EPON技术及 网应用研究

随着电信市场竞争的日益激烈，现有的以铜缆为传输媒质、基于不对称数字用户线(ADSL)技术为基础的宽带接入建设模式将不能适应未来开展高清视频、安全监控等高速率带宽业务的需求。"光进铜退"作为实施网络转型和固网宽带化的有效措施，在提高接入带宽，提升网络对业务的支撑能力，增强运营商的核心竞争能力方面将发挥重要作用。作为接入网新技术，基于以太网技术的无源光网络(EPON)有效缓解了当前铜缆被盗严重、价格上涨较快、建设成本不断增加的状况。但在满足目前高速率带宽业务接入需求的同时，由于EPON网络的点对多点技术特点及三重业务(VoIP、高速上网、IPTV)的开展，给EPON网络的组网和规划工作带来了很多新的挑战。

EPON将以太网技术与无源光网络(PON)技术结合起来，其目标是用最简单的方式实现一个点到多点拓扑结构的千兆以太网光纤接入网络。EPON属于IEEE以太网标准范畴，对于向全IP网络过渡是一个很好的选择。EPON降低了初始成本和运行成本，可以大量采用以太网技术成熟的芯片，实现简单，相对成本低，维护简单，容易扩展和易于升级。

1基于以太网技术的无源光网络应用现状

EPON在日本、韩国等东亚地区已经大规模应用。随着EPON互连互通测试顺利完成，在中国，EPON即将如火如荼地大规模应用。尤其是2008年，将是EPON网络应用发展最为关键的一年。

2007年8月，中国电信完成了对4万线EPON设备的集中采购和《中国电信EPON设备技术要求V2.0》等相关企业标准的制订工作。预计中国电信2008年光纤宽带(FTTx)的建设需求会在200万线左右。4万线EPON设备的集采不仅激励了中国电信各省公司的EPON网络建设，还影响了中国其他运营商的决策。紧跟着中国电信的步伐，中国网通于2008年初也开始了首轮EPON设备招标。中国网通EPON招标主要包括约3 600套光线路终端(OLT)和89 000线光网络单元(ONU)，其中光缆终端设备集采大大超出原计划的2 000个[1-2]。

随着EPON技术的成熟和试点应用，EPON必将大规模应用于电信运营城市和农村的宽带接入和VoIP中，有效节省建设投资成本和运营成本。

2基于以太网技术的无源光网络技术

2.1组成单元

PON致力于解决电信运营商中心局端、前端，或者以点到点(POP)方式到商务或家庭节点的通信，构造最后一公里的通信结构。

EPON的组成单元如图1所示。光信号通过分光器把光纤线路终端(OLT)一根光纤下行的信号分成多路给每一个光网络单元(ONU)，每个ONU上行的信号通过光耦合器合成在一根光纤里给OLT。因而EPON中包括无源网络设备和有源网络设备。无源网络设备包括单模光缆、无源分光器/耦合器、适配器、连接器和熔接头等。它一般放置于局外，称为局外设备。无源网络设备十分简单、稳定可靠、寿命长、易于维护、价格极低。

有源网络设备包括中心局机架设备(OLT)、光网络单元(ONU)和设备管理系统(EMS)。中心局机架上插装光纤线路终端、网络界面模块(NIM)以及交换模块(SCM)，因此以上3种设备也统称为中心局机架设备。

中心局机架设备提供EPON系统与服务提供商核心的数据、视频和话音网络的接口。它也通过设备管理系统与服务提供商的核心运行网络相连接。

光网络单元(ONU)给用户提供数据、视频和电话网络与PON之间的接口。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、T1/E1等)。EPON独一无二的特征是：ONU中除了终结和转换光信号外，还提供层二、层三交换功能，它允许在ONU中内置企业级路由器。EPON同样也适合用第三个波长传送模拟有线电视(CATV)信号或者IP视频。

2.2工作原理

EPON由光纤线路终端、光分配网络(ODN)和光网络单元组成，采用的是树形拓扑结构。使用上行1 310 nm和下行1 490 nm波长传送数据和语音，CATV业务则使用1 550 nm波长承载。OLT放置在中心局端，分配和控制信道的连接，并有实时监控、管理及维护功能。ONU放置在用户侧，OLT与ONU间通过无源的光分配网络按照1:16/1:32/1:64方式连接，系统参考配置如图2所示[3-4]。

EPON网络采用一点至多点的拓扑结构，取代点到点结构，大大节省了光纤的用量和管理成本。无源网络设备代替了传统的ATM/SONET宽带接入系统中的中继器、放大器和激光器，减少了中心局端所需的激光器数目，并且OLT由许多ONU用户分担。此外EPON利用以太网技术，采用标准以太帧，无须任何转换就可以承载目前的主流业务——IP业务。因此EPON十分简单、高效、建设费用低、维护费用低，最适合宽带接入网需求。

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IEEE 802.3协议，信息包最长为1 518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。也可标识为广播信息包发给所有ONU或发给特定的ONU组(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、信息包2和信息包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。

2.3技术进展与标准化情况

EPON是IEEE组织推出并持续致力研究的技术。EPON基于吉比特以太网的无源光网络技术，继承了以太网的低成本和易用性以及光网络的高带宽。EPON是当前实现光接入网众多技术中性价比相对较高的一种。2004年IEEE正式发布了EPON国际标准IEEE 802.3ah，该标准规定了EPON的物理层、多点控制协议(MPCP)、运行管理维护(OAM)等相关内容。目前，EPON的产业联盟已经吸引了众多厂商的积极参与，从核心芯片、光模块到系统，EPON的产业链已经日趋成熟。中国技术人员积极制订适合中国发展需求的EPON系列相关行业标准。目前，已经发布的标准有：YD/T 1475-2006接入网技术要求——基于以太网方式的无源光网络(EPON)，2006年6月发布；YD/T 1531-2006接入网设备测试方法——基于以太网方式的无源光网络，2006年12月发布。

在由EPON系统芯片的领导供应商Teknovus和工业与信息化部(原信息产业部)电信传输研究所共同主办的《10G及2.5G EPON新技术研讨会》上，IEEE 10G EPON工作组主席Glen Kramer同时作为Teknovus公司首席科学家，宣布IEEE将在2008年基本完成10G EPON标准的制订，之后，再经过内部有关的审核批准，预计会在2009年年中正式发布，并宣布Teknovus的10G EPON系统将在2008年推出[5-6]。