EPON技术发展
EPON技术发展
摘要：宽带增值业务的推广，使用户对带宽的需求由原来的几兆变为几兆甚至几十兆。光纤作为传输高速率，大容量，多业务的最佳媒质，是新一代接入网的最好介质，而EPON技术是现阶段光纤接入网建设的最主流成熟的技术。
关键词：宽带接入；点到多点；EPON；ONU；OLT
中图分类号：TN915 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 11-0000-02
The Development of EPON Technology
Tang Guichen
（China Tietong Baishan Branch,Baishan134300,China）
Abstract:The promotion of broadband value-added services made it possible of transfer date from a few megabytes to even tens of megabytes.High-speed optical fiber transmissions have good characteristics on large capacity,multi-media business.It may be the best material on new generation transmissions methods.EPON technology became most mature technology mainstream nowadays.
Keywords:Broadband;Access-to-multipoint;EPON;ONU;OLT
一、无源光纤网络的发展过程
无源光纤网络为服务供应商的中心机房和商业及居民
客户之间解决了最后一公里的网络通信基础。众所周知，在接入网和本地环路中，在最后一公里的居民区范围里，电话铜线和ATV的同轴电缆的分布占有很大的优势。在城域范围内，商业用户比较集中的区域一般采用高容量的SONET环、光纤T-3线路或者基于铜线的T-1来解决用户接入问题。
一般说来，租用一条T-3（45Mbit/s）或OC-3（155Mbit/s）线路，每个月的租金至少需要20000-30000元，只有大型企业才能够负担这样高昂的费用。对于中型规模的企业，通常会选择T-1接入，月租金大约为3000元。但是大多数小规模的企业和广大住宅用户只能采用基于电话线路的窄带接入（POTS和拨号）。现在，DSL和Cable Modem作为过渡技术，提供了比较便宜的数据传输服务，但是这些技术也有其缺点，如实施比较困难，施工周期比较长，带宽受到传输距离和现有线路的质量影响较大，对话音服务支持不好等等。
虽然接入网技术的发展相对缓慢，远距离网络传输的带宽却因为波分复用（WDM）等新技术的应用而迅速增长。近来WDM已经开始渗透到城域网范围。与此同时，企业内部的局域网已经从10 Mbit/s升级到100 Mbit/s，其中很多不久还会升级到1000 Mbit/s。城域网具有巨大的带宽容量，末端用户的带宽需求也不断增长，而“最后一公里”的接入就成为了两者之间的瓶颈。根据Vertical Systems Group的调查，
在1999年，76%的美国商业用户，其公司所在位置方圆一英里范围内都有光纤接入点，但是却没有光纤连接到公司。近年来，运营商们一直在设法给网络市场的接入段提供廉价的宽带。然而，接入网中存在大量的断点。虽然在长距离传输网和城域段中的投资已经很大，但在网络的边缘却发展很慢。技术和经济的原因阻碍了接入市场上廉价宽带的采用。
二、EPON的工作原理
EPON是几种最佳的技术和网络结构的结合。EPON采用点到多点结构，无源光纤传输方式，在以太网之上提供多种业务。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，从而成为连接接入网最终用户的一种最有效的通信方法。在一个EPON 中，不需任何复杂的协议，光信号就能精确地传送到最终用户，来自最终用户的数据也能被集中传送到中心网络。在物理层，EPON使用1000BASE的以太PHY，同时在PON的传输机制上，通过新增加的MAC控制命令来控制和优化各ONU与OLT之间突发性数据通信和实时的TDM通信，在协议的第二层，EPON采用成熟的全双工以太技术，使用TDM，由于ONU在自己的时隙内发送数据报，因此没有碰撞，不需CDMA/CD，从而充分利用带宽。另外，EPON通过在MAC层中实现802.1p来提供与APON类似的QOS。?ヒ桓龅湫偷?Ethernet over PON系统由OLT、ONU、POS组
成。OLT（Optical Line Terminal）放在中心机房（CO，Central Office），ONU（Optical Network Unit）放在网络接口单元（NIU：Network Interface Unit）附近或与其合为一体。POS （Passive Optical Splitter）是无源光纤分支器，是一个连接OLT和ONU的无源设备，它的功能是分发下行数据并集中上行数据。
在一个EPON系统中，OLT既是一个交换机或路由器，又是一个多业务提供平台（MSPP），它提供面向无源光纤网络的光纤接口。根据以太网向城域和广域发展的趋势，OLT 上将提供多个Gbit/s和10Gbit/s的以太接口，支持WDM传输。为了支持其他流行的协议，OLT还支持ATM、FR以及OC3/12/48/192等速率的SONET的连接。如果需要支持传统的TDM话音，普通电话线（POTS）和其他类型的TDM通信（T1/E1）可以被复用连接到PSTN接口。OLT除了提供网络集中和接入的功能外，还可以针对用户的QoS/SLA的不同要求进行带宽分配、网络安全和管理配置。
远程业务分配控制（remote provisioning）管理可以让运营商通过对用户不同时段的不同业务需求做出响应，这样可以提高用户满意度。运营商可以通过中心管理系统（central management system）对OLT、ONU等所有网络单元设备进行管理，还可以为用户提供可管理的CPE业务。PON系统可以很灵活地根据用户的需要来动态分配带宽，例如：一个
互动游戏的开发者，平时需要5Mbit/s的带宽与其公司交流信息，而当他准备在他的网站上发行一个受欢迎的游戏时，运营商就可以在游戏发行期间，根据用户的要求，为其分配更多的带宽。
三、EPON和APON的比较
虽然EPON和APON都采用PON结构作为物理层的传输访问技术，然而两者在许多方面存在巨大的差异。在1995年，ATM技术的全盛时期，ITU（International Telecommunications Union）和FSAN（Full Services Access Network）联盟建立了ATM标准，并把它作为在PON之上的第二层的帧和封装技术。自那以后，许多设备供应商都在开发APON的产品。然而到现在，为了克服APON的一些固有弱点，设备商和运营商们的兴趣转到了EPON上。
由于难以提供OC-12以上的高带宽来满足突发式的光传送和接收需求，也由于在ONU上需要进行复杂的协议转换，APON的发展受到很大限制。众所周知，5字节的ATM 头相对于48字节的数据来说，带来超过10%的带宽损失。相反，在EPON系统中，由于高效的帧结构和对可变长度以太MAC帧的灵活支持，协议所带来的带宽损失只有2%～3%。从光传输的角度来说，ONU上行传输码速必须和PON 的线速度成比例。由于距离的差异，OLT突发模式接收器只能有很短的时间（几个字节周期）来响应单个ONU的突发
光传输以及调整相位和数据恢复。所有这些突发模式的传输都相当复杂而且设备昂贵，APON中过高的带宽的损失带来了更高的成本。
为了降低过高的系统成本，特别是对于用户单元和外部设备大大超过CO设备的容量的接入网，复杂的处理功能必须从ONU移到在CO的设备，即OLT中。APON和EPON 不同，它必须使用AAL1/2 SAR、AAL5 SAR或其他ATM技术转换所有用户端通信并传输到网络端，为了执行这些转换，需要许多额外功能的ASIC设备。从连接和流管理的方面来看，APON的ONU需要实现IP流和ATM虚连接（VPC VCC）相互间的映射功能。这同样需要额外的处理能力，从而导致更高的设备成本。另外，从总带宽上来说，APON能支持的比EPON少的多，那么每个ONU上的接口数量和连接的用户数也相应减少。相对来看，单端口的成本就增加了。
（一）实现EPON的技术难点
要实现EPON，需要解决以下技术难点：
（1）如何通过无源光纤网络来传输标准的以太协议？因为目前的以太协议是通过铜线或者点到点结构
（point-to-point）的光纤传输的，而PON是一种点到多点（point-to-multipoint）的光纤结构。
（2）如何解决光纤点到多点拓扑结构中的突发模式（burst mode）问题？因为传统的以太是基于共享介质的，
仅适合于LAN，但是不适合接入传输技术；现代的以太可以支持基于点到点的光纤结构，但是其成本高、扩展性差。
（3）由于突发模式的光信号来自不同的端点，所以可能导致光信号的偏差，如何消除这种偏差？
（4）如何为不同的用户动态地分配带宽，使得用户能够按照相应的SLA得到QOS保证?
（5）由于光信号来自远近不同的端设备（ONU），所以可能产生相应的信号冲突，如何通过距离修正的技术来消除这种冲突？
（6）如何对PON中的错误进行检测和隔离？Salira拥有十多项专利，其中一些就可以解决上述的问题。
（二）有关EPON的标准化和商业化的现状
1.标准化进程
IEEE 802.3ah工作小组从2000年11月就开始进行EPON 的标准化工作。大约有70个公司加入了这个工作小组，包括Cisco、Nortel、Worldcom、SBC、Verizon、Salira、Broadcom、Agere、Intel、BroadLight、Alcatel等等。
为了加快标准化的进程，EPON光学级的一些标准借鉴了APON的FSAN（Full Service Access Network）的标准。
完成EPON标准的制定还需要很长的时间（大约12-24个月）。如果没有标准，大型的运营商就不会进行大规模的系统实施。但是，现在主要的运营商和设备供应商（Cisco、
Nortel、Alcatel、Broadcom、Salira等）都非常看好EPON在宽带接入方面的巨大优势，他们希望有关标准化工作能尽快取得进展。
2.商业化进程
SBC宣布在2001年5月实施BPON（Broadband PON），而在2002年实施第二阶段。Verizon正在实施小规模的APON 系统，Qwest正在进行APON的试验，BellSouth正在为实现FTTH进行RF-PON的试验。
因为还没有可以实用的产品，所以目前EPON还没有试验，但是Salira已经确定与美国最大的运营商中的三家共同建立三个试验系统。
参考文献：
[1]中国电信集团.FTTx及PON网络规划方法[J].2006,1:1
[2](加)吉拉德(Girard,A.).FTTxPON技术与测试[J].人民邮电出版社,1990,1
[作者简介]唐贵臣（1963.9-），男，吉林省长春市人，大学本科，1997年12月毕业于北方交通大学，现任中国铁通白山分公司总经理，工程师。