張西通

提要如何有效地利用已有信息基礎(chǔ)設(shè)施而減少重復(fù)投資及便于向未來網(wǎng)絡(luò)升級,受到各設(shè)備制造商、基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商、標(biāo)準(zhǔn)組織及科研院校的關(guān)注,一種集合了代表未來網(wǎng)絡(luò)融合趨勢的IP及無源光網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的EPON(Ethernet Passive Optical Network)技術(shù)隨之誕生。

關(guān)鍵詞:EPON技術(shù);信息技術(shù);網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號:F49文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

信息技術(shù)發(fā)展到今天,全球都在致力于探討下一代網(wǎng)絡(luò)將會如何發(fā)展,一種集合了代表未來網(wǎng)絡(luò)融合趨勢的IP及無源光網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的EPON技術(shù)隨之誕生。

與其他PON技術(shù)一樣,EPON技術(shù)采用點(diǎn)到多點(diǎn)的用戶網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),利用光纖實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、語音和視頻的全業(yè)務(wù)接入的目的。一個(gè)典型的Ethernet over PON系統(tǒng)由OLT、ONU、POS組成。OLT放在中心機(jī)房,ONU放在用戶設(shè)備端附近或與其合為一體。POS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),并集中上行數(shù)據(jù)。EPON中使用單芯光纖,在一根芯上轉(zhuǎn)送上下行兩個(gè)波(上行波長:1,310nm,下行波長:1,490nm,另外還可以在這個(gè)芯上下行疊加1,550nm的波長,來傳遞模擬電視信號)。OLT既是一個(gè)交換機(jī)或路由器,又是一個(gè)多業(yè)務(wù)提供平臺,它提供面向無源光纖網(wǎng)絡(luò)的光纖接口(PON接口)。根據(jù)以太網(wǎng)向城域和廣域發(fā)展的趨勢,OLT上將提供多個(gè)1Gbps和10Gbps的以太接口,可以支持WDM傳輸。OLT還支持ATM、FR以及OC3/12/48/192等速率的SONET的連接。如果需要支持傳統(tǒng)的TDM話音,普通電話線(POTS)和其他類型的TDM通信(T1/E1)可以被復(fù)用連接到出接口,OLT除了提供網(wǎng)絡(luò)集中和接入的功能外,還可以針對用戶的QoS/SLA的不同要求進(jìn)行帶寬分配,網(wǎng)絡(luò)安全和管理配置。OLT根據(jù)需要可以配置多塊OLC,OLC與多個(gè)ONU通過POS(無源分光器)連接,POS是一個(gè)簡單設(shè)備,它不需要電源,可以置于相對寬松的環(huán)境中,一般一個(gè)POS的分光比為8、16、32、64,并可以多級連接,一個(gè)OLT PON端口下最多可以連接的ONU數(shù)量與設(shè)備密切相關(guān),一般是固定的。在EPON中系統(tǒng),OLT到ONU間的距離最大可達(dá)20km。在下行方向,IP數(shù)據(jù)、語音、視頻等多種業(yè)務(wù)由位于中心局的OLT,采用廣播方式,通過ODN中的1:N無源分光器分配到PON上的所有ONU單元。在上行方向,來自各個(gè)ONU的多種業(yè)務(wù)信息互不干擾地通過ODN中的1:N無源分光器耦合到同一根光纖,最終送到位于局端OLT接收端。

在FTTB結(jié)構(gòu)中,ONU被直接放到樓內(nèi),光纖到大樓后可以采用ADSL、Cable、LAN,即FTTB+ADSL、FTTB+Cable和FTTB+LAN等方式接入用戶家中。FTTB與FTTC相比,光纖化程度進(jìn)一步提高,因而更適用于高密度以及需提供窄帶和寬帶綜合業(yè)務(wù)的用戶區(qū)。FTTO和FTTH結(jié)構(gòu)均在路邊設(shè)置無源分光器,并將ONU移至用戶的辦公室或家中,是真正全透明的光纖網(wǎng)絡(luò),它們不受任何傳輸制式、帶寬、波長和傳輸技術(shù)的約束,是光纖接入網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的理想模式和長遠(yuǎn)目標(biāo)。

Epon的傳輸原理:EPON與APON最大的區(qū)別是EPON根據(jù)IEEE802.3協(xié)議,包長可變至1,518字節(jié)傳送數(shù)據(jù),而APON根據(jù)ATM協(xié)議,按照固定長度53個(gè)字節(jié)包來傳送數(shù)據(jù),其中48個(gè)字節(jié)負(fù)荷,5個(gè)字節(jié)開銷。這種差別意味著APON運(yùn)載IP協(xié)議的數(shù)據(jù)效率低且困難。用APON傳送IP業(yè)務(wù),數(shù)據(jù)包被分成每48個(gè)字節(jié)一組,然后在每一組前附加上5個(gè)字節(jié)開銷。這個(gè)過程耗時(shí)且復(fù)雜,也給OLT和ONU增加了額外的成本。此外,每48個(gè)字節(jié)段就要浪費(fèi)5個(gè)字節(jié),造成沉重的開銷,即所謂的ATM包的稅頭。相反,以太網(wǎng)傳送IP流量,相對于ATM開銷急劇下降。EPON從OLT到多個(gè)ONU下行傳輸數(shù)據(jù)和從多個(gè)ONU到OLT上行數(shù)據(jù)傳輸是十分不同的。當(dāng)OLT啟動后,它會周期性地在本端口上廣播允許接入的時(shí)隙等信息。ONU上電后,根據(jù)OLT廣播的允許接入信息,主動發(fā)起注冊請求,OLT通過對ONU的認(rèn)證(本過程可選),允許ONU接入,并給請求注冊的ONU分配一個(gè)本OLT端口唯一的一個(gè)邏輯鏈路標(biāo)識(LLID)。

一、上下行傳輸原理

數(shù)據(jù)從OLT到多個(gè)ONU以廣播式下行(時(shí)分復(fù)用技術(shù)TDM),根據(jù)IEEE802.3ah協(xié)議,每一個(gè)數(shù)據(jù)幀的幀頭包含前面注冊時(shí)分配的、特定ONU的邏輯鏈路標(biāo)識(LLID),該標(biāo)識表明本數(shù)據(jù)幀是給ONU(ONU1、ONU2、ONU3......ONUn)中的唯一一個(gè)。另外,部分?jǐn)?shù)據(jù)幀可以是給所有的ONU(廣播式)或者特殊的一組ONU(組播),在組網(wǎng)結(jié)構(gòu)下,在分光器處,流量分成獨(dú)立的三組信號,每一組載到所有ONU的信號。當(dāng)數(shù)據(jù)信號到達(dá)ONU時(shí),ONU根據(jù)LLID,在物理層上做判斷,接收給它自己的數(shù)據(jù)幀,摒棄那些給其他ONU的數(shù)據(jù)幀。ONU1收到包1、2、3,但是它僅僅發(fā)送包1給終端用戶1,摒棄包2和包3。

對于上行,采用時(shí)分多址接入技術(shù)(TDMA)分時(shí)隙給ONU傳輸上行流量。當(dāng)ONU在注冊時(shí)成功后,OLT會根據(jù)系統(tǒng)的配置,給ONU分配特定的帶寬。值得說明的是,在采用動態(tài)帶寬調(diào)整時(shí),OLT會根據(jù)指定的帶寬分配策略和各個(gè)ONU的狀態(tài)報(bào)告,動態(tài)地給每一個(gè)ONU分配帶寬。帶寬對于PON層面來說,就是多少可以傳輸數(shù)據(jù)的基本時(shí)隙,每一個(gè)基本時(shí)隙單位時(shí)間長度為16ns。在一個(gè)OLT端口(PON端口)下面,所有的ONU與OLT PON端口之間時(shí)鐘是嚴(yán)格同步的,每一個(gè)ONU只能夠在OLT給他分配的時(shí)刻上面開始,用分配給它的時(shí)隙長度傳輸數(shù)據(jù)。通過時(shí)隙分配和時(shí)延補(bǔ)償,確保多個(gè)ONU的數(shù)據(jù)信號耦合到一根光纖時(shí),各個(gè)ONU的上行包不會互相干擾。

二、EPON的優(yōu)勢

1、安全。上行方向,ONU不能直接接收到其他ONU上行的信號,所以O(shè)NU之間的通信,都必須通過OLT,在OLT可以設(shè)置允許和禁止ONU之間的通信,在缺省狀態(tài)下是禁止的,所以安全方面不存在問題。

2、相對成本低,維護(hù)簡單,容易擴(kuò)展,易于升級。EPON結(jié)構(gòu)在傳輸途中不需電源,沒有電子部件,因此容易鋪設(shè),基本不用維護(hù),長期運(yùn)營成本和管理成本的節(jié)省很大;EPON系統(tǒng)對局端資源占用很少,模塊化程度高,系統(tǒng)初期投入低,擴(kuò)展容易,投資回報(bào)率高;EPON系統(tǒng)是面向未來的技術(shù),大多數(shù)EPON系統(tǒng)都是一個(gè)多業(yè)務(wù)平臺,對于向全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)過渡是一個(gè)很好的選擇。

3、提供非常高的帶寬。EPON目前可以提供上下行對稱的1.25Gbps的帶寬,并且隨著以太技術(shù)的發(fā)展可以升級到10Gbps。

4、服務(wù)范圍大。EPON作為一種點(diǎn)到多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò),可以利用局端單個(gè)光模塊及光纖資源,服務(wù)大量終端用戶。

5、帶寬分配靈活,服務(wù)有保證。對帶寬的分配和保證都有一套完整的體系。EPON可以通過DBA(動態(tài)帶寬算法)、DiffServ、PQ/WFQ、WRED等來實(shí)現(xiàn)對每個(gè)用戶進(jìn)行帶寬分配,并保證每個(gè)用戶的QoS。

(作者單位:中國鐵通南陽分公司)

主要參考文獻(xiàn):

[1]Broadband Optical access Systems Based On Passive Optical Networks(PON),ITU-T Recommendation G.983.1,Oct.1998.