epon在廣電網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用-課件

EPON在廣電網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用唐明光2007.1.6EPON在廣電網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用唐明光1一、全光接入技術(shù)--PON1、接入網(wǎng)現(xiàn)狀目前接入網(wǎng)現(xiàn)有的解決方案和用戶的需求之間存在著巨大差異。在用戶側(cè)的本地網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)普遍擁有了支持10M和100M速率的能力，在城域網(wǎng)側(cè)已經(jīng)可以支持千兆和萬兆的速率，在用戶側(cè)和城域網(wǎng)側(cè)之間數(shù)據(jù)的傳送卻大部分為不足1M甚至只有幾十K的速率。接入網(wǎng)仍是大容量局域網(wǎng)和骨干網(wǎng)之間的瓶頸。

一、全光接入技術(shù)--PON1、接入網(wǎng)現(xiàn)狀2epon在廣電網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用-課件3

2、寬帶接入網(wǎng)技術(shù)方案

通信業(yè)界多年來一直認為，PON（PassiveOpticalNetwork無源光網(wǎng)絡(luò)）是接入網(wǎng)未來的方向。它在解決寬帶接入問題上普遍被認可，無論設(shè)備和運行、護維、網(wǎng)管方面，它的成本相對便宜，提供的帶寬足以應(yīng)付未來的各種寬帶業(yè)務(wù)需求。

PON自從在20世紀80年代被采用至今，已歷經(jīng)了幾個發(fā)展階段。電信運營商和設(shè)備制造商開發(fā)了多種協(xié)議和技術(shù)以便使PON解決方案能更好的滿足接入網(wǎng)市場需求。

2、寬帶接入網(wǎng)技術(shù)方案4

最初PON標準是基于ATM

的，并由ITU/FSAN定義了相應(yīng)G.983建議，即APON。目前則有兩個頗為引人注目的新的PON標準：其一是由ITU/FSAN負責制定的用來替換APON標準的Gigabit

PON（GPON）標準，其二是由IEEE

802.3ah工作組負責制定的Ethernet

PON（EPON）標準。

最初PON標準是基于ATM

的，并由ITU5

1）ATM無源光網(wǎng)絡(luò)（APON/BPON）

APON是由ITU/FSAN定義的，以ATM協(xié)議為載體，下行以155.52Mb/s或622.08Mb/s的速率發(fā)送連續(xù)的ATM信元，同時將物理層OAM信元插入數(shù)據(jù)流中。上行以突發(fā)的ATM的信元方式發(fā)送數(shù)據(jù)流，并在每個53字節(jié)長的ATM信元頭增加3字節(jié)的物理層開銷，用以支持突發(fā)發(fā)射和接收。APON提供非常豐富和完備的OAM，包括比特誤碼率的監(jiān)視，告警和檢測，自動發(fā)現(xiàn)和自動測距，并采用擾動策略作為實現(xiàn)下行數(shù)據(jù)加密的安全機制。下圖為APON系統(tǒng)中傳輸協(xié)議的轉(zhuǎn)換。

1）ATM無源光網(wǎng)絡(luò)（APON/BPON）6epon在廣電網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用-課件7

APON協(xié)議層采用ATM，物理層采用PON。

經(jīng)過以21個全球主要電信運營商為主的FSAN（全業(yè)務(wù)接入網(wǎng)）集團的不懈努力，

1998年10月通過了全業(yè)務(wù)接入網(wǎng)采用的ATM-PON格式標準——ITU-TG.983.1；

2000年4月批準其控制通道規(guī)范的標準ITU-TG.983.2；

2001年又發(fā)布了關(guān)于波長分配的標準：ITU-TG.983.3，利用波長分配增加業(yè)務(wù)能力的寬帶光接入系統(tǒng)。

APON協(xié)議層采用ATM，物理層采用PON。

經(jīng)8

APON標準G.983的基本特點是：

*基于ATM信元

*對稱（雙向155.52Mb/s）和非對稱工作方式（下行622.08Mb/s，上行155.52Mb/s）

*最多能支持32個用戶的光分支，最大傳輸距離20km

*單纖或雙纖操作

*利用波長分配增加業(yè)務(wù)能力

該標準是一個良好的開端，它為考核光纖接入設(shè)備供應(yīng)商提出了一種現(xiàn)實的性能要求。世界上有不少廠家已在按此標準生產(chǎn)或開發(fā)基于ATM的寬帶PON產(chǎn)品，如：Terawave、QuantumBridge、Alcatel、Lucent/OKI等公司。

APON標準G.983的基本特點是：

*基于AT9

當電信公司開始部署更多的以太網(wǎng)和交換式以太網(wǎng)以傳輸高速數(shù)據(jù)和交換式數(shù)字視頻業(yè)務(wù)時，為了滿足電信公司不斷增長的帶寬需求，APON/BPON在升級時可能存在困難。例如，APON/BPON一般只能升級到下行（從中心局到用戶駐地）622Mbps和上行155Mbps，并且在除去ATM開銷后，可用（可出售）的帶寬只有448Mbps。隨著未來每用戶帶寬需求的增長，這將成為部署APON/BPON的很大的一個障礙，并且很大程度限制了每個PON可服務(wù)的用戶的數(shù)量。PON的一個主要好處就是能分擔從中心局到用戶的長距離干線的成本，如果這些干線的投資回報受限于每用戶可用帶寬的數(shù)量，那么整個PON的商業(yè)意義就沒有了。

當電信公司開始部署更多的以太網(wǎng)和交換式10

2）GPON由于上述原因，多年前FSAN聯(lián)盟和ITU開始了制定新PON標準的工作，新標準要能夠滿足迅速增長的帶寬和業(yè)務(wù)需求。這個標準被稱為GPON，已被ITU-T批準，稱為G.984.x。

GPON是語音、視頻和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的一種切實可行的方案。更重要的是，GPON以前所未有的經(jīng)濟性以原有格式支持傳統(tǒng)通信業(yè)務(wù)，也支持未來向全分組/全IP網(wǎng)絡(luò)的演進。

2）GPON11

GPON支持兩種封裝方式：ATM和GPON封裝方式（GEM）。

ATM方式是已有APON/BPON標準的一種演進，所有的語音、視頻和數(shù)據(jù)流在用戶端被封裝并被傳回中心局。GEM方式，所有業(yè)務(wù)流使用SONET/SDH通用成幀協(xié)議（GFP）的一種變種被映射并穿越GPON網(wǎng)絡(luò)。GEM支持以固有格式傳輸語音、視頻和數(shù)據(jù)，而無需附加ATM或IP封裝層。

使用GEM方式，GPON可以顯著增加可利用帶寬。GPON支持的下行速率高達2.5Gbps，上行速率從155Mbps到2.5Gbps。相對于APON/BPON標準有極大的增加。

GPON支持兩種封裝方式：ATM和GP12epon在廣電網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用-課件13

GPON是ITU提出的G比特級的無源光網(wǎng)絡(luò)。ITU在2003年正式通過并頒布了GPON標準系列中的三個標準：G.984.1、G.984.2和G.984.3。由于GPON標準是ITU在APON標準之后推出的，因此G.984標準系列不可避免的沿用了G.983標準的很多思路。GPON更注重多業(yè)務(wù)和QoS保證，因此更受運營商的青睞。但由于GPON標準復(fù)雜且開發(fā)較晚，因此目前GPON產(chǎn)品商品化階段正在進行中。

而ITU提出的GPON技術(shù)的主要目標是實現(xiàn)Gbit速率，并能支持多種業(yè)務(wù)，對所有業(yè)務(wù)最優(yōu)化。

GPON是ITU提出的G比特級的無源143）EPON概述IEEE1998年發(fā)布完千兆以太網(wǎng)標準后，于2000年12月，IEEE802.3成立了第１英里以太網(wǎng)－EFM特別工作組，致力于研究如何支持三種接入網(wǎng)拓撲以及相應(yīng)的物理層：銅線上以太網(wǎng)（EoVDSL），在750m上傳送10Mbit/s；點到點光纖上的以太網(wǎng)，在最長10km上傳送1000Mbit/s；點到多點光纖上的以太網(wǎng)（EPON），在最長10km上傳送1000Mbit/s。此外，該工作組還將定義以太網(wǎng)的運行、管理、維護（OAM），使它具有遠端故障顯示、遠端環(huán)回和鏈路監(jiān)測等功能。

3）EPON概述15epon在廣電網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用-課件16

a）關(guān)于EPON標準世界上有幾個主要組織負責開發(fā)PON的相關(guān)標準，EFM/IEEE和FSAN/ITU-T就是其中的主要兩個組織。

FSAN/ITU-T：在二十世紀八十年代，世界上許多大的運營商將光接入網(wǎng)引到他們的網(wǎng)絡(luò)中?？墒瞧渲械拇蟛糠滞Ａ粼谠囼灳蛛A段，主要原因是其高昂的費用以及當時少的可憐的業(yè)務(wù)需求。隨著Internet的迅速普及，到了90年代大量的對帶寬的需求又使寬帶接入重新成為主流。1995年，7個主要的電信業(yè)務(wù)提供商發(fā)起并建立Full

Service

Access

Networks(FSAN)全業(yè)務(wù)接入網(wǎng)組織，以加速光接入網(wǎng)的商用化。

17隨后一些主要的設(shè)備制造商也加入到該組織中，包括：Alcatel,

Agere,

Broadlight,

Ericsson,

FlexLight

Networks,

Fujitsu,

等公司。

FSAN收集整理BPON,

APON

and

GPON的需求，并這些文檔作為建議反饋給ITU-T，第15研究組。FSAN/ITU-T已經(jīng)制定出GPON標準G.984x。

隨后一些主要的設(shè)備制造商也加入到該組織中，包括：18

EFM/IEEE：EFM是利用從用戶辦公室及家庭到通信運營商之間的連接線路直接傳輸以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀的規(guī)格。IEEE（國際電氣和電子工程師協(xié)會）802委員會的802.3ah工作組為EPON使用點到多點以太網(wǎng)接入應(yīng)用制定了標準。

Ethernet

in

the

First

Mile

Alliance

(第一英里以太網(wǎng)聯(lián)盟)則是一個支持基于802.3ah的EFM標準化的業(yè)界組織。EFMA的成員包括終端制造商、系統(tǒng)集成和通信運營商等，包括

Alloptic,

Inc.,

Analog

Devices,

BATM

Advanced

Communications,

Calix,

Cisco

Systems,

Elastic

Networks,

Ericsson,

Extreme

Networks,

Finisar,

Fiber

in

the

Loop,

Harmonic,

Hatteras

Networks,

Infineon

Technologies,

Intel,

NTT

Group,

Paradyne,

Passave

Technologies,

Spirent

Communications,

Texas

Instruments,

and

World

Wide

Packets等。

EFM/IEEE：19EFM有4個主要目標：

*支持由IEEE

802.3ah制定的第一英里以太網(wǎng)標準

。

*致力于集中技術(shù)資源促進關(guān)于技術(shù)規(guī)范的協(xié)調(diào)和統(tǒng)一。

*促進業(yè)界了解、接受和推動第一英里以太網(wǎng)技術(shù)和產(chǎn)品。

*協(xié)調(diào)各個設(shè)備制造商相互協(xié)作，鼓勵和推動彼此之間的合作。

EFM有4個主要目標：

*支持由IEEE

80220

b）EPON發(fā)展現(xiàn)狀

EPON是幾個最佳的技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的結(jié)合。EPON采用點到多點結(jié)構(gòu),無源光纖傳輸方式，在以太網(wǎng)之上提供多種業(yè)務(wù)。目前,IP/Ethernet應(yīng)用占到整個局域網(wǎng)通信的95%以上。EPON由于使用了經(jīng)濟和高效的結(jié)構(gòu)，是連接接入網(wǎng)最終用戶的一種最有效的通信方法。10G以太主干和城域環(huán)的出現(xiàn)也將使EPON成為未來全光網(wǎng)中最佳的最后一英里的解決方案。在EPON產(chǎn)品方面，現(xiàn)在領(lǐng)先的有國際上有Salira，Alloptic等新興公司，也有一些老牌公司如Nokia

Broadband，Quantum

Bridge等，國內(nèi)在EPON方面研發(fā)比較領(lǐng)先有華為公司，華中理工，武漢烽火等。如華為公司的多業(yè)務(wù)EPON支持上下行對稱1.25G帶寬，支持ONU的自動加入，支持TDM業(yè)務(wù)，提供動態(tài)/靜態(tài)帶寬分配、彈性保護倒換等功能。

b）EPON發(fā)展現(xiàn)狀

EPON是幾個最21二、EPON工作原理

1、EPON的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

EPON

系統(tǒng)是一個典型的光接入網(wǎng)，它由ITU-T定義，如下圖示：

二、EPON工作原理1、EPON的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

22

一套典型的EPON

系統(tǒng)由OLT,

ONU/ONT,

POS組成。

OLT位于根節(jié)點，通過ODN與各個ONU相連，在下行方向，OLT提供面向無源光纖網(wǎng)絡(luò)的光纖接口；在上行方向，OLT將提供了GE（Gigabit

Ethernet）。將來10Gbit/s的以太網(wǎng)技術(shù)標準定型后，OLT也會支持類似的高速接口，為了支持其他流行的協(xié)議，OLT還可支持ATM,

FR以及OC3/12/48/192等速率的SDH/SONET的接口標準。OLT通過支持E1接口來實現(xiàn)傳統(tǒng)的TDM話音的接入。在EPON的統(tǒng)一網(wǎng)管方面，OLT是主要的控制中心，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理的主要功能。

POS（Passive

Optical

Splitter）是無源光纖分支器，是一個連接OLT和ONU的無源設(shè)備。

ONU放在用戶駐地側(cè)，接入用戶終端。

一套典型的EPON

系統(tǒng)由OLT,

ONU23EPON網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如下圖EPON網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如下圖24OLT和ONU之間可以靈活組建成樹形，環(huán)形，總線形，以及混合型。

（A）樹型拓撲

OLT和ONU之間可以靈活組建成樹形，環(huán)形，總線形，以及混合25（B）總線型拓撲

epon在廣電網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用-課件26（C）環(huán)型全保護的拓撲結(jié)構(gòu)epon在廣電網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用-課件27（D）主干路帶保護的樹型拓撲

epon在廣電網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用-課件28（E）主、支路帶保護的樹型拓撲

epon在廣電網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用-課件29利用不同的分光方案，可以構(gòu)成花樣繁多的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。不同的分光方案舉例如下圖：利用不同的分光方案，可以構(gòu)成花樣繁多302、EPON傳輸距離---OLT到ONU/ONT的最遠距離

有兩個因素影響無源光網(wǎng)絡(luò)的傳輸距離：第一個是光功率，它由光線路終端（OLT）的激光器和線路損耗決定。第二個是光網(wǎng)絡(luò)終端（ONU/ONT）同時發(fā)射的風(fēng)險。因為光網(wǎng)絡(luò)終端共享光纖饋線和光線路終端的端口，所以，所有的設(shè)備都必須有一套復(fù)雜的算法以避免一個以上的ONT同時發(fā)射。如果發(fā)生了同時發(fā)射的情況，就會導(dǎo)致業(yè)務(wù)流發(fā)生碰撞，影響大多數(shù)業(yè)務(wù)無法繼續(xù)。該算法要計算和調(diào)節(jié)各ONU/ONT與OLT之間的距離差。距離產(chǎn)生延遲。當延遲增加時，ONT到OLT的傳輸窗口就會變窄。這直接影響ONT可用帶寬的數(shù)量。因此要限制ONT和OLT之間的最大距離以保證ONT能有可接受的帶寬性能。PON標準將這個最大距離定為20km，而多數(shù)廠商建議為10km。

2、EPON傳輸距離---OLT到ONU/ONT的最31

下圖顯示了PON和有源以太網(wǎng)的服務(wù)半徑。對PON來說，在選擇光分路器的位置時必須考慮OLT和ONU/ONT之間的最大距離限制。圖中黃色圓環(huán)代表了ONU/ONT離OLT的最遠距離（此例中為20km），綠色圓環(huán)代表了ONU/ONT離分路器的最遠距離。光分路器到OLT的距離決定了ONU/ONT到分路器的距離。二者之和不能超過20km。圖中給出了兩個例子：一個是分路器距離OLT19km，因而其服務(wù)半徑只有1km；二是分路器距離OLT10km，因而其服務(wù)半徑為10km。在兩個服務(wù)區(qū)域內(nèi)都有32個ONU/ONT。

下圖顯示了PON和有源以太網(wǎng)的服務(wù)半徑32

這就導(dǎo)致需要進行復(fù)雜的權(quán)衡，并且需要經(jīng)常評估下列情況：

*如果在ONU/ONT的服務(wù)半徑內(nèi)少于32個用戶，每用戶分攤的OLT成本就很高。

*如果在ONU/ONT的服務(wù)半徑內(nèi)多于32個用戶，僅僅為了支持第33個用戶，就需要增加OLT端口，結(jié)果導(dǎo)致每用戶分攤的OLT成本陡增。

*如果在現(xiàn)有的ONU/ONT服務(wù)區(qū)域以外有新用戶，就要增加一個OLT端口，結(jié)果導(dǎo)致每用戶分攤的OLT成本非常高。

*如果在OLT的20km服務(wù)半徑以外有新客戶，就需要在一個新地點安裝一個完整的OLT設(shè)備，結(jié)果導(dǎo)致每用戶分攤的OLT成本非常高。

這就導(dǎo)致需要進行復(fù)雜的權(quán)衡，并且需要經(jīng)常33與傳輸距離有關(guān)的光功率預(yù)算，其需要補償PON中所有器件的損耗，但其總功率必須在普通單模光纖的SBS閾值以下。目前新型光纖的SBS閾值有所提高，因此可以適用于需要傳輸更大光功率的場合。與傳輸距離有關(guān)的光功率預(yù)算，其需要補償34

4、EPON工作原理a）EPON的層次模型

對于以太網(wǎng)技術(shù)而言，PON是一個新的媒質(zhì)。802.3工作組定義了新的物理層。而對以太網(wǎng)MAC層以及MAC層以上則盡量做最小的改動以支持新的應(yīng)用和媒質(zhì)。EPON的層次模型按照2003年1月發(fā)布的IEEE

802.3ah

Draft

1.3規(guī)定如下：

4、EPON工作原理35epon在廣電網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用-課件36數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)接收光發(fā)送器光接收器ONU1ONU2ONU3OLT光發(fā)送器光接收器數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)接收1:n無源光分路器介質(zhì)

接入

邏輯介質(zhì)

接入

邏輯波分合路波分合路

EPON采用單纖波分復(fù)用技術(shù)下行1490nm；上行1310nm；數(shù)字/模擬電視1550nm；數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)接收光發(fā)送器光接收器ONU1ONU2ONU37

EPON是由OLT（光線路終端）、ONU（光網(wǎng)絡(luò)單元）以及ODN（光分配網(wǎng)絡(luò)，由無源分光器和光纖組成）等單元構(gòu)成的點到多點系統(tǒng)。其系統(tǒng)拓撲多為星型或樹型分支結(jié)構(gòu)。下行方向（由OLT到ONU）采用廣播方式，每一個ONU將接收到所有下行信息，根據(jù)其MAC地址提取有用信號。上行方向（由ONU到OLT）采用時分方式共享系統(tǒng)。為了避免數(shù)據(jù)碰撞和公平的信道共享，采用OLT分配靜態(tài)或者動態(tài)帶寬的方式，給每個ONU分配一個時間沒有重疊、時隙可變的傳輸窗口，用于ONU數(shù)據(jù)的傳遞。

38為了實現(xiàn)時隙的管理，IEEE802.3ah中采用了多點控制協(xié)議（MPCP），采用Report

和GATE兩個MAC控制消息來實現(xiàn)。OLT發(fā)送“門（GATE）消息”給ONU用來分配時隙，而ONU采用“報告（Report）消息”向OLT獲取時隙或者請求時隙。通過接入控制機制將各個ONU有序接入。EPON的上、下行信息速率均為1

Gb/s（由于其物理層編碼方式為8B/10B碼，所以其線路碼速率為1.25Gb/s），由一根光纖采用波分復(fù)用實現(xiàn)全雙工通信。其結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示。

為了實現(xiàn)時隙的管理，IEEE802.39epon在廣電網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用-課件40b)每用戶帶寬

在EPON中，因為所有用戶終端共享OLT和光纖，所以每個用戶終端的可用帶寬也是共享的?？晒蚕淼目値捜Q于分光器的分光比。例如，EPON的分路比為1:32時，每個ONU的可用帶寬是32Mb/s。EPON能以較低的分路比來提高每用戶的帶寬，但這又增加了每用戶的成本。例如，EPON的分路比從1:32降到1:16，可使每用戶的帶寬增至64Mb/s，但是每用戶均攤的OLT的成本也翻番了。

b)每用戶帶寬

在EPON中，因為所有用41c）EPON中的關(guān)鍵技術(shù)

?。┒帱c控制協(xié)議MPCP

EPON系統(tǒng)通過一條共享光纖將多個OUN連接起來，其拓撲結(jié)構(gòu)為不對稱的基于無源光分路器的樹形分支結(jié)構(gòu)。MPCP就是使這種拓撲結(jié)構(gòu)適用于以太網(wǎng)的一種控制機制。

EPON作為EFM討論標準的一部分，是建立在MPCP（Muti-Point

Control

Protocol多點控制協(xié)議）基礎(chǔ)上的系統(tǒng)。MPCP協(xié)議是MAC

control

子層的一項功能。MPCP使用消息，狀態(tài)機，定時器來控制訪問P2MP（點到多點）的拓撲結(jié)構(gòu)。在P2MP拓撲中的每個ONU都包含一個MPCP的實體，用以和OLT中的MPCP的一個實體相互通信。

c）EPON中的關(guān)鍵技術(shù)42為此，EPON實現(xiàn)了一個P2P仿真子層。P2P仿真子層是EPON/MPCP協(xié)議中的關(guān)鍵組件，該子層通過在每個數(shù)據(jù)報的前面加上一個邏輯鏈路標識LLID（Logical

Link

Identification），該LLID將替換前導(dǎo)碼中的兩個字節(jié)。它可使P2MP網(wǎng)絡(luò)拓撲對于高層來說表現(xiàn)為多個點對點鏈路的集合。

PON將拓撲結(jié)構(gòu)中的根結(jié)點認為是主設(shè)備，即OLT；將位于邊緣部分的多個節(jié)點認為是從設(shè)備，即ONUs。MPCP在點對多點的主從設(shè)備之間規(guī)定了一種控制機制以協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)有效的發(fā)送和接收。

為此，EPON實現(xiàn)了一個P2P仿真子43系統(tǒng)運行過程中，上行方向在一個時刻只允許一個ONU發(fā)送，位于OLT的高層負責處理發(fā)送的定時、不同ONU的擁塞報告、以便優(yōu)化PON系統(tǒng)內(nèi)部的帶寬分配。EPON系統(tǒng)通過MPCP來實現(xiàn)OLT與ONU之間的帶寬請求、帶寬授權(quán)、測距等。

MPCP涉及的內(nèi)容包括ONU發(fā)送時隙的分配，ONU的自動發(fā)現(xiàn)和加入，向高層報告擁塞情況以便動態(tài)分配帶寬。MPCP多點控制協(xié)議位于MAC

Control子層。MAC

Control向MAC子層的操作提供實時的控制和處理。

系統(tǒng)運行過程中，上行方向在一個時刻只允44系統(tǒng)同步：

系統(tǒng)同步是指由于EPON上行為多點到一點的拓撲結(jié)構(gòu)，每個ONU發(fā)送時隙必須與OLT的系統(tǒng)分配的時隙保持一致，以防止各個ONU上行數(shù)據(jù)發(fā)生碰撞。ONU側(cè)的時鐘應(yīng)與OLT側(cè)的時鐘同步。EPON時鐘同步采用時間標簽方式。在OLT側(cè)有一個全局的計數(shù)器，下行方向OLT根據(jù)本地的計數(shù)器插入時鐘標簽，ONU根據(jù)收到的時鐘標簽修正本地時鐘，使本地時鐘與OLT時鐘同步,完成系統(tǒng)同步；上行方向ONU根據(jù)本地時鐘插入時鐘標簽，OLT根據(jù)收到的時鐘標簽完成測距。

系統(tǒng)同步：

系統(tǒng)同步是指由于EP45

ONU的自動識別：

ONU自動識別的目的是通過系統(tǒng)的自動運行，不需人工干預(yù)完成對新ONU的發(fā)現(xiàn)和注冊，使新ONU能夠自動加入到EPON系統(tǒng)而不影響其他ONU運行。EFM對解決注冊沖突提出了兩種方案：

隨機延遲時間：發(fā)生注冊沖突時，發(fā)生沖突的ONU仍然每次都響應(yīng)注冊授權(quán)，但是在響應(yīng)開窗時隨機延遲一定時間（但必須保證ONU隨機延遲后的應(yīng)答仍然可以落在開窗內(nèi)）。采用隨機延遲時間的方法可以縮短ONU加入系統(tǒng)的時間，但是需要增大注冊開窗的長度，這樣會降低系統(tǒng)的帶寬利用率。

ONU的自動識別：

ONU自動識別的46隨機跳過開窗：發(fā)生注冊沖突時，發(fā)生沖突的ONU隨機跳過若干個注冊授權(quán)后才重新響應(yīng)。如果注冊授權(quán)的周期為1s，那么發(fā)生沖突的ONU可隨機延時1～8s(系統(tǒng)可配置)，然后繼續(xù)等待注冊授權(quán)。采用隨機跳過開窗的方法比隨機延遲時間需要多花一些時間，但是不需增大注冊開窗，不會影響系統(tǒng)的帶寬利用率。

隨機跳過開窗：發(fā)生注冊沖突時，發(fā)生沖突的ONU隨機47ⅱ）EPON中TDM業(yè)務(wù)的傳輸

盡管數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的帶寬需求正快速增長，但現(xiàn)有的電路業(yè)務(wù)還有很大的市場，在短期內(nèi)仍將發(fā)揮其巨大的作用，在今后幾年內(nèi)仍是業(yè)務(wù)運營商的主要收入來源。所以在EPON系統(tǒng)中承載電路交換網(wǎng)業(yè)務(wù)，將分組交換業(yè)務(wù)與電路交換業(yè)務(wù)結(jié)合有利于EPON的市場應(yīng)用和滿足不同業(yè)務(wù)的需要。因此，現(xiàn)在的EPON實際都是考慮網(wǎng)絡(luò)融合需求的多業(yè)務(wù)系統(tǒng)。EFM對TDM在EPON上如何承載，在技術(shù)上沒有作具體規(guī)定，但有一點是肯定的就是要兼容以太網(wǎng)幀格式。如何保證TDM業(yè)務(wù)的質(zhì)量實際上也就成為多業(yè)務(wù)EPON的關(guān)鍵技術(shù)之一。

ⅱ）EPON中TDM業(yè)務(wù)的傳輸

盡管48

ⅲ）EPON中信息安全的考慮

根據(jù)IEEE

802.3ah規(guī)定，EPON系統(tǒng)物理層傳輸?shù)氖菢藴实囊蕴W(wǎng)幀，對此，802.3ah標準中為每個連接設(shè)定LLID邏輯鏈路標識，每個ONU只能接收帶有屬于自己的LLID的數(shù)據(jù)報，其余的數(shù)據(jù)報丟棄不再轉(zhuǎn)發(fā)。不過LLID主要是為了區(qū)分不同連接而設(shè)定，ONU側(cè)如果只是簡單根據(jù)LLID進行過濾很顯然還是不夠的。ⅲ）EPON中信息安全的考慮

根據(jù)49為此，IEEE

802.3ah工作組從2002年下半年起召開幾次的會議，專門討論有關(guān)EPON的鏈路安全性的問題。會議就關(guān)于安全性的問題是單獨放在EPON中解決，還是放到整個802體系中解決，決定單獨成立一個任務(wù)組結(jié)合EPON的具體情況，負責整個802體系的安全性問題的研究和解決。2003年1月份以原EPON安全小組的主要成員為主的新的工作組已經(jīng)召開會議，將在盡量保證以太網(wǎng)體系架構(gòu)的基礎(chǔ)上，結(jié)合802.1x、802.10等已有以太網(wǎng)關(guān)于安全性的協(xié)議，加強和完善EPON和其他以太網(wǎng)應(yīng)用的安全性。

為此，IEEE

802.3ah工作組從2002年下半年50ⅳ）EPON中的以太網(wǎng)管理

對于以太網(wǎng)來說，第一英里接入是一個全新的應(yīng)用。因此，它要求一個完整的新的電信級的管理。和傳統(tǒng)的局域網(wǎng)不同，在第一英里的終端用戶不是按照以太網(wǎng)業(yè)務(wù)提供者的要求而配置的，第一英里包括局端設(shè)備（OLT）和遠端設(shè)備（ONU），因此，局端設(shè)備必須要有能力監(jiān)測業(yè)務(wù)提供網(wǎng)絡(luò)和用戶駐地網(wǎng)絡(luò)之間的物理鏈路和設(shè)備的一些重要的信息。EFM工作組已經(jīng)決定提供的OAM功能包括：遠端錯誤指示，遠端環(huán)回，鏈路監(jiān)視。OAM的消息通道，采用長度/類型域為8809的慢協(xié)議幀傳送OAM消息。

ⅳ）EPON中的以太網(wǎng)管理

對于以太515）EPON面臨的挑戰(zhàn)以及解決方法

以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)(EPON)

的很大一個優(yōu)勢就是在利用豐富的帶寬開展多種業(yè)務(wù)和應(yīng)用，如實現(xiàn)三重服務(wù)（triple

play），為最終的三網(wǎng)合一奠定良好的基礎(chǔ)。目前可以開展的業(yè)務(wù)有語音（包括POTS和VoIP）、視頻點播（VOD）、標準電視和高清電視(STV

and

HDTV),

視頻會議、實時或者準實時的電子交易和數(shù)據(jù)等等。針對以上各種不同的業(yè)務(wù)，各電信運營商紛紛推出各種接入業(yè)務(wù)種類，針對不同的用戶需求，在傳輸帶寬、質(zhì)量和價格等方面提供差異性的接入服務(wù)。下列表格列出了一些基本的業(yè)務(wù)類型以及相應(yīng)的要求。

5）EPON面臨的挑戰(zhàn)以及解決方法

以52表格：常見接入業(yè)務(wù)類型及其帶寬需求

表格：常見接入業(yè)務(wù)類型及其帶寬需求

53從表中我們可以看到：針對不同的業(yè)務(wù)，需要的帶寬不同。對服務(wù)質(zhì)量（QoS）以及服務(wù)等級(CoS)的要求也差異很大。

為了確保與IEEE

802的結(jié)構(gòu)兼容，EPON采用了點到點仿真技術(shù)，使得EPON介質(zhì)成為一系列點到點鏈接的組合。根據(jù)IEEE

802.3ah規(guī)定，EPON系統(tǒng)物理層傳輸?shù)氖菢藴实囊蕴W(wǎng)幀，對此，802.3ah標準中采用邏輯鏈路標識方式（LLID），為每個不同的ONU分配一個不同的LLID。這樣每個ONU只能接收帶有自己的LLID的數(shù)據(jù)報，其余的數(shù)據(jù)報丟棄不再轉(zhuǎn)發(fā)。

在這樣一個接入網(wǎng)中，每個ONU可能會有一個或者多個用戶，而每個用戶可能會有一種或者多種業(yè)務(wù)。而每個業(yè)務(wù)（如視頻、語音和數(shù)據(jù)）可能會有不同的服務(wù)等級(CoS)，對服務(wù)質(zhì)量（QoS）有不同的要求。

從表中我們可以看到：針對不同的業(yè)務(wù)，54a）LLID的分配

*每個ONU分配一個LLID

在這樣的配置中，OLT會分配給每個ONU一個不同的LLID。這樣，從帶寬分配機制上，將會變成一個分級的帶寬分配結(jié)構(gòu)。上層的OLT負責ONU的帶寬分配，根據(jù)ONU的請求和網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀，分配給而每個ONU的一定的帶寬；而ONU根據(jù)自身業(yè)務(wù)種類和業(yè)務(wù)的要求，再進行帶寬分配。如下圖所示：

a）LLID的分配55不同等級的帶寬分配方式這種分配方法最大優(yōu)點在于，因為帶寬分配過程中會產(chǎn)生很多MPCP管理幀，而這些幀的傳遞會浪費大量的帶寬。采用這種方法，可以減少管理幀的傳遞，提高帶寬利用率。但是采用分級的帶寬分配的方式存在如下問題。

不同等級的帶寬分配方式56

按照“完全優(yōu)先級隊列”的帶寬分配方式在這種帶寬分配方式中，所有的業(yè)務(wù)只有在更高級別的所有業(yè)務(wù)傳遞完成后才能進行傳遞。有兩種方法來實現(xiàn)：?。㎡NU中業(yè)務(wù)的搶占式排隊

在這種傳輸機制中，低優(yōu)先級的業(yè)務(wù)艱難生存。因為當OLT分配給ONU的時間窗到達的時候，ONU根據(jù)相應(yīng)的授權(quán)，進行業(yè)務(wù)的傳遞，數(shù)據(jù)的傳遞根據(jù)業(yè)務(wù)的優(yōu)先級進行排序，逐步發(fā)送。與此同時，當新到達的數(shù)據(jù)包擁有更高的優(yōu)先級的時候，它們就會搶占那些正在等待發(fā)送的低優(yōu)先級的數(shù)據(jù)的時隙。那些低級的業(yè)務(wù)就會被迫留在緩存區(qū)內(nèi)等待下次發(fā)送。這樣的狀況可能會發(fā)生很多次，導(dǎo)致低優(yōu)先級的業(yè)務(wù)會經(jīng)過很多個周期的延遲。如果這個業(yè)務(wù)的優(yōu)先級越低，那么這種時延的時間可能會更長。

這種機制帶來的另外的一個問題就是傳輸包的變化。由于上報的數(shù)據(jù)和ONU請求的數(shù)據(jù)不同，傳輸包會和上報內(nèi)容不一致?？紤]到和IEEE

802.3兼容的問題，很有可能會出現(xiàn)以太數(shù)據(jù)無法成幀的尷尬局面。

按照“完全優(yōu)先級隊列”的帶寬分配方式57

ⅱ）ONU中非搶占式排隊

在ONU中使用非搶占式排隊的傳輸機制，會減輕低級業(yè)務(wù)延遲大的局面。但是將會帶來新的問題。在這樣傳輸機制中，OUN會根據(jù)預(yù)先上報的請求的隊列，依次進行數(shù)據(jù)的傳遞，即便是有更高級別的業(yè)務(wù)需要傳遞，ONU也不會響應(yīng)。這樣做一個缺點就是由于新的業(yè)務(wù)的傳遞，都要等到上一個傳輸周期完成后，經(jīng)過本次ONU的請求以及OLT的響應(yīng)后才能進行。所以會增加數(shù)據(jù)排隊的時延。下列表格表明對于高優(yōu)先級的業(yè)務(wù)時延周期會有1ms。

ⅱ）ONU中非搶占式排隊

在ONU58表格：高優(yōu)先級的業(yè)務(wù)時延為1ms.非搶占式傳送機制帶來的時延對于那些高級別的業(yè)務(wù)像系統(tǒng)告警、失效指示等等會帶來很大的問題。對于那些如語音、視頻等時延要求小的業(yè)務(wù)來說，這種傳送機制將很難保證這類業(yè)務(wù)的傳輸質(zhì)量（QoS）。如ITU-T

G.114中對于語音業(yè)務(wù)的規(guī)定一樣，要求語音在接入網(wǎng)中的時延要小于1.5ms,

在EPON系統(tǒng)中，除非采用特殊的方法，否則時延很難控制在該范圍內(nèi)。

通過以上的分析可以看到，如果僅僅采用分配給一個ONU一個LLID的方法，很難保證業(yè)務(wù)的公平性，對業(yè)務(wù)也很難提供保護。

表格：高優(yōu)先級的業(yè)務(wù)時延為1ms.59

*基于業(yè)務(wù)分配LLID

為了解決EPON系統(tǒng)中分配ONU一個LLID過程中遇到的各種問題，采用針對不同業(yè)務(wù)分配不同LLID的方法（如下圖示）。該方法是目前簡單而又最有效的方法。這樣一方面消除了在ONU處重新進行帶寬分配和業(yè)務(wù)整合的工作，將所有的工作都統(tǒng)一由OLT進行集中監(jiān)管、調(diào)度和分配。OLT接受來自帶有不同LLID的業(yè)務(wù)上報(Report)的請求，然后通過門（Gate）消息分發(fā)給不同業(yè)務(wù)的授權(quán)。這樣的話，OLT可以很容易的限制一個業(yè)務(wù)的帶寬而給其他的業(yè)務(wù)分配更多的帶寬。在這樣的系統(tǒng)中，ONU也變得非常簡單。在這種方法中，由于每個業(yè)務(wù)需要分配一個LLID,因此需要占有更多的開銷。

*基于業(yè)務(wù)分配LLID

為了解60每種業(yè)務(wù)一個LLID(單級帶寬分配)

這種分配方法保證了各個用戶或業(yè)務(wù)可以保證公平性，有利于保證業(yè)務(wù)的QoS(服務(wù)質(zhì)量)，尤其對時延敏感性業(yè)務(wù)，可以降低接入時延。

每種業(yè)務(wù)一個LLID(單級帶寬分配)

61

b）EPON的可靠性在EPON系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)中，主要有樹形、星形等結(jié)構(gòu)。無論采用何種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，業(yè)務(wù)都是通過OLT、主干光纖（trunk

fiber）、分支光纖（branch

fiber）然后到達每一個ONU。如果OLT或主干光纖發(fā)生故障，整個系統(tǒng)就會陷入癱瘓。這樣的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是非常脆弱的，無法適應(yīng)現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)運營的要求。EPON網(wǎng)絡(luò)故障造成的損失十分巨大，它不僅使現(xiàn)有的業(yè)務(wù)無法運營，使運營商無法獲取相關(guān)的收益，更為嚴重的是它會降低運營商在用戶心中建立起來的信譽，增加用戶的離網(wǎng)率。因此，在當今網(wǎng)絡(luò)保護顯得越來越重要的情況下，對于EPON采用必要的自動保護倒換（APS），不僅能有效的解決業(yè)務(wù)傳遞的連續(xù)性；更可以提高EPON系統(tǒng)的生存性、穩(wěn)定性；提供業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量，同時也將提高運營商的收益。

b）EPON的可靠性62為了解決現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中存在的缺陷，需要把APS技術(shù)運用到EPON系統(tǒng)中，建立新型的具有自愈功能的EPON系統(tǒng)，滿足運營商運營的要求。EPON自愈網(wǎng)是基于傳統(tǒng)的EPON結(jié)構(gòu)所建立的一種新型網(wǎng)絡(luò)。它與傳統(tǒng)的EPON系統(tǒng)相比，具有控制簡單、生存性強等突出特點。所謂網(wǎng)絡(luò)自愈，是指無需人為干預(yù)，網(wǎng)絡(luò)在極短的時間內(nèi)從失效的故障狀態(tài)自動恢復(fù)傳輸所攜帶的業(yè)務(wù)，使網(wǎng)絡(luò)具備一種可替代的傳輸路由。

具有自愈功能的EPON系統(tǒng)主要針對系統(tǒng)應(yīng)用中的一些故障做保護，EPON系統(tǒng)的故障可以分為線路故障、設(shè)備故障兩大類。針對這兩類故障實施的保護也有兩種。

為了解決現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中存在的缺陷，需要63

?。┚€路故障：主要分成主干光纖故障和枝干光纖故障。

*主干光纖故障或光纖插損過大：由于EPON系統(tǒng)是通過光纖和很多無源光器件進行傳輸?shù)?，因此主干光纖或者光無源器件發(fā)生故障時，會影響整個系統(tǒng)的業(yè)務(wù)傳輸。主干光纖的故障主要有光纖斷裂或者損壞，或者由于外界的力量產(chǎn)生扭曲、變形使插損超過門限值導(dǎo)致業(yè)務(wù)中斷。該類型故障產(chǎn)生的后果就是整個系統(tǒng)無法正常工作，該類型的故障優(yōu)先級最高，因此必須杜絕發(fā)生。

*枝干光纖故障：枝干光纖的故障也主要是光纖斷裂或者插損過大。該類故障將會導(dǎo)致一個或者多個ONU業(yè)務(wù)無法傳遞。相對與主干光纖斷裂，該類故障的優(yōu)先級較低，應(yīng)盡量避免發(fā)生。

解決的方法是設(shè)計和增加保護路由的主干光纖和分支光纖。

64

ⅱ）設(shè)備故障：主要有OLT故障和ONU故障兩大類。

*OLT故障：OLT作為EPON的核心，不僅要完成所有ONU的認證、鑒權(quán)、管理等等工作，而且還有負責OUN的測距、動態(tài)帶寬分配（DBA）以及數(shù)據(jù)的交換。如果OLT出現(xiàn)故障，連接到該OLT的所有ONU都無法正常工作。OLT故障的原因有很多，有可能是硬件的，也可能是軟件的；有可能是芯片的，也有可能是模塊的；有可能是光路的，也可能是電路的，等等。該類型的故障導(dǎo)致的后果就是整個系統(tǒng)無法正常工作，該類型的故障優(yōu)先級最高，因此必須杜絕發(fā)生。

*ONU故障：ONU作為用戶與外界數(shù)據(jù)交換的平臺，負責用戶業(yè)務(wù)的傳遞。如果ONU出現(xiàn)故障，將會影響該用戶的所有業(yè)務(wù)，一般情況下不會對整個網(wǎng)絡(luò)造成影響。其影響一般是個體的、少數(shù)的。相對于OLT故障，該類故障的優(yōu)先級較低，應(yīng)盡量避免發(fā)生。

解決的方法是OLT和ONU增加備份設(shè)備。

ⅱ）設(shè)備故障：主要有OLT故障和ONU故障兩大類。65epon在廣電網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用-課件66數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)接收光發(fā)送器光接收器ONU1ONU2ONU3OLT光發(fā)送器光接收器數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)接收1:n無源光分路器介質(zhì)

接入

邏輯介質(zhì)

接入

邏輯波分合路波分合路

EPON運行方框圖EPON采用單纖波分復(fù)用技術(shù)下行1490nm；上行1310nm；數(shù)字/模擬電視1550nm；三、EPON實際系統(tǒng)數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)接收光發(fā)送器光接收器ONU1ONU2ONU67epon在廣電網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用-課件68epon在廣電網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用-課件69epon在廣電網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用-課件701、EPON優(yōu)點1）局端（OLT）與用戶（ONU）之間僅有光纖、光分路器等無源光器件，無需機房、無需配備電源、無需有源設(shè)備維護人員。2）采用單纖波分復(fù)用技術(shù)（下行1490nm，上行1310nm，或下行1550nm，上行1490nm），僅需一根主干光纖和一個OLT，傳輸距離可達20公里。在用戶側(cè)通過光分路器分送給最多32個ONU，因此可大大降低OLT和主干光纖的成本壓力；3）上下行均為千兆速率，下行采用針對不同用戶加密廣播傳輸?shù)姆绞焦蚕韼?，上行利用時分多址接入（TDMA）共享帶寬。高速寬帶，充分滿足接入網(wǎng)客戶的帶寬需求，并可方便靈活的根據(jù)用戶需求的變化動態(tài)分配帶寬。1、EPON優(yōu)點714）點對多點的結(jié)構(gòu)，只需增加ONU數(shù)量和少量用戶側(cè)光纖即可方便地對系統(tǒng)進行擴容升級，充分保護運營商的投資。5）EPON具有同時傳輸TDM、IP數(shù)據(jù)和視頻廣播的能力，其中TDM和IP數(shù)據(jù)采用IEEE

802.3以太網(wǎng)的格式進行傳輸，輔以電信級的網(wǎng)管系統(tǒng)，足以保證傳輸質(zhì)量。通過擴展第三個波長（通常為1550nm）即可實現(xiàn)視頻業(yè)務(wù)廣播傳輸。4）點對多點的結(jié)構(gòu)，只需增加ONU數(shù)量和少量用戶側(cè)光纖即722、EPON的標準目前市場上主流的PON技術(shù)以及標準化情況如表12、EPON的標準733、EPON的光接口：工作在10km范圍的光接口1000BASE-PX10-U/D和工作在20km范圍的EPON光接口1000BASE-PX20-U/D。EPON接口的基本特性見表2。3、EPON的光接口：工作在10km范圍的光接口10744、OLT功能OLT主要具有網(wǎng)絡(luò)集中和接入的功能：向上的接口有：TDM/PSTN接口，IP網(wǎng)接口，電視信號接口，其它網(wǎng)絡(luò)接口。向下的接口有：波分復(fù)用器（WDM）接口，網(wǎng)絡(luò)管理接口。OLT支持的業(yè)務(wù)和功能有：IP、ATM、FR、TDM話音業(yè)務(wù)、視頻點播和T1/E1業(yè)務(wù)、帶寬分配、QoS、OAM、網(wǎng)絡(luò)安全等。4、OLT功能755、PON功能PON是一個簡單的無源設(shè)備，它由光纖分路器組成。用于連接OLT和多個ONU，并進行光功率分配。通常，一個分光器的分線率為8、16、32，并可以多級連接。5、PON功能766、ONU功能ONU接收從WDM來的光信號，向下提供各種應(yīng)用接口（如10/100Mbit/s以太網(wǎng)接口、電話接口和有線電視接口）。支持數(shù)據(jù)、話音和視頻等業(yè)務(wù)，負責將上行數(shù)據(jù)傳送到OLT，提供以太網(wǎng)第二層和第三層的交換功能，實現(xiàn)內(nèi)部的路由選擇。6、ONU功能777、系統(tǒng)工作原理1）傳輸方式系統(tǒng)采用單光纖3個波長來傳輸全業(yè)務(wù)，EPON中OLT兩個上/下行波（1310/1490nm）通過波分復(fù)用，用于傳輸數(shù)據(jù)、語音和IP交換的數(shù)字視頻（IP-SDV），第三個波長（1550nm）用于下行CATV射頻的傳輸。采用這種設(shè)計，PON可以覆蓋20km以內(nèi)16個以上的光節(jié)點。電視信號通過HFC網(wǎng)絡(luò)廣播來實現(xiàn)，IP、話音、視頻點播等雙向業(yè)務(wù)通過EPON來運行。7、系統(tǒng)工作原理782）EPON下行方向多種業(yè)務(wù)信號通過骨干網(wǎng)傳輸?shù)街行木郑ㄇ岸耍?，然后被OLT變換為光信號，為用戶服務(wù)采用的是廣播方式，經(jīng)PON分配到ONU單元。由ONU的光/電轉(zhuǎn)換及相應(yīng)處理后，每個ONU根據(jù)每個數(shù)據(jù)包的地址信息，接收屬于自己的數(shù)據(jù)包。每個ONU根據(jù)以太幀所帶有的MAC地址相關(guān)信息，確定該以太幀是被接收或被遺棄。原理如圖：2）EPON下行方向79下行傳輸原理圖：下行傳輸原理圖：803）EPON上行方向上行采用時分多址接入（TDMA），系統(tǒng)在進行測距和時延補償后，OLT根據(jù)一定的原則將不同的時隙分配給各個ONU，每個ONU的上行信號再進入光分配器的共用光纖，正好占據(jù)分配給它的一個指定時隙，以避免不同ONU上傳的數(shù)據(jù)發(fā)生相互碰撞干擾。原理如圖：

3）EPON上行方向81上行傳輸原理圖：

上行傳輸原理圖：

828、EPON系統(tǒng)特點1）系統(tǒng)能提供高帶寬。EPON向用戶提供的帶寬是目前PON系統(tǒng)中最高的，在本地的IP中下行速率可以達到1Gbps，最多達64個ONU的上行速率可以超過800Mbps。2）協(xié)議轉(zhuǎn)換成本低。EPON采用以太網(wǎng)的傳輸格式同時也是用戶局域網(wǎng)/駐地網(wǎng)的主流技術(shù)，二者具有天然的融合性，消除了復(fù)雜的傳輸協(xié)議轉(zhuǎn)換帶來的成本因素。8、EPON系統(tǒng)特點83

3）系統(tǒng)成本低，建設(shè)周期短。相對非PON系統(tǒng)而言，采用PON結(jié)構(gòu)節(jié)省了大量光纖和有源關(guān)器件的投入及運營成本。由于大多HFC接入網(wǎng)都采用星型網(wǎng)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)與EPON十分相似。因此，在現(xiàn)有的HFC網(wǎng)絡(luò)中采用EPON，不需要對現(xiàn)有的HFC網(wǎng)絡(luò)進行雙向改造，只需在原來的光網(wǎng)絡(luò)上做簡單的配置，可在較短的期間內(nèi)完成網(wǎng)絡(luò)的升級，快速實現(xiàn)寬帶用戶接入，從而使運營商能較快實現(xiàn)盈利。3）系統(tǒng)成本低，建設(shè)周期短。84

4）安全性高。EPON下行采用針對不同用戶加密廣播傳輸?shù)姆绞焦蚕韼?，上行利用時分多址接入共享帶寬。支持VLAN、VPN、IPSec和通道技術(shù)等，提供安全的網(wǎng)絡(luò)接入。5）更好的QoS。系統(tǒng)沒有雙向HFC+CableModem的回傳噪聲缺陷。此外，EPON具有同時傳輸TDM、IP數(shù)據(jù)和視頻廣播的能力，其中TDM和IP數(shù)據(jù)采用IEEE802.3以太網(wǎng)的格式進行傳輸,輔以電信級的網(wǎng)管系統(tǒng),足以保證傳輸質(zhì)量。使得CATV運營商可以開發(fā)寬范圍的、靈活多樣的服務(wù)產(chǎn)品來增加收入，增強CATV運營商的市場竟爭力。4）安全性高。85９、與傳統(tǒng)MC+LAN光接入比較2層交換機3層交換機小區(qū)中心機房城域機房小區(qū)2級機房樓道交換機(OLT)C1000(ONU)雙芯光纖:光纖收發(fā)器:L2SW交換機MC+LAN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)EPON網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)城域機房單芯光纖分路器成本比較區(qū)間M3000H300ODNIPIP3層交換機９、與傳統(tǒng)MC+LAN光接入比較2層交換機3層交換機小區(qū)中8610、EPON網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)10、EPON網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)87可采用不對稱分光比分支器，保證每條鏈路在設(shè)備光接受靈敏度范圍內(nèi)總線型可采用不對稱分光比分支器，保證每條鏈路在88最大為1：32的光分支比，傳輸距離20km，適用于用戶較集中的情況樹型最大為1：32的光分支比，傳輸距離20k89epon在廣電網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用-課件90

傳輸方式系統(tǒng)采用單光纖3個波長來傳輸全業(yè)務(wù)：OLT上/下行波長（1310/1490nm）通過波分復(fù)用，用于傳輸數(shù)據(jù)、語音和視頻點播等雙向業(yè)務(wù)。第三個波長（1550nm）用于下行CATV射頻信號傳輸。采用這種設(shè)計，PON可以覆蓋20km以內(nèi)32個光節(jié)點。

傳輸方式9111、實際產(chǎn)品1）盛立亞公司11、實際產(chǎn)品1）盛立亞公司92在廣電網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用在廣電網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用93光纖到戶光纖到戶942）華為公司

OLT產(chǎn)品包括6506R、6506、6503、6502四種機箱，外形結(jié)構(gòu)如下圖所示。S6502(2槽)S6503（4槽）S6506(7槽)S6506R（8槽）2）華為公司95ONU產(chǎn)品為CPE設(shè)備，外形結(jié)構(gòu)如下圖所示：ET204ET204-L20ET300ET300-L20S2008-HIS2016-HIS2403H-HIS2000-HI系列交換機（內(nèi)置ONU模塊）ONU產(chǎn)品為CPE設(shè)備，外形結(jié)構(gòu)如下圖所示：E96EOCEOC973）飛鴻公司

C1000C80003）飛鴻公司984、入戶方案考慮因素用戶數(shù)及其結(jié)構(gòu)分布樓棟和機房的供電方式工作環(huán)境用戶需求業(yè)務(wù)接入方式目前網(wǎng)絡(luò)存在的安全問題網(wǎng)管方式……3幢180戶的住宅樓

機房220V交流供電，光纖到戶南方氣候保證每戶30M帶寬

數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和VOIP業(yè)務(wù)

舉例說明：

….統(tǒng)一集中網(wǎng)絡(luò)管理4、入戶方案考慮因素用戶數(shù)及其結(jié)構(gòu)分布3幢180戶的住宅樓99單元1/12戶

單元3/6戶

單元3/6戶

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1#樓60戶單元2/12戶

2#樓60戶3#樓60戶中心機房例子：小區(qū)結(jié)構(gòu)分布圖結(jié)構(gòu)特點：機房距離住宅樓2KM；三棟樓間距150M，成直線分布。單元1/12戶單元3/6戶單元3/6戶單元4/12戶100單元1/12戶

單元3/6戶

單元3/6戶

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1#樓60戶單元2/12戶

2#樓60戶3#樓60戶光纖到樓寬帶接入拓撲圖1戶一個ONU12芯光纜6路PON信號4芯光纜各2路PON信號機房1：32光分路器

網(wǎng)絡(luò)拓撲設(shè)計單元1/12戶單元3/6戶單元3/6戶單元4/12戶101帶寬分析根據(jù)整個網(wǎng)絡(luò)的上行出口帶寬、局域網(wǎng)交換機之間互連端口的帶寬和整個網(wǎng)絡(luò)的用戶數(shù)進行分析，可以得出每個用戶在局域網(wǎng)間和出口的最低帶寬是多少，哪個節(jié)點會造成瓶頸。5、帶寬分析PON按照1：32的分支比組網(wǎng)，滿負荷時平均每戶可以保證30M帶寬上聯(lián)業(yè)務(wù)接口按照30%開通率來計算，需要配備1-2個千兆業(yè)務(wù)接口帶寬分析5、帶寬分析PON按照1：32的分支比組網(wǎng)，滿負荷時1026、流量分析交換容量分析根據(jù)用戶數(shù)和每個用戶可能達到的最大流量得出乘積，從網(wǎng)絡(luò)最底層的交換機開始逐層往上分析，看OLT的背板帶寬是否能滿足其接收流量的交換。3幢180戶的住宅樓

每戶要求保證30M帶寬，按照30%的開通率：帶寬=180*30*30%M=1620M背板帶寬=2*1620M=3G左右6、流量分析3幢180戶的住宅樓103網(wǎng)絡(luò)布線及設(shè)備數(shù)量的選配根據(jù)樓棟和中心機房之間的距離分布選擇用哪種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；根據(jù)樓道供電方式選擇交流、直流或者需要遠程供電；根據(jù)每棟樓的用戶數(shù)計算需要多少臺和幾端口的局端和終端設(shè)備。7、方案分析供電：用戶家均采用220V交流供電C8000局端設(shè)備采用-48V直流供電C1000局端設(shè)備采用220V交流供電PON數(shù)目：180/32=6C8000：2個帶3個PON口LPU盤C1000：2臺帶3個PON卡的OLTVOIP網(wǎng)關(guān)：E1：32個時序，30路提供給用戶數(shù)據(jù)，1路復(fù)用8戶180戶需要1路E1信號網(wǎng)絡(luò)布線及設(shè)備數(shù)量的選配7、方案分析供電：用戶家均采用2201048、OLT設(shè)備選配硬件指標背板帶寬MAC地址表容量端口特性（類型、速率、數(shù)量）工作環(huán)境工作電壓、供電模式尺寸擴展模塊類型用戶容量功能特性支持的協(xié)議類型支持的功能……FiberLinkC8000FiberLinkC10008、OLT設(shè)備選配硬件指標FiberLinkC8000Fi1059、ONU設(shè)備選配選用M3006型ONU終端提供4個數(shù)據(jù)口和2個電話口9、ONU設(shè)備選配選用M3006型ONU終端106采用FiberLinkC1000系列OLT

FiberLinkC1000每臺標配一塊PON盤2臺PON盤需另配4塊FiberLinkODN光分支器1：32分支，室內(nèi)型6FiberLinkONUM3006家用型180臺FiberLink系列語音網(wǎng)關(guān)1路E1接口1臺采用FiberLinkC1000系列OLT

FiberL107M3006InternetPSTN骨干網(wǎng)FiberLinkC1000接入網(wǎng)M3006M3006FiberLinkC1000典型組網(wǎng)應(yīng)用圖M3006InternetPSTN骨干網(wǎng)FiberLink108采用FiberLinkC8000系列OLTFiberLinkC80001臺光線路盤6個PON口2塊3個UPLINK口1塊FiberLinkODN光分支器1：32分支，室內(nèi)型6FiberLinkONUM3006家用型180臺FiberLink系列語音網(wǎng)關(guān)1路E1接口1臺采用FiberLinkC8000系列OLTFiberLi109FiberLinkC8000典型組網(wǎng)應(yīng)用圖FiberLinkC8000典型組網(wǎng)應(yīng)用圖110設(shè)計考慮1、OLT每千兆端口可帶用戶數(shù)OLT既是一個交換機或一個路由器，又是一個多業(yè)務(wù)提供平臺（MSPP），它為PON提供光纖接口，根據(jù)以太網(wǎng)向城域網(wǎng)及廣域網(wǎng)發(fā)展的態(tài)勢，OLT在提供常用接口的同時還將提供多個Gbit/s和10Gbit/s的以太網(wǎng)接口。在目前的運用中，多數(shù)情況下，每個OLT提供4個千兆光口。通過如下計算可以得到每個千兆口可帶的標清IPTV用戶數(shù)為：設(shè)計考慮1、OLT每千兆端口可帶用戶數(shù)111每個用戶的業(yè)務(wù)量和帶寬：媒體流數(shù)據(jù)量=VOD視頻流（2Mbps）+VOD音頻流（64kbps）+編碼器編碼誤差（100kbps）=2.15Mbps；媒體流輸出帶寬=媒體流數(shù)據(jù)量+MPEG的PS流封裝報文頭和PES開銷（平均150kbps）=2.3Mbps；業(yè)務(wù)流網(wǎng)絡(luò)帶寬=媒體流輸出帶寬×（1+網(wǎng)絡(luò)協(xié)議封裝開銷（5%））=2.4Mbps；網(wǎng)絡(luò)總流量=業(yè)務(wù)流網(wǎng)絡(luò)帶寬×（1+網(wǎng)絡(luò)流量平均抖動（5%））=2.5Mbps。根據(jù)以上計算，如果再加上其它網(wǎng)絡(luò)傳輸開銷，每用戶所需帶寬為3Mbps。每個用戶的業(yè)務(wù)量和帶寬：112若下行帶寬利用率為95%，則每千兆端口可帶300個用戶。按20%的安裝率可覆蓋用戶1500戶。按每樓棟（6層、4單元、一層2戶）50戶計算可覆蓋30棟樓。如果考慮同時上線率其覆蓋范圍還將擴大。若考慮HDTV接入，用戶帶寬將增加5倍以上，每千兆端口可帶用戶數(shù)計算方法同上。此數(shù)據(jù)對于我們合理設(shè)計ODN結(jié)構(gòu)和ONU的數(shù)量是非常必要的。若下行帶寬利用率為95%，則每千兆端口可帶1132、OLT的最佳安裝位置OLT以放置在城域網(wǎng)絡(luò)的分前機房為佳，它上聯(lián)匯聚交換機，下聯(lián)無源光網(wǎng)絡(luò)，通過光纖連接到小區(qū)后再經(jīng)過光分路器分路到多個ONU。如果把OLT放在小區(qū)內(nèi)，通過1或2個千兆上聯(lián)端口連接到端局的匯聚交換機，干路光纖的需求量與以上方案基本相同。但還需要在小區(qū)內(nèi)提供機房并解決供電及環(huán)境保證。另外，由于設(shè)備遠離機房，運行維護不方便，會造成運維方面支出的提高。此外，一個小區(qū)的用戶數(shù)量可能與OLT的支持數(shù)量不匹配，如果把OLT放在小區(qū)機房內(nèi)，很可能會造成一些OLT端口的閑置，造成設(shè)備總投資的浪費。如果把OLT放置在分前端機房，則可以通過OLT連接多個小區(qū)，充分利用OLT的端口。2、OLT的最佳安裝位置1143、ODN的設(shè)計與應(yīng)用EPON系統(tǒng)中ODN位于分布的光網(wǎng)絡(luò)中，包括單模光纖、光分路器、光耦合器等。OLT采用單纖波分復(fù)用技術(shù)，通過POS與ONU/ONT連接，傳輸距離可達20公里。在ONU側(cè)通過光分路器分送給多達32棟樓或用戶，因此可大大緩解主干光纖資源匱乏的壓力，這一點對中小城市尤為重要。在ODN的設(shè)計中主要涉及到光纜布線、安全保證、光分路器的級聯(lián)等問題。ODN系統(tǒng)的設(shè)計主要與城市居民小區(qū)的物理分布有關(guān)。常規(guī)結(jié)構(gòu)的ODN設(shè)計較為簡單，如下例舉了ODN設(shè)計中的兩種光分路器級聯(lián)的方案供參考。3、ODN的設(shè)計與應(yīng)用115第一個例子：需覆蓋的小區(qū)數(shù)量在2個以上，小區(qū)較大，且分散。例如，4個小區(qū)，每小區(qū)16棟樓，各小區(qū)相距2KM以上?？刹捎孟铝泄夥致菲骷壜?lián)的方式進行設(shè)計，由于光分路器的級聯(lián)與其級數(shù)無關(guān)，而與整個ODN系統(tǒng)的損耗有關(guān)。4個小區(qū)，每小區(qū)16棟樓共計64棟樓，可用2個PON口進行覆蓋即可，如下圖：第一個例子：116epon在廣電網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用-課件117此設(shè)計方案可大量節(jié)省光纖，使布線更加靈活，減少了布線過程中所遇到的各種麻煩。其鏈路損耗如下：1×4光分路器衰耗：6dB，1×16光分路器衰耗：12dB，光纖衰耗：0.3dB/KM，鏈路總損耗為：6+12+7.3×0.3=20.19dB。如OLT發(fā)射功率為0dBm，ONU接收光功率為－26dBm，0-(-26)=26dB>20.19dB鏈路總損耗滿足要求。

此設(shè)計方案可大量節(jié)省光纖，使布線更加靈活，118第二個例子：需覆蓋的小區(qū)數(shù)量在2個以上，小區(qū)較小，且集中。例如，16個小區(qū)，每小區(qū)4棟樓，各小區(qū)相距0.5KM以內(nèi)，設(shè)計方案如下圖：此方案雖然形式上看與方案1有區(qū)別，但其設(shè)計理念及出發(fā)點卻是相同的，即在節(jié)約大量光纖的同時減少了施工中遇到的麻煩。第二個例子：需覆蓋的小區(qū)數(shù)量在2個以上，小區(qū)較小，119ODN系統(tǒng)設(shè)計中對ODN的一項最重要要求是ODN的可逆性要好，輸入/輸出口對調(diào)后不能導(dǎo)致通路損耗的重大變化，這樣上下行通路的設(shè)計就簡單了。另外，光分路器等無源器件應(yīng)能支持1310nm和1550nm波長區(qū)內(nèi)的任一波長的信號傳輸，為將來的WDM系統(tǒng)應(yīng)用提供基礎(chǔ)。ODN系統(tǒng)設(shè)計中對ODN的一項最重要要求是1204、ONU/ONT的設(shè)計與應(yīng)用EPON系統(tǒng)中的ONU/ONT的主要功能為：用戶提供EPON系統(tǒng)的接入功能，選擇接收OLT發(fā)出的廣播數(shù)據(jù)，響應(yīng)OLT發(fā)出的測距及功率控制指令。在在EPON+LAN的系統(tǒng)應(yīng)用中以樓為單位設(shè)置ONU，即每樓一個ONU，一般放置整樓中間單元，這樣布局有利于對其它單元交換機的業(yè)務(wù)進行匯聚，因為樓內(nèi)的LAN系統(tǒng)采用5類線，最遠傳輸距離為100米。

4、ONU/ONT的設(shè)計與應(yīng)用121EPON系統(tǒng)設(shè)計中，由于不同ONU距OLT的距離相差較大，會對ONU產(chǎn)生兩方面的影響：光功率的限制，光路傳輸產(chǎn)生的不同時延。EPON系統(tǒng)通過時間同步與測距補償機制來控制光路傳輸產(chǎn)生不同時延的影響，對距離差沒有特殊要求。對于光功率的限制主要是經(jīng)過光路的各類損耗后（光傳輸距離的損耗，光分路器的分光，各類光器件的插入損耗等），光功率值應(yīng)控制在ONU光器件的過載光功率與接受靈敏度范圍內(nèi)的。ONU光器件過載光功率為－5dBm，ONU光器件接受靈敏度為－26dBm，此時可保證ONU正常工作。EPON系統(tǒng)設(shè)計中，由于不同ONU距OLT122

6）EPON入戶的經(jīng)濟方案EPON是實現(xiàn)光纖到家的最佳方案之一。但是，F(xiàn)TTH是長遠發(fā)展方向。雖然目前單位用戶造價已經(jīng)低于初期CM和ADSL的造價，但只有在高帶寬需求的地方才能成為性價比較高的方案。在高帶寬需求不足、寬帶用戶開通率很低的情況下，單位用戶建設(shè)、維護成本都還較高（100％開通時建設(shè)成本2100元以上，5％開通時建設(shè)成本近6000元）。因此，廣電城域網(wǎng)的接入網(wǎng)采用EPON到樓的結(jié)構(gòu)時，OUN輸出的以太網(wǎng)信號如何入戶就成為需要解決的問題。6）EPON入戶的經(jīng)濟方案123a）多個用戶共用一個ONU，五類線入戶方案

ⅰ）采用多用戶輸出端口的ONU降低每個用戶的使用帶寬，如按一個用戶1.25Mb/s帶寬，一個ONU由24個用戶共享。ONU每個輸出端口(RJ45)用五類線直接接入用戶。ⅱ）采用單用戶輸出端口的ONU在ONU輸出端口接以太網(wǎng)交換機，多個用戶共享一個OUN，用五類線直接接入用戶。a）多個用戶共用一個ONU，五類線入戶方案124

b）多個用戶共用一個ONU，同軸電纜入戶方案這種方案的實質(zhì)是將五類線上的以太網(wǎng)信號通過轉(zhuǎn)換，使其能在同軸電纜中傳輸。這種變換通過一種介質(zhì)變換器來實現(xiàn)，介質(zhì)變換器可以是無源的、也可以是有源的。實現(xiàn)方法可采用EPON到樓＋EoC無源同軸接入方案。b）多個用戶共用一個ONU，同軸電纜入戶方案125

如果光纖敷設(shè)到樓，可以用于無源同軸網(wǎng)的雙向接入技術(shù)越來越多，通稱為EoC（Ethernet-over-Coax以太數(shù)據(jù)通過同軸電纜傳輸）。EPON到樓＋EoC無源同軸接入方案，這應(yīng)該是廣電網(wǎng)改造時雙向接入的一條新的出路。EoC實現(xiàn)的方法很多，分為無源方案和有源方案。無源方案如基帶傳輸；有源方案如WLAN、PLC、MoCA、HPNA以及其它技術(shù)。

如果光纖敷設(shè)到樓，可以用于無源同軸網(wǎng)的雙126ⅰ）采用WLAN技術(shù)WLAN的優(yōu)勢：價格低、標準化程度高，越來越多的終端內(nèi)置了WLAN模塊。WLAN采用OFDM調(diào)制技術(shù)，動態(tài)范圍大、抗多徑干擾，因此十分強壯。WLAN的缺點：頻率高（2.4GHz）、損耗大、分配系統(tǒng)的無源器件需要更換。布線長時可能不能保證可靠通信。方案還要求集中分配安裝方式，因此不能普遍適用。在用戶高密集區(qū)（比如高層建筑和其它短布線的地方）目前是一個性價比較高的方案。?。┎捎肳LAN技術(shù)127目前，提供這種方案的接入設(shè)備廠家有兩種技術(shù)路線，一種是純同軸方案，另一種是同軸加無線方案。

純同軸方案：由于信號全部在同軸電纜中傳輸，因此損耗小，能覆蓋的范圍大，不存在干擾和被干擾，安全性好，但用戶端設(shè)備接口需要定制，不能利用越來越廣泛預(yù)置在電腦中的無線模塊。由于WLAN的有效吞吐量不高（802.11G只有半雙工20M，SuperG也只有半雙工40M），因此，超過100米無源同軸的范圍并無實際意義。

目前，提供這種方案的接入設(shè)備廠家有兩種128

同軸加無線方案：最后30米無源同軸入戶，然后在室內(nèi)用無線方式連接。這種方式的最大優(yōu)點是可以利用越來越廣泛預(yù)置在電腦和其它家電中的無線模塊，降低了終端投資。同時移動連接也是用戶喜愛的方式。但這種方案存在干擾和被干擾，安全性也不如前者。

WLAN如果能夠降低頻率而又保持成本優(yōu)勢，將是一個極有競爭力的方案。降低頻率有兩種辦法：第一，射頻芯片直接降低頻率；第二，變頻。最近已經(jīng)有些公司開發(fā)了700MHz－1000MHz