（静态带宽分配）算法来代替DBA。

研发10GEPON运维方案水到渠成EPON运维方案厚积薄发研发EPON运维方案厚积薄发在研究开发PON产品的过程中，针对EPON络运维的新问题，中兴通讯一直同步研究解决FTTx络的运维问题。中兴通讯EPON运维解决方案是深厚的技术积累沉淀而成，推出后得到了市场的认可，已在多省市应用。EPON运维方案在设备开通方面，做到了设备即插即用、即开即通、现场零配置；管理容易规划、容易配置；设备出现故障后，更换工作量小。在业务发放方面，方案支持业务集中、批量、快速发放；支持多种业务配置。在设备管理方面，方案支持设备集中、统一管理；管理系统操作简单、性能优异、易用性良好。在服务保障方面，方案提供故障及时预警、故障远程诊断、故障远程处理。在络监控方面，方案提供设备远程监控、运行环境监控。在络安全方面，方案提供设备认证、端口定位、用户绑定和反查。通过提供完善的EPON络运维解决方案，中兴通讯正帮助运营商顺利推进中国“光进铜退”的建设。10GEPON运维方案水到渠成EPON和10GEPON在标准定义方面一脉相承。IEEE802.3av在波长规划、控制协议和管理机制等方面都进行了完善的考虑，10GEPON几乎完全继承了现有的EPON标准，仅仅是对EPON的MPCP协议（IEEE802.3）进行扩展，增加了10Gbps能力的通告与协商机制，保证了10GEPON可以充分利用现有EPON的运维方案和管理机制。标准充分考虑了10GEPON络与现有EPON络的兼容和平滑演进。因此在EPON运维方案日渐成熟，广泛应用的基础上，10GEPON的运维方案可谓水到渠成。一是EPON、10GEPON有相似的业务模型。