EPON光路设计详解
无源光网络PON概述(EPON)
PON技术发展历程
• • • • • 上世纪90年代初提出PON概念 1995年成立FSAN（Full Service Access Networks)组织 1996年ITU-T颁布G.982 (PON标准建议） 1998年ITU-T 颁布G.983（APON标准建议） 2000年12月成立IEEE 802.3ah工作组，制定EPON标准 建议 2003年3月ITU-T颁布G.984（GPON标准建议） 上世纪90年代末APON开始商用 2003年6月 美国三大运营商开始APON招标 2003年8月日本NTT开始EPON招标 2005年中国电信开始测试并部署EPON试验网
– 初始化模式用来检测新连接的ONU，测量环路延时和ONU的MAC 地址 – 普通模式给所有已经初始化的ONU分配传输带宽
MPCP帧格式
五种类型的MPCP帧 GATE（OLT发出）
REPORT（ONU发出）
允许接收到GATE帧的ONU立即或 者在指定的时间段发送数据 向OLT报告ONU的状态，包括该 ONU同步于哪一个时间戳、以及是 否有数据需要发送。 在注册规程处理过程中请求注册。
• 在discovery过程中OLT的执 行动作：
自动测距
• 补偿因ONU距离不同而产生的时延差异：RTT（Round Trip Time） – 在注册过程中，ONU对新加入的ONU启动测距过程 – OLT使用RTT来调整每个ONU的授权时间 – OLT也可以在任何收到MPCP PDU的时候启动测距功能。 • 使用注册冲突避让： – 在EPON系统中，解决ONU的注册冲突的方案有两种：随机延迟 时间法和随机跳过开窗法。
为什么选择PON？
<1Mbps 接入技术 3M
EPON光纤网络设计概述
EPON光网络设计规范一、OLT/ONU光发射、接收模块的基本参数：EPON系统是采用双波长单纤双向的方式进行通讯，OLT至ONU使用1490nm波长，ONU至OLT使用1310nm波长。
根据相关标准，每个OLT最多能够支持32个ONU。
EPON的上、下行速率均为1 Gb/s（由于其物理层编码方式为8B/10B码，其线路码速率为1.25Gb/s），所以每个ONU平均可用带宽是32Mb/s。
在光网络设计中，OLT/ONU的技术参数是网络设计的基础数据。
一般情况下，各生产厂家的产品分为10KM和20KM两种，有不同的发射功率和接收范围，而且由于采用的光器件不同，各指标有有所变化：二、光分路器分路器是EPON系统中不可缺少的无源光纤分支器件。
它把由光纤输入的光信号按比例将功率分配到若干输出用户线光纤上，一般有1分2、1分4、1分8、1分16、1分32五种分支比。
对于1分2的分支比，功率会有平均分配（50:50）和非平均分配（5:95、40:60、25:75）多种类型。
而对于其他分支比，功率会平均分配到若干输出用户光纤去。
对于上行传输，分光器把用户线光纤上传光信号耦合到馈线光纤并传输至光线路终端（OLT）。
分光器不需要外部能源，会增加光功率损耗，这主要是由于它们对入射光进行分光，分割了输入（下行）功率的缘故。
这种损耗称为分光器损耗或分束比，通常以dB 表示，并且主要由输出端口的数量决定。
运营商可按照组网不同采用不同规格的分光器。
下面是几种分路器的基本参数：三、光路的设计1、干线、支干线光缆设计OLT一般放置在分前端机房。
光缆的路由选择可以基本按照原有线电视网络设计的原则，光分路器的位置应在需要接入用户的中心位置，以便使用等分比的分路器。
由于EPON本身的技术特点，干线并不需要很多的光芯，干线的芯数与ONU 的数量是成若干倍的收敛。
如：同一路由上的A、B二个住宅区，每个区计划建设16个ONU，则，进每个小区的支干线光缆最少需要1芯，1分2分路器之前的光缆最少需要1芯。
EPON的光链路和诊断技术分析
EPON的光链路和诊断技术分析近年来，各大运营商接入网FTTx建设的推进取得了显著的成效。
然而，随着PON网络规模的持续扩大，接入节点的数量也随之剧增，庞大的接入节点带来的电源保障、链路中断、设备故障等问题，给FTTx的日常维护和故障处理带来了不小的压力。
如何提高FTTx的维护效率、降低OPEX将是未来FTTx建设的关键问题之一。
尤其是随着接入点下移，使得接入设备走出机房，安装在各种自然场景中，温湿度、电源、网点封闭性等相比原有设备环境急剧下降，EPON光链路的维护问题尤其突出。
EPON的光链路诊断问题在链路维护方面，GPON的可维护性协议定义原本比EPON要严格和完善。
然而，近年来，得益于EPON的规模商用进展，在设备层面，EPON的OAM和保护倒换能力已经优于GPON设备。
本文重点讨论EPON的光链路保护和远程诊断管理等相关功能及UT斯达康相应管理系统的实现。
PON系统中，检测由ONU引入的EPON光路异常是很重要的OAM功能。
这是因为，PON系统中，上行数据传送是通过TDMA时分复用方式实现的，每一个ONU获取可用时槽后向OLT发送数据。
正常工作时的PON上行业务流分配过程。
ONU3配线光纤可能故障导致OLT侧接收光功率异常，。
若某ONU上行数据传输异常，例如占用过多时槽或连续发送数据，则此故障ONU会影响同一PON口下的其他所有ONU，。
实际运行中，PON链路光纤传输质量可能因老化而逐步下降。
此时系统应能提前检测出有问题的光纤，以避免对用户业务造成影响。
因此，EPON系统中，检测到由ONU引入的光路异常是非常重要的功能。
EPON维护系统需要能够发现并隔离故障ONU或链路，保证系统的正常运行。
在此基础上，UT斯达康提供强大的故障分析和预警能力，为系统维护提供进一步的便利。
EPON光链路的维护作为支持大范围光路覆盖的下一代FTTx接入技术，PON系统ODN的可维护能力是降低整体OPEX的关键。
EPON光路设计
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分光器简介:
分光器是EPON系统中不可缺少的无源光纤分支器件。作为连接OLT设备和ONU 用户终端的无源设备，它把由馈线光纤输入的光信号按功率分配到若干输出 用户线光纤上，一般有1分2、1分4、1分8、1分16、1分32五种分支比。对于1 分2的分支比，功率会有平均分配（50:50）和非平均分配（5:95、40:60、 25:75）多种类型。而对于其他分支比，功率会平均分配到若干输出用户光纤 去。对于上行传输，分光器把用户线光纤上传光信号耦合到馈线光纤并传输 至光线路终端（OLT）。 分光器不需要外部能源，仅需要入射光束，但会增加光功率损耗，这主要是 由于它们对入射光进行分光，分割了输入（下行）功率的缘故。这种损耗称 为分光器损耗或分束比，通常以dB 表示，并且主要由输出端口的数量决定。 运营商可按照组网不同采用不同规格的分光器。 注意：下列表格仅描述我司提供的分光器规格，如有其它分支比，外形尺寸， 连接类型等方面的客户要求，可向其它分光器厂商定制。分光器已属标准件， 唯一要求就是定制的分光器工作波长必须符合下列表格要求。
网吧
网吧
分光器
ONU 网吧
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功率单位:
dB是功率增益的单位， 一个纯计数单位：dB = 10logX。表示一个相对值。当计算A 的功率相比于B大或小多少个dB时，可按公式10 lg A/B计算。例如：A功率比B功率大 一倍，那么10 lg A/B = 10 lg 2 = 3dB。也就是说，A的功率比B的功率大3dB；如果 A的功率为46dBm，B的功率为40dBm，则可以说，A比B大6dB；如果A天线为12dBd，B天 线为14dBd，可以说A比B小2dB。 dBm是一个表示功率绝对值的单位， dBm 定义的是 miliwatt。 0 dBm = 10log1 mw； 计算公式为：10lg功率值/1mW。例如：如果发射功率为1mW，按dBm单位进行折算后的 值应为：10 lg 1mW/1mW = 0dBm；对于40W的功率,则10 lg(40W/1mW)=46dBm 用一个dBm 减另外一个dBm时，得到的结果是dB。如：30dBm - 0dBm = 30dB。 一般来讲，在工程中，dB和dB之间只有加减，没有乘除。而用得最多的是减法：dBm 减 dBm 实际上是两个功率相除，信号功率和噪声功率相除就是信噪比（SNR）。
EPON光网络设计规范标准
EPON光网络设计规一、OLT/ONU光发射、接收模块的基本参数：EPON系统是采用双波长单纤双向的方式进行通讯，OLT至ONU使用1490nm 波长，ONU至OLT使用1310nm波长。
根据相关标准，每个OLT最多能够支持32个ONU。
EPON的上、下行速率均为1 Gb/s（由于其物理层编码方式为8B/10B码，其线路码速率为1.25Gb/s），所以每个ONU平均可用带宽是32Mb/s。
在光网络设计中，OLT/ONU的技术参数是网络设计的基础数据。
一般情况下，各生产厂家的产品分为10KM和20KM两种，有不同的发射功率和接收围，而且由于采用的光器件不同，各指标有有所变化：二、光分路器分路器是EPON系统中不可缺少的无源光纤分支器件。
它把由光纤输入的光信号按比例将功率分配到若干输出用户线光纤上，一般有1分2、1分4、1分8、1分16、1分32五种分支比。
对于1分2的分支比，功率会有平均分配（50:50）和非平均分配（5:95、40:60、25:75）多种类型。
而对于其他分支比，功率会平均分配到若干输出用户光纤去。
对于上行传输，分光器把用户线光纤上传光信号耦合到馈线光纤并传输至光线路终端（OLT）。
分光器不需要外部能源，会增加光功率损耗，这主要是由于它们对入射光进行分光，分割了输入（下行）功率的缘故。
这种损耗称为分光器损耗或分束比，通常以dB 表示，并且主要由输出端口的数量决定。
运营商可按照组网不同采用不同规格的分光器。
下面是几种分路器的基本参数：三、光路的设计1、干线、支干线光缆设计OLT一般放置在分前端机房。
光缆的路由选择可以基本按照原有线电视网络设计的原则，光分路器的位置应在需要接入用户的中心位置，以便使用等分比的分路器。
由于EPON本身的技术特点，干线并不需要很多的光芯，干线的芯数与ONU 的数量是成若干倍的收敛。
如：同一路由上的A、B二个住宅区，每个区计划建设16个ONU，则，进每个小区的支干线光缆最少需要1芯，1分2分路器之前的光缆最少需要1芯。
EPON光路编码及命名规则
EPON光路编码及命名规则
在PON 网络中，光信号经过OBD 时经过复接进行分路，形成树状的光路连接结构，为
便于管理，将树状结构的光路连接进行分层：OLT 到第一次OBD 之间的光路称作主光路，
OBD 到OBD 之间或OBD 到ONU 之间的光路称作接入光路或子光路。
【命名】
光路在本地网唯一命名，格式如下：
起始点 - 终止点 / E 序号后缀
说明：
起始点：采用光路始端所在站点或设备命名；
终止点：采用光路终端所在站点或设备命名；
E：EPON 光路符号；
序号：在同一对局站或机站之间的多条光路的编号，从0001开始编号，对应编码中的序号。
后缀：主光路后缀为M，子光路后缀为A。
如：中山街olt-金山花园obd/E0001M
EPON光路的命名中可以看出该条光路为主光路还是子光路。
【编码】
（1）编码可体现出主光路与子光路之间的关系
（2）其编号格式如下：
E 日期（年月日）序号
说明：
E：EPON 光路符号；
日期（年月日）：采用两位年、两位月、两位日一共6位数字表
示，如091127；
序号：在同一天内配置产生的光路，从0001开始编号。
如：E0911270001
子光路编码在主光路后加“-”和序号。
例：
一级子光路编码：E0911270001-1, E0911270001-16
二级子光路编码：E0911270001-1-1, E0911270001-16-16。
EPON基本原理
EPON基本原理一、EPON系统简介以太网无源光纤网络（EPON）是一种采用点到多点（P2MP）结构的单纤双向光接入网络，其典型拓扑结构如下图所示：OLTONU1ONU2ONUn 1:n无源光分路器ODNSNIUNI IF PONIF PONSNI：业务节点接口UNI：用户网络接口IF PON：PON专用接口图1 EPON系统EPON系统由局侧的光线路终端（OLT）、用户侧的光网络单元（ONU）和光分配网络（ODN）组成，为单纤双向系统。
在下行方向（OLT到ONU），OLT发送的信号通过一个1:n的无源光分路器（或几个分路器的级联）到达各个ONU；在上行方向（ONU到OLT），一个ONU发送的信号只会到达OLT，而不会到达其他ONU。
为了避免数据冲突并提高网络利用效率，上行方向采用TDMA多址接入方式并对各ONU的数据发送进行仲裁。
二、EPON传输原理EPON系统采用WDM技术，实现单纤双向传输。
其中上行波长1310nm，下行波长1490nm,用于传递数据业务。
另外光纤上还可以传送1550nm的波长，这个波长主要是用来传递CATV信号。
图2 EPON上下行传输EPON 从OLT 到多个ONU 下行传输数据和从多个ONU到OLT上行数据传输是十分不同的。
下行传输从OLT 到多个ONU 以广播式下行（时分复用技术TDM ）每一个数据帧的帧头包含前面注册时分配的、特定ONU 的逻辑链路标识（LLID ），该标识表明本数据帧是给ONU（ONU1 、ONU2 、ONU3......ONUn ）中的唯一一个。
另外，部分数据帧可以是给所有的ONU（广播式）或者特殊的一组ONU（组播）。
如下图，ONU1 收到包1、2、3，但是它仅仅发送包1 给终端用户1 ，丢弃包2和包3。
图3 EPON下行传输上行传输从多个ONU到OLT上行数据，采用时分多址接入技术（TDMA ）分时隙给ONU 传输上行流量。
当ONU 在注册时成功后，OLT会给ONU分配特定的带宽。
EPON
EPON技术1.E PON产生背景PON指在光线路终端(opticallinetermination,OLT)和光网络单元(opticalnetworkunit,ONU)之间的光分配网(opticaldistributionnetwork,ODN)没有任何有源电子设备.主要采用光无源器件进行连接和交换.它是一种点到多点的光纤传输和接入技术,下行一般采用广播方式,上行一般采用时分多址方式,可以灵活地组成树型、星型和总线型等拓朴结构,在光分支点不需要节点设备,只需要安装一个简单的光分支器即可.具有节省光缆资源、带宽资源共享、节省机房投资、设备安全性高、建网速度快和综合建网成本低等优点.以PON技术为依托,根据在数据链路层所采用的不同技术,PON又可分为:基于SONET的SPON;基于ATM的APON;基于Ethernet的EPON.其中E2PON技术最为人们所看好.EPON的概念于2000年底提出.IEEE在2000年底成立了EFM工作组,试图引入一种新的接入技术标准-EthernetPON,它的提出主要是人们对接入网低价格和高带宽的追求,而EPON技术恰恰可以满足这方面的要求.因为它不仅可以提供1G的带宽,且不需使用像ATM交换机那样昂贵的设备,还可与以太网兼容.随着QOS技术如多协议标签交换(MPLS)技术的出炉,它能较好的满足传输实时性数据的要求.因此,EPON技术被认为是目前解决接入网“瓶颈”的较佳方案.2.E PON简介和基本原理EPON简单的说，就是无源光网络。
以太网无源光网络（EthernetPassiveOpticalNetwork，EPON）是一种新型的光纤接入网技术，它采用点到多点结构、无源光纤传输，在以太网之上提供多种业务。
它在物理层采用了PON技术，在链路层使用以太网协议，利用PON的拓扑结构实现了以太网的接入。
因此，它综合了PON技术和以太网技术的优点：低成本；高带宽；扩展性强，灵活快速的服务重组；与现有以太网的兼容性；方便的管理等等。
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1:32
均分
18.7
SC/UPC
B包含接头衰 减）
名称
工作波长 范围
分支 比
功率分 配比
外形尺寸（mm）
连接类型
光分路器-单模-1×2－ 5%&95%-SC/PC（拉锥工艺）
1310+/-40 1520+/-40
1:2
5:95
15.0dB(5%) 0.6dB(95%)
－24dBm
－27dBm
－24dBm
－1dBm
接收饱和度 －3～2dBm 发射光功率
－3dBm
－6dBm
－3dBm
－1～4dBm
EPON总线形组网示意图
OLT （使用20KM光模 块）
分光器
局端
ONU
分光器
ONU ONU 营业所
营业所
营业所
分光器
ONU 营业所
功率单位:
dB是功率增益的单位， 一个纯计数单位：dB = 10logX。表示一个相对值。当计算A 的功率相比于B大或小多少个dB时，可按公式10 lg A/B计算。例如：A功率比B功率大 一倍，那么10 lg A/B = 10 lg 2 = 3dB。也就是说，A的功率比B的功率大3dB；如果 A的功率为46dBm，B的功率为40dBm，则可以说，A比B大6dB；如果A天线为12dBd，B天 线为14dBd，可以说A比B小2dB。 dBm是一个表示功率绝对值的单位， dBm 定义的是 miliwatt。 0 dBm = 10log1 mw； 计算公式为：10lg功率值/1mW。例如：如果发射功率为1mW，按dBm单位进行折算后的 值应为：10 lg 1mW/1mW = 0dBm；对于40W的功率,则10 lg(40W/1mW)=46dBm 用一个dBm 减另外一个dBm时，得到的结果是dB。如：30dBm - 0dBm = 30dB。 一般来讲，在工程中，dB和dB之间只有加减，没有乘除。而用得最多的是减法：dBm 减 dBm 实际上是两个功率相除，信号功率和噪声功率相除就是信噪比（SNR）。
分光器简介:
分光器是EPON系统中不可缺少的无源光纤分支器件。作为连接OLT设备和ONU 用户终端的无源设备，它把由馈线光纤输入的光信号按功率分配到若干输出 用户线光纤上，一般有1分2、1分4、1分8、1分16、1分32五种分支比。对于1 分2的分支比，功率会有平均分配（50:50）和非平均分配（5:95、40:60、 25:75）多种类型。而对于其他分支比，功率会平均分配到若干输出用户光纤 去。对于上行传输，分光器把用户线光纤上传光信号耦合到馈线光纤并传输 至光线路终端（OLT）。 分光器不需要外部能源，仅需要入射光束，但会增加光功率损耗，这主要是 由于它们对入射光进行分光，分割了输入（下行）功率的缘故。这种损耗称 为分光器损耗或分束比，通常以dB 表示，并且主要由输出端口的数量决定。 运营商可按照组网不同采用不同规格的分光器。 注意：下列表格仅描述我司提供的分光器规格，如有其它分支比，外形尺寸， 连接类型等方面的客户要求，可向其它分光器厂商定制。分光器已属标准件， 唯一要求就是定制的分光器工作波长必须符合下列表格要求。
光分路器-单模-1×16－ 均分-SC/PC（拉锥工艺） 光分路器-单模-1×32－ 均分-SC/PC（拉锥工艺）
1310+/-40 1520+/-40
1310+/-40 1520+/-40 1310+/-40 1520+/-40
1:8
均分
11.0
小于 135mm×96mm×18mm
小于 160mm×120mm×18m m 小于 120mm×160mm×20m m 小于 120mm×160mm×20m m 小于 483mm×297mm×48m m 1U机架式
分光器规格3:
上述分光器应用环境要求 使用环境：-30~65℃，RH 5-95% 如果产品用在室外（例如下水道/室外机箱），需要防霉、避免阳光直晒、 太潮湿、或与其他热源靠得太近，有些地区还需要防盐雾等。 最好光纤加上其他的防护措施，防止鼠咬。
分光器所处位置不易被其他物体碰撞，不易被人够着，以免被人为破坏； 尾纤支持抗拉伸能力： <= 5 牛顿 防水设计： 必须放置在防水、防尘密封型容器中。 防电设计： 抗雷击和电网高压 使用寿命： >= 10年
现可提供室外型分光器，可安装在人井，路边，电线杆等地方，防水防 腐蚀，现有1：16，1：32两种，详细信息可参考《室外光分路器单元用 户手册》
OLT/ONU光模块参数:
参数项目
10KMOLT光模块典 型值
10KMONU光模块典 型值
20KMOLT光模块典 型值
20KMONU光模块 典型值
－24dBm 接收灵敏度
SC/PC
1:16
均分
15.0
SC/PC
1:32
均分
18.7
SC/PC
光分路器-单模-2×32－ 1310+/-40 均分-SC/PC-（拉锥工艺） 1520+/-40 光分路器-单模-1×32－ 均分-SC/PC-1U盒子（拉 锥工艺）
1:32
均分
18.7
SC/PC
1310+/-40 1520+/-40
1:2
40:60
5.0dB(40%) 3.0dB(60%)
小于 90mm×20mm×10mm
SC/PC
光分路器-单模-1×2－ 1310+/-40 25%&75%-SC/PC（拉锥工艺） 1520+/-40
1:2
25:75
7.2dB(25%) 1.9dB(75%)
小于 90mm×20mm×10mm
SC/PC
小于 90mm×20mm×10mm
SC/PC
光分路器-单模-1×2－均分 -SC/PC（拉锥工艺）
1310+/-40 1520+/-40
1:2
50:50
3.8
小于 90mm×20mm×10mm
SC/PC
光分路器-单模-1×2－ 1310+/-40 40%&60%-SC/PC（拉锥工艺） 1520+/-40
分光器规格1:
名称 工作波长 范围 1310+/-40 1520+/-40 分支比 功率分 配比 最大插入损耗（单 位：dB包含接头衰 减） 7.8 外形尺寸（mm） 连接类型
光分路器-单模-1×4－均 分-SC/PC（拉锥工艺）
1:4
均分
小于 110mm×80mm×10mm
SC/PC
光分路器-单模-1×8－均 分-SC/PC（拉锥工艺）