EPON承載傳統(tǒng)銅纜業(yè)務(wù)解決方案研究

王繼東，沈成彬，蔣 銘，王成巍

（中國(guó)電信股份有限公司上海研究院 上海 200122）

1 引言

隨著“三網(wǎng)融合”的開展以及國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商接入網(wǎng)“光進(jìn)銅退”步伐的持續(xù)加快，EPON網(wǎng)絡(luò)得到了廣泛的部署。作為主流運(yùn)營(yíng)商的綜合接入平臺(tái)，EPON網(wǎng)絡(luò)已很好地承載了數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、視頻等業(yè)務(wù)，用戶接入終端種類也越來(lái)越豐富，家庭網(wǎng)關(guān)、全球眼、WLAN AP等產(chǎn)品均可用EPON網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行承載，光纖向用戶端延伸所帶來(lái)業(yè)務(wù)支撐能力的大幅提升已得到了很好的體現(xiàn)。

隨著“光進(jìn)銅退”的持續(xù)展開，一些傳統(tǒng)的銅纜業(yè)務(wù)，如小靈通、ISDN、DDN專線以及HDSL等，目前有少部分銅纜無(wú)法退掉，并且面臨老化等難題，為“光進(jìn)銅退”埋下了隱患。與此同時(shí)，由于有很高等級(jí)的服務(wù)質(zhì)量，這些傳統(tǒng)的TDM業(yè)務(wù)在商業(yè)客戶中仍有著較強(qiáng)的市場(chǎng)吸引力，這些驅(qū)動(dòng)因素導(dǎo)致用EPON系統(tǒng)承載TDM業(yè)務(wù)的需求越來(lái)越迫切。EPON系統(tǒng)采用電路仿真技術(shù)承載TDM業(yè)務(wù)，可以有效地解決數(shù)據(jù)傳輸、時(shí)間同步、QoS保證等問題，同時(shí)通過(guò)目前業(yè)界主流傳感器技術(shù)的應(yīng)用，也可以解決人井蓋、室內(nèi)外機(jī)柜的開關(guān)以及機(jī)柜內(nèi)部溫度的監(jiān)測(cè)問題，本文將通過(guò)分析不同銅纜業(yè)務(wù)的特點(diǎn)，探討EPON承載傳統(tǒng)銅纜業(yè)務(wù)的解決方案。

2 EPON承載小靈通信號(hào)傳輸解決方案

2.1 小靈通網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀

小靈通網(wǎng)絡(luò)主要由互聯(lián)互通模塊（PSTN網(wǎng)絡(luò)側(cè)）、接入網(wǎng)單元（ANU）、局端基站控制器(CSC)和遠(yuǎn)端基站(CS)組成，具體組網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。ANU與本地交換機(jī)可安裝在同一地點(diǎn)，除了接口功能，ANU還提供集中的用戶數(shù)據(jù)庫(kù)、移動(dòng)管理功能和集線控制功能。CS通過(guò)ISDN的2B+D方式連接至CSC，CSC的功能是對(duì)CS進(jìn)行控制，執(zhí)行信令轉(zhuǎn)換、分配語(yǔ)音和信令時(shí)隙，它提供語(yǔ)音路徑的集線處理功能，實(shí)現(xiàn)本地各CS之間的漫游切換，同時(shí)對(duì)多個(gè)CS動(dòng)態(tài)分配頻率和信道。CSC將CS的Q.931信令呼叫經(jīng)過(guò)ANU發(fā)送到PSTN，同時(shí)將PSTN的信令廣播到相應(yīng)CS進(jìn)行處理。其中，CSC與CS的傳輸距離一般控制在 3～4 km。

目前的小靈通網(wǎng)絡(luò)主要存在3種接口：

·基站控制器CSC和CS之間采用U口連接，采用BRA信令；

·CSC和ANU之間采用E1接口連接，采用PRA信令；·ANU和PSTN之間采用V5接口連接。

目前在已建好的小靈通網(wǎng)絡(luò)上，有的CSC到CS之間的距離過(guò)長(zhǎng)，造成環(huán)路阻抗、線路容抗達(dá)不到小靈通系統(tǒng)的要求，從而引起CS工作不穩(wěn)定，同時(shí)小靈通CS數(shù)據(jù)靠雙絞線傳輸，雙絞線作為銅線的一種存在，信號(hào)易受干擾，存在被雷擊和被盜等各種隱患，從而造成信號(hào)不好、業(yè)務(wù)不通、業(yè)務(wù)長(zhǎng)時(shí)間中斷以及設(shè)備損壞等嚴(yán)重后果。

用EPON網(wǎng)絡(luò)承載小靈通CS信號(hào)，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方面，可以利用現(xiàn)有的EPON網(wǎng)絡(luò)而無(wú)須再建網(wǎng)絡(luò)，且挖出的昂貴雙絞線資源可以回收，網(wǎng)絡(luò)改造成本較低，同時(shí)也統(tǒng)一了網(wǎng)管；在接口方面，小靈通信號(hào)的以太網(wǎng)傳輸技術(shù)需要的網(wǎng)絡(luò)接口是以太網(wǎng)接口，EPON設(shè)備可以提供該類接口且覆蓋廣泛，便于施工。

2.2 關(guān)鍵技術(shù)

目前，EPON系統(tǒng)承載TDM業(yè)務(wù)一般有兩種方式：Metro Ethernet Forum制訂的MEF8和IETF制訂的PWE3。PWE3仿真TDM業(yè)務(wù)有兩種實(shí)現(xiàn)技術(shù)：SAToP(structureagnostic TDM over packet)和CESoPSN (circuit emulation service over PSN)。SAToP是一種非結(jié)構(gòu)化TDM電路仿真模式，封裝TDM業(yè)務(wù)時(shí)不考慮TDM幀結(jié)構(gòu)；CESoPSN是一種結(jié)構(gòu)化的TDM電路仿真模式，根據(jù)TDM幀結(jié)構(gòu)封裝TDM業(yè)務(wù)。傳統(tǒng)的基于電路交換技術(shù)的TDM業(yè)務(wù)自身含有定時(shí)信息，具有帶寬固定、延時(shí)小等傳輸特性，在EPON系統(tǒng)上仿真TDM業(yè)務(wù)時(shí)，不僅要對(duì)TDM進(jìn)行封裝/解封裝，還必須針對(duì)TDM的特點(diǎn)，通過(guò)TDM業(yè)務(wù)的定時(shí)與同步、QoS保證、保護(hù)等關(guān)鍵技術(shù)來(lái)保證其傳輸特征。

目前，小靈通的CSC與CS之間是通過(guò)ISDN的U口傳送2B+D信號(hào)的，用EPON網(wǎng)絡(luò)承載小靈通基站，需要解決以下幾個(gè)問題：

·去掉CS和CSC之間的雙絞線之后，通過(guò)EPON網(wǎng)絡(luò)透?jìng)鱑口數(shù)據(jù)；

·CS和CSC之間需要實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘同步；

·改造之后U口的運(yùn)行維護(hù)管理。

通過(guò)電路仿真技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)2B+D信號(hào)的以太網(wǎng)封裝傳輸，這樣就實(shí)現(xiàn)了U口數(shù)據(jù)到FE口的轉(zhuǎn)換。采用高精度的時(shí)鐘同步和恢復(fù)技術(shù)，可以有效地保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘精度在±2 μs內(nèi)，滿足小靈通CS對(duì)時(shí)間同步的嚴(yán)格要求。當(dāng)前小靈通CS維護(hù)告警通過(guò)第一個(gè)U口的2B+D中的D通道進(jìn)行CS同CSC的傳送，EPON網(wǎng)絡(luò)承載小靈通CS信號(hào)后，會(huì)將CS的2B+D信號(hào)同步封裝到IP報(bào)文中，并傳送到CSC上，所以對(duì)于絕大多數(shù)告警在網(wǎng)絡(luò)切換中不會(huì)受到影響。

小靈通網(wǎng)絡(luò)與其他網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間與頻率同步要求的對(duì)比見表1。

表1 頻率和時(shí)鐘同步要求

2.3 EPON承載小靈通CS方案

小靈通信號(hào)的EPON承載方案可以分以下兩種情況進(jìn)行考慮。

（1）ONU能夠提供U口的情況

其組網(wǎng)模式如圖2所示。

ONU把U口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成IP數(shù)據(jù)包，匯聚側(cè)ONU再把IP數(shù)據(jù)包恢復(fù)成U口數(shù)據(jù)，完成U口數(shù)據(jù)的透?jìng)?。OLT設(shè)備按照外時(shí)鐘輸入、從上游TDM業(yè)務(wù)提取工作時(shí)鐘、高精度的本地時(shí)鐘等方式選取定時(shí)源，并作為OLT線路的下行發(fā)送時(shí)鐘，ONU設(shè)備的電路仿真模塊從下行數(shù)據(jù)包中恢復(fù)時(shí)鐘，從而使CS和CSC之間保持時(shí)鐘同步，且時(shí)鐘滿足G.823標(biāo)準(zhǔn)。ONU電路仿真模塊的時(shí)鐘恢復(fù)方式包括差分時(shí)鐘恢復(fù)方式、自適應(yīng)時(shí)鐘恢復(fù)方式。

OLT從上游設(shè)備提取工作時(shí)鐘流程如圖3所示。

在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行維護(hù)管理方面，用戶側(cè)的U口狀態(tài)通過(guò)軟件傳遞到匯聚側(cè)對(duì)應(yīng)的U口，使小靈通基站控制室CSC感知不到網(wǎng)絡(luò)變化。

（2）ONU不能夠提供U口的情況

其組網(wǎng)需采用專門的轉(zhuǎn)換設(shè)備在接入側(cè)（CS）對(duì)小靈通CS和CSC之間U口的2B+D數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)封裝，且對(duì)應(yīng)地在局端匯聚側(cè)（CSC）采用轉(zhuǎn)換設(shè)備，應(yīng)將標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)解析成2B+D數(shù)據(jù)，然后發(fā)給小靈通CSC對(duì)應(yīng)的U口。采用該類轉(zhuǎn)換封裝設(shè)備可以在以太網(wǎng)上透明承載U口數(shù)據(jù)，同時(shí)在解析過(guò)程中可以提取網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘以進(jìn)行頻率和相位的同步。但需要注意的是，局端和遠(yuǎn)端轉(zhuǎn)換設(shè)備的U口信息必須一一對(duì)應(yīng)。該種情況下的組網(wǎng)方案如圖4所示。

利用該組網(wǎng)方案需要考慮U口轉(zhuǎn)換設(shè)備的布放位置，CSC與CS之間傳輸距離過(guò)長(zhǎng)，將導(dǎo)致時(shí)延增大，增大小靈通通話產(chǎn)生回聲的可能性，且匯聚側(cè)局端設(shè)備和接入側(cè)遠(yuǎn)端設(shè)備之間的路徑不能接路由設(shè)備，所以對(duì)小靈通CS的雙絞線進(jìn)行EPON改造時(shí)，匯聚側(cè)局端集中式設(shè)備位置應(yīng)盡量靠近OLT，如果CSC與OLT距離過(guò)遠(yuǎn)，OLT可以考慮利用交換機(jī)或者光電轉(zhuǎn)換設(shè)備通過(guò)光纖連接到CSC，以減少傳輸時(shí)延。同時(shí)接入側(cè)遠(yuǎn)端臺(tái)式設(shè)備盡量布放在交接箱處，靠近CS。

由于小靈通語(yǔ)音信號(hào)的優(yōu)先級(jí)較高，EPON設(shè)備需要對(duì)U口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成的IP數(shù)據(jù)包進(jìn)行VLAN及QoS標(biāo)記來(lái)區(qū)分該業(yè)務(wù)流，在ONU能夠提供U口的情況下，由ONU對(duì)數(shù)據(jù)報(bào)文打VLAN標(biāo)簽并標(biāo)記QoS值為7，若ONU不能提供U口，則需要接入側(cè)遠(yuǎn)端轉(zhuǎn)換設(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)報(bào)文進(jìn)行VLAN標(biāo)記并進(jìn)行QoS標(biāo)記。

當(dāng)前小靈通CS維護(hù)告警是通過(guò)第一個(gè)U口的2B+D中的D通道進(jìn)行CS與CSC之間的傳送。小靈通CS信號(hào)用EPON網(wǎng)絡(luò)承載后，將2B+D數(shù)據(jù)封裝到IP報(bào)文中，通過(guò)EPON網(wǎng)絡(luò)傳送到CSC上，所以在網(wǎng)絡(luò)切換中絕大多數(shù)告警不會(huì)受到影響。但是需要重新考慮小靈通CS的外線測(cè)試，原因在于當(dāng)前的外線測(cè)試是由獨(dú)立的線路測(cè)試網(wǎng)管發(fā)起的線路測(cè)試，由CSC器完成，測(cè)試范圍包括從CSC到CS之間的全部銅纜，在用EPON網(wǎng)絡(luò)承載后，由于干線銅纜已經(jīng)退掉，測(cè)試范圍僅為接入ONU或者轉(zhuǎn)換設(shè)備到CS的配線銅纜。對(duì)于方案一，可以在小靈通網(wǎng)管側(cè)增加EPON網(wǎng)管客戶端，并對(duì)該客戶端設(shè)置告警查詢和線路測(cè)試的權(quán)限；增加的客戶端完成U口激活、去激活等告警，并且進(jìn)行配線段（接入側(cè)ONU到CS）線路測(cè)試。測(cè)試可以由EPON的網(wǎng)管發(fā)起，也可以由原小靈通維護(hù)人員通過(guò)EPON網(wǎng)管客戶端發(fā)起，由接入側(cè)的ONU完成。對(duì)于方案二，則需要接入側(cè)遠(yuǎn)端轉(zhuǎn)換設(shè)備完成外線測(cè)試。

小靈通建網(wǎng)初期80%左右的CS有UPS備電，由于UPS在戶外，長(zhǎng)時(shí)間受環(huán)境影響，目前有很多UPS都已出現(xiàn)故障，因此實(shí)際狀況是絕大部分基站都處于無(wú)備電的情況。通過(guò)ONU或者U口轉(zhuǎn)換設(shè)備連接小靈通CS后，部分ONU或者U口轉(zhuǎn)換設(shè)備無(wú)備電。所以在ONU或者U口轉(zhuǎn)換設(shè)備安裝時(shí)，應(yīng)該盡量取市政供電，還需要根據(jù)ONU或者轉(zhuǎn)換設(shè)備的實(shí)際位置，對(duì)部分設(shè)備進(jìn)行備電。

3 EPON承載DDN、ISDN、HDSL等業(yè)務(wù)解決方案

EPON承載DDN、ISDN、HDSL等業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D5所示。

DDN業(yè)務(wù)作為一種TDM業(yè)務(wù)，可提供專用電路、虛擬專用網(wǎng)（VPN）、傳真等業(yè)務(wù)，目前現(xiàn)網(wǎng)的銅纜接入設(shè)備包括xDSL設(shè)備和低速率的Modem，其中，xDSL設(shè)備可提供E1和 V.35接口，Modem可以提供V.35/V.24/RJ45接口。xDSL設(shè)備在局端通過(guò)管理機(jī)框控制局端插卡和遠(yuǎn)端用戶設(shè)備，局端插卡上聯(lián)至DDN各類TDM/ATM的交換設(shè)備。EPON網(wǎng)絡(luò)承載DDN業(yè)務(wù)，需要將ONU布放至商務(wù)樓，并且支持接入目前基礎(chǔ)數(shù)據(jù)網(wǎng)主流接入終端。如果ONU與DDN終端設(shè)備距離很近，DDN終端設(shè)備可以直接通過(guò)V.24或V.35接口與ONU設(shè)備連接；如果ONU設(shè)備與DDN設(shè)備距離較遠(yuǎn)，DDN終端設(shè)備可以通過(guò)SHDSL方式或者通過(guò)V.24/V.35 Modem與ONU設(shè)備連接，OLT通過(guò)E1/STM-1接口將封裝后的數(shù)據(jù)流透?jìng)鹘oDDN局端設(shè)備。考慮到網(wǎng)絡(luò)扁平化的演進(jìn)方向，也可以將OLT和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)網(wǎng)TDM/ATM接入設(shè)備直聯(lián)，但基于網(wǎng)絡(luò)的安全性考慮，需要STM接口和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)網(wǎng)核心設(shè)備支持APS保護(hù)功能。

ISDN業(yè)務(wù)包括數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和語(yǔ)音業(yè)務(wù)，ISDN有B和D兩種信道：B信道用于傳輸數(shù)據(jù)和語(yǔ)音信息，D信道用于信號(hào)和控制。ISDN提供兩種用戶接口：基本速率接口（BRI）由 2個(gè)B信道和 1個(gè)D信道組成，其中，B信道帶寬64 kbit/s，D信道帶寬 16 kbit/s，3個(gè)信道設(shè)計(jì)成2B+D；主速率接口（PRI）由多個(gè)B信道和1個(gè)帶寬為64 kbit/s的D信道組成，我國(guó)目前采用30B+D總速率為2.048 Mbit/s的E1接口。對(duì)于基本速率接口，其網(wǎng)絡(luò)側(cè)接口為U口，可采用與小靈通CS相同的EPON網(wǎng)絡(luò)承載方案，不同的是此時(shí)局端的CSC設(shè)備換成ISDN交換機(jī)；對(duì)于主速率接口，可以用帶E1接口的ONU設(shè)備直接承載,OLT通過(guò)E1/STM-1接口將封裝后的數(shù)據(jù)流透?jìng)鹘oISDN局端設(shè)備。

HDSL、SHDSL等相關(guān)技術(shù)的銅纜傳輸業(yè)務(wù)也可以通過(guò)EPON網(wǎng)絡(luò)承載，HDSL、SHDSL等接入方式的用戶側(cè)端口種類比較豐富，提供了以太網(wǎng)端口和E1端口的接入方式，可直接用ONU接入；對(duì)于提供U口的接入方式，其承載方案可采用EPON承載小靈通CS的方案；對(duì)于其他的采用TDM傳送類型的接入方式，可參考DDN專線承載方案。

EPON網(wǎng)絡(luò)承載傳統(tǒng)TDM銅纜業(yè)務(wù)，OLT和ONU應(yīng)對(duì)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)流標(biāo)記QoS值為7，使其優(yōu)先級(jí)最高，并且ONU需要對(duì)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)流進(jìn)行VLAN標(biāo)記來(lái)區(qū)分該業(yè)務(wù)流。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著“三網(wǎng)融合”的開展和各運(yùn)營(yíng)商“光進(jìn)銅退”戰(zhàn)略的持續(xù)推進(jìn)，EPON網(wǎng)絡(luò)部署規(guī)模越來(lái)越大，用EPON網(wǎng)絡(luò)承載傳統(tǒng)TDM銅纜業(yè)務(wù)的需求也越來(lái)越迫切，目前主流設(shè)備商的EPON設(shè)備均能提供PWE3方式仿真TDM業(yè)務(wù)，可以滿足這些傳統(tǒng)業(yè)務(wù)的時(shí)鐘同步、QoS保證等要求。隨著網(wǎng)絡(luò)的不斷演進(jìn)和EPON技術(shù)的不斷成熟和完善，EPON網(wǎng)絡(luò)將能夠承載更多的新業(yè)務(wù)和傳統(tǒng)業(yè)務(wù)，成為統(tǒng)一的接入和匯聚平臺(tái)。

1 IETF RFC4553，2006

2 IETF RFC5086，2007

3 IEEE802.3，2005

4 宋阿芳，奚展越，王穎.光進(jìn)銅退用戶端設(shè)備部署中存在的問題研究.電信科學(xué)，2009，24（10）

5 左建，任艷，歐月華.PON中無(wú)源光分路器的分析.電信技術(shù)，2009（6）

6 吳健學(xué).低成本多業(yè)務(wù)綜合接入EPON系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案研究.電信科學(xué)，2009，25（4）

7 劉冊(cè).EPON系統(tǒng)多業(yè)務(wù)承載調(diào)度機(jī)制的研究.電信科學(xué)，2009，25（9）

8 張晉豫，楊維，劉犁.優(yōu)化的EPON多播QoS DBA實(shí)現(xiàn)研究.通信學(xué)報(bào)，2009（2）

9 陳文.“光進(jìn)銅退”下寬帶業(yè)務(wù)發(fā)展策略的探討.電信科學(xué)，2008，24（9）

10 蔣銘，沈成彬，王成巍等.基于EPON的FTTx接入網(wǎng)建設(shè)關(guān)鍵問題探討.電信科學(xué)，2008，24（9）

11 王成巍，沈成彬，蔣銘等.PON系統(tǒng)中的光鏈路檢測(cè)技術(shù)研究.電信科學(xué)，2008，24（9）

12 杜喆，沈成彬，陳文等.無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)的光線路相關(guān)技術(shù)研究.電信科學(xué)，2008，24（9）

13 沈成彬，曹敏，蔣銘等.“光進(jìn)銅退”熱潮中二層匯聚網(wǎng)與光接入網(wǎng)的融合.電信科學(xué)，2008，24（9）