浅谈ＥＰＯＮ技术

张西通

提要如何有效地利用已有信息基础设施而减少重复投资及便于向未来网络升级,受到各设备制造商、基础网络运营商、标准组织及科研院校的关注,一种集合了代表未来网络融合趋势的IP及无源光网络结构的EPON(Ethernet Passive Optical Network)技术随之诞生。

关键词:EPON技术;信息技术;网络

中图分类号:F49文献标识码:A

信息技术发展到今天,全球都在致力于探讨下一代网络将会如何发展,一种集合了代表未来网络融合趋势的IP及无源光网络结构的EPON技术随之诞生。

与其他PON技术一样,EPON技术采用点到多点的用户网络拓扑结构,利用光纤实现数据、语音和视频的全业务接入的目的。一个典型的Ethernet over PON系统由OLT、ONU、POS组成。OLT放在中心机房,ONU放在用户设备端附近或与其合为一体。POS是无源光纤分支器,是一个连接OLT和ONU的无源设备,它的功能是分发下行数据,并集中上行数据。EPON中使用单芯光纤,在一根芯上转送上下行两个波(上行波长:1,310nm,下行波长:1,490nm,另外还可以在这个芯上下行叠加1,550nm的波长,来传递模拟电视信号)。OLT既是一个交换机或路由器,又是一个多业务提供平台,它提供面向无源光纤网络的光纤接口(PON接口)。根据以太网向城域和广域发展的趋势,OLT上将提供多个1Gbps和10Gbps的以太接口,可以支持WDM传输。OLT还支持ATM、FR以及OC3/12/48/192等速率的SONET的连接。如果需要支持传统的TDM话音,普通电话线(POTS)和其他类型的TDM通信(T1/E1)可以被复用连接到出接口,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的不同要求进行带宽分配,网络安全和管理配置。OLT根据需要可以配置多块OLC,OLC与多个ONU通过POS(无源分光器)连接,POS是一个简单设备,它不需要电源,可以置于相对宽松的环境中,一般一个POS的分光比为8、16、32、64,并可以多级连接,一个OLT PON端口下最多可以连接的ONU数量与设备密切相关,一般是固定的。在EPON中系统,OLT到ONU间的距离最大可达20km。在下行方向,IP数据、语音、视频等多种业务由位于中心局的OLT,采用广播方式,通过ODN中的1:N无源分光器分配到PON上的所有ONU单元。在上行方向,来自各个ONU的多种业务信息互不干扰地通过ODN中的1:N无源分光器耦合到同一根光纤,最终送到位于局端OLT接收端。

在FTTB结构中,ONU被直接放到楼内,光纤到大楼后可以采用ADSL、Cable、LAN,即FTTB+ADSL、FTTB+Cable和FTTB+LAN等方式接入用户家中。FTTB与FTTC相比,光纤化程度进一步提高,因而更适用于高密度以及需提供窄带和宽带综合业务的用户区。FTTO和FTTH结构均在路边设置无源分光器,并将ONU移至用户的办公室或家中,是真正全透明的光纤网络,它们不受任何传输制式、带宽、波长和传输技术的约束,是光纤接入网络发展的理想模式和长远目标。

Epon的传输原理:EPON与APON最大的区别是EPON根据IEEE802.3协议,包长可变至1,518字节传送数据,而APON根据ATM协议,按照固定长度53个字节包来传送数据,其中48个字节负荷,5个字节开销。这种差别意味着APON运载IP协议的数据效率低且困难。用APON传送IP业务,数据包被分成每48个字节一组,然后在每一组前附加上5个字节开销。这个过程耗时且复杂,也给OLT和ONU增加了额外的成本。此外,每48个字节段就要浪费5个字节,造成沉重的开销,即所谓的ATM包的税头。相反,以太网传送IP流量,相对于ATM开销急剧下降。EPON从OLT到多个ONU下行传输数据和从多个ONU到OLT上行数据传输是十分不同的。当OLT启动后,它会周期性地在本端口上广播允许接入的时隙等信息。ONU上电后,根据OLT广播的允许接入信息,主动发起注册请求,OLT通过对ONU的认证(本过程可选),允许ONU接入,并给请求注册的ONU分配一个本OLT端口唯一的一个逻辑链路标识(LLID)。

一、上下行传输原理

数据从OLT到多个ONU以广播式下行(时分复用技术TDM),根据IEEE802.3ah协议,每一个数据帧的帧头包含前面注册时分配的、特定ONU的逻辑链路标识(LLID),该标识表明本数据帧是给ONU(ONU1、ONU2、ONU3......ONUn)中的唯一一个。另外,部分数据帧可以是给所有的ONU(广播式)或者特殊的一组ONU(组播),在组网结构下,在分光器处,流量分成独立的三组信号,每一组载到所有ONU的信号。当数据信号到达ONU时,ONU根据LLID,在物理层上做判断,接收给它自己的数据帧,摒弃那些给其他ONU的数据帧。ONU1收到包1、2、3,但是它仅仅发送包1给终端用户1,摒弃包2和包3。

对于上行,采用时分多址接入技术(TDMA)分时隙给ONU传输上行流量。当ONU在注册时成功后,OLT会根据系统的配置,给ONU分配特定的带宽。值得说明的是,在采用动态带宽调整时,OLT会根据指定的带宽分配策略和各个ONU的状态报告,动态地给每一个ONU分配带宽。带宽对于PON层面来说,就是多少可以传输数据的基本时隙,每一个基本时隙单位时间长度为16ns。在一个OLT端口(PON端口)下面,所有的ONU与OLT PON端口之间时钟是严格同步的,每一个ONU只能够在OLT给他分配的时刻上面开始,用分配给它的时隙长度传输数据。通过时隙分配和时延补偿,确保多个ONU的数据信号耦合到一根光纤时,各个ONU的上行包不会互相干扰。

二、EPON的优势

1、安全。上行方向,ONU不能直接接收到其他ONU上行的信号,所以ONU之间的通信,都必须通过OLT,在OLT可以设置允许和禁止ONU之间的通信,在缺省状态下是禁止的,所以安全方面不存在问题。

2、相对成本低,维护简单,容易扩展,易于升级。EPON结构在传输途中不需电源,没有电子部件,因此容易铺设,基本不用维护,长期运营成本和管理成本的节省很大;EPON系统对局端资源占用很少,模块化程度高,系统初期投入低,扩展容易,投资回报率高;EPON系统是面向未来的技术,大多数EPON系统都是一个多业务平台,对于向全IP网络过渡是一个很好的选择。

3、提供非常高的带宽。EPON目前可以提供上下行对称的1.25Gbps的带宽,并且随着以太技术的发展可以升级到10Gbps。

4、服务范围大。EPON作为一种点到多点网络,可以利用局端单个光模块及光纤资源,服务大量终端用户。

5、带宽分配灵活,服务有保证。对带宽的分配和保证都有一套完整的体系。EPON可以通过DBA(动态带宽算法)、DiffServ、PQ/WFQ、WRED等来实现对每个用户进行带宽分配,并保证每个用户的QoS。

(作者单位:中国铁通南阳分公司)

主要参考文献:

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