遠(yuǎn)距離EPON的應(yīng)用

遲克偉 石敬東

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遠(yuǎn)距離EPON的應(yīng)用

遲克偉1石敬東2

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隨著寬帶接入網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，光纖入戶工程穩(wěn)步推進(jìn)。寬帶運(yùn)營商加快對城市老舊小區(qū)和重點(diǎn)鄉(xiāng)鎮(zhèn)繼續(xù)加大FTTH網(wǎng)絡(luò)建設(shè)改造力度，農(nóng)村地區(qū)也在積極推進(jìn)此項(xiàng)工作。如何提高EPON網(wǎng)絡(luò)中遠(yuǎn)距離傳輸部分的用戶體驗(yàn)效果，這是當(dāng)前各大運(yùn)營商需要解決的難題。本文從EPON網(wǎng)絡(luò)中的光功率計(jì)算和MPCP協(xié)議兩方面介紹了遠(yuǎn)距離EPON的應(yīng)用。

光功率計(jì)算 MPCP協(xié)議 結(jié)論

引 言

隨著寬帶接入網(wǎng)絡(luò)建設(shè)進(jìn)入加快推進(jìn)“光進(jìn)銅退”，新建樓宇按照光纖到戶國家標(biāo)準(zhǔn)，全部實(shí)現(xiàn)光纖到戶，現(xiàn)有小區(qū)加快光纖到戶改造步伐。寬帶運(yùn)營商加快對城市老舊小區(qū)和重點(diǎn)鄉(xiāng)鎮(zhèn)繼續(xù)加大FTTH網(wǎng)絡(luò)建設(shè)改造力度。

農(nóng)村地區(qū)寬帶提速也在積極推進(jìn)。寬帶推廣普及對于農(nóng)村小康社會的建設(shè)具有重要的意義，在農(nóng)村地區(qū)開展光纖到戶建設(shè)也逐漸成為共識。

寬帶應(yīng)用推廣和普遍服務(wù)補(bǔ)償項(xiàng)目將推動鄉(xiāng)鎮(zhèn)及新農(nóng)村新建住宅落實(shí)光纖到戶。隨著農(nóng)村地區(qū)寬帶的建設(shè)，行業(yè)競爭的日益激烈，如何提高EPON網(wǎng)絡(luò)中遠(yuǎn)距離傳輸部分的用戶體驗(yàn)效果，這是當(dāng)前各大運(yùn)營商需要解決的難題。

1 EPON網(wǎng)絡(luò)中的光功率計(jì)算

1.1 EPON設(shè)備采用不同的光模塊，可以支持不同的ODN等級

EPON在用的光模塊主要有：（1）1000BASEPX20。EPON網(wǎng)絡(luò)部署早期配置，允許通道插損24dB，支持最高光分路比為1∶32。目前，主流設(shè)備已不再配置PX20光模塊。（2）1000BASE-PX20+。目前，主流EPON設(shè)備均配置PX20+光模塊，允許通道插損28dB，支持最高光分路比為1∶64。

在FTTH 規(guī)模部署過程中，OLT及ONU設(shè)備應(yīng)采用不低PX20+（EPON）等級的光模塊，ODN網(wǎng)絡(luò)光功率全程衰耗應(yīng)控制在28dB以內(nèi)。

1.2 EPON傳輸距離測算公式

EPON傳輸距離測算公式，如圖1所示。

圖1 PON傳輸距離測算公式

1.3 EPON傳輸距離測算的相關(guān)參數(shù)

EPON傳輸距離測算的相關(guān)參數(shù)，見表1。

表1 EPON傳輸距離測算的相關(guān)參數(shù)

由以上的公式和參數(shù)可以反推出，當(dāng)EPON網(wǎng)絡(luò)中OLT到ONU端的距離超過20KM時(shí)，ODN網(wǎng)絡(luò)光功率全程衰耗可能會非常接近或超過28dB。

2 MPCP協(xié)議介紹

MPCP協(xié)議在OLT和ONU之間規(guī)定了一種控制機(jī)制來協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。

2.1 MPCP的發(fā)現(xiàn)過程

（1）進(jìn)程由OLT發(fā)起，周期性地產(chǎn)生發(fā)現(xiàn)時(shí)間窗口，使OLT有機(jī)會檢測到企圖上線的ONU。（2）OLT收到注冊請求之后，向ONU發(fā)送注冊消息，消息包含ONU的LLID及OLT要求的同步時(shí)間。（3）OLT再次發(fā)送GATE幀，進(jìn)行校驗(yàn)。（4）ONU發(fā)送R-ACK幀進(jìn)行確認(rèn)，至此握手過程完成。如圖2所示。

圖2 MPCP的發(fā)現(xiàn)過程

2.2 完成注冊之后的MPCP協(xié)議交互

（1）ONU完成注冊后，系統(tǒng)維持一個(gè)Keep-alive機(jī)制。（2）OLT定期（最低50ms一次）發(fā)送Gate消息給ONU，ONU也定期（最低50ms一次）的發(fā)送Report消息給OLT。（3）如果OLT在一定時(shí)間內(nèi)沒有收到ONU發(fā)來的任何MPCP消息，則認(rèn)為該ONU的MPCP協(xié)議異常，將解注冊（Deregister）該ONU。（4）如果ONU在一定時(shí)間內(nèi)沒有收到OLT發(fā)來的任何MPCP消息，則認(rèn)為與OLT之間的鏈路異常或者OLT的MPCP協(xié)議異常，將自動解注冊。（5）MPCP協(xié)議基于MPCPDU中的timestamp進(jìn)行動態(tài)測距，確保ONU上行TDMA的有序性測距。如圖3所示。

圖3 MPCP協(xié)議的動態(tài)測距

OLT到ONU距離越長，兩者交互的時(shí)間越長。交互時(shí)間變長，可導(dǎo)致用戶體驗(yàn)變差和發(fā)生兩端設(shè)備的信息不對稱的情況。

MPCP發(fā)現(xiàn)過程還有一個(gè)極為重要的機(jī)制——動態(tài)帶寬分配（DBA）機(jī)制。

相對于靜態(tài)帶寬分配（SBA），DBA是指OLT基于用戶的業(yè)務(wù)等級協(xié)議（SLA），結(jié)合ONU的本地隊(duì)列狀態(tài)的匯報(bào)或者業(yè)務(wù)預(yù)測動態(tài)的給ONU發(fā)布上行業(yè)務(wù)授權(quán)。期優(yōu)點(diǎn)在于，實(shí)現(xiàn)高效的上行帶寬利用率和服務(wù)質(zhì)量保證。

DBA是采用輪詢ONU的方式，例如，每1ms給該P(yáng)ON下所有ONU各分配一次grant（每個(gè)ONU的grant的大小可能是不同的）。

DBA的具體要求：（1）業(yè)務(wù)透明；（2）低時(shí)延和低時(shí)延抖動；（3）公平帶寬分配；（4）健壯性好；（5）實(shí)時(shí)性強(qiáng)。

DBA的工作流程是Gate-Report-Gate-Report。OLT給ONU發(fā)布的grant在Gate消息中承載；ONU通過Report消息使OLT了解其本地的隊(duì)列狀態(tài)和業(yè)務(wù)流量；Grant的分配是基于特定算法的；DBA要按照SLA進(jìn)行g(shù)rant分配（包括保證帶寬、最大帶寬等參數(shù)）。如圖4所示。

圖4 DBA的工作流程

根據(jù)DBA機(jī)制的特點(diǎn)和工作原理，OLT和ONU在遠(yuǎn)距離傳輸?shù)那闆r下對帶寬進(jìn)行較多的占用，從而擠占用戶業(yè)務(wù)的帶寬或者增加整體網(wǎng)絡(luò)帶寬的消耗。

3 關(guān)于遠(yuǎn)距離傳輸EPON網(wǎng)絡(luò)的結(jié)論

結(jié)合MPCP協(xié)議開銷的介紹，可以得到一個(gè)對于遠(yuǎn)距離傳輸EPON網(wǎng)絡(luò)的結(jié)論。

（1）PON模塊發(fā)光功率最大的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為1000BASE-PX20+，并無所謂40KMpon模塊或者60KMpon模塊之說。

（2）使用1000BASE-PX20+模塊，對于超過20KM的光衰減使得分光比更大。

（3）根據(jù)協(xié)議調(diào)節(jié)MPCP的注冊窗口。

（4）遠(yuǎn)距離需要的測距時(shí)間更長，ONU需要的時(shí)延補(bǔ)償更大。

（5）DBA動態(tài)帶寬保證，需要的開銷更多。

物理方面分光比低，相對應(yīng)開展農(nóng)網(wǎng)的FTTH性價(jià)比低；協(xié)議方面時(shí)分復(fù)用的管理開銷更大，分給每個(gè)ONU的帶寬更小，不符合FTTH用戶的高帶寬體驗(yàn)。

結(jié)束語

通過對OLT與ONU交互過程的介紹，OLT是目前經(jīng)濟(jì)有效且易于管理的方式。鑒于野外型OLT在硬件上具備的優(yōu)勢，但不利于后期維護(hù)和管理的缺點(diǎn)，可將原有OLT下沉至鄉(xiāng)鎮(zhèn)，將支持遠(yuǎn)距離傳輸?shù)母咝阅躉LT部署至主機(jī)房，使整體網(wǎng)絡(luò)以及用戶體驗(yàn)效果達(dá)到最優(yōu)。

審稿人：周速飛 內(nèi)蒙古廣播電視網(wǎng)絡(luò)集團(tuán)有限公司正高級工程師

責(zé)任編輯：王學(xué)敏

TP393.1

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2096-0751（2017）04-0026-03

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