EPON承載傳統銅纜業務解決方案研究

王繼東，沈成彬，蔣 銘，王成巍

（中國電信股份有限公司上海研究院 上海 200122）

1 引言

隨著“三網融合”的開展以及國內運營商接入網“光進銅退”步伐的持續加快，EPON網絡得到了廣泛的部署。作為主流運營商的綜合接入平臺，EPON網絡已很好地承載了數據、語音、視頻等業務，用戶接入終端種類也越來越豐富，家庭網關、全球眼、WLAN AP等產品均可用EPON網絡進行承載，光纖向用戶端延伸所帶來業務支撐能力的大幅提升已得到了很好的體現。

隨著“光進銅退”的持續展開，一些傳統的銅纜業務，如小靈通、ISDN、DDN專線以及HDSL等，目前有少部分銅纜無法退掉，并且面臨老化等難題，為“光進銅退”埋下了隱患。與此同時，由于有很高等級的服務質量，這些傳統的TDM業務在商業客戶中仍有著較強的市場吸引力，這些驅動因素導致用EPON系統承載TDM業務的需求越來越迫切。EPON系統采用電路仿真技術承載TDM業務，可以有效地解決數據傳輸、時間同步、QoS保證等問題，同時通過目前業界主流傳感器技術的應用，也可以解決人井蓋、室內外機柜的開關以及機柜內部溫度的監測問題，本文將通過分析不同銅纜業務的特點，探討EPON承載傳統銅纜業務的解決方案。

2 EPON承載小靈通信號傳輸解決方案

2.1 小靈通網絡現狀

小靈通網絡主要由互聯互通模塊（PSTN網絡側）、接入網單元（ANU）、局端基站控制器(CSC)和遠端基站(CS)組成，具體組網結構如圖1所示。ANU與本地交換機可安裝在同一地點，除了接口功能，ANU還提供集中的用戶數據庫、移動管理功能和集線控制功能。CS通過ISDN的2B+D方式連接至CSC，CSC的功能是對CS進行控制，執行信令轉換、分配語音和信令時隙，它提供語音路徑的集線處理功能，實現本地各CS之間的漫游切換，同時對多個CS動態分配頻率和信道。CSC將CS的Q.931信令呼叫經過ANU發送到PSTN，同時將PSTN的信令廣播到相應CS進行處理。其中，CSC與CS的傳輸距離一般控制在 3～4 km。

目前的小靈通網絡主要存在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絡上，有的CSC到CS之間的距離過長，造成環路阻抗、線路容抗達不到小靈通系統的要求，從而引起CS工作不穩定，同時小靈通CS數據靠雙絞線傳輸，雙絞線作為銅線的一種存在，信號易受干擾，存在被雷擊和被盜等各種隱患，從而造成信號不好、業務不通、業務長時間中斷以及設備損壞等嚴重后果。

用EPON網絡承載小靈通CS信號，網絡建設方面，可以利用現有的EPON網絡而無須再建網絡，且挖出的昂貴雙絞線資源可以回收，網絡改造成本較低，同時也統一了網管；在接口方面，小靈通信號的以太網傳輸技術需要的網絡接口是以太網接口，EPON設備可以提供該類接口且覆蓋廣泛，便于施工。

2.2 關鍵技術

目前，EPON系統承載TDM業務一般有兩種方式：Metro Ethernet Forum制訂的MEF8和IETF制訂的PWE3。PWE3仿真TDM業務有兩種實現技術：SAToP(structureagnostic TDM over packet)和CESoPSN (circuit emulation service over PSN)。SAToP是一種非結構化TDM電路仿真模式，封裝TDM業務時不考慮TDM幀結構；CESoPSN是一種結構化的TDM電路仿真模式，根據TDM幀結構封裝TDM業務。傳統的基于電路交換技術的TDM業務自身含有定時信息，具有帶寬固定、延時小等傳輸特性，在EPON系統上仿真TDM業務時，不僅要對TDM進行封裝/解封裝，還必須針對TDM的特點，通過TDM業務的定時與同步、QoS保證、保護等關鍵技術來保證其傳輸特征。

目前，小靈通的CSC與CS之間是通過ISDN的U口傳送2B+D信號的，用EPON網絡承載小靈通基站，需要解決以下幾個問題：

·去掉CS和CSC之間的雙絞線之后，通過EPON網絡透傳U口數據；

·CS和CSC之間需要實現時鐘同步；

·改造之后U口的運行維護管理。

通過電路仿真技術，可以實現2B+D信號的以太網封裝傳輸，這樣就實現了U口數據到FE口的轉換。采用高精度的時鐘同步和恢復技術，可以有效地保證系統的穩定性和可靠性，網絡時鐘精度在±2 μs內，滿足小靈通CS對時間同步的嚴格要求。當前小靈通CS維護告警通過第一個U口的2B+D中的D通道進行CS同CSC的傳送，EPON網絡承載小靈通CS信號后，會將CS的2B+D信號同步封裝到IP報文中，并傳送到CSC上，所以對于絕大多數告警在網絡切換中不會受到影響。

小靈通網絡與其他網絡的時間與頻率同步要求的對比見表1。

表1 頻率和時鐘同步要求

2.3 EPON承載小靈通CS方案

小靈通信號的EPON承載方案可以分以下兩種情況進行考慮。

（1）ONU能夠提供U口的情況

其組網模式如圖2所示。

ONU把U口數據轉換成IP數據包，匯聚側ONU再把IP數據包恢復成U口數據，完成U口數據的透傳。OLT設備按照外時鐘輸入、從上游TDM業務提取工作時鐘、高精度的本地時鐘等方式選取定時源，并作為OLT線路的下行發送時鐘，ONU設備的電路仿真模塊從下行數據包中恢復時鐘，從而使CS和CSC之間保持時鐘同步，且時鐘滿足G.823標準。ONU電路仿真模塊的時鐘恢復方式包括差分時鐘恢復方式、自適應時鐘恢復方式。

OLT從上游設備提取工作時鐘流程如圖3所示。

在網絡運行維護管理方面，用戶側的U口狀態通過軟件傳遞到匯聚側對應的U口，使小靈通基站控制室CSC感知不到網絡變化。

（2）ONU不能夠提供U口的情況

其組網需采用專門的轉換設備在接入側（CS）對小靈通CS和CSC之間U口的2B+D數據進行標準的以太網封裝，且對應地在局端匯聚側（CSC）采用轉換設備，應將標準的以太網數據解析成2B+D數據，然后發給小靈通CSC對應的U口。采用該類轉換封裝設備可以在以太網上透明承載U口數據，同時在解析過程中可以提取網絡時鐘以進行頻率和相位的同步。但需要注意的是，局端和遠端轉換設備的U口信息必須一一對應。該種情況下的組網方案如圖4所示。

利用該組網方案需要考慮U口轉換設備的布放位置，CSC與CS之間傳輸距離過長，將導致時延增大，增大小靈通通話產生回聲的可能性，且匯聚側局端設備和接入側遠端設備之間的路徑不能接路由設備，所以對小靈通CS的雙絞線進行EPON改造時，匯聚側局端集中式設備位置應盡量靠近OLT，如果CSC與OLT距離過遠，OLT可以考慮利用交換機或者光電轉換設備通過光纖連接到CSC，以減少傳輸時延。同時接入側遠端臺式設備盡量布放在交接箱處，靠近CS。

由于小靈通語音信號的優先級較高，EPON設備需要對U口數據轉換成的IP數據包進行VLAN及QoS標記來區分該業務流，在ONU能夠提供U口的情況下，由ONU對數據報文打VLAN標簽并標記QoS值為7，若ONU不能提供U口，則需要接入側遠端轉換設備對數據報文進行VLAN標記并進行QoS標記。

當前小靈通CS維護告警是通過第一個U口的2B+D中的D通道進行CS與CSC之間的傳送。小靈通CS信號用EPON網絡承載后，將2B+D數據封裝到IP報文中，通過EPON網絡傳送到CSC上，所以在網絡切換中絕大多數告警不會受到影響。但是需要重新考慮小靈通CS的外線測試，原因在于當前的外線測試是由獨立的線路測試網管發起的線路測試，由CSC器完成，測試范圍包括從CSC到CS之間的全部銅纜，在用EPON網絡承載后，由于干線銅纜已經退掉，測試范圍僅為接入ONU或者轉換設備到CS的配線銅纜。對于方案一，可以在小靈通網管側增加EPON網管客戶端，并對該客戶端設置告警查詢和線路測試的權限；增加的客戶端完成U口激活、去激活等告警，并且進行配線段（接入側ONU到CS）線路測試。測試可以由EPON的網管發起，也可以由原小靈通維護人員通過EPON網管客戶端發起，由接入側的ONU完成。對于方案二，則需要接入側遠端轉換設備完成外線測試。

小靈通建網初期80%左右的CS有UPS備電，由于UPS在戶外，長時間受環境影響，目前有很多UPS都已出現故障，因此實際狀況是絕大部分基站都處于無備電的情況。通過ONU或者U口轉換設備連接小靈通CS后，部分ONU或者U口轉換設備無備電。所以在ONU或者U口轉換設備安裝時，應該盡量取市政供電，還需要根據ONU或者轉換設備的實際位置，對部分設備進行備電。

3 EPON承載DDN、ISDN、HDSL等業務解決方案

EPON承載DDN、ISDN、HDSL等業務的網絡拓撲如圖5所示。

DDN業務作為一種TDM業務，可提供專用電路、虛擬專用網（VPN）、傳真等業務，目前現網的銅纜接入設備包括xDSL設備和低速率的Modem，其中，xDSL設備可提供E1和 V.35接口，Modem可以提供V.35/V.24/RJ45接口。xDSL設備在局端通過管理機框控制局端插卡和遠端用戶設備，局端插卡上聯至DDN各類TDM/ATM的交換設備。EPON網絡承載DDN業務，需要將ONU布放至商務樓，并且支持接入目前基礎數據網主流接入終端。如果ONU與DDN終端設備距離很近，DDN終端設備可以直接通過V.24或V.35接口與ONU設備連接；如果ONU設備與DDN設備距離較遠，DDN終端設備可以通過SHDSL方式或者通過V.24/V.35 Modem與ONU設備連接，OLT通過E1/STM-1接口將封裝后的數據流透傳給DDN局端設備。考慮到網絡扁平化的演進方向，也可以將OLT和基礎數據網TDM/ATM接入設備直聯，但基于網絡的安全性考慮，需要STM接口和基礎數據網核心設備支持APS保護功能。

ISDN業務包括數據業務和語音業務，ISDN有B和D兩種信道：B信道用于傳輸數據和語音信息，D信道用于信號和控制。ISDN提供兩種用戶接口：基本速率接口（BRI）由 2個B信道和 1個D信道組成，其中，B信道帶寬64 kbit/s，D信道帶寬 16 kbit/s，3個信道設計成2B+D；主速率接口（PRI）由多個B信道和1個帶寬為64 kbit/s的D信道組成，我國目前采用30B+D總速率為2.048 Mbit/s的E1接口。對于基本速率接口，其網絡側接口為U口，可采用與小靈通CS相同的EPON網絡承載方案，不同的是此時局端的CSC設備換成ISDN交換機；對于主速率接口，可以用帶E1接口的ONU設備直接承載,OLT通過E1/STM-1接口將封裝后的數據流透傳給ISDN局端設備。

HDSL、SHDSL等相關技術的銅纜傳輸業務也可以通過EPON網絡承載，HDSL、SHDSL等接入方式的用戶側端口種類比較豐富，提供了以太網端口和E1端口的接入方式，可直接用ONU接入；對于提供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網絡承載傳統TDM銅纜業務，OLT和ONU應對轉換后的數據流標記QoS值為7，使其優先級最高，并且ONU需要對轉換后的數據流進行VLAN標記來區分該業務流。

4 結束語

隨著“三網融合”的開展和各運營商“光進銅退”戰略的持續推進，EPON網絡部署規模越來越大，用EPON網絡承載傳統TDM銅纜業務的需求也越來越迫切，目前主流設備商的EPON設備均能提供PWE3方式仿真TDM業務，可以滿足這些傳統業務的時鐘同步、QoS保證等要求。隨著網絡的不斷演進和EPON技術的不斷成熟和完善，EPON網絡將能夠承載更多的新業務和傳統業務，成為統一的接入和匯聚平臺。

1 IETF RFC4553，2006

2 IETF RFC5086，2007

3 IEEE802.3，2005

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