1、无源光网络技术在光进铜退中的应用摘 要: 无源光网络(PON)是一种提供全业务服务、适应人们对高带宽需求的接入网技术，是当前解决光进铜退宽带提速网络接入“最后一公里“瓶颈的理想手段。本文重点介绍无源光网络 EPON 及 GEPON 技术特点及其典型应用模式。 关键词:EPON；GEPON；光接入技术 中图分类号：TP316.8 文献标识码：A 前言 随着视频点播、网络游戏和 IPTV 等高带宽业务的出现，用户对互联网接入带宽的需求将进一步增加。现有的以 xDSL 为主的宽带接入方式弊端日显，已经很难满足用户对高带宽、双向传输能力以及安全性等方面的要求。而将接入层节点下移、光进铜退，采用光接入模
2、式已成为当今主流发展趋势。光进铜退接入网发展趋势见表 1。 表 1 光进铜退接入网发展趋势 经过数年的市场选择过程中，作为 FTTx 最主要的技术解决方案，PON 技术日趋成熟，其具有高带宽、采用无源节点、敷设和运行维护成本低、对业务透明和易于升级等特点，已成为目前国内三大电信运营商最为关注的技术领域和优先采用方案。PON 技术经过 APON/BPON 时代的探索，逐渐发展出 EPON 和 GPON 两大标准阵营，并凭借各自优势得以广泛推广与应用。在 OAM、QoS、多业务承载、安全性等方面，目前的 EPON 产品与GPON 标准规范相当，但每单位带宽成本则要比 GPON 低得多，而且 EPO
3、N的技术更成熟，更早被市场接受，更早进入大规模商用的阶段。 一、EPON 技术 （一）概述 EPON 是一种新型的光纤接入网技术，它采用点到多点结构、无源光纤传输，在以太网之上提供多种业务。它在物理层采用了 PON 技 术，在链路层使用以太网协议，利用 PON 的拓扑结构实现了以太网的接入。因此，它综合了 PON 技术和以太网技术的优点：低成本；高带宽；扩展性强，灵活快速的服务重组；与现有以太网的兼容性；方便的管理等等。EPON 不需任何复杂的协议，光信号就能精确地传送到最终用户，来自最终用户的数据也能被集中传送到中心网络。在物理层，EPON 使用1000BASE 的以太 PHY，同时在 PO
4、N 的传输机制上，通过新增加的 MAC 控制命令来控制和优化各 ONU 与 OLT 之间突发性数据通信和实时的 TDM 通信。在协议的第二层，EPON 采用成熟的全双工以太技术。使用 TDM，由于 ONU 在自己的时隙内发送数据报，因此没有碰撞，不需 CSMA/CD，从而充分利用带宽。另外，EP0N 通过在 MAC 层中实现 802.1p 来提供与 APON类似的 QoS。 （二）EPON 特点： .局端（OLT）与用户（ONU）之间仅有光纤、光分路器等光无源器件，无需租用机房、无需配备电源、无需有源设备维护人员，因此，可有效节省建设和运营维护成本；.EPON 采用以太网的传输格式同时也是用户
5、局域网/驻地网的主流技术，二者具有天然的融合性，消除了复杂的传输协议转换带来的成本因素； .采用单纤波分复用技术（下行1490nm，上行 1310nm） ，仅需一根主干光纤和一个 OLT，传输距离可达 20公里。在 ONU 侧通过光分路器分送给最多 32 个用户，因此可大大降低OLT 和主干光纤的成本压力； .上下行均为千兆速率，下行采用针对不同用户加密广播传输的方式共享带宽，上行利用时分复用（TDMA）共享带宽。高速宽带，充分满足接入网客户的带宽需求，并可方便灵活的根据用户需求的变化动态分配带宽；点对多点的结构，只需增加 ONU 数量和少量用户侧光纤即可方便地对系统进行扩容升级，充分保护运营
6、商的投资； .EPON 具有同时传输 TDM、IP 数据和视频广播的能力，其中TDM 和 IP 数据采用 IEEE 802.3 以太网的格式进行传输，辅以电信级的网管系统，足以保证传输质量。通过扩展第三个波长（通常为 1550nm） ； .采用无源光网络（PON）的接入协议有以 ATM 为传输平台的 APON/BPON和以以太网技术为传输平台的 EPON/GEPON 以及以通用帧结构为传输平台的 GPON 三种类型。EPON/GEPON 是将以太网(Ethernet ，最具有发展潜力的链路层协议)与无源光网络(PON） ，接入网的最佳物理层协议)结合在一起形成的能很好适应 IP 数据业务的接入
7、方式。 二、GEPON 的技术 （一）概述 由于最早的 EPON 标准基于 100M 快速以太网传送，市场上很多被称为 EPON 的产品实际上都是基于百兆以太网 PON 技术，由于百兆 EPON 已逐渐被千兆的 GEPON 取代,为区别于原有的技术和产品，一般基于千兆以太网的 PON 技术被称为 GEPON。同以往的其它 PON 技术相比，GEPON 技术同样采用点到多点的用户网络拓扑结构，利用光纤实现数据、语音和视频的全业务接入的目的。GEPON 实现在用户接入网中传输以太帧，非常适合 IP 业务的传送。此外，由于目前 IP 网络的普遍建设，基于以太网的技术的元器件结构比较简单，性能高且价格
8、便宜，使得 GEPON 相比其它PON 技术更容易大规模商用；而基于 IP 的各种业务的高速发展以及下一代网络 IP 融合的趋势使得 GEPON 可以适用的范围更广并且符合未来网络的发展趋势，成为最重要的 FTTH 技术。GEPON 的系统结构如图 1 所示。GEPON 系统主要由中心局的光线路终端 (OLT) 、包含无源光器件的光分配网（ODN） 、用户端的光网络单元/光网络终端 (ONU) 以及网元管理系统 (EMS) 组成，通常采用点到多点的树型拓扑结构。 （二）传输原理 GEPON 根据 IEEE802.3 协议，包长可变至 1518 字节传送数据。 上行/下行流量管理：GEPON 从
9、 OLT 到多个 ONU 下行传输数据和从多个 ONU 到 OLT 上行数据传输是十分不同的。所采取的不同的上行/下行技术分别如图 2、3 所示： 图 1 GEPON 原理图 2 下行传输原理 图 2 中数据从 OLT 到多个 ONU 广播式下行，根据 IEEE802.3 协议，每一个包的包头表明是给 ONU（ONU1、ONU2、ONU3.ONUN）中的唯一一个。另外，部分包可以是给所有的 ONU（广播式）或者特殊的一组ONU（组播） ，在光分路器处，流量分成独立的三组信号，每一组载有所有指定 ONU 的信号。当数据信号到达该 ONU 时，它接收给它的包，摒弃那些给其它 ONU 的包。举例，图
10、 2 中，ONU1 收到包 1、2、3，但是它仅仅发送包 1 给终端用户 1，摒弃包 2 和包 3。 图 3 中所示，采用时分复用技术（TDM）分时隙给 ONU 管理上行流量，时隙是同步的，以便当数据信号耦合到一根光纤时各个 ONU 的上行包不会互相干扰。ONU 在 ONU 指定的时隙上行数据给 OLT，采用时分复用避免数据传输冲突，即上行采用争用方式，下行采用广播方式。 （三）拓扑结构 GEPON 网络采用点至多点的拓朴结构，取代点到点结构，大大节省了光纤的用量、管理成本。无源网络设备代替了传统的 ATM/SONET 宽带接入系统中的中继器、放大器和激光器，减少了中心局端所需的激光器数目，并
11、且 OLT 由许多 ONU 用户分担。而且 GEPON 利用以太网技术，采用标准以太帧，无须任何转换就可以承载目前的主流业务IP 业务。 三、GEPON 典型应用模式 GEPON 在解决宽带上网方面的应用方式可以分为 3 种模式：FTTH、FTTB、FTTD。每种应用场景对于 GEPON 系统都有自己独特的需求。图 3 上行传输原理图 4 GEPON 典型接入方案图 (一)FTTH 方式。FTTH(即光纤到户)方式适用于用户居住比较分散的区域，如别墅区，用户对带宽的要求较高，且开发商有积极性参与网络建设。此时组网方式一般采用从局端的 OLT 引出光缆到别墅区，在别墅区内一个相对中心位置放置光分
12、路器，然后通过小芯数管道光缆或新型的小芯数直埋光缆连至用户家中的 ONU，可以根据用户需求在用户家中连接交换机或 Hub 供多个设备连接。 (二) FTTB 方式。TTB(光纤到大楼)方式适用于在单栋商务楼用户相对数量不多、带宽要求不高的场景。一般的组网方式为从局端 OLT 引出光缆到商务楼附近的光缆交接箱，在光缆交接箱中放置光分路器，从交接箱引光缆至大楼，ONU 放置在大楼交接间，通过交换机为楼内用户提供宽带上网业务。在这种情况下，建设时需要根据用户带宽需求及数量选择合理的分路比。(三) FTTD 方式。FTTD(光纤到桌面)方式适用于高档写字楼等用户比较集中且对带宽要求较高的场景，也适用于
13、在密集住宅区发展 IPTV 等高带宽业务的场景。 四、结束语 随着 IPTV、HDTV、双向视频以及在线游戏等大流量业务的逐渐开展与普及，每用户的带宽需求预计将每 5 年增长一个数量级并有加速趋势。无论是 EPON 还是 GEPON，现有的每 PON 口带宽都将出现新的带宽瓶颈。因此，NG-PON 将成为下一代无源光网络的发展走向。 参考文献： 1原荣编著.宽带光接入技术术.北京.电子工业出版社.2010.6. 2原荣编著.光纤通信技术.北京.机械工业出版社.2011.6. 3YD/T 14752006.接入网技术要求基于以太网方式的无源光网络(EPON)S. 42009 年 IEEE 发布 10G EPON 标准 EB/OL. 作者简介：韦强( 1970)， 壮族，本科，工程师 ，主要从事铁路工程施工管理工作。
