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EPON在广电网络中的应用唐明光2007.1.6一、全光接入技术--PON1、接入网现状目前接入网现有的解决方案和用户的需求之间存在着巨大差异。在用户侧的本地网络已经普遍拥有了支持10M和100M速率的能力,在城域网侧已经可以支持千兆和万兆的速率,在用户侧和城域网侧之间数据的传送却大部分为不足1M甚至只有几十K的速率。接入网仍是大容量局域网和骨干网之间的瓶颈。2、宽带接入网技术方案通信业界多年来一直认为,PON(PassiveOpticalNetwork无源光网络)是接入网未来的方向。它在解決宽带接入问题上普遍被认可,无论设备和运行、护维、网管方面,它的成本相对便宜,提供的带宽足以应付未来的各种宽带业务需求。PON自从在20世纪80年代被采用至今,已历经了几个发展阶段。电信运营商和设备制造商开发了多种协议和技术以便使PON解决方案能更好的满足接入网市场需求。最初PON标准是基于ATM的,并由ITU/FSAN定义了相应G.983建议,即APON。目前则有两个颇为引人注目的新的PON标准:其一是由ITU/FSAN负责制定的用来替换APON标准的GigabitPON(GPON)标准,其二是由IEEE802.3ah工作组负责制定的EthernetPON(EPON)标准。1)ATM无源光网络(APON/BPON)APON是由ITU/FSAN定义的,以ATM协议为载体,下行以155.52Mb/s或622.08Mb/s的速率发送连续的ATM信元,同时将物理层OAM信元插入数据流中。上行以突发的ATM的信元方式发送数据流,并在每个53字节长的ATM信元头增加3字节的物理层开销,用以支持突发发射和接收。APON提供非常丰富和完备的OAM,包括比特误码率的监视,告警和检测,自动发现和自动测距,并采用扰动策略作为实现下行数据加密的安全机制。下图为APON系统中传输协议的转换。APON协议层采用ATM,物理层采用PON。经过以21个全球主要电信运营商为主的FSAN(全业务接入网)集团的不懈努力,1998年10月通过了全业务接入网采用的ATM-PON格式标准——ITU-TG.983.1;2000年4月批准其控制通道规范的标准ITU-TG.983.2;2001年又发布了关于波长分配的标准:ITU-TG.983.3,利用波长分配增加业务能力的宽带光接入系统。APON标准G.983的基本特点是:*基于ATM信元*对称(双向155.52Mb/s)和非对称工作方式(下行622.08Mb/s,上行155.52Mb/s)*最多能支持32个用户的光分支,最大传输距离20km*单纤或双纤操作*利用波长分配增加业务能力该标准是一个良好的开端,它为考核光纤接入设备供应商提出了一种现实的性能要求。世界上有不少厂家已在按此标准生产或开发基于ATM的宽带PON产品,如:Terawave、QuantumBridge、Alcatel、Lucent/OKI等公司。当电信公司开始部署更多的以太网和交换式以太网以传输高速数据和交换式数字视频业务时,为了满足电信公司不断增长的带宽需求,APON/BPON在升级时可能存在困难。例如,APON/BPON一般只能升级到下行(从中心局到用户驻地)622Mbps和上行155Mbps,并且在除去ATM开销后,可用(可出售)的带宽只有448Mbps。随着未来每用户带宽需求的增长,这将成为部署APON/BPON的很大的一个障碍,并且很大程度限制了每个PON可服务的用户的数量。PON的一个主要好处就是能分担从中心局到用户的长距离干线的成本,如果这些干线的投资回报受限于每用户可用带宽的数量,那么整个PON的商业意义就没有了。2)GPON由于上述原因,多年前FSAN联盟和ITU开始了制定新PON标准的工作,新标准要能够满足迅速增长的带宽和业务需求。这个标准被称为GPON,已被ITU-T批准,称为G.984.x。GPON是语音、视频和数据业务的一种切实可行的方案。更重要的是,GPON以前所未有的经济性以原有格式支持传统通信业务,也支持未来向全分组/全IP网络的演进。GPON支持两种封装方式:ATM和GPON封装方式(GEM)。ATM方式是已有APON/BPON标准的一种演进,所有的语音、视频和数据流在用户端被封装并被传回中心局。GEM方式,所有业务流使用SONET/SDH通用成帧协议(GFP)的一种变种被映射并穿越GPON网络。GEM支持以固有格式传输语音、视频和数据,而无需附加ATM或IP封装层。使用GEM方式,GPON可以显著增加可利用带宽。GPON支持的下行速率高达2.5Gbps,上行速率从155Mbps到2.5Gbps。相对于APON/BPON标准有极大的增加。GPON是ITU提出的G比特级的无源光网络。ITU在2003年正式通过并颁布了GPON标准系列中的三个标准:G.984.1、G.984.2和G.984.3。由于GPON标准是ITU在APON标准之后推出的,因此G.984标准系列不可避免的沿用了G.983标准的很多思路。GPON更注重多业务和QoS保证,因此更受运营商的青睐。但由于GPON标准复杂且开发较晚,因此目前GPON产品商品化阶段正在进行中。而ITU提出的GPON技术的主要目标是实现Gbit速率,并能支持多种业务,对所有业务最优化。3)EPON概述IEEE1998年发布完千兆以太网标准后,于2000年12月,IEEE802.3成立了第1英里以太网-EFM特别工作组,致力于研究如何支持三种接入网拓扑以及相应的物理层:铜线上以太网(EoVDSL),在750m上传送10Mbit/s;点到点光纤上的以太网,在最长10km上传送1000Mbit/s;点到多点光纤上的以太网(EPON),在最长10km上传送1000Mbit/s。此外,该工作组还将定义以太网的运行、管理、维护(OAM),使它具有远端故障显示、远端环回和链路监测等功能。a)关于EPON标准世界上有几个主要组织负责开发PON的相关标准,EFM/IEEE和FSAN/ITU-T就是其中的主要两个组织。FSAN/ITU-T:在二十世纪八十年代,世界上许多大的运营商将光接入网引到他们的网络中。可是其中的大部分停留在试验局阶段,主要原因是其高昂的费用以及当时少的可怜的业务需求。随着Internet的迅速普及,到了90年代大量的对带宽的需求又使宽带接入重新成为主流。1995年,7个主要的电信业务提供商发起并建立FullServiceAccessNetworks(FSAN)全业务接入网组织,以加速光接入网的商用化。随后一些主要的设备制造商也加入到该组织中,包括:Alcatel,Agere,Broadlight,Ericsson,FlexLightNetworks,Fujitsu,等公司。FSAN收集整理BPON,APONandGPON的需求,并这些文档作为建议反馈给ITU-T,第15研究组。FSAN/ITU-T已经制定出GPON标准G.984x。EFM/IEEE:EFM是利用从用户办公室及家庭到通信运营商之间的连接线路直接传输以太网数据帧的规格。IEEE(国际电气和电子工程师协会)802委员会的802.3ah工作组为EPON使用点到多点以太网接入应用制定了标准。EthernetintheFirstMileAlliance(第一英里以太网联盟)则是一个支持基于802.3ah的EFM标准化的业界组织。EFMA的成员包括终端制造商、系统集成和通信运营商等,包括Alloptic,Inc.,AnalogDevices,BATMAdvancedCommunications,Calix,CiscoSystems,ElasticNetworks,Ericsson,ExtremeNetworks,Finisar,FiberintheLoop,Harmonic,HatterasNetworks,InfineonTechnologies,Intel,NTTGroup,Paradyne,PassaveTechnologies,SpirentCommunications,TexasInstruments,andWorldWidePackets等。EFM有4个主要目标:*支持由IEEE802.3ah制定的第一英里以太网标准。*致力于集中技术资源促进关于技术规范的协调和统一。*促进业界了解、接受和推动第一英里以太网技术和产品。*协调各个设备制造商相互协作,鼓励和推动彼此之间的合作。b)EPON发展现状EPON是几个最佳的技术和网络结构的结合。EPON采用点到多点结构,无源光纤传输方式,在以太网之上提供多种业务。目前,IP/Ethernet应用占到整个局域网通信的95%以上。EPON由于使用了经济和高效的结构,是连接接入网最终用户的一种最有效的通信方法。10G以太主干和城域环的出现也将使EPON成为未来全光网中最佳的最后一英里的解决方案。在EPON产品方面,现在领先的有国际上有Salira,Alloptic等新兴公司,也有一些老牌公司如NokiaBroadband,QuantumBridge等,国内在EPON方面研发比较领先有华为公司,华中理工,武汉烽火等。如华为公司的多业务EPON支持上下行对称1.25G带宽,支持ONU的自动加入,支持TDM业务,提供动态/静态带宽分配、弹性保护倒换等功能。二、EPON工作原理1、EPON的网络结构EPON系统是一个典型的光接入网,它由ITU-T定义,如下图示:ONUONUOLTODN业务节点功能V参考点SNIT参考点UNIR/SS/RAN系统管理功能Q3AF一套典型的EPON系统由OLT,ONU/ONT,POS组成。OLT位于根节点,通过ODN与各个ONU相连,在下行方向,OLT提供面向无源光纤网络的光纤接口;在上行方向,OLT将提供了GE(GigabitEthernet)。将来10Gbit/s的以太网技术标准定型后,OLT也会支持类似的高速接口,为了支持其他流行的协议,OLT还可支持ATM,FR以及OC3/12/48/192等速率的SDH/SONET的接口标准。OLT通过支持E1接口来实现传统的TDM话音的接入。在EPON的统一网管方面,OLT是主要的控制中心,实现网络管理的主要功能。POS(PassiveOpticalSplitter)是无源光纤分支器,是一个连接OLT和ONU的无源设备。ONU放在用户驻地侧,接入用户终端。EPON网络结构如下图OLT和ONU之间可以灵活组建成树形,环形,总线形,以及混合型。(A)树型拓扑(B)总线型拓扑(C)环型全保护的拓扑结构(D)主干路带保护的树型拓扑(E)主、支路带保护的树型拓扑利用不同的分光方案,可以构成花样繁多的网络结构。不同的分光方案举例如下图:2、EPON传输距离---OLT到ONU/ONT的最远距离有两个因素影响无源光网络的传输距离:第一个是光功率,它由光线路终端(OLT)的激光器和线路损耗决定。第二个是光网络终端(ONU/ONT)同时发射的风险。因为光网络终端共享光纤馈线和光线路终端的端口,所以,所有的设备都必须有一套复杂的算法以避免一个以上的ONT同时发射。如果发生了同时发射的情况,就会导致业务流发生碰撞,影响大多数业务无法继续。该算法要计算和调节各ONU/ONT与OLT之间的距离差。距离产生延迟。当延迟增加时,ONT到OLT的传输窗口就会变窄。这直接影响ONT可用带宽的数量。因此要限制ONT和OLT之间的最大距离以保证ONT能有可接受的带宽性能。PON标准将这个最大距离定为20km,而多数厂商建议为10km。下图显示了PON和有源以太网的服务半径。对PON来说,在选择光分路器的位置时必须考虑OLT和ONU/ONT之间的最大距离限制。图中黄色圆环代表了ONU/ONT离OLT的最远距离(此例中为20km),绿色圆环代表了ONU/ONT离分路器的最远距离。光分路器到OLT的距离决定了ONU/ONT到分路器的距离。二者之和不能超过20km。图中给出了两个例子:一个是分路器距离OLT19km,因而其服务半径只有1km;二是分路器距离O
本文标题:EPON在广电网络中的应用1
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