基于EPON的光通信技術(shù)研究

周東方+趙勇

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，光通信技術(shù)發(fā)展速度越來越快，同時保證了光通信的傳輸質(zhì)量。結(jié)合當(dāng)前光通信技術(shù)的發(fā)展情況來看，目前EPON技術(shù)在光通信中占據(jù)較大比例，已經(jīng)成為連接入網(wǎng)最終用戶的有效通信方法，必須及時對其進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：EPON；光通信技術(shù)；實(shí)際應(yīng)用

中圖分類號：TN929.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）05-0016-02

EPON是一宗應(yīng)用點(diǎn)到點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、基于高速以太網(wǎng)、無源光纖傳輸及TDM時分MAC媒體訪問控制所提供了多種綜合寬帶接入技術(shù)，具有維護(hù)簡單、升級便捷及成本低等特點(diǎn)，已經(jīng)成功應(yīng)用到光通信中。本次主要介紹了EPON的技術(shù)原理，并介紹了該技術(shù)在光通信中的應(yīng)用，希望可以同行學(xué)者提供借鑒。

1 概述

EPON為以太無源光網(wǎng)絡(luò)，PON為其縮寫，該技術(shù)屬于新型的光纖接入網(wǎng)技術(shù)，屬于點(diǎn)到多點(diǎn)應(yīng)用的光接入技術(shù)，主要使用無源光纖及多點(diǎn)結(jié)構(gòu)傳輸，可以滿足以太網(wǎng)的多種業(yè)務(wù)需求。無源光網(wǎng)絡(luò)主要由光線路終端（OLT）、光網(wǎng)絡(luò)單位（ONU）及光分配網(wǎng)絡(luò)（ODN）組成，可以將其本質(zhì)特點(diǎn)看作ONU所有均由無源器件組成，信號可通過分光器將光纖傳輸給用戶。從系統(tǒng)特點(diǎn)上分析，該系統(tǒng)與客戶端及傳統(tǒng)中心局端差異較大，而且源電子設(shè)備設(shè)置在接入網(wǎng)中間，因此將其稱之為無源光網(wǎng)絡(luò)[1]。無源光不僅具有節(jié)省光纖資源的優(yōu)勢，還可以簡化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)操作與維護(hù)難度，有效控制了成本費(fèi)用，而且純光結(jié)構(gòu)及透明光纖帶網(wǎng)絡(luò)保證了業(yè)務(wù)擴(kuò)展安全。EPON技術(shù)成功結(jié)合了以太網(wǎng)技術(shù)與PON技術(shù)，可采用點(diǎn)到多點(diǎn)方式進(jìn)行以太網(wǎng)光纖接入。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，EPON應(yīng)用的主要結(jié)構(gòu)方式是點(diǎn)到多點(diǎn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，上行應(yīng)用TDMA，下行為廣播方式，此種結(jié)構(gòu)方式的主要特點(diǎn)是滿足了數(shù)據(jù)雙向傳輸需求。

2 分析EPON的組成及特點(diǎn)

EPON屬于點(diǎn)到多點(diǎn)光纖接入技術(shù)，無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）主要由用戶側(cè)光網(wǎng)絡(luò)（ONU）與光分配網(wǎng)絡(luò)（ODN）組成[2]。

2.1 組成

（1）OLT。OLT絕大多數(shù)都放置在中心機(jī)房位置，下行方向給無源光纖網(wǎng)絡(luò)提供光纖接口，下行滿足10Base-T、100BaseT及10GBase-T等接口，而且OLT支持EI接口進(jìn)行的TDM話音接入。（2）ODN。ODN屬于無源光線分支器，屬于連接ONU與OLT的無源設(shè)備，主要特點(diǎn)是可完成下行數(shù)據(jù)與集中上行數(shù)據(jù)的分發(fā)。從特點(diǎn)上分析，由于主要進(jìn)行無源操作，因此部署方式較靈活，可滿足多種環(huán)境的應(yīng)用。通常每個POS分線率為8、16、32或64，同時可進(jìn)行多級連接。（3）ONU/ONT。ONU/ONT主要根據(jù)以太網(wǎng)協(xié)議完成了數(shù)據(jù)透明傳送。OLT與ONU之間可進(jìn)行告訴的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。

2.2 EPON的技術(shù)特點(diǎn)

經(jīng)過對此種技術(shù)與傳統(tǒng)以太網(wǎng)相比，主要具有幾方面特點(diǎn)[3]：（1）OLT與ONU使用光分路器、光纖等連接，不需要有源設(shè)備維護(hù)人員、機(jī)房及配置電源，節(jié)省了較多的建設(shè)成本，實(shí)際應(yīng)用效果較顯著；（2）上下均使用單纖波分復(fù)用技術(shù)操作，只需光纖和OLT就可得到理想的傳輸距離。在ONU側(cè)，可應(yīng)用光分路器將其傳輸給各個用戶，減輕了光纖耗費(fèi)成本。（3）EPON具有傳輸IP數(shù)據(jù)、TDM及視頻廣播的能力，其中IP 與TDM主要應(yīng)用IEEE 802.3采用以太網(wǎng)方式操作，并設(shè)置有網(wǎng)管輔助系統(tǒng)，提高了傳輸質(zhì)量。（4）上下行均為千兆速率，上行應(yīng)用時分復(fù)用共享帶寬，下行使用用戶加密方式共享帶寬，高帶寬有效滿足了接入網(wǎng)客戶需求，而且可結(jié)合用戶需求合理的分配帶寬。（5）點(diǎn)對多點(diǎn)結(jié)構(gòu)一般采用增加ONU 數(shù)量及設(shè)置用戶側(cè)光纖方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)升級，保證了運(yùn)營商的投資安全。

3 了解EPON核心技術(shù)

3.1 動態(tài)帶寬分配的DBA

動態(tài)帶寬分配算法表示實(shí)時改變EPON各OUN的帶寬機(jī)制。如果EPON帶寬為靜態(tài)分配，此時就不能進(jìn)行數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)變速，如果采用峰值速度靜態(tài)分配帶寬，容易在短期內(nèi)用盡帶寬，而且降低了帶寬利W率。從另一方面分析，動態(tài)帶寬分配的實(shí)現(xiàn)提高了了系統(tǒng)帶寬利用率。一般可利用DBA實(shí)現(xiàn)ONU業(yè)務(wù)要求，在ONU之間開展動態(tài)調(diào)節(jié)帶寬可有效提升PON的上行帶寬效率。隨著效率的提升，可以給PON 上增加跟多W用戶，用戶可W到的帶寬峰值完全超過傳統(tǒng)固定分配帶寬。動態(tài)控制經(jīng)常進(jìn)行集中控制，該種方式可讓發(fā)送所有ONU上行信息，而且都必須給LOT提出帶寬申請，然后OLT結(jié)合ONU等相關(guān)要求滿足帶寬W授權(quán)，分配準(zhǔn)則的主要思想是，任意一個ONU都可分割實(shí)習(xí)信元到達(dá)的時間分布，并能進(jìn)行帶寬請求操作，OLT可根據(jù)ONU 要求合理、公正的分配帶寬，并能處理好細(xì)細(xì)亂碼、超載及信元丟失等情況[4]。

3.2 收發(fā)突發(fā)信號

OLT負(fù)責(zé)每個ONU突發(fā)信號的接收工作，因此要求其必須在短時間內(nèi)完成相位同步操作，之后再接受數(shù)據(jù)。此時要求ONU與OLT均支持突發(fā)信號元器件。絕大多數(shù)器件均為在此方面提出嚴(yán)格要求。為了得到理想的突發(fā)模式，要求接收端均要使用特殊技術(shù)操作。此時光突發(fā)電路還要在短時間內(nèi)完成關(guān)閉與開啟操作，迅速建立信號，此種情況下傳統(tǒng)電光轉(zhuǎn)換與反饋?zhàn)詣庸β士刂埔呀?jīng)不能滿足實(shí)際要求，不限要響應(yīng)更快的激光器。接收端所接受的用戶信號光功率具有較大差異，而且處于長期變化中，要求突發(fā)電路每次接收新信號時，必須調(diào)整好接受電平門限。

3.3 OLT測距、延時補(bǔ)充技術(shù)及ONU即插即用技術(shù)

TDMA是EPON上行信道所應(yīng)用的方式，多點(diǎn)接入令導(dǎo)致數(shù)據(jù)幀延時有所差異，要求采用測距跟延時補(bǔ)償技術(shù)控制數(shù)據(jù)時域發(fā)生的膨脹，而且要使用測距跟時延補(bǔ)償技術(shù)實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)時隙同步，此時數(shù)據(jù)包主要根據(jù)DBA算法了解時隙的達(dá)到情況，并能實(shí)現(xiàn)即插即用。同時還可以精確測量任意一個ONU距離OLT的距離，利用調(diào)整ONU發(fā)送時延的方式減少ONU與發(fā)送窗口的間隔，進(jìn)而提升上行道利用率，并減少時延。開展EPON測距時，可根據(jù)ONU即插即用與OLT通過時間內(nèi)完成[5]。endprint

3.4 上行信道復(fù)用技術(shù)

現(xiàn)階段上行信號復(fù)用技術(shù)主要應(yīng)用時分多址服用方式操作，目前主要采用隨機(jī)接入、固定時隙多址服用及統(tǒng)計時分多址服用等方式操作，但是M定時隙分多址服用依然存在很多缺陷。例如，當(dāng)內(nèi)部時隙未使用時，占據(jù)了較多貸款，直接影響了突發(fā)率業(yè)務(wù)適應(yīng)力；要求ONU必須應(yīng)用多種隨機(jī)接入方式合理控制接入時間。因此對兩者存在問題進(jìn)行比較后，可應(yīng)用統(tǒng)計時分多址服用操作。上行信號開展傳輸時，可在ONU分配到時隙中成功發(fā)送以太網(wǎng)幀，統(tǒng)計復(fù)用可根據(jù)數(shù)據(jù)量所提供的大小進(jìn)行時隙改變。

4 小區(qū)光纖通信中的應(yīng)用

一般在接入小區(qū)情況下，ONU 主要設(shè)置在用戶端與樓道。在FTTH模式下，用戶數(shù)不穩(wěn)定，此時為了提高設(shè)備利用率，降低成本并促進(jìn)維護(hù)工作的開展，可以將光分路器設(shè)置在比較集中的位置，主要應(yīng)用一級分光操作，一般將其設(shè)置在小區(qū)光交接箱與小區(qū)機(jī)房中。通常采用此種方法建設(shè)后，無論用戶如何變化，都可以最大效率的應(yīng)用并使用設(shè)備，需要注意的是，用戶較多的情況下，接入光纖需求量也要適當(dāng)增加。FTTB模式，OMU等均設(shè)置在樓道，光分路器設(shè)置與FTTH設(shè)置方式相同，此種接入主要在樓道交換機(jī)操作[6]。

5 分析EPON技術(shù)在通信技術(shù)應(yīng)用中存在的問題

雖然EPON技術(shù)的結(jié)構(gòu)與體系已經(jīng)完整，而且利用其獨(dú)特的特點(diǎn)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到網(wǎng)絡(luò)通信等各個領(lǐng)域中，但是在實(shí)際應(yīng)用中該技術(shù)依然存在很多問題，而且這些問題均是在實(shí)際驗(yàn)證中得到的，因此必須及時對該技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，充分發(fā)揮該技術(shù)的作用[7]。

5.1 了解光分路器與光路終端位置

經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，設(shè)備防止位置對光纜布局與成本具有很強(qiáng)影響，例如在光路終端布置時，會占用較多的主干光纜，影響了布線區(qū)域資源的應(yīng)用，同時由于用戶不同，如果均使用相同空間布放，就會出現(xiàn)布局不合理等問題，嚴(yán)重時將會耗費(fèi)較多的資源。所以實(shí)際操作中應(yīng)該將其放置在局端，并應(yīng)用多級級聯(lián)方式介于投資成本，并結(jié)合布局區(qū)域特點(diǎn)合理選擇設(shè)備布置位置，區(qū)別對待密集型與分散型用戶群。

5.2 運(yùn)行維護(hù)及業(yè)務(wù)發(fā)展

從EPON當(dāng)前的實(shí)際應(yīng)用情況來看，EPON具有較強(qiáng)的整合各網(wǎng)連接能力，受其自身優(yōu)勢作用，得到了理想的降低成本作用。但是今后應(yīng)用中，必須讓EPON技術(shù)減少對以太網(wǎng)的以來，及時克服各種缺陷，如提供IP服務(wù)或進(jìn)行多業(yè)務(wù)介入時，要求使用網(wǎng)絡(luò)層以上實(shí)現(xiàn)端到端的服務(wù)保證。同時目前互通性依然存在很多問題，要求建設(shè)初期不能引入各類型設(shè)備。實(shí)際應(yīng)用中還要管理并控制好資源系統(tǒng)，提高資源管理力度，給業(yè)務(wù)維護(hù)及開發(fā)提供方便。

5.3 光纜網(wǎng)絡(luò)的組織

使用EPON時，要求從光纜布放方案、光纜選擇及入戶方式等三方面進(jìn)行考慮，避免影響入網(wǎng)投資、設(shè)備或光纜利用率。目前用戶主要使用EPON技術(shù)連接寬帶，要求開展用戶組網(wǎng)時，必須提升對小區(qū)光纜布網(wǎng)的壓力。如果是寬帶用戶，獨(dú)立取一條光纜后，將導(dǎo)致整個區(qū)域光纜需求直線增加，進(jìn)而提高了用戶成本。因此進(jìn)行布線建設(shè)時，必須做好用戶規(guī)劃工作，并合理利用資源避免造成資源浪費(fèi)。

6 結(jié)語

在寬帶網(wǎng)絡(luò)通信的發(fā)展下，EPON技術(shù)以其覆蓋面廣、上下行高速率及高校光傳送等特性，節(jié)省了較多的光纖資源，可以結(jié)合多種業(yè)務(wù)情況給其制定合適的體系架構(gòu)，而且適應(yīng)環(huán)境性較強(qiáng)，可靠性較高，已經(jīng)成為帶寬接入網(wǎng)絡(luò)的最佳技術(shù)，將會成為未來發(fā)展的主流技術(shù)。但是實(shí)際應(yīng)用中依然存在很多問題，必須對其進(jìn)行驗(yàn)證和開發(fā)，給該技術(shù)提供較廣的發(fā)展空間。

參考文獻(xiàn)

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