以太無源光網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)應(yīng)用

李立閣

引言：以太無源光纖網(wǎng)絡(luò)簡稱EPON網(wǎng)絡(luò)。本文介紹了以太無源光網(wǎng)絡(luò)的工作原理，并對其技術(shù)進(jìn)行分析。

一、以太無源光網(wǎng)絡(luò)（EPON）工作原理

EPON是英特網(wǎng)與光網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的結(jié)合。EPON 采用端到端的結(jié)構(gòu)，無源光纖網(wǎng)絡(luò)，在以太網(wǎng)基礎(chǔ)上提供多個(gè)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)?，F(xiàn)在，因特網(wǎng)基本占據(jù)整個(gè)局域網(wǎng)市場，EPON 是與因特網(wǎng)結(jié)合使用的，其包括了因特網(wǎng)基本框架結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議，從而成為接入網(wǎng)終端的最直接、最有效的通信方法。EPON 中，無需復(fù)雜的協(xié)議轉(zhuǎn)換，光信號就能準(zhǔn)確地傳送到終端接入用戶，來自用戶的數(shù)據(jù)通過光信號傳送到網(wǎng)絡(luò)。

一個(gè)典型的Ethernet over PON系統(tǒng)包括OLT、ONU、POS三部分。OLT（光線路終端）、ONU（光網(wǎng)絡(luò)單元）以及POS（無源光分配器）等單元端到端網(wǎng)絡(luò)，其網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)采用星型或樹型分支結(jié)構(gòu)，下行方向采用廣播方式，ONU將接收的下行信息，根據(jù)各自地址提取相關(guān)信息；上行方向使用分布式共享系統(tǒng)，通過控制機(jī)制將多個(gè)ONU 有序接入。在EPON中，OLT不光是路由器，也是多業(yè)務(wù)提供平臺（MSPP），可作為無源光纖網(wǎng)絡(luò)的光纖接口。參照以太網(wǎng)的發(fā)展趨勢，OLT將提供10Gbit/s的網(wǎng)絡(luò)接口，同時(shí)為保證其他網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的正常工作，OLT還支持ATM、FR等速率的通信。

OLT主要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)集中和接入的功能，還可以按照不同用戶的要求帶寬分配帶寬、網(wǎng)絡(luò)安全和管理策略。POS是一個(gè)無源，可以置于任何環(huán)境中，OLT通過POS 連接多個(gè)ONU。一個(gè)POS的分線率為8、16或32，可實(shí)現(xiàn)多級連接。OLT到ONU間的連接距離可達(dá)20km，如果使用光纖放大器（有源中繼器），可擴(kuò)展連接距離。

EPON中采用應(yīng)用廣泛的以太網(wǎng)協(xié)議。通過ONU單元實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)第二層第三層交換功能，采用以太協(xié)議可以更方便的實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信，所以傳輸過程中無需協(xié)議轉(zhuǎn)換，ONU還支持其他的TDM協(xié)議。對于光纖到戶（FTTH）的接入方式，ONU和NIU可以集成在一起，從而給終端用戶分配足夠的帶寬，同時(shí)保證極低的成本。遠(yuǎn)程業(yè)務(wù)分配控制管理可以針對用戶不同的帶寬需求做出響應(yīng)操作，從而大大提高帶寬的使用效率。中心管理系統(tǒng)可以對OLT、ONU等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行設(shè)置及用戶可管理的CPE業(yè)務(wù)。PON系統(tǒng)可以方便、靈活地為用戶進(jìn)行動(dòng)態(tài)分配帶寬，根據(jù)用戶的要求，為其靈活分配。

二、EPON中的核心技術(shù)

（一）信道復(fù)用技術(shù)

信道復(fù)用技術(shù)是EPON的一個(gè)重要技術(shù)，通過一條光纖中同時(shí)傳輸多個(gè)波長的光信號，而每個(gè)光信號可以承載多路電信號（包括數(shù)字和模擬兩種）。WDM原理是在發(fā)送端將不同波長的光信號整理到一起，并放在光纜線路中的一條光纖中進(jìn)行傳輸，在接收端將這些信號按照各自波長的不同進(jìn)行分解和處理，最終發(fā)送到不同的用戶終端。在整個(gè)過程中，發(fā)送端與接收端是WDM的重要組成部分，其工作性能直接決定了網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量的好壞。一般情況下，為保證傳輸質(zhì)量，我們在選擇發(fā)送與接收設(shè)備時(shí)，設(shè)備損耗應(yīng)控制在1.0～2.5db以內(nèi)，同時(shí)，不同信道間的相互干擾也是影響傳輸質(zhì)量的重要因素，值得我們注意。

從發(fā)展現(xiàn)狀看，多數(shù)EPON采用DWDM及TDMA技術(shù)。EPON 在IEEE802.3以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)幀格式上進(jìn)行必要的修改，通過波分復(fù)用技術(shù)，可同時(shí)處理雙向信號傳輸，在同一根光纖中，上、下行兩個(gè)信號分別使用不同的波長。上行采用時(shí)分多址接入（TDMA）技術(shù)，下行采用純廣播的方式。在下行傳輸過程中，OLT為ONU分配相應(yīng)的PON-ID，每個(gè)ONU監(jiān)測收到數(shù)據(jù)的PON-ID，如果接收數(shù)據(jù)的PON-ID和自身PON-ID一致，則接收數(shù)據(jù)，否則丟棄。

另一方面，PON系統(tǒng)采用“同纖異波”的傳輸方式，系統(tǒng)中的OLT和ONU之間采用上下行雙向傳輸?shù)膯文９饫w，上行使用1255nm～1355nm波長（標(biāo)稱1310nm），下行使用1480nm～1500nm波長（標(biāo)稱1490nm），而1540nm～1560nm波長（標(biāo)稱1550nm）則預(yù)留給CATV服務(wù)。

（二）光鏈路損耗測量

OLT及ONU都支持光功率測量功能，OLT對其接收到的ONU上行光功率進(jìn)行測量，誤差控制在±1dB，ONU對來自O(shè)LT的下行光功率進(jìn)行測量，誤差控制在±2dB。

前面說過，PON系統(tǒng)主要由OLT、POS以及ONU三部分組成，其中POS（無源光分配器）的損耗直接影響PON的使用性能。因此，分析研究PON中的POS損耗是一個(gè)很重要的環(huán)節(jié)。影響POS的因素主要有：光纖損耗、無源分配器損耗、接頭損耗。

（三）系統(tǒng)同步

系統(tǒng)同步是指為防止各個(gè)ONU 上行數(shù)據(jù)發(fā)生碰撞，按照EPON上行為多點(diǎn)到一點(diǎn)的組織結(jié)構(gòu)，每個(gè)ONU發(fā)送的時(shí)間間隙必須與OLT的系統(tǒng)分配的時(shí)間間隙一致。為實(shí)現(xiàn)ONU與OLT的時(shí)鐘信號同步，EPON采用時(shí)間標(biāo)簽方式。在OLT端設(shè)有一個(gè)全局計(jì)數(shù)器，下行方向OLT發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)插入時(shí)鐘標(biāo)簽，ONU根據(jù)收到數(shù)據(jù)的時(shí)鐘標(biāo)簽調(diào)整本地計(jì)數(shù)器，完成兩端時(shí)間同步；上行方向ONU發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)插入時(shí)鐘標(biāo)簽，OLT根據(jù)收到數(shù)據(jù)的時(shí)鐘標(biāo)簽進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)同步。

三、EPON應(yīng)用特點(diǎn)

（1）EPON所使用的光無源器件，無冗余電源、無需過多的維護(hù)人員，有效降低運(yùn)營成本；

（2）EPON采用廣泛應(yīng)用的以太網(wǎng)技術(shù)，二者能夠更好的融合，消除了復(fù)雜的傳輸協(xié)議轉(zhuǎn)換所帶來的建設(shè)成本因素；

（3）采用波分復(fù)用技術(shù)，傳輸距離可達(dá)20公里，通過添加放大器，可增加傳輸距離，傳輸范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他網(wǎng)絡(luò)。光分路器可最大配置32個(gè)用戶，大大降低成本；

（4）上下行均具備高速率，下行方向采用廣播方式共享系統(tǒng)，上行方向使用分布式共享系統(tǒng)，可方便靈活的為用戶分配帶寬；

（5）端對端的結(jié)構(gòu)，通過增加ONU數(shù)量，有效地對系統(tǒng)進(jìn)行升級，方便實(shí)現(xiàn)；

（6）EPON具有多種能力，可傳輸TDM、IP數(shù)據(jù)和視頻廣播，通過擴(kuò)展第三個(gè)波長，可實(shí)現(xiàn)視頻業(yè)務(wù)廣播傳輸。

結(jié)語

隨著技術(shù)的不斷成熟，EPON 技術(shù)定會(huì)在未來高速信息化建設(shè)中發(fā)揮巨大的作用；有理由相信，在未來幾年的發(fā)展中，EPON的地位將顯得尤為重要；相信在我國"三網(wǎng)"融合的發(fā)展過程中EPON 的重要作用將會(huì)變得更加明顯；相信EPON 技術(shù)的未來會(huì)更加光明。

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（作者單位：廣東省電信工程有限公司）