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EPON:解决“Last Mile”瓶颈的最佳技术
2007/2/1 11:54:29    产通学院,365PR NET

Last Mile(最后一英里),也称为First Mile(第一英里)或者用户接入网。“最后一英里”瓶颈是指虽然骨干网具备很大的带宽,但由于技术等多方面原因,到用户端的接入带宽就明显不足,从而引发了上网速率慢等问题。步入21世纪,宽带网络发展迅速。同时,各种高带宽业务和应用随之层出不穷。随着网络业务剧增,目前主流的接入网-ADSL显得有点力不从心,“最后一英里”瓶颈问题更日益明显。为解决瓶颈问题,FTTx成为替代xDSL无可非议的接入技术。基于网络技术发展现状,在多种候选的FTTx技术当中,EPON已成为我国FTTx接入的首选。

光纤接入网(统称FTTx),包括FTTH(Fiber to the Home,光纤到家)、FTTP(Fiber to the Premises,光纤到户)、FTTB(Fiber to the Building,光纤到大楼)、FTTC(Fiber to the Curb,光纤到路)等,被认为是xDSL的最佳替代技术。和xDSL相比,FTTx具有更高的上下行带宽,更长的传送距离,可以满足未来多种宽带业务的需求;并具备维护简单、系统稳定、安全性好、抗雷击等优点。考虑到未来网络业务扩展的需要,光纤无疑更具弹性,这是铜缆所不及的。光纤没有电磁辐射,不会对环境形成污染;而且到处都是制造光纤的原材料,对环境造成的影响也很低。


PON概览

目前应用于FTTx的技术主要有三种,它们分别是基于SDH的MSTP(Multi-Service Transmission Platform,多业务传输平台)、MC(Media Converter,媒体转换技术)和PON(Passive Optic Network,无源光网络)。其中,前两种技术在国内得到普遍应用,而PON技术由于拥有诸多优点,被认为是实现FTTx的最热门技术。

PON是一种P2MP(Point to Multi-Point,点到多点)的光纤传输和光纤接入技术。PON从上世纪80年代末就已经出现。PON由局端的OLT(Optic Line Terminal,光线路终端)、用户端的ONU(Optic Network Unit,光网络单元)以及ODN(Optic Distribution Network,光分配网)组成。其中OLT和ONU都包括一个 MAC(媒体接入控制器),一个光发送器、一个光接收器以及一个WDM(波分复用器);ODN由光分离器(Optic Splitter)、连接器(Coupler)等无源器件组成。而今天大多数的电信网络是由基于交换局端、用户终端以及传输线路之间进行处理和传输信号的有源设备(例如处理器、内存芯片等)所组成。

相对传统接入网来说,PON具备宽带化、业务综合化、灵活的组网能力、低成本等很多优点。PON下行采用广播方式、上行采用TDMA方式。借助光纤接入的优势,PON上下行同时具有非常丰富的带宽,可以承载互动多媒体业务,并可以灵活地组成树型、星型、总线型等拓扑结构。在PON网络里面,无源光器件通过分离不同波长的光波到目标端点,传输过程中信号是不需经过放大和再生的。因此PON消除了中心交换局和用户住宅间对电源的需求,而为服务商在传输线路上大大地节省了成本。同时,由于网络组件数量更少,进而运营支出与要求也会最大程度地降低。再者,PON 的扩建费也因光纤共享而很低,那就不必担心因为未来的升级与功能增强而付出昂贵的费用了。所以,PON无疑是实现FTTx的最佳选择。


EPON技术特点

EPON是一种基于高速以太网的P2MP无源光纤网络接入技术,适合于FTTH、FTTB应用,是一种共享网络,类似于HFC,但具有比HFC更大的带宽。与其它的光纤接入技术相比,EPON拥有众多优势。如EPON与其他以太网接入的比较图所示:对于32个用户结点,P2P以太网或许需要32或64条光纤和64个信号接发器;P2P路边交换以太网使用1条或2条主干光纤和66个信号接发器,并需要现场电子电源;而EPON只使用33个光信号接发器以及只使用一条主干光纤从而把中心交换局的光纤数目和占用空间减到最小,主干线路上的流量可以达到线速并可以支持下行视频的广播。EPON作为最具魅力的接入网技术,由于其网络实现全无源、P2MP架构和基于以太网协议,所以具备低成本高性能的优点。

EPON IEEE802.3ah标准定义了MPCP(Multi Point MAC Control Protocol,多点控制协议)、P2PE(P2P Emulation,点到点竞争)和分别对于10km和20km的关于1490nm和1310nm波长的PMD子层。从物理层上看,EPON从电气特性、机械特性、规程特性、功能特性等四大功能基本上采纳了以太网的标准。更确切的说,为提供高带宽,因此EPON基本上沿用了千兆以太网标准。物理层的PMD子层用于用户接入网的P2P连接。在EPON里主要是采用了LH和LX的PMD标准。IEEE802.3ah标准利用带无源分离器和光纤PMD子层来实现P2MP技术。

由于EPON上述的这些特点,因此把以下几点视为EPON的核心技术问题:
· 测距:因为OLT和不同ONU之间的逻辑距离是不等的,所以OLT需要有一套测距技术来测试它和每个ONU之间的逻辑距离,并据此调整ONU信号的发送延时,各个ONU所发送的信号能在OLT处准确地汇聚在一起。目前一般使用的是带内开窗测距法。
· 突发接收:对于P2MP的OLT来讲,存在多个信号源(ONU)。ONU与OLT之间的距离不同以及线路特性差异将导致各ONU的发送功率相同,OLT接收时却各不相同。这就要求OLT接收机能实现突发接收功能,以防止数据时域碰撞。因此必须采用测距和时延补偿技术实现全网时隙同步。
· 带宽分配:上行信道采用TDM接入方式来共享光纤,带宽则根据ONU的需要,由OLT分配,以提高上行带宽的利用率。根据不同业务类型与业务特点合理分配信道带宽,能更有效地利用网络资源。在一定带宽的情况下就可以承载更多的终端用户,从而降低用户成本。
· 时钟提取:快速同步是必须解决的核心问题。而其中ONU和OLT以及上下行比特码的时钟一致是其中的关键,目前一般都采用PLL从下行信号中提取时钟,利用帧同步字检测方式实现帧同步。
· 同步接收:EPON是一个网同步系统,需要实现OLT与ONU之间的快速同步。否则一旦发生错位或者相位突变所造成的数据接收错误不但导致数据丢失、重传,还可能导致网络拥塞和瘫痪。
· 传输质量:对于传输话音和视频业务,要求延时恒定而很小,其抖动也要小。一种方法是对不同服务质量要求的信号设置不同的优先权等级;另一种技术是采用保留带的方法,提供开放而高速的信道,不传输数据,而专门传输语音业务,以确保需要保证响应时间的业务能得到高速传送。
· 搅动 由于PON固有的组播特性,为保证信息的保密性,系统必须采用搅动的保护措施。这种介于传输系统扰码和高层编码之间的搅动措施能实行信息扰码并能为信息保密提供保护。
· 安全问题:由于每个ONU都可以接收OLT发送给所有ONU的信息,所以产生了一些安全隐患,因此必须对发送给每个ONU的下行信号进行加密。加密算法主要有DES(DataEncryptionStandard)、AES等,相比而言,AES较为理想。加密和解密可以在数据链路层、物理层或者三层以上进行。

可见,EPON是一种基于光纤以太网接入的共享网络,EPON系统包括IEEE 802.3ah标准以外的功能,例如安全、证明和动态带宽分配(DBA)等。由于EPON实现网络全无源、P2MP结构和采用以太网协议,因此具有低成本、高性能的优点,受到了高度重视。


FTTx发展趋势

FTTx技术的不断发展为其大规模应用创造了条件,EPON、BPON/GPON等多种解决方案为不同的应用环境提供了较大的选择余地;各种新型的室内光缆如气吹微光缆、安装器材、和FTTx专用测试仪表、专用光纤融接机等的出现,大大方便了光纤的室内布放和施工,为FTTx的应用做了很好的铺垫。从应用角度看,现在的FTTx是在原有基础上的进一步扩展,因此相当多产品是比较成熟的。FTTx从2001年就开始在国外推行,因此推行时间已经较长。在这个推广过程中,产品得到了时间的考验和验证,国外网络运营的事实证明FTTx技术是比较成熟的。

DSL技术的固有缺陷也无法满足宽带用户的交互式业务的需求。一些高端用户会放弃DSL而选择技术先进的FTTx,一些经济承受能力强的用户会被FTTx的新颖业务和高质量网络吸引。电信运营商为了寻求新的业务增长点,也会考虑FTTx,这为FTTx开拓了巨大的市场空间。在国外,FTTx的发展速度已经非常可观。调研公司Infonetics Research预计2008年全球PON设备将达到22亿美元。亚洲是PON设备的最大销售市场,2008年用户数能增长到2200万。

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