EPON與WIMAX融合

1、長沙民政職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書題目： EPON與WiMax融合產(chǎn)品設(shè)計工藝設(shè)計方案設(shè)計 類型：學(xué)生姓名： 江山 學(xué) 號： 1325053429 學(xué) 院： 軟件學(xué)院 專 業(yè)： 計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 班 級： 計網(wǎng) 1334班 學(xué)校指導(dǎo)教師： 劉立、唐鐵斌、蘇智慧 2016年 05 月 06 日摘 要 現(xiàn)在社會的高速發(fā)展，各種高速率、高質(zhì)量業(yè)務(wù)的出現(xiàn)和發(fā)展如IPTV、高清電視、P2P、會議視頻，接入網(wǎng)帶寬需求快速增長，寬帶接入網(wǎng)成為運營商的建設(shè)熱點。P2P類應(yīng)用業(yè)務(wù)的迅猛發(fā)展，使得接入網(wǎng)業(yè)務(wù)類型從以主業(yè)務(wù)為主轉(zhuǎn)變?yōu)闃I(yè)務(wù)與對等業(yè)務(wù)共存的局面。同時用戶對全覆蓋、移動性等接入靈活性、便利性的需求，接入環(huán)境

2、的復(fù)雜性、接入需要的多樣性、以及無線接入在傳輸距離和帶寬之間的矛盾，決定了WIMAX接入和EPON入共存、EPON與WIMAX融合的發(fā)展趨勢。 關(guān)鍵詞：EPON；WIMAX；EPON與WIMAX融合目 錄1. 緒論12. WIMAX技術(shù)2.1 WiMax技術(shù)簡介2.2 WiMax主要構(gòu)成 2.2.1 WIMAX傳輸單位 2.2.2 WIMAX主要設(shè)備 2.2.3 WIMAX引用范圍 2.3 WIMAX技術(shù)與LTE的比較 2.4 WiMAX技術(shù)的優(yōu)劣勢3. 以太網(wǎng)無源光接入網(wǎng)（EPON）3.1 EPON簡介3.2 EPON網(wǎng)絡(luò)在承載對等業(yè)務(wù)方面的缺陷3.3 EPON的可靠性4. EPON和WIM

3、AX融合方案研究5. 結(jié)論參考文獻致謝1. 緒論 隨著HDTV、交互式網(wǎng)絡(luò)電視、互動視頻游戲、P2P以太網(wǎng)專線等一系列高速率、高質(zhì)量業(yè)務(wù)的出現(xiàn)和發(fā)展，接入網(wǎng)帶寬需求猛增，全球?qū)拵в脩魯?shù)量大量增加。在小部分亞洲國家以及一些歐洲發(fā)達國家的寬帶市場已經(jīng)幾乎飽滿。在中國、印度等寬帶用戶也在日益壯大。根據(jù)有關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，截至2008年9月份，全球?qū)拵Ы尤胗脩粢呀?jīng)達到4億，同比增長率為22%，寬帶普及率也穩(wěn)步提升。索然現(xiàn)階段ADSL/VDSL仍是主流的商業(yè)寬帶接入技術(shù)。但其帶寬限制在支持交互式網(wǎng)絡(luò)電、3D游戲、高清電視等高帶寬業(yè)務(wù)上已經(jīng)形成瓶頸。隨著用戶對帶寬的不斷增長，F(xiàn)TTx已是不爭的接入網(wǎng)發(fā)展趨勢。

4、FTTx的主要實現(xiàn)技術(shù)包括點對點有源光以太網(wǎng)接入技術(shù)和無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。2.WIMAX技術(shù) 2.1 WIMAX技術(shù)簡介WiMAX(全稱WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess）,WiMAX也叫802·16無線城域網(wǎng)或802.16。WiMAX是一項新興的寬帶無線接入技術(shù)，能提供面向互聯(lián)網(wǎng)的高速連接，數(shù)據(jù)傳輸距離最遠可達50km。WiMAX的優(yōu)點還很多1.QoS保障2.傳輸速率高3.業(yè)務(wù)豐富多樣等優(yōu)點。WiMAX的技術(shù)起點較高，更是采用了更多先進技術(shù)OFDM/OFDMA、AAS、MIMO。隨著技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展，WiMAX也逐步實現(xiàn)寬帶業(yè)務(wù)的移動化

5、，而目前的3G則實現(xiàn)移動業(yè)務(wù)的寬帶化，兩種網(wǎng)絡(luò)的融合程度會越來越高。WiMAX也是一種為個體和企業(yè)提供“thelastmile”的寬帶無線連接方案。以及對3G可能構(gòu)成的威脅，使WiMAX在一段時間備受業(yè)界關(guān)注。該技術(shù)以IEEE802.16的系列寬頻無線標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)。一如當(dāng)年對提升802.11使用率有功的Wi-Fi聯(lián)盟，WiMAX也成立了論壇，將提高大眾對寬頻潛力的認(rèn)識，讓W(xué)iMAX技術(shù)成為業(yè)界使用IEEE802.16系列寬頻無線設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)。即使WiMAX無法改變市場已有多種寬頻無線網(wǎng)方式，就近來說2005年左右，大型供應(yīng)商將推出擁有WiMAX認(rèn)證的產(chǎn)品，多數(shù)產(chǎn)品的頻率不超過11GHz。長期而言，

6、WiMAX將進步到可以支持最后一里，回程、私人企業(yè)應(yīng)用。 2.2 WIMAX主要構(gòu)成2.2.1傳輸單元因為WiMAX有互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)谋尘?，所以WiMAX網(wǎng)絡(luò)使用就像使用Mobile phone一樣方便。我們把某一定地理范圍分成多個重疊的區(qū)域，這個重疊的區(qū)域稱為單元。每一個單元提供覆蓋范圍為用戶在該鄰域。 2.2.2 主要設(shè)備：WiMAX網(wǎng)絡(luò)包括兩個主要組件:一個基站和用戶設(shè)備。我們把某一定地理范圍分成多個重疊的區(qū)域，這個重疊的區(qū)域稱為單元。 每一個單元提供覆蓋范圍為用戶在該鄰域。 當(dāng)用戶設(shè)備從一個單元到另一個，無線連接也是順延的從一個單元過渡到另一個單元。 2.2.3 應(yīng)用范圍：WiMAX標(biāo)準(zhǔn)支

7、持移動，便攜式和固定服務(wù)。2.3 WIMAX技術(shù)與LTE的比較表格LTEWiMax(802.16e)LTE FDDLTE TDD頻率帶寬支持1.4M、2.5M、5M、10M、15M、20M寬帶支持1.4M、2.5M、5M、10M、15M、20M寬帶支持1.4M、2.5M、5M、10M、15M、20M寬帶雙工方式FDD、HFDDTDDTDD、HFDD幀長10ms，分為10個0.5ms子幀10ms，分為2個5ms半幀由5個長度為1ms的子幀組成2.5-10ms，且上下行子幀長度比例可調(diào)編碼方式下行采用QPSK、16QAM、64QAM調(diào)制方式。上行采用位移BPSK、OPSK、8PSK和16QAM調(diào)制

8、方式。下行采用QPSK、16QAM、64QAM調(diào)制方式。上行采用位移BPSK、OPSK、8PSK和16QAM調(diào)制方式。采用位移BPSK、OPSK和16QAM調(diào)制方式。標(biāo)準(zhǔn)成熟度2008年12月完成標(biāo)準(zhǔn)化工作第一版，2010年商業(yè)化， 2008年12月完成標(biāo)準(zhǔn)化工作第一版，2010年商業(yè)化， WiMax（802.16e）已商用天線技術(shù)MIMO下行MIMO和發(fā)射分集MIMO、AAS覆蓋半徑最大100Km最大100Km最大50Km從表格和事實來看，LTE與WiMax都是4G的一種技術(shù)。只是因為WiMax沒能搭上4G這輛快車。從表中不難看出，WiMax也是一個不錯的4G標(biāo)準(zhǔn)只是因為商業(yè)競爭和國家安全利

9、益就必須要淘汰一方，最后LTE戰(zhàn)勝WiMax。2.4 WIMAX技術(shù)的優(yōu)劣勢五大優(yōu)勢WiMax之所以能引起大家的目光，是和自身的優(yōu)勢特點分不開的。而各大公司也正是看到了WiMax的優(yōu)勢所可能引發(fā)的強大市場需求才對WIMAX有那么的研究興趣的.優(yōu)勢之一 ：優(yōu)勢之一：實現(xiàn)更遠的傳輸距離。WiMax能達到的50公里的無線信號傳輸距離是無線局域網(wǎng)所瞻望的，網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積更是比3G發(fā)射塔大9倍甚至以上，只要數(shù)量極少的基站建設(shè)就能覆蓋全城，這樣也就是為無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用提高很大的平臺。優(yōu)勢之二：提供更高速的寬帶接入。據(jù)資料顯示，WiMax的最高速度70M，這個速度更是3G網(wǎng)絡(luò)的28倍以上。對無線網(wǎng)絡(luò)來說，這的確是

10、一個令人敬佩的進步。優(yōu)勢之三：提供優(yōu)良的“the last mile”接入服務(wù)。作為一種無線城域網(wǎng)技術(shù)，它可以將WiFi熱點連接到互聯(lián)網(wǎng)，也可作為DSL等有線接入方式的無線擴展，實現(xiàn)“the last mile”的寬帶接入。WiMax可為50公里線性區(qū)域內(nèi)提供服務(wù)。優(yōu)勢之四：提供多媒體通信服務(wù)。由于WiMax較之WiFi具有更好的可擴展性和安全性，從而能夠?qū)崿F(xiàn)電信級的多媒體通信服務(wù)。優(yōu)勢之五：在產(chǎn)業(yè)鏈這方面來講，Wimax有商用數(shù)據(jù)上網(wǎng)卡有HTCMax4G。三大劣勢第1、 在高速移動中WIMAX技術(shù)是不能支持用戶無縫切換的，跟3G的三個主流比準(zhǔn)比還是有差距的 第二、根本的來說WIMAX技術(shù)還是

11、一個無線城域網(wǎng)技術(shù)。 第三、WiMAX要到802.16m才能成為具有無縫切換功能的移動通信系統(tǒng)。而目前還沒有較好的解決這個問題的答案3. 以太網(wǎng)無源光接入網(wǎng)（EPON）3.1 EPON簡介 無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）是一種應(yīng)用與接入網(wǎng)、局端設(shè)備與多個用戶端設(shè)備之間通過無源的光纜、光分/合路器等組成的光分配網(wǎng)（ODN）連接的網(wǎng)絡(luò)。 EPON采用點到多點結(jié)構(gòu)，無源光纖傳輸方式，可以在以太網(wǎng)之上提供多種業(yè)務(wù)。一個典型的EPON系統(tǒng)由光鏈路終端OLT、光網(wǎng)絡(luò)單元ONU、無源光分路器ODN組成。OLT放在中心機房，負(fù)責(zé)連接光釬接入網(wǎng)與城域網(wǎng)：ONU放在網(wǎng)絡(luò)接口單元附近或與其合為一體，一共寬帶的話音、數(shù)據(jù)或視頻

12、業(yè)務(wù)：ODN是一個連接OLT和ONU的無源設(shè)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采用點來源與其無源光分/合路，上行采用TDMA復(fù)用方式。 EPON是幾個最佳的技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的結(jié)合。EPON采用的結(jié)構(gòu)為點對多點，無源光纖傳輸方式。目前，IP以太網(wǎng)應(yīng)用站到整個局域網(wǎng)通信的百分之九十以上，EPON由于使用點對多點，無源光纖傳輸方式的經(jīng)濟和高效結(jié)構(gòu)，是連接接入網(wǎng)最終用戶的一種最高速、方便的通信方法。10G以太主干和城域環(huán)的出現(xiàn)也將使EPON成為未來全光網(wǎng)中最佳的“the last mile”的解決方案。3.2 EPON網(wǎng)絡(luò)在承載對等業(yè)務(wù)方面的缺陷 主從結(jié)構(gòu)EPON網(wǎng)絡(luò)承載同屬一個OLT

13、的ONU之間通信時業(yè)務(wù)存在的缺點： 1.帶寬利用率低2.迂回路由、時延大3.重復(fù)占用骨干城域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)資源的等缺點。 這些缺點隨著ONU間通信的業(yè)務(wù)量增大會更加明顯今年P(guān)2P業(yè)務(wù)流量迅猛增長，大量吞噬骨干網(wǎng)和城域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)流量，甚至對網(wǎng)絡(luò)造成沖擊，根據(jù)可靠數(shù)據(jù)統(tǒng)計，在歐洲和北美P2P流量占internet總流量的60%以上，而在亞洲P2P流量占80%以上。P2P類應(yīng)用是依靠每個客戶進行文件的傳輸而不是連接到服務(wù)器去下載和瀏覽。而EPON接入網(wǎng)采用主從結(jié)構(gòu)，所有流量都會匯聚在OLT。OLT經(jīng)過一系列處理，重復(fù)占用了上下行帶寬，帶寬利用率低，轉(zhuǎn)發(fā)時延大。3.3 EPON的可靠性人們工作生活對網(wǎng)絡(luò)越來越離不

14、開了，更是對網(wǎng)絡(luò)的可靠性有著很高的要求。尤其是在需要提供高帶寬的光接入網(wǎng)時，往往是對網(wǎng)絡(luò)的可靠性要求幾乎要求無差錯。所以可靠性是對光接入網(wǎng)的重要的參數(shù)。EPON網(wǎng)絡(luò)采用無源、集中控制點對多點結(jié)構(gòu)相比較其它網(wǎng)絡(luò)有幾個特點： 1.網(wǎng)絡(luò)設(shè)計上的靈活性 2.網(wǎng)絡(luò)可靠性的量化評估的復(fù)雜性,尤其是網(wǎng)絡(luò)整體可靠量化評估的復(fù)雜性。目前PON網(wǎng)絡(luò)的可靠性研究主要集中在端到端可靠性上，對網(wǎng)絡(luò)整體可靠性研究較少。網(wǎng)絡(luò)整體可靠性主要有網(wǎng)絡(luò)全端點可靠性定義衡量。但在EPON網(wǎng)絡(luò)中，全端點可靠性不能全面的反映PON網(wǎng)絡(luò)特性。EPON采用集中控制的點對多點結(jié)構(gòu)，主干光纖（承載網(wǎng)內(nèi)所有流量，主干光纖故障將影響全網(wǎng)故障，重要程

15、度遠大于分支光纖。本文提出新的攝影PON網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特點的網(wǎng)絡(luò)整體可靠性定義，可以全面量化衡量PON網(wǎng)絡(luò)可靠性。4 EPON與WIMAX技術(shù)融合方案研究 用戶隨時隨地地便利靈活接入網(wǎng)絡(luò)。享受多樣化業(yè)務(wù)的需求，使得移動寬帶化，寬帶移動化是未來通信發(fā)展方向之一。光纖通信能過提供足夠的帶寬，但是接入不靈活。無線通信能夠通過靈活的接入方式但是帶寬有限。光與無線融合網(wǎng)絡(luò)結(jié)合二者之長。解決帶寬與靈活性之間的矛盾，成為未來接入網(wǎng)的發(fā)展趨勢。 為增大帶寬，無線工作頻率越來越高，高工作頻率造成信號損耗增大、小區(qū)半徑縮小，激戰(zhàn)數(shù)目急劇加大，如何低成本的位數(shù)量龐大的基站提供backhaul成為無線通信目前需要迫切解決的

16、問題。相對傳統(tǒng)點對點結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）的無緣點對多點的結(jié)構(gòu)具有：1. 先天的低成優(yōu)勢2. 實現(xiàn)統(tǒng)一資源管理、快速切換。因此選擇PON作為與無線網(wǎng)絡(luò)融合十分具有優(yōu)勢。 WIMAX網(wǎng)絡(luò)在帶寬分配調(diào)度等方面與EPON的有很多相似的地方，正是這些相似或者是相同的地方為二者的融合奠定基礎(chǔ)，使得融合網(wǎng)絡(luò)具有了很多別的方式所不具備的優(yōu)點。WIMAX與EPON融合網(wǎng)絡(luò)同時為用戶提供有線接入和無線接入，方便靈活。相似的業(yè)務(wù)類型分類，基于優(yōu)先級的帶寬分配制度機制，使得二者的融合網(wǎng)絡(luò)具有高帶寬利用率，保證不同業(yè)務(wù)的QosWIMAX與EPON融合可能帶來網(wǎng)絡(luò)操作的簡單：充溢的網(wǎng)絡(luò)管理，快速切換等。融合的網(wǎng)

17、絡(luò)相比2張獨立的網(wǎng)絡(luò)，帶來網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和維護的成本降低先技術(shù)情況下已知的WIMAX和EPON融合方案為2種：簡單的回程線路集成方案、基于副載波天之基礎(chǔ)的光載無線通信方案。本論文研究分析為第一種 -簡單的回程線路集成方案.回程線路（backhual）集成方案 目前的移動網(wǎng)絡(luò)通常采用點對點的SDH作為基站的回程線路，因此最簡單的融合方案是EPON代替SDH作為WIMAX的回程線路，WIMAX基站通過ONU提供的以太網(wǎng)口接入PON網(wǎng)絡(luò)，然后通過PON網(wǎng)絡(luò)接入WIMAX接入服務(wù)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)管及WIMAX連接服務(wù)網(wǎng)絡(luò)。此方案中，EPON簡單的作為WIMAX基站的接入傳輸手段，二者本質(zhì)上還是相互獨立的。設(shè)備的融合還

18、可以降低設(shè)備的硬件成本。相對點到點的基站接入方式，EPON作為WIMAX回程線路網(wǎng)絡(luò)時，無源點對多點結(jié)構(gòu)在連接多個基站時節(jié)省線路成本。同時非常重要的一點是，EPON的動態(tài)帶寬分配機制可以更好的帶寬復(fù)用，還能提高帶寬的利用率。另外，傳統(tǒng)點對點的回程線路網(wǎng)絡(luò)中，各基站帶寬的分配只能通過人為的進行靜態(tài)配置的方式進行變更，如果在某個時間段特定基站帶寬需求增大，工作人員需要重新對各個基站的帶寬進行人為的重新配置，浪費了時間。而EPON的動態(tài)帶寬分配機制實時動態(tài)的改變基站的帶寬，按需分配，不用人為進行重新配置，節(jié)省了不少時間與精力。 EPON作為WIMAX回程線路方案實時簡單，采用現(xiàn)有的商用WIMAX和EPON設(shè)備就可以完成網(wǎng)絡(luò)實施，為運營商提供低成本的基站接入與帶寬接入。因此EPON作為WIMAX的回程線路非常適合作為現(xiàn)階段WIMAX和EPON融合方案。但嚴(yán)格的講，回程線