无源光网络EPON技术浅谈

引言

随着ADSL、LAN、WLAN等宽带接入业务的大力发展，宽带业务已经零距离地深入到国计民生的各个角落。政府机关、企业机构、商业用户和越来越多的普通居民都已认可并广泛使用宽带业务。普通的高速上网、专网互联和互联网游戏业务是目前上网业务的主流。随着用户忠诚度的提高，开拓客户资源不再是宽带应用的唯一迫切要务，提供更多的宽带增值业务来提升ARUP值，是运营商目前最迫切的课题。

目前，大规模部署的ADSL宽带业务，由于其距离限制和带宽较低，已经很难满足高端用户的带宽需求和业务需求。视频业务，尤其是IPTV，已成为可以看到的宽带热点。上海电信在2008年发展几十万IPTV用户，而全国的有线电视用户超过1亿。经过几年的探索和发展证实完全可行的IPTV业务，是摆在电信运营商面前的一个拥有巨大机遇的市场。

EPON解决方案的推动有其迫切的业务需求：EPON FTTX解决方案不仅可以解决目前宽带业务发展中的带宽和距离问题，还可以借此推动IPTV、互动游戏、视频会议等增值业务的发展，加上VoIP的兴起，各种业务种类进一步融合，Triple Play的实现将真正成为可预期的现实。EPON系统将成为三网合一的接入平台，各种增值业务将会大大推动宽带业务ARUP值的提高，增加电信运营商的业务收入。

一、EPON概述

无源光网络（PON）技术是为了支持点到多点应用发展起来的光接入技术，PON由光线路终端（OLT）、光网络单元（ONU）和光分配网络（ODN）组成。其本质特征为ODN全部由无源器件组成，无源的特性使得网络布放更加灵活，无需机房和电源等；共享光纤的特性能够节省大量的光纤资源，使得接入网线路成本更低；而纯光介质的结构，透明的光纤宽带网络，使得对未来业务扩展保持了技术的安全性。

PON技术自诞生以来，根据数据链路层协议的不同，分为APON（基于ATM）、BPON（基于ATM）、GPON（基于ATM和GEM）、EPON（基于以太网），几种PON技术的比较如表1所示。

表1　几种PON技术的比较

1998年，ITU－T制定了APON的技术标准。APON以ATM技术为基础，其承载的是53字节固定长度的ATM信元，因而能更快、更有效地实现同步。但因为APON中的信元长度固定，因此在承载IP数据流时，必须首先将数据包分割成48字节，然后加上5字节的信元头。这种处理过程既费时、复杂又浪费带宽，同时还增加了额外的成本，加之协议转换麻烦、技术复杂、设备昂贵、多厂家互操作性差等，在IP业务量越来越大的今天，这已成为APON的致命伤，所以APON系统并未如预期的那样发展起来。

当前技术上较先进的PON技术有EPON与GPON。

GPON是ITU提出的千兆比特级的无源光网络，ITU在2003年正式通过并颁布了GPON标准系列中的三个标准：G.984.1、G.984.2和G.984.3。由于GPON标准是ITU在APON标准之后推出的，因此G.984标准系列沿用了G.983标准的很多思想。

2000年11月，IEEE成立了802.3EFM（EFM——Eth-ernet in the First Mile，第一英里以太网即以太网接入网）工作组，开始了EPON的技术标准化工作，2004年6月IEEE已经正式批准802.3ah为EPON 千兆以太网无源光网标准。EPON将以太网技术与PON技术结合，具有以太网的诸多优势，如技术简单、成熟、良好的兼容性及可对IP业务进行有效承载等。

关于EPON和GPON除了有表1的一些区别外，还有下面五个不同点：

●IEEE的EPON标准化工作比ITU-T的GPON标准化工作开展得早，并且IEEE关于Ethernet的802.3标准系列已经成为业界最重要的标准之一；

●EPON标准制定的更宽松，制造商在开发自己的产品时有更大的灵活性；

●GPON有更好的TDM业务支持能力；

●GPON技术较复杂，而EPON保持以太网特性，它的实现较简单；

●从产业链的角度看，EPON系统最核心部分：PON光发送/接收模块已经成熟，核心MAC控制芯片已经规模生产；而GPON系统的相应核心模块还在逐步成熟中，目前推出的GPON产品正处于试用阶段，还难于实现大规模商用，成本比较高。

随着用户对带宽需求的不断提高，业务种类的融合，同时又需要降低整体的建设运维成本，EPON技术的成熟商用很好的解决了上述问题，可以针对城市中的中高档住宅小区、别墅、商务楼、酒店、网吧等商业客户提供成熟的点到多点的FTTX 解决方案，构建三网合一的接入平台。

现在业界商用量最大、使用最成熟的是EPON系统。中国网通、中国电信两大运营商正在展开较大规模的商用。

二、EPON的网络结构

从某种意义上说，EPON是一种基于光纤传送网的长距离的以太网接入技术。EPON采用点对多点架构，一根光纤承载上下行数据信号，经过1：N分光器将光信号等分成N路，以光分支覆盖多个接入点或接入用户。

EPON在传统上还有GEPON的叫法，这里并不是表述错误。业界早期的EPON设备是基于FE总线的，在基于GE总线的EPON设备推出后，为了区分称之为GEPON，目前业界的EPON设备基本上都是基于GE总线。目前基本上统称EPON。

一套典型的EPON 系统由OLT、ONU、ODN组成。EPON的网络结构如图1所示。

图1　EPON的网络结构

OLT放在中心机房，它可以看作是一个L2交换机或者L3路由交换机。在下行方向，OLT提供面向无源光纤网络（ODN）的光纤接口；在上行方向，OLT将提供了GE光/电接口，将来10Gbit/s的以太网技术标准定型后，OLT也会支持类似的高速接口。为了提供多业务接入，OLT还可支持E1以及OC3等接口，来实现传统话音的接入或电路中继业务。

在EPON的网管方面，OLT是主要的控制中心，内置OAMP Agent，可以管理其下的ONU终端设备，实现网络管理的五大功能。EPON网管可以通过在OLT上通过定义用户带宽参数来控制用户业务质量，通过编写访问控制列表来实现网络安全控制，通过读取MIB库获取系统状态以及用户状态信息等，还能提供有效的用户隔离。

ODN是光分发网，由无源光纤分支器和光纤构成。无源光纤分支器是连接OLT和ONU的无源设备，它的功能是分发下行数据和集中上行数据。无源分光器的部署相当灵活，由于是无源器件，几乎可以适应于所有环境。一般无源光纤分支器的分光比有1：2、1：4、1：8、1：16、1：32、1：64等。一般建议采用一级分光，最多不能超过二级分光。

ONU是放在用户驻地侧的终端设备，EPON中的ONU采用以太网协议，实现了成本低廉的以太网第二层交换功能。由于使用以太网协议，在通信的过程中就不再需要协议转换，实现ONU对用户数据的透明传送。OLT到ONU之间采用加密协议保证用户数据的安全性。基于EPON的FTTH 的优势在于其强大的覆盖能力，最远覆盖可达20公里（1:32的分路比），从端局出发，经过ODN连接各光接入点。传统的光接入网，光纤的延伸范围一般到网络接入点截止，要实现光纤入户，就需要在接入点配置大量的光口接入层交换机，成本昂贵。随着无源光网络技术的出现、成熟，尤其是现在的EPON技术，可以提供光纤直接到用户末梢的经济可行方案，FTTH成为高效的接入方式。在基于EPON的FTTX解决方案中，如何解决光缆到大楼、小区的引入，规划OLT、ODN、室内用户终端（OUN）的光纤连接成为关键所在。

三、EPON的几个关键技术

1、EPON的上下行技术

EPON在OLT和ONU间采用单根光纤提供对称1.25Gbps带宽，受物理接口限制，实际提供1Gbps带宽，可传输数据、语音和视频业务。EPON 在单芯光纤上采用波分复用（WDM）技术，上下行数据流分别在不同的频段传输。其中，

·下行 1490nm ；

·上行 1310nm ；

·1550nm 可选用于CATV。

下行的数据流采用广播方式，OLT将802.3格式的以太网帧数据流通过单播复制的方式推送到所有的ONU处；ONU通过判断以太网帧帧头里的由OLT分配的LLID（Logical Link Id）来判断是否接收，接收属于自己的数据帧，将不属于自己的数据帧丢弃。如图2所示。

图2　EPON下行数据流