无源光网络技术综述之通信线材篇(下)

2019-11-04 23:45:34

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供稿：网友

　　四、基于以太网的无源光网络
　　随着Internet的高速发展，用户对网络带宽的需求不断的提高，传统的接入网已经成为整个网络中的瓶颈，以新的宽带接入技术取而代之已成为目前研究的热点。正是在这种背景下，IEEE与2000年底成立了EFM工作组（Ethernet in the First Mile Study Group），试图引入一种新的接入技术标准－Ethernet PON（或Ethernet over PON，以下简称EPON）。顾名思义，EPON是利用PON（无源光网络）的拓扑结构实现以太网的接入。
　　
　　1．EPON与APON的比较
　　ITU－T已经制定了APON技术的G．983建议。但是APON有两个问题：一是传输速率不够高，下行为622 Mbit／s或155 Mbit／s，上行为155 Mbit／s，带宽被16～32个ONU所分享，每个ONU只能得到5～20 Mbit／s。另一个更主要的问题是，与以太网设备相比，ATM交换机和ATM终端设备相当昂贵。而且，现在因特网工作于TCP／ip协议，用户终端设备都是IP设备，采用ATM技术必须将IP包拆分重新封装为ATM信元，这就大大增加了网络的开销，造成网络资源的浪费
　　
　　而EPON融合了PON和以太数据产品的优点，形成了许多独有的优势．EPON系统能够提供高达1 Gbit／s的上下行带宽，这一带宽能够适应现在及将来10年内用户对带宽的需求。由于EPON采用复用技术，支持更多的用户，每个用户可以享受到更大的带宽．EPON系统不采用昂贵的ATM设备和SONET设备，能与现有的以太网相兼容，大大简化了系统结构，成本低，易于升级．由于无源光器件有很长的寿命，户外线路的维护费用大为减少。标准的以太网接口可以利用现有的价格低廉的以太网络设备．而PON结构本身就决定了网络的可升级性比较强，只要更换终端设备，就可以使网络升级到10 Gbit／s或者更高速率．EPON不仅能综合现有的有线电视、数据和话音业务，还能兼容未来业务如数字电视、VoIP、电视会议和VOD等等，实现综合业务接入。
　　
　　虽然APON对实时业务的支持性能优越，但随着多协议标签交换（MPLS）等新的IP服务质量（QoS）技术的采用，高层协议与EPON MAC协议相配合，EPON已完全可能以相对较低的成本提供足够的QoS保证．加之EPON的价格优势明显，因而被认为是解决电信接入瓶颈，最终实现光纤到家的优秀过渡方案。
　　
　　2．EPON的系统结构
　　EPON由光线路终端（OLT）、光合／分路器和光网络单元（ONU）组成，采用树形拓扑结构。
　　
　　OLT放置在中心局端，分配和控制信道的连接，并有实时监控、治理及维护功能。ONU放置在用户侧，OLT与ONU之间通过无源光合／分路器连接。
　　
　　EPON使用波分复用（WDM）技术，同时处理双向信号传输，上、下行信号分别用不同的波长，但在同一根光纤中传送．EPON只在IEEE802．3的以太数据帧格式上做必要的改动，如在以太帧中加入时戳（Time Stamp）、PON－ID等内容．下行采用纯广播的方式，注册后，OLT为已注册的ONU分配PON－ID，由各个ONU监测到达帧的PON－ID，以决定是否接收该帧，假如该帧所含的PON－ID和自己的PON－ID相同，则接收该帧；反之则丢弃。上行采用时分多址接入（TDMA）技术。此外EPON还需通过已定义的接口与电信治理网相连，进行配置治理、性能治理、故障治理、安全治理及计费治理，完成操作维护治理（OAM）功能。
　　3．EPON的要害技术
　　（1）上行信道复用技术
　　可以说上行的复用技术是EPON技术的核心，从目前的研究来看，大多数方案都使用了DWDM＋TDMA的复用方法。DWDM的使用是发展的趋势，但主要取决于光器件。因此，主要讨论的焦点将是TDMA的实现方法，即如何使用TDMA的方法使上行信道的带宽利用率、时延和时延抖动等指标达到要求。其中，上行带宽的分配方法、ONu发送窗口固定还是可变、最大的ONu发送窗口应为多大、ONu发送窗口的间隔、以太网帧是否切割等问题都有待于研究和确定。
　　
　　（2）测距和时延补偿技术
　　由于光纤信道时延较大的特点，ONu与OLT之间的距离将会影响到上行信道的复用，假如准确测量各个ONu道OLT的距离并能精确的调整ONu的发送时延，则可以减小ONu发送窗口间的间隔，从而提高上行信道的利用率并减小时延。另外，测距过程应充分考虑到整个EPON的配置情况。例如，系统在工作中加入新的ONu，此时对它的测距不应对其它ONu有太大的影响。
　　
　　（3）光器件
　　由于EPON上行信道是所有ONu分时复用的，每个ONu只能在指定的时间窗口内发送数据。因此，EPON上行信道中使用的是突发信号，这就要求在ONu和OLT中使用支持突发信号的光器件。现有的大部分光器件还不能满足这一要求，少数突发模式的光器件也只能工作在155Mbps的速率上，而且价格昂贵。可以说，这是EPON技术面临的一大问题，但是，目前已有厂商正在研制满足EPON要求的光器件，相信随着EPON标准的制定，会有更多的产品出现。
　　
　　（4）突发信号的快速同步
　　由于OLT接收到的信号为突发信号，OLT必须能在很短的时间（几个bits）内实现相位的同步，进而接收数据。这一技术与APON中使用的类似，因此可以借鉴APON的经验。
　　
　　除此之外，下行信道安全性、如何实现QoS、如何实现VLAN和网管等也是影响EPON应用前景的问题，必须加以考虑。
　　
　　4．EPON的未来
　　EPON还处于商业开发的起始阶段。尽管ATM PON在市场上略微领先，但目前的趋势是数据业务快速增长和快速以太网、G比特以太网的地位提高，都倾向于EPON。以太网最后一公里研究组开发标准的工作已经起步，促进对FSAN最初的APON标准的升级。
　　
　　通信产业已经为主角的转换预备了舞台，结果将出现完全基于广泛使用的光纤和以太网技术的设备。这种光IP以太网结构将会成为在单一网络中捆绑传输话音、数据和图像业务的主要方式。同时，这一技术会产生新的合作和战略伙伴，内容提供商、业务提供商、网络运营商和设备制造商都将使用Ethernet PON这种前所未有的方式传输通信业务。
　　
　　接入网市场在我国的快速发展有目共睹，FTTx作为针对大客户、集团用户的解决方案而受到青睐，随着PON技术的规模应用和芯片成本的不断降低，以及光纤铺设规模的不断扩大，PON技术将很快成为FTTx的主要接入方式之一。
　　
　　PON技术是实现FTTx最理想的宽带接入方式，因为它是一种低成本的传输，可以节省光纤和光设备的费用，并可以实现宽带数据业务与CATV（有线电视）业务的共网传送。

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