EPON寬帶接入技術(shù)探討21132

1、 廈門磐特技術(shù)資料EPON寬帶接入技術(shù)探討廣州市電信分公司  歐振猛一、EPON簡介    EPON（Ethernet Passive Optical Network）是PON技術(shù)中最新的一種，由IEEE802.3 EFM（Ethernet for the First Mile）提出。EPON是一種采用點(diǎn)到多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、無源光纖傳輸方式、基于高速以太網(wǎng)平臺和TDM時(shí)分MAC（Media Access Control）媒體訪問控制方式、提供多種綜合業(yè)務(wù)的寬帶接入技術(shù)。    EPON在標(biāo)準(zhǔn)方面處于正在完善階段。 &#

2、160;  IEEE 802.3ah工作小組從2000年11月就開始進(jìn)行EPON的標(biāo)準(zhǔn)化工作。大約有70個(gè)公司加入了這個(gè)工作小組，包括Cisco、Nortel、Worldcom、SBC、Verizon、Salira、 Broadcom、Agere、Intel、BroadLight、Alcatel等。估計(jì)需要8個(gè)月的時(shí)間才能有EPON的第一版標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)。    在PON家族中還有一位早期的成員APON（ATM Passive Optical Network）。在1995年ATM技術(shù)的全盛時(shí)期，ITU（the International Telecommuni

3、cations Union）和FSAN（Full Service Access Network）聯(lián)盟采納了ATM標(biāo)準(zhǔn)，把它作為在PON之的第二層的幀封裝標(biāo)準(zhǔn)，能為商業(yè)用戶、家庭用戶提供包括IP數(shù)據(jù)、視頻、音頻等綜合業(yè)務(wù)，形成了APON的標(biāo)準(zhǔn)（文檔號ITU-T Rec G.983）。但是APON存在著一系列的問題，比如帶寬有限、帶寬損失大、數(shù)據(jù)包開銷大、協(xié)議轉(zhuǎn)換麻煩、技術(shù)復(fù)雜、設(shè)備昂貴、多廠家互操作性差等。隨著以太網(wǎng)技術(shù)的異軍突起，APON技術(shù)一直沒有得到大規(guī)模應(yīng)用。    EPON是一種結(jié)合了Ethernet和PON的寬帶接入技術(shù)。眾所周知，Ethernet簡單易

4、用，安裝方便，運(yùn)用廣泛，但是一直也存在一些問題，特別是在大規(guī)模使用時(shí)這些問題更加明顯。因此通信業(yè)界推出了一系列的解決方案，包括EPON、RPR（Resilient Packet Ring）、MSTP（Multi Service Transport Protocol）等。    RPR于2002年1月提出第一個(gè)草案Darwin，主要是采納了Cisco 的 DPT（Dynamic Packet Transport）技術(shù)和Nortel的IPT（Intelligence Packet Transport）技術(shù)，最后的標(biāo)準(zhǔn)將于2003年3月發(fā)布。  &#

5、160; RPR是一種改良的SDH技術(shù)。在能提供類似SDH的保護(hù)倒換、延時(shí)限定、抖動(dòng)控制等功能之外，它還通過空間重用和即插即用，充分利用了網(wǎng)絡(luò)帶寬，避免了SDH帶寬浪費(fèi)的問題。RPR提供了IP/PPP/RPR這樣的封裝方式，速率從155Mbit/s到10Gbit/s可變，RPR環(huán)路對于業(yè)務(wù)流是統(tǒng)計(jì)復(fù)用的，各業(yè)務(wù)流可以共享環(huán)路帶寬，并采取了優(yōu)先權(quán)限控制來保證一些有特殊傳輸質(zhì)量要求的業(yè)務(wù)流。    MSTP是一種基于SDH上可以實(shí)現(xiàn)TDM、ATM、以太網(wǎng)等業(yè)務(wù)接入的、處理和傳送，提供統(tǒng)一網(wǎng)管的多業(yè)務(wù)系統(tǒng)，在結(jié)構(gòu)和功能上和傳統(tǒng)的SDH有很大的差別，在ITU-T尚無完善的

6、建議、草案可供參考，國內(nèi)主要是由信息產(chǎn)業(yè)部傳輸所提出并歸口管理，預(yù)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)需要2003年才能完成。以以太網(wǎng)為例，MSTP提供的封裝方式為IP/PPP/SDH。二、EPON的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)    從某種意義上說，EPON是一種寬帶綜合接入技術(shù)。EPON的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：一套典型的EPON 系統(tǒng)由OLT, ONU, POS組成。    OLT（Optical Line Terminal）放在中心機(jī)房（CO，Central Office），它可以是一個(gè)L2交換機(jī)或者L3路由器。在下行方向，它提供面向無源光纖網(wǎng)絡(luò)的光纖接口；在上行方向，OLT將提供了GE（

7、Gigabit Ethernet）。將來10Gbit/s的以太網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)定型后，OLT也會支持類似的高速接口，為了支持其他流行的協(xié)議，OLT還支持ATM, FR以及OC3/12/48/192等速率的SDH/SONET的接口標(biāo)準(zhǔn)。OLT通過支持E1接口來實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的TDM話音的接入。    在EPON的統(tǒng)一網(wǎng)管方面，OLT是主要的控制中心，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理的五大功能。如通過在OLT上通過定義用戶帶寬參數(shù)來控制用戶業(yè)務(wù)質(zhì)量、通過編寫訪問控制列表來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全控制、通過讀取MIB庫獲取系統(tǒng)狀態(tài)以及用戶狀態(tài)信息等，還能提供有效的用戶隔離。    P

8、OS（Passive Optical Splitter）是無源光纖分支器，是一個(gè)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)和集中上行數(shù)據(jù)。無源分光器的部署相當(dāng)靈活。由于是無源操作，幾乎可以適應(yīng)于所有環(huán)境。一般一個(gè)POS的分線率為8，16，并可以進(jìn)行多級連接。    ONU（Optical Network Unit）放在用戶駐地側(cè)CPE（Custom Premier Equipment），EPON中的ONU主要采用以太網(wǎng)協(xié)議。在中帶寬和高帶寬的ONU中實(shí)現(xiàn)了成本低廉的以太網(wǎng)第二層交換甚至是第三層路由功能。這種類型的ONU可以通過堆疊來為多個(gè)最終用戶提供很高

9、的共享帶寬。由于使用以太網(wǎng)協(xié)議，在通信的過程中，就不再需要協(xié)議轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)ONU對用戶數(shù)據(jù)的透明傳送。從OLT到ONU之間可以實(shí)現(xiàn)高速的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。三、EPON的原理和特點(diǎn)    EPON技術(shù)是一種寬帶綜合接入技術(shù)。它延用了以太網(wǎng)和TDM的一些特性。從網(wǎng)絡(luò)分層協(xié)議上來看，EPON屬于L2的協(xié)議。    從物理層上看，EPON從電氣特性、機(jī)械特性、規(guī)程特性、功能特性等四大功能基本上采納了Ethernet的標(biāo)準(zhǔn)，確切的說，應(yīng)該是GE的標(biāo)準(zhǔn)。由于EPON屬于寬帶接入技術(shù)，如果還是采用Ethernet或者FE（Fast Ethernet）來作為物

10、理層標(biāo)準(zhǔn)，那么帶寬將成為EPON的瓶頸，即便是采用8FE端口捆綁技術(shù)達(dá)到800Mbit/s的帶寬。因此在物理層EPON基本上沿用了GE的標(biāo)準(zhǔn)，包含PHY（Physical Layer Protocol）和PMD（Physical Medium Dependence Protocol）兩大子層功能。這里需要指出的是GE的PMD標(biāo)準(zhǔn)中總共有LH（Long Haul）、LX（Long Distance）和SX（Short Distance）共三種。由于SX的驅(qū)動(dòng)距離比較短，因此在EPON里主要是采用了LH和LX的PMD標(biāo)準(zhǔn)。    從數(shù)據(jù)鏈路層看，該層分為LL

11、C（Link Layer Control Protocol）和MAC兩大部分。LLC主要體現(xiàn)為802.2 ，后者在802的標(biāo)準(zhǔn)中有802.3（CSMA/CD）、802.4（Token Bus）、802.5（Token Ring）等。    EPON在數(shù)據(jù)鏈路層上，采用了基于TDM思想的全新控制協(xié)議。    通過對時(shí)間進(jìn)行分片，然后將不同的時(shí)間片指定給不同的ONU設(shè)備來使用，從而避免數(shù)據(jù)傳輸過程中棘手的沖突問題以及復(fù)雜的沖突檢測問題。    EPON在MAC層中實(shí)現(xiàn)802.1P來提供與APON類似的QoS。

12、EPON就是通過這些簡單成熟的協(xié)議來提供聲音、視頻和數(shù)據(jù)服務(wù)，控制和優(yōu)化各ONU與OLT之間突發(fā)性數(shù)據(jù)通信和實(shí)時(shí)的話音通信。    從上面的描述可以看出，EPON具備一系列優(yōu)越的特性，比如有效的帶寬控制、優(yōu)先權(quán)處理、點(diǎn)對多點(diǎn)組網(wǎng)。    EPON采用了基于TDM時(shí)間片原理的分片分級分配的方式，可以非常靈活地將不同的網(wǎng)絡(luò)帶寬賦予不同的ONU設(shè)備，達(dá)到有效控制用戶帶寬的效果。在帶寬的顆粒度上可以達(dá)到64kbit/s這樣的地步，從而實(shí)現(xiàn)精細(xì)的帶寬控制，而這種帶寬控制功能是Ethernet所不具備的。目前在帶寬控制功能上一般需要在路由器或者寬

13、帶接入服務(wù)器上才可以實(shí)現(xiàn)，而EPON帶寬控制功能將為網(wǎng)絡(luò)管理、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、用戶配置等帶來有效的管理。    EPON采用了802.1P的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行優(yōu)先權(quán)控制，802.1P規(guī)定了一個(gè)3bits的字段，統(tǒng)一在802.1Q的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行描述。在802.1Q的標(biāo)準(zhǔn)中，規(guī)定了一個(gè)4個(gè)字節(jié)的標(biāo)簽，包含了2個(gè)字節(jié)的標(biāo)簽協(xié)議標(biāo)識（TPID-Tag Protocol Identifier，它的值是8100），和兩個(gè)字節(jié)的標(biāo)簽控制信息（TCI-Tag Control Information），TPID是IEEE定義的新的類型，表明這是一個(gè)加了802.1Q標(biāo)簽的報(bào)文。TCI中規(guī)定了三個(gè)字段，為

14、3bits的Priority、1bit的CFI（Canonical Format Indicator）和12bits的VLAN Identified( VLAN ID )。其中3bits的Priority字段可以設(shè)置8個(gè)優(yōu)先級別。    EPON-OLT可以通過網(wǎng)管對不同的數(shù)據(jù)流打上不同的優(yōu)先權(quán)級別標(biāo)簽。當(dāng)OLT或者ONU出現(xiàn)數(shù)據(jù)擁塞時(shí)，可以讓優(yōu)先權(quán)級別高的數(shù)據(jù)流先通過，從而保證級別高的數(shù)據(jù)優(yōu)先傳送。    這里需要指出的是，這種帶寬控制和優(yōu)先權(quán)控制的有效范圍在于EPON設(shè)備內(nèi)部，即從ONU到OLT之間、ONU之間可以實(shí)現(xiàn)端到端的帶寬

15、控制和優(yōu)先權(quán)控制。如果超出EPON的工作范圍，需要借助其他的控制手段才能實(shí)現(xiàn)，比如帶寬控制需要通過QoS轉(zhuǎn)換，而優(yōu)先權(quán)控制需要通過標(biāo)簽轉(zhuǎn)換來分別完成。    EPON通過在OLT和ONU之間引入了無源分光器POS，從而實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)對多點(diǎn)的通信方式，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)端口可以支持多個(gè)ONU、最小化占用OLT端口資源、節(jié)省了中間段的光電/電光轉(zhuǎn)換、上行帶寬共享、節(jié)省工程投資等，可以解決傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中點(diǎn)對點(diǎn)組網(wǎng)方式帶來的種種問題。    POS采用了光波分路和光波耦合原理，實(shí)現(xiàn)了下行廣播分發(fā)和上行時(shí)分匯聚的無源操作。對于從OLT到達(dá)ONU的下行數(shù)據(jù)，

16、POS通過實(shí)現(xiàn)下行光波分光從而實(shí)現(xiàn)下行數(shù)據(jù)拷貝和廣播分發(fā)；對于從ONU到達(dá)OLT的上行數(shù)據(jù)，無源分光器只是通過將上行的各路光波耦合在一起，從而實(shí)現(xiàn)將上行的各路數(shù)據(jù)簡單匯聚。由于各個(gè)ONU使用的時(shí)隙各不相同，因此不會出現(xiàn)由于上行數(shù)據(jù)沖突導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳送出錯(cuò)。    由于無源分光器是一種無源的光學(xué)設(shè)備，在驅(qū)動(dòng)距離上主要是由OLT和ONU來決定，同時(shí)無源分光器在進(jìn)行光波分路和光波耦合時(shí)，都會造成或多或少的光學(xué)損耗。目前OLT和ONU之間的最大距離為20公里。當(dāng)然，如果采用有源的光路放大器，OLT和ONU之間的傳輸距離可以更長。    從EPON

17、的總體來看，這是一種優(yōu)秀的寬帶技術(shù)，集中當(dāng)前眾多網(wǎng)絡(luò)技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)克服了Ethernet的固有缺點(diǎn)，提供了強(qiáng)大的網(wǎng)管功能，是一種準(zhǔn)電信級別的技術(shù)。唯一美中不足的是標(biāo)準(zhǔn)尚未定型。四、EPON的部署    從目前的網(wǎng)絡(luò)情況來看，對于一些傳統(tǒng)的電信運(yùn)營商，網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)基本上是分立的、縱向的，即每一種業(yè)務(wù)都有一整套網(wǎng)絡(luò)來支撐。比如電話網(wǎng)，由于業(yè)務(wù)安全要求性很高，而且交換機(jī)之間的連接端口單元一般是基于E1，因此交換機(jī)之間一般采用SDH網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸；對于數(shù)據(jù)網(wǎng)，無論是DDN、FR、ATM、城域網(wǎng)等，在每一種數(shù)據(jù)交換節(jié)點(diǎn)之間一般都有一套電路進(jìn)行傳送，或者采用SDH，或者采用裸光纖

18、，或者采用銅纜等。從網(wǎng)絡(luò)的管理、業(yè)務(wù)的綜合、設(shè)備維護(hù)、網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容等方面來看，這種分立縱向的網(wǎng)絡(luò)是需要進(jìn)行優(yōu)化的。    比如在A/B兩地，A為CO（Central Office），B為CPE（Custom Premier Equipment），假設(shè)在B地的同一個(gè)機(jī)房內(nèi)放置ATM節(jié)點(diǎn)、DDN節(jié)點(diǎn)、FR節(jié)點(diǎn)以及城域網(wǎng)節(jié)點(diǎn)設(shè)備，那么A/B兩地之間需要架設(shè)4對相同局向的單模光纖，1對為ATM節(jié)點(diǎn)所用，1對為DDN節(jié)點(diǎn)所用，1對為FR節(jié)點(diǎn)所用，1對為城域網(wǎng)節(jié)點(diǎn)所用，再考慮1:2冗余備份，需要增加2對光纖，那么這一個(gè)B地就需要占用6對單模光纖。   

19、; 在這種情況下，AB兩地?cái)U(kuò)容的條件是（ATM流量 > ATM端口速率）或（DDN流量>DDN端口速率）或（FR流量>FR端口速率）或（城域網(wǎng)流量>端口速率）?？梢钥闯鯝B兩地的擴(kuò)容是很容易觸發(fā)的。    如果在實(shí)際使用過程中，城域網(wǎng)的接入需求量很大，導(dǎo)致B地的城域網(wǎng)節(jié)點(diǎn)設(shè)備上行帶寬不夠，那么要不就升級上行的數(shù)據(jù)接口，比如從100Mbit/s升級為GE，同時(shí)A地需要有相應(yīng)的GE端口進(jìn)行對接，此時(shí)AB兩地的光纖鏈路無需進(jìn)行擴(kuò)容；要不就在AB兩地的光纖鏈路進(jìn)行擴(kuò)容，同時(shí)在AB兩地還需要配置相應(yīng)的數(shù)據(jù)端口，從而將AB兩地的帶寬擴(kuò)大。 &

20、#160;  而DDN、FR等其他節(jié)點(diǎn)的實(shí)際帶寬占用率比較低，導(dǎo)致這些上行光纖的利用率很低。從總體上來看，AB兩地的總流量根本沒有超過AB兩地的傳輸容量，但是由于部分業(yè)務(wù)的問題，導(dǎo)致AB兩地需要進(jìn)行擴(kuò)容。從帶寬的利用率上看，有可能在某些鏈路上數(shù)據(jù)傳送飽和，而某些鏈路上數(shù)據(jù)傳送利用率很低，從而造成流量分布不均勻，鏈路帶寬利用率不合理。這樣一種沒有充分平滑網(wǎng)絡(luò)帶寬的情況所導(dǎo)致的AB兩地的不合理擴(kuò)容將造成在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中投資最大，難度最大的接入光纖部分的嚴(yán)重占用和浪費(fèi)，占用了這些光纖將會影響以后其他業(yè)務(wù)的開展，而且升級擴(kuò)容會影響業(yè)務(wù)的正常提供，嚴(yán)重時(shí)還會中斷服務(wù)，影響終端用戶的正常使用。    解決這種情況最好的辦法就是采用寬帶綜合接入技術(shù)。    EPON的點(diǎn)對多點(diǎn)以及帶寬共享方式解決了接入光纖不合理占用和帶寬利用率不均的問題。在AB兩地之間采用了EPON技術(shù)之后，那么AB兩地需要進(jìn)行擴(kuò)容的唯一條件就是AB兩地的流量總和（ATM流量+DDN流量+FR流量+城域網(wǎng)流量）