有源光網(wǎng)絡(luò)和無源光網(wǎng)絡(luò)

第五章有源光網(wǎng)絡(luò)和無源光網(wǎng)絡(luò)5.1有源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)AON有源光纖接入網(wǎng)(AON)，是指從局端設(shè)備到用戶分配單元之間均用有源光纖傳輸設(shè)備，即光電轉(zhuǎn)換設(shè)備、有源光電器件以及光纖等?？煞譃榛赑DH和基于SDH的AON

現(xiàn)通常是基于SDH的AON特點(diǎn)傳輸容量大：155Mb/s或622Mb/s的接入速率傳輸距離遠(yuǎn)：不加中繼器，距離70多公里技術(shù)成熟：無論P(yáng)DH設(shè)備還是SDH設(shè)備，都已廣泛應(yīng)用給有源設(shè)備供電是一件麻煩事5.2無源光網(wǎng)絡(luò)5.2.1無源光網(wǎng)絡(luò)的概念無源光網(wǎng)絡(luò)(PON)一般指光傳輸段采用無源器件（無源光分路器等），實現(xiàn)點(diǎn)對多點(diǎn)拓?fù)涞墓饫w接入網(wǎng)。(1)信號在傳輸過程中無再生放大(2)信號由光分路器、無源光功率分配器等傳至用戶(3)實現(xiàn)透明傳輸，信號處理全由局端和用戶端設(shè)備完成與有源光網(wǎng)絡(luò)比：覆蓋范圍和傳輸距離更小可靠性更高（戶外無有源設(shè)備，提高抗干擾能力）價格更低、安裝維護(hù)更方便是光接入網(wǎng)有發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)（價格、維護(hù)等優(yōu)勢）PON的結(jié)構(gòu)單星形結(jié)構(gòu)多星形(樹形)結(jié)構(gòu)總線結(jié)構(gòu)環(huán)形結(jié)構(gòu)PON的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)OLTONU1ONU2ONUnPON用戶用戶用戶OBD業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)UNISNIODN組成：OLT、ODN、ONU，且ODN中全是無源器件共享介質(zhì)邏輯上是點(diǎn)到多點(diǎn)結(jié)構(gòu)，物理拓?fù)淇捎卸喾N形式PON的數(shù)據(jù)傳輸PON的幀都是定時長幀，分上行幀和下行幀為了實現(xiàn)TDMA接入，在上行時隙中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)要求附加開銷。上行時隙格式如下：ONUONUOLTONUOBD上行突發(fā)模式下行連續(xù)模式保護(hù)時隙附加開銷ATM信元/OAM信元/以太幀用于OLT同步、標(biāo)識信元開始OAM信元為管理信元，如帶寬申請、測距等PON的數(shù)據(jù)傳輸下行：OLT向各ONU采用廣播通信方式，傳輸連續(xù)時隙流（下行幀）局端數(shù)據(jù)→OLT→封裝成連續(xù)時隙流下行幀以廣播方式傳送→各ONU收到信元流，取出屬于自己的數(shù)據(jù)→用戶終端上行：采用TDMA技術(shù)（動態(tài)分配），突發(fā)傳送時隙流（上行幀）各ONU共享ODN，且數(shù)據(jù)突發(fā)性強(qiáng)。各ONU向OLT申請帶寬→OLT授權(quán)ONU發(fā)送（上行的發(fā)送時隙、帶寬分配等）→獲得授權(quán)的ONU在指定時隙發(fā)送PON的關(guān)鍵技術(shù)測距技術(shù)快速比特傳送技術(shù)突發(fā)信號的收發(fā)攪碼技術(shù)（擾碼）媒質(zhì)接入控制（MAC）技術(shù)測距技術(shù)

為何需要測距？采用TDMA，必須保證每個時隙的數(shù)據(jù)彼此獨(dú)立，互不干擾PON結(jié)構(gòu)中，各ONU到OLT的物理距離不等，則各ONU到OLT的傳輸時延不同，如不進(jìn)行時延補(bǔ)償，會出現(xiàn)時隙的重疊，造成數(shù)據(jù)干擾為確保多個ONU到OLT間的正確傳輸，必須引入測距機(jī)制，使各ONU到OLT的邏輯距離相等測距技術(shù)測距技術(shù)基本策略單獨(dú)測距+傳輸數(shù)據(jù)時測距相結(jié)合(粗測＋精測）單獨(dú)測距在ONU初裝聯(lián)網(wǎng)時必須進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)時測距可根據(jù)OLT的配置而定測距的基本原理OLT向ONU發(fā)送測距允許消息，消息中指明ONU的上行應(yīng)答的時隙ONU在指定的上行時隙中用測距PLOAM信元應(yīng)答OLT計算往返時延，并與理想時延比較，計算出差值，發(fā)送一個測距時間給ONUONU根據(jù)測距時間調(diào)整均衡時延快速比特傳送技術(shù)測距精度有限，各ONU到OLT的上行比特流存在相位差異需要采用某種技術(shù)實現(xiàn)快速同步基本策略先實現(xiàn)位同步、再進(jìn)行信元同步普通的滑動技術(shù)不能滿足快速同步要求，需采用其他技術(shù)突發(fā)信號的收發(fā)需要快速開啟和關(guān)閉光電路，以適應(yīng)上行的突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸接收端，需要快速調(diào)整接收門限，以適應(yīng)不同距離用戶的信號衰減攪碼技術(shù)（擾碼）為了保證共享介質(zhì)傳輸?shù)陌踩?，引入攪碼技術(shù)在發(fā)送端：通過一個隨機(jī)碼對信息進(jìn)行異或運(yùn)算后傳送在接收端：采用相同的隨機(jī)碼再進(jìn)行一次異或運(yùn)算，得到原始數(shù)據(jù)信元的時隙分配接入請求/允許帶寬的動態(tài)分配帶寬管理由OLT完成為不同的業(yè)務(wù)提供優(yōu)先級和帶寬上行帶寬的占用由媒質(zhì)接入控制MAC協(xié)議實現(xiàn)媒質(zhì)接入控制（MAC）技術(shù)5.2.1ATM無源光網(wǎng)絡(luò)APONAPON的關(guān)鍵技術(shù)基于ATM的PON接入網(wǎng)主要由光線路終端OLT(局端設(shè)備)、光分路器(Splitter)、光網(wǎng)絡(luò)單元ONU(用戶端設(shè)備)，以及光纖傳輸媒質(zhì)組成，一般采用TDMA控制的基帶傳輸方式。局端到用戶端的下行方向上，由OLT通過分路器以廣播方式發(fā)送ATM信元給各個ONU。APON的產(chǎn)生及優(yōu)點(diǎn)

PON系統(tǒng)最早出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代初期。1996年ITU-T完成了對G．982的標(biāo)準(zhǔn)化，其主要目標(biāo)是對2Mbit／s以下接入速率的窄帶PON系統(tǒng)進(jìn)行定義。但是該規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)化程度很低，只是對系統(tǒng)容量、分路比進(jìn)行了規(guī)定。而對于雙向傳輸技術(shù)、線路速率和幀結(jié)構(gòu)等一系列物理參數(shù)都沒有制定標(biāo)準(zhǔn)。主要原因在于各廠商先有窄帶PON產(chǎn)品，后有規(guī)范，而且各廠商規(guī)范不一，都認(rèn)為自己是最好的選擇，因此到現(xiàn)在為止ITU-T還沒有形成統(tǒng)一完整的規(guī)范。規(guī)范的不統(tǒng)一帶來的是不能形成器件的大規(guī)模生產(chǎn)，以至于價格居高不下。在全球范圍內(nèi)，日本、德國和美國的一些窄帶PON系統(tǒng)已在應(yīng)用。

APON：ATMPassiveopticalnetwork

在PION上傳送ATM信元標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范：ITU-T的G.983ONU與OLT之間傳送ATM信元速率：上/下行對稱155.52Mbps/155.52Mbps

上/下行非對稱155.52Mbps/622.08Mbps

無放大器作用距離：20km

雙向通信：可用兩條分離的光纖，波長1310nm區(qū)也可復(fù)用一條光纖，異波長雙工（上行：1310nm區(qū)下行：1550nm區(qū)）APON系統(tǒng)結(jié)構(gòu)APON的數(shù)據(jù)傳輸APON在PON上傳送ATM信元APON幀傳輸?shù)幕驹硗琍ON，只是APON幀中封裝的是ATM信元APON幀中上行信元格式如下：3字節(jié)保障區(qū)間前導(dǎo)符定界符ATM（OAM）信元53字節(jié)測距要求用于OLT同步信元的開始…PLOAM1ATM信元1ATM信元2ATM信元27PLOAM2ATM信元28ATM信元53PLOAM3…下行幀格式1幀=56個信元，每信元53字節(jié)……ATM信元1ATM信元2ATM信元52ATM信元53上行幀格式1幀=53個信元，每信元56字節(jié)3字節(jié)頭部上下行速率為155.520Mb/s的幀結(jié)構(gòu)定時長幀下行速率為155.52Mb/s時，每幀56個信元下行速率為622.08Mb/s時，每幀224個信元APON的幀格式APON的延續(xù)－GPON弱化ATM保留了APON的許多優(yōu)點(diǎn)，與APON有很多相同之處，但更高效、高速支持上、下行不對稱速率：下行2.488Gb/s，上行1.244Gb/s適配協(xié)議采用ITU-TG.7041：GFP（通用成幀協(xié)議）支持多業(yè)務(wù)、多承載（包括ATM業(yè)務(wù)、TDM業(yè)務(wù)以及IP/Ethernet業(yè)務(wù)），提供明確的服務(wù)質(zhì)量保證和服務(wù)級別，具有電信級的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測和業(yè)務(wù)管理能力。GPON成為目前最為理想的寬帶光纖接入網(wǎng)技術(shù)

APON系統(tǒng)的技術(shù)難點(diǎn)測距突發(fā)模式同步技術(shù)突發(fā)信號的收發(fā)攪碼技術(shù)媒體接入控制(MAC)協(xié)議APON的接入控制方案及幀結(jié)構(gòu)APON系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

ATM技術(shù)會在一定程度上影響APON的前景，但它仍有自己的發(fā)展空間?，F(xiàn)在日本NIT、法國電信、美國南方貝爾和英國電信4家運(yùn)營者聯(lián)合推出APON的大型實驗，如果獲得成功的話，有可能大大促進(jìn)APON系統(tǒng)的商用化。由于APON的標(biāo)準(zhǔn)化程度高，可以實現(xiàn)大覿模生產(chǎn)和較低成本的要求。根據(jù)FSAN集團(tuán)估計：如果年產(chǎn)量達(dá)到100萬單元，某些芯片和光器件的集成將會使成本大幅降低。APON系統(tǒng)價格的降低有可能大大加速它的發(fā)展，在目前缺乏有效接人手段的情況下，可以快速占領(lǐng)市場。

APON系統(tǒng)所需考慮的問題經(jīng)濟(jì)性問題系統(tǒng)容量和覆蓋范圍問題系統(tǒng)升級問題5.2.2以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)

EPON是利用PON(無源光網(wǎng)絡(luò))的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實現(xiàn)以太網(wǎng)的接入。EPON技術(shù)的優(yōu)勢：（1）與現(xiàn)有以太網(wǎng)的兼容性；（2）高帶寬；（3）低成本；（4）為靈活供應(yīng)和快速的服務(wù)重組提供了方便；EPON技術(shù)的基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)EPON系統(tǒng)特點(diǎn)

EPON（EthernetPON）系統(tǒng)是利用PON的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實現(xiàn)以太網(wǎng)接入的系統(tǒng)。它屬于IP接入網(wǎng)，是PON技術(shù)與以太網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。目前，IEEE組織已通過了EPON的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。EPON系統(tǒng)與APON系統(tǒng)相比，除了傳輸速率和幀結(jié)構(gòu)不同外，其余技術(shù)基本相同。例如，兩者都是采用星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；上行信號采用時分多址（TDMA）技術(shù)；下行信號采用廣播方式的時分復(fù)用（TDM）技術(shù)。

EPON與APON的主要區(qū)別是，前者根據(jù)IEEE802.3以太網(wǎng)協(xié)議，傳送的是可變長度的IP數(shù)據(jù)包，最長可為1518字節(jié)；后者則根據(jù)ATM協(xié)議，傳送的是固定長度（53字節(jié)）的信元。

顯然，

APON系統(tǒng)是不能直接傳送IP數(shù)據(jù)包的。IP要求將待傳數(shù)據(jù)分割成可變長度的IP數(shù)據(jù)包，最長可為65535字節(jié)，其中典型長度為576字節(jié)。APON系統(tǒng)如要傳送IP業(yè)務(wù)，則必須把IP數(shù)據(jù)包按每48字節(jié)分為一組，然后在每組前面加5字節(jié)的信頭，構(gòu)成一個各ATM信元，才能進(jìn)行傳輸。

不難看出，利用APON系統(tǒng)傳輸IP業(yè)務(wù)，不僅增大了開銷，浪費(fèi)了帶寬，而且還要增加信息的傳輸時延以及OLT與ONU的設(shè)備成本。相反，采用EPON系統(tǒng)傳輸IP業(yè)務(wù)，不僅減少了開銷，提高了帶寬利用率，而且也是最為經(jīng)濟(jì)的。

EPON幀結(jié)構(gòu)（1）下行幀結(jié)構(gòu)由圖可見，EPON下行幀周期為2ms。每幀開頭是長度為1字節(jié)的同步標(biāo)識符，用于OLT與ONU之間的時鐘同步；隨后是長度不同的數(shù)據(jù)包。這些數(shù)據(jù)包按照IEEE802.3協(xié)議組成，每個數(shù)據(jù)包包括信頭、長度可變的信息凈荷和誤碼監(jiān)測域三部分。每個ONU分配一個數(shù)據(jù)包。

幀周期（2ms）┅同步標(biāo)識符ONU1數(shù)據(jù)包可變長度數(shù)據(jù)包（ONU1）信頭信息凈荷（長度可變）誤碼探測域

ONU3數(shù)據(jù)包ONUn數(shù)據(jù)包EPON下行幀結(jié)構(gòu)（2）上行幀結(jié)構(gòu)圖示給出EPON的上行幀結(jié)構(gòu)。由圖可見，上行幀周期與下行幀周期相同，也是2ms。每幀包含許多可變長度的時隙，每個ONU分配一個，用于向OLT發(fā)送上行數(shù)據(jù)。圖中時隙3表示ONU3的數(shù)據(jù)，該時隙包含2個可變長度數(shù)據(jù)包和一些時隙開銷。時隙開銷包括保護(hù)字節(jié)、定時指示符和信號權(quán)限指示符。當(dāng)ONU沒有數(shù)據(jù)要發(fā)送時，它就用空閑字節(jié)填充分配給它的時隙。幀周期（2ms）ONUn時隙┅ONU1時隙時隙開銷長度可變數(shù)據(jù)包1ONU3時隙ONU2時隙可變長度數(shù)據(jù)包（ONU3）信頭信息凈荷（長度可變）誤碼探測域長度可變數(shù)據(jù)包2EPON上行幀結(jié)構(gòu)

圖示給出上行幀的形成過程。各個ONU發(fā)送的上行信息流，通過OBD進(jìn)入共享饋線光纖后，以TDM的方式復(fù)合成一個