基于EPON的小區(qū)三網(wǎng)融合方案實(shí)現(xiàn)

余宏博，孫運(yùn)龍，韓一石

（廣東工業(yè)大學(xué) 信息工程學(xué)院，廣東 廣州510006）

三網(wǎng)融合是指廣播電視網(wǎng)、電信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)在向數(shù)字電視網(wǎng)、寬帶通信網(wǎng)、下一代互聯(lián)網(wǎng)演進(jìn)過程中，三大網(wǎng)絡(luò)通過技術(shù)改造，其技術(shù)功能趨于一致，業(yè)務(wù)范圍趨于相同，網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通、資源共享，能為用戶提供語(yǔ)音、數(shù)據(jù)和廣播電視等多種服務(wù)。三合并不是意味著三大網(wǎng)絡(luò)的物理合一，而主要是指高層業(yè)務(wù)應(yīng)用的融合域，即在同一網(wǎng)絡(luò)中可以同時(shí)開展語(yǔ)音、視頻、數(shù)據(jù)等不同業(yè)務(wù)，在國(guó)際上通稱為Triple Play。而實(shí)現(xiàn)三網(wǎng)融合的關(guān)鍵技術(shù)之一就是接入網(wǎng)技術(shù)[1]，由于我國(guó)傳統(tǒng)銅線接入網(wǎng)的帶寬普遍過窄，影響我國(guó)網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。因此三網(wǎng)融合的關(guān)鍵在于接入網(wǎng)的建設(shè)與發(fā)展，而光通信的發(fā)展，保證了綜合傳輸各種信息業(yè)務(wù)所需要的帶寬和傳輸高質(zhì)量，為“三網(wǎng)融合”提供了可靠平臺(tái)，所以光接入網(wǎng)是今后接入網(wǎng)的發(fā)展方向。

1 EPON解決方案的優(yōu)勢(shì)

以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)（EPON）[2-3]，是IEEE在2004年正式推出的標(biāo)準(zhǔn)，其相對(duì)其他類似技術(shù)的優(yōu)勢(shì)有以下幾個(gè)方面[4]：

1）與現(xiàn)有的以太網(wǎng)兼容。EPON采用以太網(wǎng)的傳輸格式，同時(shí)以太網(wǎng)也是用戶局域網(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[5]。

2）帶寬高。EPON目前可以提供上下行對(duì)稱的1.25 Gbit/s的帶寬[6]，并且隨著以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展可以升級(jí)到10 Gbit/s[7]。

3）前期投資成本低，后期擴(kuò)容與維護(hù)簡(jiǎn)單。采用單纖波分復(fù)用技術(shù)（下行1 490 nm，上行1 310 nm），一根主干光纖和一臺(tái)OLT的傳輸距離即可達(dá)20 km。在ONU側(cè)通過光分路器分送給多個(gè)用戶，因此可大幅降低OLT和主干光纖的成本壓力，同時(shí)由于減少了光纖和光器件的使用，也降低維護(hù)成本，并且EPON采用點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)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(duì)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)容升級(jí)[8]。

4）帶寬分配靈活，保證服務(wù)質(zhì)量。上下行均為千兆速率，下行采用針對(duì)不同用戶加密廣播傳輸?shù)姆绞焦蚕韼?，上行利用時(shí)分復(fù)用（TDMA）共享帶寬[9]。并可方便靈活地根據(jù)用戶需求的變化動(dòng)態(tài)分配帶寬。采用IEEE802.3以太網(wǎng)的格式進(jìn)行傳輸，配合電信級(jí)的網(wǎng)管系統(tǒng)，保證傳輸質(zhì)量。

2 組網(wǎng)方案

2.1 基于EPON的小區(qū)接入網(wǎng)組網(wǎng)設(shè)計(jì)

基于EPON技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，本文提出了一種基于EPON的小區(qū)三網(wǎng)融合方案，在方案中用3個(gè)用戶家庭來模擬一個(gè)小區(qū)。組網(wǎng)設(shè)計(jì)如圖1所示，由4個(gè)主要部分組成：光線路終端（OLT）、光分路器（ODB）、摻鉺光纖放大器（EDFA）和光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）。

OLT提供一個(gè)光接口通過EDFA與光分路器相連，為光接入網(wǎng)（OAN）提供了電話網(wǎng)（VoIP）和互聯(lián)網(wǎng)（Internet）兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)接口。OLT安裝在端局提供了ONU所需要的業(yè)務(wù)傳輸方式。

ONU則通過光接口與光分路器相連，從而實(shí)現(xiàn)了光纖到戶。光分路器則是OLT與ONU之間的傳輸媒介，通過光分路器實(shí)現(xiàn)OLT與多路ONU相連。EDFA是將通過光發(fā)射器后的有線電視網(wǎng)（CATV）信號(hào)放大到所需功率后與OLT下行信號(hào)耦合。

OLT上聯(lián)接口分別連接互聯(lián)網(wǎng)和電話網(wǎng)。從電信網(wǎng)線連接OLT的上聯(lián)千兆接口。電信語(yǔ)音信號(hào)通過軟交換后接入OLT的上聯(lián)百兆接口中。

OLT的下行通過光纖廣播到各個(gè)ONU，各ONU根據(jù)自己所屬的地址碼來接送信息。每個(gè)OUN通過百兆下聯(lián)口直接連接計(jì)算機(jī)及語(yǔ)音設(shè)備。CATV信號(hào)在經(jīng)過分光器轉(zhuǎn)換成光信號(hào)后，再由EDFA與OLT下行信號(hào)耦合成1路信號(hào)向ONU廣播。ONU通過解調(diào)后，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)接入電視機(jī)。

ONU的上行信號(hào)使用時(shí)分復(fù)用技術(shù)，傳輸?shù)絆LT，實(shí)現(xiàn)OLT與0NU之間全雙工通信。

在OLT端配有網(wǎng)管服務(wù)器，可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行綜合管理。

2.2 系統(tǒng)主要設(shè)備和技術(shù)指標(biāo)

本方案在設(shè)備選型上采用了烽火AN5000系列PON產(chǎn)品。OUN采用烽火AN5006型設(shè)備，OLT采用AN5516型設(shè)備。

1）光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）

ONU能實(shí)現(xiàn)用戶端業(yè)務(wù)的接入傳輸和二層交換，AN5006型ONU結(jié)構(gòu)見圖2所示。

本設(shè)備共分為核心部分、業(yè)務(wù)部分、公共部分3個(gè)模塊。

核心部分通過ODN接口與ODN用于接收和發(fā)送業(yè)務(wù)信號(hào)。復(fù)用/解復(fù)用功能下行，對(duì)接收到的混合業(yè)務(wù)信號(hào)中不同波長(zhǎng)的信號(hào)進(jìn)行分解，得到不同波長(zhǎng)的單波信號(hào)，并通過交換功能發(fā)送到相應(yīng)的端口；上行時(shí)將多個(gè)單波信號(hào)復(fù)用至1個(gè)信號(hào)。

業(yè)務(wù)部分通過用戶端口將接收到的信號(hào)傳送給相應(yīng)的用戶終端，同時(shí)將接收到的信號(hào)交給核心部分處理。本方案中的ONU設(shè)備，有1個(gè)用于傳輸有線電視信號(hào)的CATV接口，2個(gè)用于傳輸語(yǔ)音信號(hào)的POTS接口，4個(gè)用于傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)的FE接口。

公共部分則包含電源和OAM（Operation Administration and Maintenance）模塊。

本設(shè)備提供的OAM能力包括自環(huán)測(cè)試、故障監(jiān)測(cè)等內(nèi)容。通過OLT網(wǎng)管服務(wù)器可對(duì)本設(shè)備上的OAM信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

2）光線路終端（OLT）

OLT能實(shí)現(xiàn)綜合業(yè)務(wù)的接入和以太網(wǎng)的二層交換，AN5516型OLT主要部分結(jié)構(gòu)如圖3所示。

AN5516型OLT在本方案中有3個(gè)主要模塊：上聯(lián)盤、核心交換盤（主/備）和EPON接口盤。

上行EPON接口盤將EPON數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)流，通過背板的10 GE總線送入核心交換盤。核心交換盤對(duì)各種業(yè)務(wù)進(jìn)行存儲(chǔ)，其中，IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)以及需要通過VoIP網(wǎng)絡(luò)傳到其他設(shè)備或站點(diǎn)的語(yǔ)音業(yè)務(wù)，被轉(zhuǎn)收到上聯(lián)盤，通過上聯(lián)光接口或電接口傳送進(jìn)Internet或VoIP網(wǎng)絡(luò)中。

下行信號(hào)與上行信號(hào)的處理過程相反，從各個(gè)網(wǎng)絡(luò)中傳送到AN5516設(shè)備的業(yè)務(wù)信號(hào)被轉(zhuǎn)化成EPON數(shù)據(jù)流后，再送到各個(gè)ONU。

2.3 基于EPON的小區(qū)業(yè)務(wù)接入

2.3.1 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)

寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)是EPON系統(tǒng)所能提供的最基本業(yè)務(wù)，在本方案中，所有數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)用戶均采用與運(yùn)營(yíng)商相同的接入認(rèn)證方式接入到Internet中，在終端計(jì)算機(jī)上安裝PPPOE撥號(hào)軟件，通過ONU設(shè)備透?jìng)鞯絆LT，再由OLT設(shè)備認(rèn)證報(bào)文送往BAS（Broadband Access Server）設(shè)備進(jìn)行認(rèn)證，認(rèn)證通過后，終端用戶從BAS地址池中獲取IP地址，通過BAS連接到Internet網(wǎng)絡(luò)。ONU設(shè)備下行FE端口通過雙絞線連接到用戶個(gè)人計(jì)算機(jī)上，上行PON口與OLT互通；OLT設(shè)備上行通過GE端口與Internet網(wǎng)絡(luò)。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

對(duì)于終端用戶的帶寬控制，可采用兩種方式：固定寬帶分配（SBA）和動(dòng)態(tài)帶寬分配（DBA）。其中固定寬帶業(yè)務(wù)的分配方式即為每個(gè)用戶設(shè)定相應(yīng)的帶寬上限?？梢杂行Ю矛F(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)資源和維護(hù)方式，引入較為容易，但這種方式的帶寬提供欠靈活。相對(duì)于固定帶寬分配，動(dòng)態(tài)帶寬是指OLT基于用戶的業(yè)務(wù)等級(jí)協(xié)議（SLA），結(jié)合ONU的本地隊(duì)列狀態(tài)匯報(bào)或者業(yè)務(wù)預(yù)測(cè)動(dòng)態(tài)地給ONU發(fā)布上行業(yè)務(wù)授權(quán)。其優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)高效的上行帶寬利用率和服務(wù)質(zhì)量保證，因此本方案的帶寬控制采用動(dòng)態(tài)帶寬分配，即通過OLT端的網(wǎng)管服務(wù)器對(duì)ONU的優(yōu)先級(jí)的設(shè)置來實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)帶寬分配。

圖5為網(wǎng)管配置ONU優(yōu)先級(jí)界面，在“優(yōu)先級(jí)或COS”選項(xiàng)下配置優(yōu)先級(jí)，優(yōu)先級(jí)由低到高分為0～7共8個(gè)優(yōu)先級(jí)。優(yōu)先級(jí)只在帶寬不足時(shí)體現(xiàn)，當(dāng)數(shù)據(jù)流量在承載范圍內(nèi)時(shí)，優(yōu)先級(jí)是不起作用的，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)分配相應(yīng)的帶寬。當(dāng)帶寬不夠使用，則起用ONU的優(yōu)先級(jí)，優(yōu)先級(jí)高的ONU帶寬先得到滿足，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)帶寬分布。

2.3.2 語(yǔ)音業(yè)務(wù)

對(duì)于語(yǔ)音業(yè)務(wù)的處理，提供軟交換的解決方案，OLT通過內(nèi)置呼叫控制模塊與軟交換相連從而實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音業(yè)務(wù)的開通，在本方案中，OLT設(shè)備通過上行FE端口與軟交換系統(tǒng)對(duì)接，下行PON口連接到ONU設(shè)備上，ONU設(shè)備通過POTS端口連接到每一個(gè)電話機(jī)終端上。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖6所示。

本方案中ONU和軟交換之間使用SIP協(xié)議，下行時(shí)軟交換通過語(yǔ)音壓縮算法對(duì)語(yǔ)音編碼進(jìn)行壓縮處理，即對(duì)語(yǔ)音包以特定的幀長(zhǎng)進(jìn)行壓縮編碼，編碼后把n個(gè)壓縮的幀合成1個(gè)壓縮的語(yǔ)音包送入處理器，處理器為語(yǔ)音包添加IP包頭、級(jí)別和其他信息后，通過網(wǎng)線傳送到OLT的FE端口。

OLT再將FE口接收到的IP語(yǔ)音包后轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，通過PON口將信號(hào)傳送到分光器，以廣播的方式發(fā)送到每一戶的ONU設(shè)備，相應(yīng)的ONU設(shè)備接收語(yǔ)音信號(hào)。

ONU對(duì)收到的光信號(hào)首先轉(zhuǎn)換成IP語(yǔ)音信號(hào)，再對(duì)其進(jìn)行包拆分、去IP包頭，保留原始的語(yǔ)音信息。

上行時(shí)，ONU對(duì)接收到的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行壓縮編碼，再轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，通過光纖上傳到OLT的PON口。

OLT內(nèi)置呼叫控制模塊將PON接收到的語(yǔ)音包通過FE端口發(fā)送給軟交換，軟交換再對(duì)收到的IP語(yǔ)音包進(jìn)行包拆分，去IP包頭，保留原始的語(yǔ)音信息后發(fā)送到傳統(tǒng)的電話網(wǎng)。

本方案中軟交換與EPON系統(tǒng)之間的連接需要在OLT網(wǎng)管服務(wù)器上進(jìn)行配置。配置過程主要分為：NGN上聯(lián)接口配置、NGN上聯(lián)用戶數(shù)據(jù)配置和ONU端口語(yǔ)音業(yè)務(wù)配置。

NGN上聯(lián)接口配置如圖7所示，在網(wǎng)管界面中核心交換盤上的“配置”選項(xiàng)下的“語(yǔ)音配置項(xiàng)”中選擇“NGN上聯(lián)接口”對(duì)OLT到軟交換接口進(jìn)行配置。

主要配置選項(xiàng)有：

1）MGC協(xié)議，選擇工程上所使用的協(xié)議類型，在本方案中選擇SIP協(xié)議。

2）MGC1 IP地址或域名地址，填寫主用軟交換的IP地址。用于和軟交換通信。

3）MGC1端口號(hào)，根據(jù)對(duì)應(yīng)語(yǔ)音協(xié)議填寫對(duì)應(yīng)端口號(hào)，本方案使用SIP協(xié)議對(duì)應(yīng)5060端口。

4）SIP注冊(cè)服務(wù)，填寫SIP服務(wù)器的IP。

配置完成后和實(shí)現(xiàn)OLT內(nèi)置呼叫模塊和軟交換之間接口連接，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了兩者之間的信息傳輸。

NGN上聯(lián)用戶數(shù)據(jù)配置如圖8所示，在網(wǎng)管界面中核心交換盤上的“配置”選項(xiàng)下的“語(yǔ)音配置項(xiàng)”中選擇“上聯(lián)用戶數(shù)據(jù)”將軟交換中的用戶數(shù)據(jù)配置到OLT上，從而實(shí)現(xiàn)兩者之間的用戶信息匹配。

主要配置選項(xiàng)有：

1）端點(diǎn)域名：填寫軟交換分配的語(yǔ)音網(wǎng)關(guān)（IAD）對(duì)應(yīng)端點(diǎn)域名。

2）ONU協(xié)議端口：填寫對(duì)應(yīng)語(yǔ)音協(xié)議的端口號(hào)，本方案使用SIP協(xié)議為5060端口。

3）端點(diǎn)用戶名：填寫軟交換分配給IAD的端點(diǎn)用戶名。

4）SIP協(xié)議認(rèn)證用戶名：填寫軟交換分配的SIP認(rèn)證用戶名。

5）SIP協(xié)議認(rèn)證用戶密碼：填寫軟交換分配的SIP認(rèn)證用戶密碼。

6）電話號(hào)碼：此號(hào)碼為OLT與IAD之間的邏輯關(guān)系，可任意填寫，但使用SIP協(xié)議時(shí)則必須與實(shí)際號(hào)碼一致。

ONU端口語(yǔ)音業(yè)務(wù)配置如圖9所示，主要配置選項(xiàng)“電話號(hào)碼”應(yīng)與NGN上聯(lián)用戶信令數(shù)據(jù)配置中的電話號(hào)碼相對(duì)應(yīng)。通過配置后，ONU可以通過OLT與軟交換之間進(jìn)行語(yǔ)音信號(hào)的通信，最終實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音業(yè)務(wù)的開通。

2.3.3 有線電視業(yè)務(wù)

在本方案中，廣電接入的數(shù)字有線電視信號(hào)接入光發(fā)射機(jī)，再將光發(fā)射機(jī)發(fā)射的1 550 nm波長(zhǎng)的有線電視信號(hào)通過EDFA整合到EPON系統(tǒng)中，在EDFA至ONU之間的尾纖上透?jìng)?個(gè)波長(zhǎng)的信號(hào)（ONU到OLT上行1 310 nm波長(zhǎng)信號(hào)、OLT到ONU的下行1 490 nm波長(zhǎng)信號(hào)、有線電視1 550 nm波長(zhǎng)信號(hào)）。ONU設(shè)備將有線電視信號(hào)還原再通過CATV端口連接到電視機(jī)，如圖10所示。

3 實(shí)現(xiàn)與總結(jié)

基于EPON的小區(qū)三網(wǎng)融合方案在實(shí)驗(yàn)室中已經(jīng)完成了設(shè)備的搭建，如圖11所示。

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