用华为设备完成epon接入网设计(3)

沈阳工程学院毕业设计 第2章 EPON——以太网无源光网络

图2.1 EPON接入网基本结构

如上图所示EPON网络的基本组成单元为光线路终端（OLT）和光网络单元（ONU）， 其中，OLT位于局端，ONU位于用户端。OLT到ONU的方向为下行方向，反之为上行方向。

在EPON系统中，OLT既是一个交换机或路由器，又是一个多业务提供平台（Multiple Service Providing Platform，MSPP），它提供面向无源光纤网络的光纤接口。OLT将提供多个Gbit/s和10Gbit/s的以太接口，支持WDM传输。OLT还支持ATM，FR以及OC3/12/48/192等速率的SONET的连接。若需要支持传统的TDM语音、普通电话线(POTS)和其他类型的TDM通信（T1/E1）可以被复用连接到PSTN接口。OLT除了提供网络集中和接入的功能外，还可以针对用户的Qos/SLA（Service Level Agreement）的不同要求进行带宽分配、网络安全和管理配置。

根据需要OLT可以配置多块光线路卡（Optical Line Card，OLC），OLC与多个ONU通过POS连接，POS是一个简单设备，它不需要电源，可以置于全天候的环境中。通常一个POS的分线率为8，16，或32，并可以多级连接。在EPON中，从OLT到ONU距离最大可达20km，若使用光纤放大器（有源中继器），距离还可以扩展。 在EPON系统中，ONU采用了技术成熟的以太网络协议，在中带宽和高带宽的ONU中，实现了成本低廉的以太网第二层第三层交换的功能。此类ONU可以通过层叠来为多个最终用户提供共享高带宽。在通信过程中，不需要协议转换，就可实现ONU对用户数据透明传送。ONU也支持其他传统的TDM协议，而且不增加设计和操作的复杂性。在带宽更高的ONU中，将提供大量的以太接口和多个T1/E1接口。对于光纤到家（FTTH）的接入方式，ONU和NIU可以被集成在一个简单设备中，不需要交换功能，用极低的成本给终端用户分配所需的带宽。

ONU最初的作用是接收光路信号，转换成用户所需的格式（以太网、IP广播、电话、

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T1/E1等），OLT设备则通过光纤连接到IP核心网络。局端（OLT）与用户（ONU）之间仅有光纤、光分路器等光无源器件，无需租用机房、无需配备电源、无需有源设备维护人员，因此，可有效节省建设和运营维护成本。

EPON中的OLT和所有的ONU由网元管理系统管理，网元管理系统提供与业务提供者核心网络运行的接口。网元管理范围有故障管理、配置管理、计费管理、性能管理和安全管理。

2.3 EPON传输原理及帧结构

在EPON中，根据IEEE802.3以太网协议，传送的是可变长度的数据包，最长可为1518个字节；在APON中，根据ATM协议的规定，传送的是包含48个字节净负荷和5字节信 头的53字节固定长度信元。显然，APON系统不能直接用来传送IP业务信息。因为IP要求将待传数据分割成可变长度的数据包，最长可为65535个字节。APON若要传送IP业务，必须把IP包按每48字节为一组拆分，然后在每组前面附加上5个字节的信头，构成一个个ATM信元。此过程既费时，又增加了OLT和ONU的成本，且5字节信头浪费了带宽。与此相反，以太网适合携带IP业务，与ATM相比，极大地减少了开销[4]。

在EPON中，OLT传送下行数据到多个ONU,完全不同于从多个ONU上行传送数据到OLT，上下行传送采用不同的技术。下行采用TDM传输方式；上行采用TDMA传输方式。EPON下行信息流的分发如图2.2所示。

图2.2EPON下行信息流的分发

OLT根据IEEE802.3协议，将数据以可变长度的数据包广播传输给所有在PON上的ONU，每个包携带一个具有传输到目的地ONU标识符的信头。此外，有些包可能要传输给所有的ONU，或指定的一组ONU。当数据到达ONU时，它接收属于自己的数据包，丢弃其他的数据包。

EPON下行传输帧结构由一个被分割成固定长度帧的连续信息流能成，其传输速率为1.250Gbit/s，每帧携带多个可变长度的数据包（时隙）。含有同步标识符的时钟信息位于每帧的开关，用于ONU与OLT的同步，每2ms发送一次，同步标识符占1个字节。按照IEEE G.802.3组成可变长度的数据包，每个ONU分配一个数据包，每个数据包由信头、可变长度净负荷和误码检测域组成。EPON下行传输帧结构如图2.3所示。

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图2.3EPON下行传输帧结构

EPON在上行传输时，采用TDMA技术将多个ONU的上行信息组织成一个TDM信息流送到OLT。TDMA技术是将合路时隙分配给每个ONU,每个ONU的信号在经过不同长度的光纤（不同的时延）传输后，进入光分配器的共用光纤，正好占据分配给它的一个指定时隙，以避免发生相互碰撞干扰。EPON上行信息流的分发如图2.4所示。

图2.4EPON上行信息流的分发

连接于光分配器的各ONU发送上行信息流，经过分配器耦合到共用光纤，以TDM方式复合成一个连续的数据流。此数据流以帧的形式组成，其帧长与下行帧长一样，也是2ms，每帧有一个帧头，表示该帧的开始。每帧进一步分割成可变长度的时隙，每个时隙分配给一个ONU，用于发送上行数据到OLT。

每个ONU有一个TDM控制器，它与OLT的定时信息一起，控制上行数据包的发送时刻，以避免复合时相互间碰撞和冲突。图2.5中专门用时隙3（第3个ONU的时隙）表示传送ONU-3的数据，该时隙各有2个可变长度的数据包和一些时隙开销。时隙开销包括保护字节、定时指示符和信号权限指示符。当ONU没有数据改善时，它就用空闲字节填充它自己的时隙。EPON上行传输帧结构如图2.5所示。

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图2.5EPON上行传输帧结构

2.4 EPON网络组网应用

在接入网接入方式的选择上，接入方式的选择主要由新形势下网络用户对宽带资源的高度需求和网络服务的综合接入实现方式决定：

（1）带宽需求：随着网络宽带用户数量的增加，各种宽带业务的应用，以及人们对上网业务、网络游戏、视频通信、IPTV等业务的高带宽需求对新形势下接入网所提供的带宽提出了很高的要求，因此新一代网络的最基本要求是为每个用户提供比现在高很多且要有很强的带宽扩展性能。

（2）各种网络应用的综合接入实现网络融合：下一代接入网的应用，需要支持现有网络提供的各种业务，让用户在业务使用上不会有大的变化。对于网络的建设要保证网络的兼容性，对于已经组建成规模的网络要保证在其网络架构之上完善和发展相互兼容。

就当前用户数量多，用户对新新业务的需求量大的特点，且在“光进铜退”背景下大量采用FTTB模式进行的网络建设已成规模，鉴于以上因素考虑对于接入网的组建则选择以光纤接入的方式组建。对于光纤接入方式组建的接入网络具有如下相应的优势： （1）传输容量大：光纤工作频率很高，其可开发传输容量很大。

（2）传输速度快：光纤接入能够提供100Mbps、1000Mbps的高速带宽。

（3）通信质量高：光纤介质纯度极高，中继站的数量较少，提高了通信质量。 （4）衰减小损耗低：光纤每公里衰减比大容量通信同轴电缆衰减要低很多。 （5）防干扰性能好：光纤不受电气信号和雷电干扰，保密性好。

（6）扩容便捷：在无需更换任何设备情况下能够将现有宽带业务链路升级。 （7）传输距离远：光纤连接距离可达70公里。 （8）体积小，重量轻，同时有利于施工和运输。 （9）节约有色金属：光纤本身是非金属且原料广泛。

基于光纤传输架构的网络IP化融合的发展方向，EPON接入方式则成为现时期接入网的最佳实现方式。EPON组网应用原则有以下几种： （1）光线路终端布放原则

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光线路终端布放位置一般有以3种方式：

① OLT放置于中心机房（CO，即交换机房、数据机房等现有机房），其特点为覆盖范围大，便于操作和管理，适于早期用户比较少或集中管理的场景。

②远端中心机房，其特点为覆盖范围适中，便于操作和管理，同时兼顾容量和资源。 ③户外机房或小区机房，其特点为节省光纤，但管理和维护困难，覆盖范围比较小，需要解决供电问题，一般不建议采用这种方式。OLT位置的选择，主要取决于实际的应用场景，一般建议将OLT放置于中心机房，便于维护与管理，节省运维成本，同时便于资源共享，节省资源。

（2）分光器布放方式

分光器可采用一级或多级分光，分光方式一般采用等功率方式，也可采用不等功率的方式，主要取决于地形和潜在用户分布等因素的影响。

①一级分光适用于密型布局。分光器采用一级分光时PON端口一次利用率高，易于维护，其典型应用于需求密集的城镇，如大型住宅区或商业区。

② 二级分光，适用于稀疏型布局。分光器采用二级分光时，故障点增加，维护成本高，熔接点／接头增加，分布较灵活。典型应用于需求分散的城镇，如小型住宅区或中小城市。

③ 多级分光，适用于稀疏型布局。分光器采用多级分光时，同样故障点增加，维护成本很高，熔接点／接头增加，分布非常灵活，其典型应用于成带状分布的农村或商业街。对于城市住宅小区等环境的应用，由于业务分布比较均匀，一般采用等功率分光。对于农村、矿区、沿海或河床的养殖基地、商业街等特殊环境的应用，由于业务分布极不均匀，可采用不等功率分光。

（3）分光器布放原则

① 分光器放置于中心机房，便于管理和维护，但由于光纤量比较大，网络弹性不足，实施费用比较高，没有充分发挥PON网络的优势。

②分光器放置于远端中心机房，集中分光，便于安装；网络结构比较简单：用户密度比较高时，总的建设费用较低。

③ 分光器放置于地下室，节省光缆，充分发挥了EPON的优势，建设费用很低，但管理与维护工作量较大。

（4）光网络单元布放原则

根据ONU布放的位置，可将EPON分为以下几种场景：光纤到户(FTTH)、光纤到大楼(FTTB)、光纤到节点(FTTN)等。

①FTTH方式：

FTTH即光纤到户方式,适用于用户居住比较分散且用户对带宽的要求较高的区域，如别墅区。而且开发商有积极性参与网络建设。此时组网方式一般采用从局端的OLT引出光缆到别墅区，在别墅区内一个相对中心位置放置分光器，然后通过小芯数管道光缆或新型的小芯数直埋光缆连至用户家中的ONU，可以根据用户需求在用户家中连接交换机或集线器(HUB)供多个设备连接。

②FTTB方式：

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