无源光网络EPON技术简介

无源光网络EPON技术简介
一、无源光网络的概念
1、光纤接入网
近年来，以互联网为代表的新技术革命正在深刻地改变传统的电信概念和体系结构，随着各国接入网市场的逐渐开放，竞争的日益加剧和扩大，新业务需求的迅速出现，有线技术（包括光纤技术）和无线技术的发展，接入网开始成为人们关注的焦点。

在巨大的市场潜力驱动下，产生了各种各样的接入网技术。

光纤通信具有通信容量大、质量高、性能稳定、防电磁干扰、保密性强等优点。

在干线通信中，光纤扮演着重要角色，在接入网中，光纤接入也将成为发展的重点。

光纤接入网是发展宽带接入的长远解决方案。

光纤接入网(OAN)，是指用光纤作为主要的传输媒质，实现接入网的信息传送功能。

通过光线路终端(OLT)与业务节点相连，通过光网络单元(ONU)与用户连接。

光纤接入网包括远端设备——光网络单元和局端设备——光线路终端，它们通过传输设备相连。

系统的主要组成部分是OLT和远端ONU。

OLT的作用是为接入网提供与本地交换机之间的接口，并通过光传输与用户端的光网络单元通信。

它将交换机的交换功能与用户接入完全隔开。

光线路终端提供对自身和用户端的维护和监控，它可以直接与本地交换机一起放置在交换局端，也可以设置在远端。

ONU的作用是为接入网提供用户侧的接口。

它可以接入多种用户终端，同时具有光电转换功能以及相应的维护和监控功能。

ONU的主要功能是终结来自OLT的光纤，处理光信号并为多个小企业，事业用户和居民住宅用户提供业务接口。

ONU的网络端是光接口，而其用户端是电接口。

因此ONU具有光/电和电/光转换功能。

它还具有对话音的数/模和模/数转换功能。

ONU通常放在距离用户较近的地方，其位置具有很大的灵活性。

光纤接入网（OAN）从系统分配上分为有源光网络(AON，Active Optical Network)和无源光网络(PON，Passive OpticaOptical Network)两类。

本文讨论的是无源光网络，对有源光网络就不在多说。

2、无源光网络
无源光网络（PON- Passive Optical Network），是指在OLT(光线路终端)和ONU(光网络单元)之间的光分配网络(ODN)没有任何有源电子设备。

PON（无源光网络）技术是一种点对多点的光纤传输和接入技术，下行采用广播方式、上行采用时分多址方式，可以灵活地组成树型、星型、总线型等拓朴结构，在光分支点不需要节点设备，只需要安装一个简单的光分支器即可，因此具有节省光缆资源、带宽资源共享、节省机房投资、设备安全性高、建网速度快、综合建网成本低等优点。

PON在解決宽频接入问题上被普遍看好，无论是设备还是运维网管方面，它的成本相对便宜，提供的频宽足以应付未来的各种宽频业务需求。

PON包括ATM-PON（APON，即基于ATM的无源光网络）和Ethernet-PON（EPON，即基于以太网的无源光网络）两种。

二、基于以太网的无源光网络
随着Internet的高速发展，用户对网络带宽的需求不断的提高，传统的接入网已经成为整个网络中的瓶颈，以新的宽带接入技术取而代之已成为目前研究的热点。

正是在这种背景下，IEEE于2000年底成立了EFM工作组（Ethernet in the First Mile Study Group），试图引入一种新的接入技术标准－Ethernet PON（或Ethernet over PON，以下简称EPON）。

顾名思义，EPON是利用PON（无源光网络）的拓扑结构实现以太网的接入。

1、EPON的网络结构
EPON由光线路终端（OLT）、光合／分路器和光网络单元（ONU）组成，采用树形拓扑结构。

OLT放置在中心局端，分配和控制信道的连接，并有实时监控、管理及维护功能。

ONU放置在用户侧，OLT与ONU之间通过无源光合／分路器连接。

EPON使用波分复用（WDM）技术，同时处理双向信号传输，上、下行信号分别用不同的波长，但在同一根光纤中传送．EPON只在IEEE802．3的以太数据帧格式上做必要的改动，如在以太帧中加入时戳（Time Stamp）、PON－ID等内容．下行采用纯广播的方式，注册后，OLT为已注册的ONU分配PON－ID，由各个ONU监测到达帧的PON－ID，以决定是否接收该帧，如果该帧所含的PON－ID和自己的PON－ID相同，则接收该帧；反之则丢弃。

上行采用时分多址接入（TDMA）技术。

此外EPON还需通过已定义的接口与电信管理网相连，进行配置管理、性能管理、故障管理、安全管理及计费管理，完成操作维护管理（OAM）功能。

2、EPON的关键技术
（1）上行信道复用技术
可以说上行的复用技术是EPON技术的核心，从目前的研究来看，大多数方案都使用了DWDM＋TDMA的复用方法。

（2）测距和时延补偿技术
由于光纤信道时延较大的特点，ONU与OLT之间的距离将会影响到上行信道的复用，如果准确测量各个ONU道OLT的距离并能精确的调整ONU的发送时延，则可以减小ONU发送窗口间的间隔，从而提高上行信道的利用率并减小时延。

另外，测距过程应充分考虑到整个EPON的配置情况。

例如，系统在工作中加入
新的ONU，此时对它的测距不应对其它ONU有太大的影响。

（3）光器件
由于EPON上行信道是所有ONU分时复用的，每个ONU只能在指定的时间窗口内发送数据。

因此，EPON 上行信道中使用的是突发信号，这就要求在ONU和OLT中使用支持突发信号的光器件。

现有的大部分光器件还不能满足这一要求，少数突发模式的光器件也只能工作在155Mbps的速率上，而且价格昂贵。

可以说，这是EPON技术面临的一大问题，但是，目前已有厂商正在研制满足EPON要求的光器件，相信随着EPON标准的制定，会有更多的产品出现。

（4）系统同步
系统同步是指由于EPON（以太无源光网络）上行为多点到一点的拓扑结构，每个ONU发送时隙必须与OLT的系统分配的时隙保持一致，以防止各个ONU上行数据发生碰撞。

ONU侧的时钟应与OLT侧的时钟同步，EPON时钟同步采用时间标签方式。

在OLT侧有一个全局的计数器，下行方向OLT根据本地的计数器插入时钟标签，ONU根据收到的时钟标签修正本地计数器，完成系统同步；上行方向ONU根据本地的计数器插入时钟标签，OLT根据收到的时钟标签完成测距。

3、EPON与APON的比较
在PON家族中最早发展起来的并不是以太无源网络（EPON），而是基于ATM的无源网络技术（APON）。

在无源光网络上使用ATM，不仅可以利用光纤的巨大带宽提供宽带服务，也可以利用ATM进行高效的业务管理。

但是APON有两个问题：一是传输速率不够高，下行为622 Mbit／s或155 Mbit／s，上行为155 Mbit ／s，带宽被16～32个ONU所分享，每个ONU只能得到5～20 Mbit／s。

另一个更主要的问题是，与以太网设备相比，ATM交换机和ATM终端设备相当昂贵。

而且，现在因特网工作于TCP／IP协议，用户终端设备都是IP设备，采用ATM技术必须将IP包拆分重新封装为ATM信元，这就大大增加了网络的开销，造成网络资源的浪费。

而EPON融合了PON和以太数据产品的优点，形成了许多独有的优势。

EPON系统能够提供高达1 Gbit ／s的上下行带宽，这一带宽能够适应现在及将来10年内用户对带宽的需求。

由于EPON采用复用技术，支持更多的用户，每个用户可以享受到更大的带宽。

EPON系统不采用昂贵的ATM设备和SONET设备，能与现有的以太网相兼容，大大简化了系统结构，成本低，易于升级。

由于无源光器件有很长的寿命，户外线路的维护费用大为减少。

标准的以太网接
口可以利用现有的价格低廉的以太网络设备。

而PON结构本身就决定了网络的可升级性比较强，只要更换终端设备，就可以使网络升级到10 Gbit／s或者更高速率。

EPON不仅能综合现有的有线电视、数据和话音业务，还能兼容未来业务如数字电视、VoIP、电视会议和VOD等等，实现综合业务接入。

虽然APON对实时业务的支持性能优越，但随着多协议标签交换（MPLS）等新的IP服务质量（QoS）技术的采用，高层协议与EPON MAC协议相配合，EPON已完全可能以相对较低的成本提供足够的QoS保证。

加之EPON的价格优势明显，因而被认为是解决电信接入瓶颈，最终实现光纤到家的优秀过渡方案。

4、EPON与传统的光纤以太网比较
普通的光纤以太网为了便于网络的拓展和用户的发展。

需要在远端的节点机房放置交换机。

因为传输过程中都是光传输，所以放置交换机的同时需要配备相应数量的光电转换器，用户越多相应的器件设备也就越多。

这样就带来一个问题，设备越多出故障的概率也就越大，而且都是有源设备受电源，环境影响很大，给维护管理带来了很多麻烦。

而使用EPON，它完全能够完成普通光纤以太网的功能，便于扩展，提供多业务服务和足够的带宽。

而且它在整个传输过程中不存在有源设备，在远端的机房只要放置一个无源的分光设备，结构简单，对环境要求低，稳定，几乎不需要维护。

EPON能够实现普通光纤以太网的功能，而且易于维护，这一个不错的解决方案。

三、EPON的优势及展望
EPON的优势
长距离，宽带宽（20km，1.25G）。

光纤的接入和传输，光纤化的ONU/ONT，非常有利于光纤在大楼内的布线和用户扩容，光纤直接到商业用户。

EPON系统所能提供的可调节的、有优先级和带宽保证的服务。

更少的维护和供电。

大楼内无需占用机房和供电设施，支持远端设备ONU/ONT的自动测距和自动加入，网络扩容便利，且局端设备和用户端设备为统一网管，节省光缆资源、带宽资源共享、节省机房投资、设备安全性高、建网速度快、综合建网成本低等优点，对于运营商来说可以大大降低运营维护费用。

EPON还处于商业开发的起始阶段。

但目前的趋势是数据业务快速增长和快速以太网、G比特以太网的地位提高，都倾向于EPON。

FTTx作为针对大客户、集团用户的解决方案越来越受到青睐。

随着PON技术的规模应用和芯片成本的不断降低，以及光纤铺设规模的不断扩大，EPON技术将很快成为FTTx的主要接入方式之一。

EPON技术在今后将会被越来越多的使用。