無源光網絡技術綜述之通信線材篇(下)

2019-11-04 23:45:34

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供稿：網友

　　四、基于以太網的無源光網絡
　　隨著Internet的高速發展，用戶對網絡帶寬的需求不斷的提高，傳統的接入網已經成為整個網絡中的瓶頸，以新的寬帶接入技術取而代之已成為目前研究的熱點。正是在這種背景下，IEEE與2000年底成立了EFM工作組（Ethernet in the First Mile Study Group），試圖引入一種新的接入技術標準－Ethernet PON（或Ethernet over PON，以下簡稱EPON）。顧名思義，EPON是利用PON（無源光網絡）的拓撲結構實現以太網的接入。
　　
　　1．EPON與APON的比較
　　ITU－T已經制定了APON技術的G．983建議。但是APON有兩個問題：一是傳輸速率不夠高，下行為622 Mbit／s或155 Mbit／s，上行為155 Mbit／s，帶寬被16～32個ONU所分享，每個ONU只能得到5～20 Mbit／s。另一個更主要的問題是，與以太網設備相比，ATM交換機和ATM終端設備相當昂貴。而且，現在因特網工作于TCP／ip協議，用戶終端設備都是IP設備，采用ATM技術必須將IP包拆分重新封裝為ATM信元，這就大大增加了網絡的開銷，造成網絡資源的浪費
　　
　　而EPON融合了PON和以太數據產品的優點，形成了許多獨有的優勢．EPON系統能夠提供高達1 Gbit／s的上下行帶寬，這一帶寬能夠適應現在及將來10年內用戶對帶寬的需求。由于EPON采用復用技術，支持更多的用戶，每個用戶可以享受到更大的帶寬．EPON系統不采用昂貴的ATM設備和SONET設備，能與現有的以太網相兼容，大大簡化了系統結構，成本低，易于升級．由于無源光器件有很長的壽命，戶外線路的維護費用大為減少。標準的以太網接口可以利用現有的價格低廉的以太網絡設備．而PON結構本身就決定了網絡的可升級性比較強，只要更換終端設備，就可以使網絡升級到10 Gbit／s或者更高速率．EPON不僅能綜合現有的有線電視、數據和話音業務，還能兼容未來業務如數字電視、VoIP、電視會議和VOD等等，實現綜合業務接入。
　　
　　雖然APON對實時業務的支持性能優越，但隨著多協議標簽交換（MPLS）等新的IP服務質量（QoS）技術的采用，高層協議與EPON MAC協議相配合，EPON已完全可能以相對較低的成本提供足夠的QoS保證．加之EPON的價格優勢明顯，因而被認為是解決電信接入瓶頸，最終實現光纖到家的優秀過渡方案。
　　
　　2．EPON的系統結構
　　EPON由光線路終端（OLT）、光合／分路器和光網絡單元（ONU）組成，采用樹形拓撲結構。
　　
　　OLT放置在中心局端，分配和控制信道的連接，并有實時監控、治理及維護功能。ONU放置在用戶側，OLT與ONU之間通過無源光合／分路器連接。
　　
　　EPON使用波分復用（WDM）技術，同時處理雙向信號傳輸，上、下行信號分別用不同的波長，但在同一根光纖中傳送．EPON只在IEEE802．3的以太數據幀格式上做必要的改動，如在以太幀中加入時戳（Time Stamp）、PON－ID等內容．下行采用純廣播的方式，注冊后，OLT為已注冊的ONU分配PON－ID，由各個ONU監測到達幀的PON－ID，以決定是否接收該幀，假如該幀所含的PON－ID和自己的PON－ID相同，則接收該幀；反之則丟棄。上行采用時分多址接入（TDMA）技術。此外EPON還需通過已定義的接口與電信治理網相連，進行配置治理、性能治理、故障治理、安全治理及計費治理，完成操作維護治理（OAM）功能。
　　3．EPON的要害技術
　　（1）上行信道復用技術
　　可以說上行的復用技術是EPON技術的核心，從目前的研究來看，大多數方案都使用了DWDM＋TDMA的復用方法。DWDM的使用是發展的趨勢，但主要取決于光器件。因此，主要討論的焦點將是TDMA的實現方法，即如何使用TDMA的方法使上行信道的帶寬利用率、時延和時延抖動等指標達到要求。其中，上行帶寬的分配方法、ONu發送窗口固定還是可變、最大的ONu發送窗口應為多大、ONu發送窗口的間隔、以太網幀是否切割等問題都有待于研究和確定。
　　
　　（2）測距和時延補償技術
　　由于光纖信道時延較大的特點，ONu與OLT之間的距離將會影響到上行信道的復用，假如準確測量各個ONu道OLT的距離并能精確的調整ONu的發送時延，則可以減小ONu發送窗口間的間隔，從而提高上行信道的利用率并減小時延。另外，測距過程應充分考慮到整個EPON的配置情況。例如，系統在工作中加入新的ONu，此時對它的測距不應對其它ONu有太大的影響。
　　
　　（3）光器件
　　由于EPON上行信道是所有ONu分時復用的，每個ONu只能在指定的時間窗口內發送數據。因此，EPON上行信道中使用的是突發信號，這就要求在ONu和OLT中使用支持突發信號的光器件。現有的大部分光器件還不能滿足這一要求，少數突發模式的光器件也只能工作在155Mbps的速率上，而且價格昂貴。可以說，這是EPON技術面臨的一大問題，但是，目前已有廠商正在研制滿足EPON要求的光器件，相信隨著EPON標準的制定，會有更多的產品出現。
　　
　　（4）突發信號的快速同步
　　由于OLT接收到的信號為突發信號，OLT必須能在很短的時間（幾個bits）內實現相位的同步，進而接收數據。這一技術與APON中使用的類似，因此可以借鑒APON的經驗。
　　
　　除此之外，下行信道安全性、如何實現QoS、如何實現VLAN和網管等也是影響EPON應用前景的問題，必須加以考慮。
　　
　　4．EPON的未來
　　EPON還處于商業開發的起始階段。盡管ATM PON在市場上略微領先，但目前的趨勢是數據業務快速增長和快速以太網、G比特以太網的地位提高，都傾向于EPON。以太網最后一公里研究組開發標準的工作已經起步，促進對FSAN最初的APON標準的升級。
　　
　　通信產業已經為主角的轉換預備了舞臺，結果將出現完全基于廣泛使用的光纖和以太網技術的設備。這種光IP以太網結構將會成為在單一網絡中捆綁傳輸話音、數據和圖像業務的主要方式。同時，這一技術會產生新的合作和戰略伙伴，內容提供商、業務提供商、網絡運營商和設備制造商都將使用Ethernet PON這種前所未有的方式傳輸通信業務。
　　
　　接入網市場在我國的快速發展有目共睹，FTTx作為針對大客戶、集團用戶的解決方案而受到青睞，隨著PON技術的規模應用和芯片成本的不斷降低，以及光纖鋪設規模的不斷擴大，PON技術將很快成為FTTx的主要接入方式之一。
　　
　　PON技術是實現FTTx最理想的寬帶接入方式，因為它是一種低成本的傳輸，可以節省光纖和光設備的費用，并可以實現寬帶數據業務與CATV（有線電視）業務的共網傳送。

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