EPON中E1电路仿真技术及实现方案

2019-11-04 21:22:30

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供稿：网友

　　1 前言
　　互联网的兴起、多媒体业务的发展，导致人们对网络容量需求的爆炸性增长。经过多年的建设，骨干网已有足够的能力支持宽带业务，宽带接入的问题有待进一步解决。以太网具有使用简单方便、价格低、速度高等优点，已被广泛用于局域网、MAN和WAN。假如接入网也采用以太技术将形成从局域网、接入网、城域网到广域网的全以太网结构，采用与ip一致的统一的以太网帧结构，无需格式转换，实现各网之间无缝连接。将大大提高网络运行效率、方便治理、降低成本。2001年7月，在IEEE802局域网/城域网（LAN/MAN）标准委员会会议上，EFM研究组（EFM的意思是“以太网第一里”，即以太网接入网）提出在现有IEEE802.3协议的基础上，通过较小的修改实现在用户接入网中传输以太网帧，制定以太网接入网标准。
　　
　　PON（无源光纤网络）采用无源光功率分配器/耦合器，支持点到多点（P-to-MP）的用户网络拓扑，可提供高带宽，具有良好的可靠性、经济性，易于扩容和展开新业务，是光纤接入技术的发展方向。
　　
　　EPON（Ethernet over PON）融合以太网和无源光网络(PON)相技术优势，采用点到多点结构，无源光纤传输方式，在以太网基础之上提供多种业务。目前，IP/Ethernet应用占到整个局域网通信的95%以上，EPON由于使用上述经济而高效的结构，成为连接接入网最终用户的一种最有效的通信方法。10Gbit/s以太主干和城域环的出现也将使EPON成为未来全光网中最佳的最后一公里的解决方案。
　　
　　2 EPON系统组成
　　一个典型的EPON系统由OLT、ONU、POS组成。
　　
　　OLT（Optical Line Terminal）放在中心机房（CO，Central Office），通常具有L2交换或L3路由功能，下行方向提供面向无源光纤网络的光纤接口，以广播方式向各ONU发送数据，在上行方向提供GE（Gigabit Ethernet）接口、SDH/SONNET接口及E1接口。OLT是EPON系统的控制中心，提供网络集中和接入的功能，针对用户QOS的不同要求进行带宽分配、网络安全控制和治理配置。
　　
　　ONU（Optical Network Unit）放在网络接口单元（NIU：Network Interface Unit）四周或与其合为一体。采用以太网络协议，在中带宽和高带宽的ONU中实现成本低廉的以太网第二层第三层交换功能，实现ONU对用户数据的透明传送。ONU支持传统的TDM协议，通过支持E1接口来实现传统TDM话音接入。
　　
　　POS（Passive Optical Splitter）是无源光纤分支器，连接OLT和ONU的无源设备，实现分发下行数据、集中上行数据的功能，由于是无源操作，环境适应能力强，维护简单，POS的分支数一般为2、4、8、16，可进行多级级联。
　　
　　3 EPON工作原理
　　在EPON中，从OLT到多个ONU下行传输数据的过程采用数据广播方式发送。
　　
　　数据以变长信息包的形式从OLT下行广播到多个ONU，依据是IEEE 802.3协议，信息包的长度最长为1518字节。每个信息包带有一个EPON包头，惟一标识该信息包是发给ONU-1、ONU-2还是ONU-3的。也可标示为广播信息包发给所有ONU的或发给特定的ONU组的（多点传送信息包）。当数据到达ONU时，ONU通过地址匹配，接受并识别发给它的信息包，丢弃发给其他ONU的信息包。例如，ONU-1接收信息包1、2、3，但只将信息包1传输给最终用户1。
　　
　　EPON上行数据传输采用时分复用技术，每个ONU上行数据分配一个专用时隙，使得在数据汇合到公共光纤的时候，从ONU来的信息包不会互相干扰。例如，ONU-1信息包在第一个时间间隙传输，ONU-2信息包在第二个非重叠的时间间隙传输，而ONU-3信息包在第三个非重叠的时间间隙传输。
　　
　　4 EPON系统中的E1电路仿真
　　尽管数据业务的带宽需求正快速增长，但现有的电路业务还有很大的市场，在今后几年内仍是业务运营商的主要收入来源。在EPON系统中对固定比特率（CBR）的实时业务进行良好的支持，将分组交换业务与电路交换业务结合，有利于EPON的市场应用和满足不同业务的需要。
　　
　　接入网用户对TDM业务的需求主要是提供E1电路接口，EPON中以电路仿真方式实现E1接入。
　　
　　4.1 EPON中E1帧结构
　　
　　EPON系统最初只提供以太数据传输业务，采用以太帧结构。要实现E1数据传输，由于以太网技术的固有机制，要保证实时业务的服务质量，必须进行非凡处理。
　　
　　EPON内部OLT与ONU之间采用光纤传输，带宽资源丰富，为实现多业务传输，并使传输系统处理的简洁，可采用带宽预留方法，设置一个开放的高速通道，专用于传输语音业务，以便确保POTS业务的质量。
　　
　　在EPON系统内部对传输的数据帧做进一步的包封，增加3字节EPON帧头。封装后的E1数据包，占用预定（或动态分配）带宽，与以太数据包复用，在系统内部传输。
　　
　　ONU ID：用于标示区分不同的ONU，当该帧为下行帧时，帧头中包含该帧所要到达的目的ONU的标记ID，无源ID；当该帧为上行帧时，帧头中包含源ONU的标记ID
　　
　　帧类型：用于区分以太、E1、OAM帧。
　　
　　当为以太帧时，在数据区包封完整的Ethernet MAC帧。
　　
　　当为E1 或OAM帧时，对传输的E1/OAM数据包封为EPON帧。TS为时标信息，用于系统同步或测距过程、E1定时恢复；Port指明E1端口号；Data Length表明数据长度；FCS为帧校验字段，由CRC32对除EPON帧头以外的所有数据多项式运算得出。

　　
　　4.2 E1电路仿真实现方案
　　
　　E1电路仿真主要分为四个部分：
　　
　　（1）线路编解码及线路时钟恢复单元。
　　
　　主要由HDB3/NRZ编码转换芯片和提钟芯片组成，完成多路204Bkb/s的HDB3线路编码信号到NRZ数字信号的转换，提取各信道的同步2048KHZ时钟。
　　
　　（2）E1数据打包及重组单元：
　　
　　主要完成对多路E1业务数据进行封装，提取时钟同步处理，保证数据以平滑的速度将E1数据包从缓冲器输出，消除抖动。
　　
　　（3）总线缓存及分组路由处理单元：
　　
　　完成E1分组数据包到EPON背板总线的传输控制和交换，缓存并处理EPON背板总线上的分组路由头信息。
　　
　　（4）OAM控制单元：
　　
　　由CPU系统单元完成对各智能芯片的初始化控制和自检功能，并实时实现本地网络治理与本板之间的信息交换。
　　
　　5 结束语
　　EPON将以太网与无源光纤接入网技术结合，实现高速、远距离宽带接入，与现有的以太网兼容，在与WAN和LAN连接时无需复杂的协议转换，具备许多成本和性能方面的优点。在EPON的发展上，要害的技术挑战是增强以太网的能力，实现多业务传输，对固定比特率（CBR）的实时业务进行良好的支持，分组交换业务与电路交换业务结合，有利于EPON的市场应用和满足不同业务的需要。本文对EPON系统中E1电路仿真技术进行了探讨，提出了E1电路仿真实现方案。

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