以太無源光網(wǎng)絡在配網(wǎng)中的運用

摘 要：本文以無源光網(wǎng)絡技術為基礎，介紹了以太無源光網(wǎng)絡作為第三代光纖通訊技術的原理，組成以及特點，就現(xiàn)在配電網(wǎng)絡典型的通訊方案，無源光網(wǎng)絡技術引進運用于配電網(wǎng)絡，增加通訊的穩(wěn)定和可輕易擴容性，使其組網(wǎng)結構靈活多樣，比較適合現(xiàn)在我國各城市配電網(wǎng)絡構架多樣性的要求。并且采用全網(wǎng)雙光纖保護和抗多點失效技術，大大提高了以太無源光網(wǎng)絡運用于配電網(wǎng)絡里的穩(wěn)定和可靠性。

關鍵詞：配網(wǎng)；以太無源光網(wǎng)絡；運用

中圖分類號： TM711 文獻標識碼：A

以太無源光網(wǎng)絡（EthernetPassiveOpticalNetworking，EPON），這個技術不僅提供了千兆傳輸帶寬，同時價格低且穩(wěn)定，幾乎成了以太網(wǎng)絡的代名詞，主要的系統(tǒng)服務供應商已經(jīng)在開發(fā)EPON系統(tǒng)并與下一代的寬帶接入技術相結合。

一個無源光網(wǎng)絡是單一且光纖共享，同時并使用便宜的分光器，把信號從單一光纖分散至獨立的用戶，之所以被稱呼為“無源光網(wǎng)絡”是因為有別于傳統(tǒng)的電信機房局端及客戶端的連接，這其中并沒有一個有源電子設備裝置介于該接入網(wǎng)絡之間，這樣的優(yōu)勢大大的簡化了網(wǎng)絡系統(tǒng)的操作、維護及成本，另一個優(yōu)點為相比于一個點對點的光纖網(wǎng)絡中，其所使用的光纖并不需要很多。

2.原理組成和特點

使用以太網(wǎng)絡技術創(chuàng)造一個無源光纖網(wǎng)絡的架構，無源以太光網(wǎng)絡為點對多點的光纖拓樸結構，當用戶連接至特定分配光纖，它們共享光纖配送網(wǎng)絡（OpticalDistributionNetwork，ODN），藉由骨干光纖回到電信機房局端。

對于低光纖數(shù)的需求是可以想象的傳統(tǒng)的點對點的以太網(wǎng)絡路，路邊交換機（Curb -Switched）以太網(wǎng)絡及EPON間的不同。點對點的以太網(wǎng)絡可能使用N條或2N條的光纖，但必須使用2N個光收發(fā)器，而終端交換機以太網(wǎng)絡則使用一條骨干光纖。如此是可以節(jié)省光纖及電信機房所占用的空間，但仍需使用2N+2個光收發(fā)器，且必須供應電力給交換機來使用。

EPON也使用一個骨干光纖、最少的光纖及占用電信機房較小的空間，同時只需N+1個光收發(fā)器，另外也不需要額外的電力，下行的傳輸速率幾乎達其全速的骨干連接，它同時也支持下行串行廣播。

EPON網(wǎng)絡包括光線路終端（OpticalLineTerminal，OLT）及光網(wǎng)絡單元（OpticalNetwork Unit，ONU）。一般而言，OLT存在于局端電信機房（Central Office，CO），多為以太網(wǎng)絡交換機或媒體轉(zhuǎn)換器平臺，ONU則多置于靠近客戶端，如路邊、建筑物或用戶住處，ONU則提供802.3ah WAN接口及802.3ah客戶端接口。

使用分光器

EPON規(guī)劃了在單一光纖上作全雙工傳輸，并以點對多點的拓樸架構呈現(xiàn)，用戶只看到自己與局端間的傳輸，而非其它在該拓樸架構的用戶。EPON系統(tǒng)使用了分光器（splitter），利用不同的光波長來進行上行串行傳輸及下行串行傳輸，其波長如下：

--1490nm下行串行傳輸，1310nm上行串行傳輸。

采用多點控制協(xié)議MPCP

為了管理點對多點（P2MP）光纖網(wǎng)絡，EPON使用多點控制協(xié)議（Multi-PointControlProtocol，MPCP）。MPCP執(zhí)行帶寬管理工作，包括帶寬的詢問、自動發(fā)現(xiàn)和排序，它在MAC層實現(xiàn)這些功能，利用了64位的控制信息：

--GATEandREPORT字段用在分配及給予帶寬

--REGISTER和REGISTER_REQUEST字段使用在控制自動發(fā)現(xiàn)ONU過程

MPCP提供了接通網(wǎng)絡資源的最佳化，自動化排序的機制減少了帶寬松散的問題，而ONU自動回報帶寬需求給OLT的機制用以實現(xiàn)動態(tài)帶寬分配 （DynamicBandwidthAllocation，DBA），光收發(fā)器的參數(shù)藉由OLT與ONU的交流機制而達到最佳化的目的。

解析OLT和ONU的操作

OLT負責自動發(fā)現(xiàn)ONU的過程，其中包含了帶寬排序和LogicalLinkIDs（LLID）的指定，利用時間標記字段在下行傳輸?shù)腉ATEMAC 控制信息，可達到ONU與OLT同步的功能，ONU接收GATE信息并傳送 REGISTER_REQUEST信息，在預定的時間周期內(nèi)將其注冊到OLT， OLT利用REGISTER信息回復給ONU，用以指明認可ONU的注冊。

EPON下行串行傳輸

EPON網(wǎng)絡控制802.3架構的物理層廣播，如圖3所示，廣播幀被LLID在預傳時間所摘取，一個64位的GATE信息被送到下行串行傳輸來分配帶寬。

EPON上行串行傳輸

無源光網(wǎng)絡在配電上運用

（1）典型通信建設方案

確定電力用戶用電信息采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸通信信道的應用時應按以下優(yōu)先原則進行：

第一，市區(qū)和城鎮(zhèn)首先選擇專用光纖網(wǎng)絡；

第二，可應用公共營運商提供的GPRS/CDMA通信網(wǎng)絡，構建虛擬專用數(shù)傳通信網(wǎng)絡；

第三，利用供電企業(yè)現(xiàn)有的230MHz無線專網(wǎng)資源。

光纖通信：以光波作為信息載體的通信手段，如工業(yè)以太網(wǎng)交換機、光纖收發(fā)器、無源光網(wǎng)絡（PON）等。

優(yōu)點：傳輸速率高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強、保密性好、傳輸時延小、組網(wǎng)方式靈活，可以實現(xiàn)綜合數(shù)據(jù)傳輸。

缺點：一次投資大。但是，隨著光纜性價比的提高、光設備成本的下降，光纖通信必將以其在系統(tǒng)穩(wěn)定性、高可靠性和運行維護方便性等方面的優(yōu)勢，成為優(yōu)質(zhì)配網(wǎng)自動化通信的首選。

光纖環(huán)網(wǎng)是配電自動化通訊網(wǎng)絡設計的優(yōu)選方案，可靠性較高；單點故障不會引起通訊故障。光纖通信是高質(zhì)量配網(wǎng)自動化/用電信息采集系統(tǒng)通信的首選

（2）光纖通訊經(jīng)歷的三個階段

2002年以前：第一代技術：光纖自愈環(huán)網(wǎng)—光MODEM；

2002—2006年：第二代技術：光纖自愈環(huán)網(wǎng)—工業(yè)以太網(wǎng)交換機；

2006年至今：第三代技術：無源光網(wǎng)絡（PON）接入技術2008年。

（3）無源光纖以太網(wǎng)自愈環(huán)網(wǎng)用于電力配網(wǎng)通信時應考慮的問題：

a.當環(huán)上多個站點需要停電檢修時的方案

b.當配電網(wǎng)需要更改拓撲結構或增加/減少設備時的方案

無源光網(wǎng)絡（PON）：是指在光線路終端（OLT）和光網(wǎng)絡單元（ONU）之間的光分配網(wǎng)絡（ODN）沒有任何有源電子設備的光接入網(wǎng)。

PON：Passive Optical Network；

APON：基于ATM的無源光網(wǎng)絡，G.983；

EPON：基于以太網(wǎng)的無源光網(wǎng)絡，802.3ah；

GPON：Gigabit PON ，APON的升級版本。

點對多點的光纖傳輸和接入技術

下行采用廣播方式、上行采用時分多址方式。

動態(tài)帶寬分配（DBA）

組網(wǎng)拓撲：可以靈活地組成樹型、星型、總線型等。

節(jié)省光纜資源（單纖）、節(jié)省設備資源、帶寬資源共享、節(jié)省機房投資、設備安全性高、建網(wǎng)速度快、綜合建網(wǎng)成本低

抗多點失效

當配電網(wǎng)需要增加、減少設備、改變拓撲結構時，不影響原有設備的正常運行無源光網(wǎng)絡天然吻合配網(wǎng)通信需求，是配網(wǎng)自動化、用電信息采集系統(tǒng)通信的首選

（4）實施方案

①全網(wǎng)雙纖保護

LU和RU均配置兩個光收發(fā)單元來組建1+1全保護網(wǎng)絡。采用全光纖保護倒換技術，通過網(wǎng)絡中不同的光纖路由，分別構成系統(tǒng)的兩個通信方向，一個為工作方向，另一個為保護方向；上行提供串行口和以太網(wǎng)口與前置機相連，從而實現(xiàn)全網(wǎng)雙路由，提高網(wǎng)絡可靠性。

②抗多點失效

首家將PON技術引入配網(wǎng)自動化通信領域，各遠端通信站之間采用并聯(lián)而不是串聯(lián)方式，一個或多個站的停電檢修或失效不會影響其他站的正常運行。

全光纖保護倒換技術

自動倒換：通過故障檢測觸發(fā)，如信號丟失、幀丟失、信號劣化等；

強制倒換：通過管理事件激活，如光纖的預先設定路由、光纖更換等；

目前業(yè)界唯一能抗多點失效的解決方案，1：1冗余組網(wǎng)，支持全光纖保護倒換

③實例

根據(jù)配電線路聯(lián)絡情況，選取不同的“手拉手”模式。典型“手拉手”兩點接入結構如下圖所示，OLT1和OLT2分別安裝在不同的變電所，ONU設備安裝在配電終端處，光纜中斷或OLT設備失效時均能實現(xiàn)保護，由ONU設備選擇接入不同的OLT。充分考慮匯聚、核心設備的冗余備份，避免大規(guī)模故障。

圖EPON“手拉手”兩點接入結構

當因區(qū)域選擇的原因或者配電一次網(wǎng)架的原因不滿足兩點接入不同的變電所時，組織兩條不同的光路，實現(xiàn)“手拉手”保證單點接入其中一個變電站，如下圖所示。

圖EPON“手拉手”單點接入結構

結語

隨著國家智能配網(wǎng)的概念提出，各大城市配電工程的相繼逐步興起，作為光纖通訊第三代的技術代表的以太無源光網(wǎng)絡，提供了一個相對穩(wěn)定可靠的通訊平臺，它的靈活穩(wěn)定不受干擾的可擴展組網(wǎng)性適應了現(xiàn)行復雜的配網(wǎng)一次網(wǎng)架，并在今后一次設備的改造中通訊網(wǎng)絡基本不受影響，并采用全網(wǎng)雙光纖保護和抗多點失效技術大大提高了通訊的可靠穩(wěn)定性，為配網(wǎng)通訊網(wǎng)絡這個“瓶頸”提出了可行的解決辦法。

參考文獻

[1]陳志杰，齊建群.無源光網(wǎng)絡（PON）在上海電力中的組網(wǎng)應用.電力系統(tǒng)通信， 2004.

[2]徐國強.PON技術在小區(qū)電力開關柜監(jiān)控中的應用.通訊世界，2002.

[3]徐國強.無源光網(wǎng)絡技術在小區(qū)電力開關柜監(jiān)控中的應用.中國數(shù)據(jù)通信，2002.

[4] DrorSaleePassave.高效能 低成本--以太無源光網(wǎng)絡技術簡析.光纖新聞網(wǎng)，2006.