基于EPON的虛擬局域網(wǎng)技術在電力信息網(wǎng)絡中的應用

李 珂，柴守亮，李海鋒

（國網(wǎng)邯鄲供電公司，河北邯鄲056035）

隨著國家電網(wǎng)公司信息化建設工程的全面實施，電力企業(yè)日常的生產(chǎn)、運營、管理等工作與信息化建設越來越密不可分。由于歷史原因，電力系統(tǒng)各專業(yè)、各業(yè)務和管理部門間分工不同，大都采用了專網(wǎng)的方式，歸納起來可分為“三大網(wǎng)絡”：電話網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)和視頻網(wǎng)絡。但“三大網(wǎng)絡”各自為陣，重復投資建設的現(xiàn)象較普遍，帶來了職能不清、責任不明、維護困難，成本高、浪費大等一系列問題。隨著國網(wǎng)公司三集五大體系建設的順利開展，信息通信管理體系融合為一體，為信息網(wǎng)和通信網(wǎng)的技術融合發(fā)展打下了堅實的管理基礎，因此在國網(wǎng)河北省電力公司邯鄲供電分公司（以下簡稱邯鄲供電公司）新建某營業(yè)樓項目中選擇了EPON技術來解決當前企業(yè)信息接入網(wǎng)存在的多種接入網(wǎng)重復建設問題，并且基于EPON技術的三網(wǎng)合一的電力信息網(wǎng)組網(wǎng)方式在電力系統(tǒng)應用較少，此項目的建設在電力系統(tǒng)具有示范和標桿作用。

1 EPON技術

EPON（以太無源光網(wǎng)絡），即利用PON（無源光網(wǎng)絡）的拓撲結(jié)構實現(xiàn)以太網(wǎng)的接入。EPON是一種采用點到多點網(wǎng)絡結(jié)構、無源光纖傳輸方式、基于高速以太網(wǎng)平臺和TDM時分媒體訪問控制方式、提供多種綜合業(yè)務的寬帶接入技術。

1.1 EPON的網(wǎng)絡結(jié)構

EPON系統(tǒng)由OLT、ONU和ODN組成，見圖1。OLT位于局端，是整個EPON系統(tǒng)的核心部件，向上提供接入網(wǎng)與核心網(wǎng)／城域網(wǎng)的高速接口，向下提供一點對多點的PON接口；ONU位于用戶端，終結(jié)光纖鏈路，并提供對用戶業(yè)務的各種適配功能；ODN是由無源分光器組成的光纖分配網(wǎng)絡，使得一個PON接口的光纖傳輸帶寬可以由多個ONU共享，節(jié)省了大量的光纖鋪設成本［1］。

圖1 EPON組網(wǎng)方案示意圖

1.2 EPON的工作原理

EPON（Ethernet Passive Optical Net work）由IEEE 802.3ah提出，它將Ethernet技術與PON技術結(jié)合起來，其目標是用最簡單的方式實現(xiàn)一個點到多點結(jié)構的吉比特以太網(wǎng)光纖接入系統(tǒng)。EPON屬于IEEE以太網(wǎng)標準的范圍，其基本的工作原理如下：

在下行方向（OLT到ONU）采用廣播模式，每個ONU可以接受到OLT所有下行數(shù)據(jù)，但ONU只根據(jù)下行數(shù)據(jù)的LLID（邏輯鏈路標識）標識信息接收屬于自己的數(shù)據(jù)，丟棄其他的數(shù)據(jù)。

在上行方向（ONU到OLT）采用TDMA多址接入方式并對各ONU的數(shù)據(jù)發(fā)送進行仲裁，每個ONU在各自預定時隙發(fā)送光信號。所有ONU的光信號通過ODN采用時分復用方式合成。時隙的預定靠OLT與ONU的距離判定分配。上、下行的數(shù)據(jù)都采用IEEE802以太數(shù)據(jù)幀格式。上下行方向工作原理如圖2、圖3所示。

圖2 OLT到ONU下行通信示意圖

圖3 ONU到OLT上行通信示意圖

1.3 EPON的關鍵技術

基于以太網(wǎng)技術的EPON網(wǎng)絡接入技術與傳統(tǒng)的用于計算機局域網(wǎng)的以太網(wǎng)技術不同，雖然采用了以太網(wǎng)的幀結(jié)構和接口，但是網(wǎng)絡結(jié)構和工作原理卻完全不同，為實際應用，采取單纖雙向波分復用等關鍵技術。

1.3.1 單纖雙向波分復用技術

EPON系統(tǒng)為單纖雙向系統(tǒng)，上、下行應分別使用不同的波長，其中上行應使用1 260 nm～1 360 nm波長，下行應使用1 480 nm～1 510 nm波長，如果實現(xiàn)CATV，則應使用1 540 nm～1 560 nm波長。

1.3.2 自動注冊

為實現(xiàn)PON系統(tǒng)良好的可擴展性和操作維護方便，在系統(tǒng)開通運行后隨業(yè)務發(fā)展需要增加新ONU或故障修復后要重新加入到系統(tǒng)的ONU都希望能夠自動地加入而不影響正常工作的ONU，因此在原有的以太網(wǎng)CSMA／CD基礎上引入了新的MAC控制信息，OLT使用GATE和REPORT消息實現(xiàn)時鐘同步和時隙分配，REGISTER和ACK信息用來控制自動注冊和應答過程，從而使ONU能夠自動發(fā)現(xiàn)和加入并實現(xiàn)測距、報告鏈路擁塞情況。

1.3.3 動態(tài)帶寬分配技術

動態(tài)帶寬分配 （Dynamic Bandwidth Allcation，DBA）就是OLT根據(jù)ONU的實時帶寬請求獲取各ONU的流量信息，通過特定的算法為ONU動態(tài)分配上行帶寬，保證各ONU上行數(shù)據(jù)幀互不沖突。DBA具有帶寬效率高、公平性好、能夠滿足QoS要求的優(yōu)點。

1.3.4 測距技術

為保證每一個ONU的上行信元在OLT復用時能夠插入指定的時隙且彼此不發(fā)生碰撞，OLT需要一套功能，測量每一ONU與OLT之間的距離（即延時），并指揮每個ONU調(diào)整發(fā)送時間，以保證該ONU的上行信元在OLT規(guī)定的時刻到達使之不致相互沖突。這個機制可以通過把所有ONU都調(diào)整到與OLT相同的邏輯距離處的方法來實現(xiàn)。這種測量ONU的距離，然后把每個ONU都調(diào)整到OLT的相同“虛”距離處的過程就稱為測距（Ranging）。具體方法有擴頻法測距、帶外法測距以及帶內(nèi)開窗測距［1］。

2 EPON技術組網(wǎng)與傳統(tǒng)組網(wǎng)方式對比分析

下面分別從組網(wǎng)方式和投資分析角度說明一下EPON技術在組網(wǎng)方面的優(yōu)勢。

2.1 組網(wǎng)方式

2.1.1 傳統(tǒng)組網(wǎng)

傳統(tǒng)的電力企業(yè)辦公用數(shù)據(jù)，語音，視頻業(yè)務一般通過分別組建信息網(wǎng)、語音網(wǎng)、有線電視網(wǎng)來實現(xiàn)的，其各自的組網(wǎng)方式如圖4所示［2］。

圖4 傳統(tǒng)組網(wǎng)

2.1.2 EPON組網(wǎng)

采用EPON技術組網(wǎng)，將傳統(tǒng)的通信網(wǎng)絡、計算機網(wǎng)絡、電視網(wǎng)絡整合成一個網(wǎng)絡，實現(xiàn)了語音、數(shù)據(jù)和視頻業(yè)務的三網(wǎng)融合，解決了通信網(wǎng)絡、電視網(wǎng)絡、計算機網(wǎng)絡各自為政的現(xiàn)象；綜合布線以光纖為主替代了銅線和同軸電纜為主的舊接入網(wǎng)方式，解決了用戶帶寬低、不易擴容等網(wǎng)絡傳輸瓶頸問題，組網(wǎng)方式如圖5所示。表1為幾種組網(wǎng)方式的性能對比。

圖5 EPON組網(wǎng)示意圖

表1 不同組網(wǎng)方式的對比

2.2 投資效益

下面以邯鄲供電公司人民營業(yè)樓（六層樓，每層20個房間，每層一個設備間，網(wǎng)絡建設規(guī)模規(guī)劃為600個信息點）為例，對比說明EPON與傳統(tǒng)組網(wǎng)方式的網(wǎng)絡建設投資成本。

2.2.1 傳統(tǒng)組網(wǎng)

信息網(wǎng)、電話網(wǎng)及有線電視網(wǎng)絡分別單獨建設，其各自的投資預算為：

（1）信息網(wǎng)。根據(jù)規(guī)劃計算，需購置匯聚交換機2臺，24口接入交換機25臺（600／24），按照市場價格，匯聚交換機10萬元，接入交換機0.5萬元計算，設備投資需32.5萬元；信息點雙絞線布線建設每點按照0.05萬元計算，需投資30萬元；對設備間機柜和電源等輔助配套設施進行建設需要6萬元；共需投資68.5萬元。

（2）電話網(wǎng)。根據(jù)規(guī)劃計算，需購置程控交換機1臺（600門），按照市場價格，設備投資需20萬預案；電話線布線建設每點按照0.02萬元計算，布線建設需投資30萬元；對設備間交接箱等輔助類設施進行建設需3萬元；共需投資70萬元。

（3）有線電視。每個房間預留1個有線接入點，六層樓每層樓20個房間，需建設120個有線接入點，依據(jù)市場價格，每點投資按照0.04萬元計算，需投資4.8萬，對設備間交接箱等輔助類設施進行建設需2萬元；共需投資6.8萬元。

2.2.2 EPON組網(wǎng)

EPON三網(wǎng)合一：根據(jù)規(guī)劃計算，需購置96口OLT設備2臺，4口ONU設備150臺（600／4），1∶8分光器75個（600／8），按照市場價格，96口OLT設備每臺12萬元，4口ONU設備每臺0.05萬元計算，分光器每個0.04萬元，設備投資需34.5萬元，光纖布線建設每點按照0.04萬元計算，需投資24萬元。無需設備間機柜和電源等輔助配套設施。共需投資58.5萬元。表2為投資比較。

表2 不同組網(wǎng)方式的投資對比／（單位：萬元）

通過以上分析可以看出，采用EPON技術實現(xiàn)三網(wǎng)融合的組網(wǎng)方式，局端OLT和用戶ONU之間僅有光纖、光分路器等光無源器件，大量節(jié)省主干光纖和接入交換機，無需設備間建設、無需配備電源、省電、防盜、防雷電，網(wǎng)絡層次簡化，組網(wǎng)靈活，可有效節(jié)省建設和后期維護成本［3］。

3 EPON技術組網(wǎng)在人民營業(yè)樓中的具體應用

邯鄲供電公司人民營業(yè)樓屬于新建的小型基建項目，建設完成后將作為公司營銷系統(tǒng)主要的辦公場所，對網(wǎng)絡帶寬和可靠性要求較高，建筑的智能化程度較高，在綜合比較了多種網(wǎng)絡接入技術后，選擇了EPON技術實現(xiàn)了光纖到辦公室。下面對其組網(wǎng)方案和關鍵配置進行說明。

3.1 組網(wǎng)方案

根據(jù)邯鄲供電公司人民營業(yè)樓辦公大樓內(nèi)部建筑布局以及實際使用情況，采用EPON技術組建智能辦公樓信息通信網(wǎng)絡，承載辦公樓內(nèi)的數(shù)據(jù)、語音和視頻業(yè)務，為保障網(wǎng)絡業(yè)務可靠運行，在組網(wǎng)方式上采用了OLT設備1＋1保護；分光器與主干光纖1＋1保護，確保網(wǎng)絡安全可靠，具體拓撲如圖6。

圖6 人民營業(yè)樓EPON網(wǎng)絡建設拓撲圖

3.1.1 OLT設備1＋1保護

局端機房布置兩臺瑞斯康達OLT設備ISCOM5800E，通過上聯(lián)GE、10G接口雙上聯(lián)分別接入信息網(wǎng)、NGN交換網(wǎng)以及有線電視網(wǎng)等，實現(xiàn)辦公區(qū)域以太網(wǎng)業(yè)務、ip語音業(yè)務以及視頻等業(yè)務落地；兩臺OLT設備1＋1保護，其中1臺發(fā)生故障不會影響網(wǎng)絡的正常使用。

3.1.2 分光器及主干光纖1＋1保護

分光器采用2∶8分光比；該分光器就近接入多個辦公室數(shù)據(jù)信息節(jié)點，考慮到后續(xù)擴容，建議接入4～8個用戶；分光器將遠端數(shù)據(jù)信息點進行光匯聚，上行兩個光口分別上聯(lián)至局端的兩臺OLT設備的PON口，實現(xiàn)接入業(yè)務雙上聯(lián)，主干光纖1＋1保護，一條主干光纜出現(xiàn)故障，不影響接入業(yè)務。

3.1.3 業(yè)務接入

辦公室數(shù)據(jù)信息節(jié)點安放瑞斯康達ONU設備ISCOM5204，可提供4FE＋2POTS業(yè)務接入，可接入本辦公區(qū)域的以太業(yè)務、語音業(yè)務以及視頻。

3.2 VLAN劃分

EPON技術本身內(nèi)部同一PON口下不同ONU、同一個ONU下不同以太口都是物理隔離，不同的PON口和GE口遵循IEEE 802.1q協(xié)議標準，可根據(jù)用戶業(yè)務類型以及業(yè)務需求進行VLAN的隔離劃分。根據(jù)業(yè)務類型，辦公業(yè)務劃分為VLAN2025，視頻業(yè)務劃分為3014，語音業(yè)務劃分為1999；詳細配置見下述關鍵配置。

3.3 設備選型

本次設備選用瑞斯康達科技發(fā)展股份有限公司的EPON系列設備，局端節(jié)點所采用設備為瑞斯康達的OLT設備ISCOM5800E，業(yè)務接入點選用瑞斯康達的多網(wǎng)融合ONU設備ISCOM5204，可接入以太網(wǎng)業(yè)務、語音和視頻業(yè)務。

3.4 關鍵配置

（1）以太網(wǎng)業(yè)務配置

Raisecom＞enable

Password：raisecom

查看設備信息：

Raisecom＃show running-config all

創(chuàng)建板卡：

Raisecom（fttx）＃create card slot 1 type 4pon／4ge

創(chuàng)建VLAN：

Raisecom（config）＃create vlan 1999，2025，3014 active

設置帶外網(wǎng)管地址：

Raisecom（config）＃management-port ip address 192.168.4.12 255.255.255.0

設置帶內(nèi)網(wǎng)管：

Raisecom（config）＃interface ip 0

Raisecom（config-ip）＃ip address 135.21.177.176 255.255.255.0 2025

設置網(wǎng)關：

Raisecom（config）＃ip default-gateway 135.21.177.1

設置網(wǎng)管服務器IP：

Raisecom（config）＃sn mp-server host 192.168.4.254 version 2c raisecom

udpport UDP端口選擇

＜cr＞

讀寫共同體：

Raisecom（config）＃snmp-server community public ro

Raisecom（config）＃snmp-server community private r w

配置4GE上聯(lián)口：

Raisecom（config）＃interface port 11

Raisecom（config-port：11）＃switchport mode trunk

Raisecom（config-port：11）＃switchport trunk allowed vlan all

Raisecom（config-port：11）＃speed 1000

在OLT上開通ONU的話，配置第一端口和第二端口：

Raisecom（config）＃interface port 1（1-2端口為第一槽位端口）

Raisecom（config-port：1）＃switchport mode trunk

Raisecom（config-port：1）＃switchport trunk allowed vlan al

Raisecom（config）＃interface range 1-2

Raisecom（config-range）＃switchport trunk allowed vlan add 1999，2025，3014

配置OLT的PON口：

打開端口自動注冊：

Raisecom（fttx）＃interface range olt 1／1-4（1／代表槽位；1-4代表第一槽位1-4PON口）

Raisecom（fttx-olt-range）＃automatic-authorization enable（打開自動注冊）

ONU配置：

Raisecom（fttx）＃interface onu 1／1／1（第一槽位第一個PON口第一臺ONU）

Raisecom（fttx-onu1／1：1）＃uni range ethernet 1-2（配置第一槽位的1-2交換端口）

Raisecom （fttx-onu-uni-range）＃ vlan mode tagged（配置交換端口的模式）

Raisecom（fttx-onu-uni-range）＃native vlan 2025（允許通過的VLAN）

（2）H248語音配置

ip address 10.70.108.155 255.255.252.0

ip route default 10.70.108.1

vlan mode tagged

vlan 1999

h248 mg register-mode domain-name

h248 mg name jxqygj001.bbxq.cqnetcom.cn

h248 pri mary mgc ip 10.23.33.129

h248 mg tid mode auto

h248 mg tid prefix A name 0

h248 pots tid name A0 1

h248 pots tid name A1 2

h248 mg tid prefix A name 0

4 結(jié)束語

新組建的EPON系統(tǒng)較好地滿足了電力系統(tǒng)智能化辦公樓宇建設的需求，解決了傳統(tǒng)網(wǎng)絡重復建設的問題，節(jié)省網(wǎng)絡建設資金。同時EPON光網(wǎng)絡的無源性使它徹底避免了外部設備的電磁干擾和雷電影響，減少了線路和外部設備的故障率，提高了系統(tǒng)的可靠性，節(jié)省了維護成本，運行安全穩(wěn)定，取得了良好的社會效益與經(jīng)濟效益，也獲得了EPON組網(wǎng)經(jīng)驗，具有一定的示范作用。

［1］ 冉在陽.北京某區(qū)LAN網(wǎng)改造及EPON承載IPTV方案設計與實施［D］.北京：北京郵電大學，2009.

［2］ 李立新.EPON技術在企業(yè)信息網(wǎng)絡建設中的應用［J］.黑龍江科技信息，2013，（13）：146-147.

［3］ 張 虹.EPON相對傳統(tǒng)LAN接入的發(fā)展優(yōu)勢［J］.科技視界，2012，（30）：250-251.