淺談ＥＰＯＮ技術

張西通

提要如何有效地利用已有信息基礎設施而減少重復投資及便于向未來網(wǎng)絡升級,受到各設備制造商、基礎網(wǎng)絡運營商、標準組織及科研院校的關注,一種集合了代表未來網(wǎng)絡融合趨勢的IP及無源光網(wǎng)絡結構的EPON(Ethernet Passive Optical Network)技術隨之誕生。

關鍵詞:EPON技術;信息技術;網(wǎng)絡

中圖分類號:F49文獻標識碼:A

信息技術發(fā)展到今天,全球都在致力于探討下一代網(wǎng)絡將會如何發(fā)展,一種集合了代表未來網(wǎng)絡融合趨勢的IP及無源光網(wǎng)絡結構的EPON技術隨之誕生。

與其他PON技術一樣,EPON技術采用點到多點的用戶網(wǎng)絡拓撲結構,利用光纖實現(xiàn)數(shù)據(jù)、語音和視頻的全業(yè)務接入的目的。一個典型的Ethernet over PON系統(tǒng)由OLT、ONU、POS組成。OLT放在中心機房,ONU放在用戶設備端附近或與其合為一體。POS是無源光纖分支器,是一個連接OLT和ONU的無源設備,它的功能是分發(fā)下行數(shù)據(jù),并集中上行數(shù)據(jù)。EPON中使用單芯光纖,在一根芯上轉送上下行兩個波(上行波長:1,310nm,下行波長:1,490nm,另外還可以在這個芯上下行疊加1,550nm的波長,來傳遞模擬電視信號)。OLT既是一個交換機或路由器,又是一個多業(yè)務提供平臺,它提供面向無源光纖網(wǎng)絡的光纖接口(PON接口)。根據(jù)以太網(wǎng)向城域和廣域發(fā)展的趨勢,OLT上將提供多個1Gbps和10Gbps的以太接口,可以支持WDM傳輸。OLT還支持ATM、FR以及OC3/12/48/192等速率的SONET的連接。如果需要支持傳統(tǒng)的TDM話音,普通電話線(POTS)和其他類型的TDM通信(T1/E1)可以被復用連接到出接口,OLT除了提供網(wǎng)絡集中和接入的功能外,還可以針對用戶的QoS/SLA的不同要求進行帶寬分配,網(wǎng)絡安全和管理配置。OLT根據(jù)需要可以配置多塊OLC,OLC與多個ONU通過POS(無源分光器)連接,POS是一個簡單設備,它不需要電源,可以置于相對寬松的環(huán)境中,一般一個POS的分光比為8、16、32、64,并可以多級連接,一個OLT PON端口下最多可以連接的ONU數(shù)量與設備密切相關,一般是固定的。在EPON中系統(tǒng),OLT到ONU間的距離最大可達20km。在下行方向,IP數(shù)據(jù)、語音、視頻等多種業(yè)務由位于中心局的OLT,采用廣播方式,通過ODN中的1:N無源分光器分配到PON上的所有ONU單元。在上行方向,來自各個ONU的多種業(yè)務信息互不干擾地通過ODN中的1:N無源分光器耦合到同一根光纖,最終送到位于局端OLT接收端。

在FTTB結構中,ONU被直接放到樓內,光纖到大樓后可以采用ADSL、Cable、LAN,即FTTB+ADSL、FTTB+Cable和FTTB+LAN等方式接入用戶家中。FTTB與FTTC相比,光纖化程度進一步提高,因而更適用于高密度以及需提供窄帶和寬帶綜合業(yè)務的用戶區(qū)。FTTO和FTTH結構均在路邊設置無源分光器,并將ONU移至用戶的辦公室或家中,是真正全透明的光纖網(wǎng)絡,它們不受任何傳輸制式、帶寬、波長和傳輸技術的約束,是光纖接入網(wǎng)絡發(fā)展的理想模式和長遠目標。

Epon的傳輸原理:EPON與APON最大的區(qū)別是EPON根據(jù)IEEE802.3協(xié)議,包長可變至1,518字節(jié)傳送數(shù)據(jù),而APON根據(jù)ATM協(xié)議,按照固定長度53個字節(jié)包來傳送數(shù)據(jù),其中48個字節(jié)負荷,5個字節(jié)開銷。這種差別意味著APON運載IP協(xié)議的數(shù)據(jù)效率低且困難。用APON傳送IP業(yè)務,數(shù)據(jù)包被分成每48個字節(jié)一組,然后在每一組前附加上5個字節(jié)開銷。這個過程耗時且復雜,也給OLT和ONU增加了額外的成本。此外,每48個字節(jié)段就要浪費5個字節(jié),造成沉重的開銷,即所謂的ATM包的稅頭。相反,以太網(wǎng)傳送IP流量,相對于ATM開銷急劇下降。EPON從OLT到多個ONU下行傳輸數(shù)據(jù)和從多個ONU到OLT上行數(shù)據(jù)傳輸是十分不同的。當OLT啟動后,它會周期性地在本端口上廣播允許接入的時隙等信息。ONU上電后,根據(jù)OLT廣播的允許接入信息,主動發(fā)起注冊請求,OLT通過對ONU的認證(本過程可選),允許ONU接入,并給請求注冊的ONU分配一個本OLT端口唯一的一個邏輯鏈路標識(LLID)。

一、上下行傳輸原理

數(shù)據(jù)從OLT到多個ONU以廣播式下行(時分復用技術TDM),根據(jù)IEEE802.3ah協(xié)議,每一個數(shù)據(jù)幀的幀頭包含前面注冊時分配的、特定ONU的邏輯鏈路標識(LLID),該標識表明本數(shù)據(jù)幀是給ONU(ONU1、ONU2、ONU3......ONUn)中的唯一一個。另外,部分數(shù)據(jù)幀可以是給所有的ONU(廣播式)或者特殊的一組ONU(組播),在組網(wǎng)結構下,在分光器處,流量分成獨立的三組信號,每一組載到所有ONU的信號。當數(shù)據(jù)信號到達ONU時,ONU根據(jù)LLID,在物理層上做判斷,接收給它自己的數(shù)據(jù)幀,摒棄那些給其他ONU的數(shù)據(jù)幀。ONU1收到包1、2、3,但是它僅僅發(fā)送包1給終端用戶1,摒棄包2和包3。

對于上行,采用時分多址接入技術(TDMA)分時隙給ONU傳輸上行流量。當ONU在注冊時成功后,OLT會根據(jù)系統(tǒng)的配置,給ONU分配特定的帶寬。值得說明的是,在采用動態(tài)帶寬調整時,OLT會根據(jù)指定的帶寬分配策略和各個ONU的狀態(tài)報告,動態(tài)地給每一個ONU分配帶寬。帶寬對于PON層面來說,就是多少可以傳輸數(shù)據(jù)的基本時隙,每一個基本時隙單位時間長度為16ns。在一個OLT端口(PON端口)下面,所有的ONU與OLT PON端口之間時鐘是嚴格同步的,每一個ONU只能夠在OLT給他分配的時刻上面開始,用分配給它的時隙長度傳輸數(shù)據(jù)。通過時隙分配和時延補償,確保多個ONU的數(shù)據(jù)信號耦合到一根光纖時,各個ONU的上行包不會互相干擾。

二、EPON的優(yōu)勢

1、安全。上行方向,ONU不能直接接收到其他ONU上行的信號,所以ONU之間的通信,都必須通過OLT,在OLT可以設置允許和禁止ONU之間的通信,在缺省狀態(tài)下是禁止的,所以安全方面不存在問題。

2、相對成本低,維護簡單,容易擴展,易于升級。EPON結構在傳輸途中不需電源,沒有電子部件,因此容易鋪設,基本不用維護,長期運營成本和管理成本的節(jié)省很大;EPON系統(tǒng)對局端資源占用很少,模塊化程度高,系統(tǒng)初期投入低,擴展容易,投資回報率高;EPON系統(tǒng)是面向未來的技術,大多數(shù)EPON系統(tǒng)都是一個多業(yè)務平臺,對于向全IP網(wǎng)絡過渡是一個很好的選擇。

3、提供非常高的帶寬。EPON目前可以提供上下行對稱的1.25Gbps的帶寬,并且隨著以太技術的發(fā)展可以升級到10Gbps。

4、服務范圍大。EPON作為一種點到多點網(wǎng)絡,可以利用局端單個光模塊及光纖資源,服務大量終端用戶。

5、帶寬分配靈活,服務有保證。對帶寬的分配和保證都有一套完整的體系。EPON可以通過DBA(動態(tài)帶寬算法)、DiffServ、PQ/WFQ、WRED等來實現(xiàn)對每個用戶進行帶寬分配,并保證每個用戶的QoS。

(作者單位:中國鐵通南陽分公司)

主要參考文獻:

[1]Broadband Optical access Systems Based On Passive Optical Networks(PON),ITU-T Recommendation G.983.1,Oct.1998.