ＥＰＯＮ技術及組網應用研究

摘要：基于以太網技術的無源光網絡(EPON)技術發展迅速，但EPON的組網和應用還存在一些問題。文章結合電信業務需求分布的實際特點，研究并提出了EPON的組網原則和組網方案選擇，包括光線路終端布放原則、分光器布放原則、光網絡單元布放原則、組網選擇。通過EPON方式組網，可有效節省電信運營商的建設成本和投資成本，且具有很好的可擴展性。

關鍵詞：基于以太網技術的無源光網絡；光纖寬帶；組網；應用

隨著電信市場競爭的日益激烈，現有的以銅纜為傳輸媒質、基于不對稱數字用戶線(ADSL)技術為基礎的寬帶接入建設模式將不能適應未來開展高清視頻、安全監控等高速率帶寬業務的需求。“光進銅退”作為實施網絡轉型和固網寬帶化的有效措施，在提高接入帶寬，提升網絡對業務的支撐能力，增強運營商的核心競爭能力方面將發揮重要作用。作為接入網新技術，基于以太網技術的無源光網絡(EPON)有效緩解了當前銅纜被盜嚴重、價格上漲較快、建設成本不斷增加的狀況。但在滿足目前高速率帶寬業務接入需求的同時，由于EPON網絡的點對多點技術特點及三重業務(VoIP、高速上網、IPTV)的開展，給EPON網絡的組網和規劃工作帶來了很多新的挑戰。

EPON將以太網技術與無源光網絡(PON)技術結合起來，其目標是用最簡單的方式實現一個點到多點拓撲結構的千兆以太網光纖接入網絡。EPON屬于IEEE以太網標準范疇，對于向全IP網絡過渡是一個很好的選擇。EPON降低了初始成本和運行成本，可以大量采用以太網技術成熟的芯片，實現簡單，相對成本低，維護簡單，容易擴展和易于升級。

1 基于以太網技術的無源光網絡應用現狀

EPON在日本、韓國等東亞地區已經大規模應用。隨著EPON互連互通測試順利完成，在中國，EPON即將如火如荼地大規模應用。尤其是2008年，將是EPON網絡應用發展最為關鍵的一年。

2007年8月，中國電信完成了對4萬線EPON設備的集中采購和《中國電信EPON設備技術要求V2.0》等相關企業標準的制訂工作。預計中國電信2008年光纖寬帶(FTTx)的建設需求會在200萬線左右。4萬線EPON設備的集采不僅激勵了中國電信各省公司的EPON網絡建設，還影響了中國其他運營商的決策。緊跟著中國電信的步伐，中國網通于2008年初也開始了首輪EPON設備招標。中國網通EPON招標主要包括約3 600套光線路終端(OLT)和89 000線光網絡單元(ONU)，其中光纜終端設備集采大大超出原計劃的2 000個[1-2]。

隨著EPON技術的成熟和試點應用，EPON必將大規模應用于電信運營城市和農村的寬帶接入和VoIP中，有效節省建設投資成本和運營成本。

2 基于以太網技術的無源光網絡技術

2.1 組成單元

PON致力于解決電信運營商中心局端、前端，或者以點到點(POP)方式到商務或家庭節點的通信，構造最后一公里的通信結構。

EPON的組成單元如圖1所示。光信號通過分光器把光纖線路終端(OLT)一根光纖下行的信號分成多路給每一個光網絡單元(ONU)，每個ONU上行的信號通過光耦合器合成在一根光纖里給OLT。因而EPON中包括無源網絡設備和有源網絡設備。無源網絡設備包括單模光纜、無源分光器/耦合器、適配器、連接器和熔接頭等。它一般放置于局外，稱為局外設備。無源網絡設備十分簡單、穩定可靠、壽命長、易于維護、價格極低。

有源網絡設備包括中心局機架設備(OLT)、光網絡單元(ONU)和設備管理系統(EMS)。中心局機架上插裝光纖線路終端、網絡界面模塊(NIM)以及交換模塊(SCM)，因此以上3種設備也統稱為中心局機架設備。

中心局機架設備提供EPON系統與服務提供商核心的數據、視頻和話音網絡的接口。它也通過設備管理系統與服務提供商的核心運行網絡相連接。

光網絡單元(ONU)給用戶提供數據、視頻和電話網絡與PON之間的接口。ONU最初的作用是接收光路信號，轉換成用戶所需的格式(以太網、IP廣播、電話、T1/E1等)。EPON獨一無二的特征是：ONU中除了終結和轉換光信號外，還提供層二、層三交換功能，它允許在ONU中內置企業級路由器。EPON同樣也適合用第三個波長傳送模擬有線電視(CATV)信號或者IP視頻。

2.2 工作原理

EPON由光纖線路終端、光分配網絡(ODN)和光網絡單元組成，采用的是樹形拓撲結構。使用上行1 310 nm和下行1 490 nm波長傳送數據和語音，CATV業務則使用1 550 nm波長承載。OLT放置在中心局端，分配和控制信道的連接，并有實時監控、管理及維護功能。ONU放置在用戶側，OLT與ONU間通過無源的光分配網絡按照1:16/1:32/1:64方式連接，系統參考配置如圖2所示[3-4]。

EPON網絡采用一點至多點的拓撲結構，取代點到點結構，大大節省了光纖的用量和管理成本。無源網絡設備代替了傳統的ATM/SONET寬帶接入系統中的中繼器、放大器和激光器，減少了中心局端所需的激光器數目，并且OLT由許多ONU用戶分擔。此外EPON利用以太網技術，采用標準以太幀，無須任何轉換就可以承載目前的主流業務——IP業務。因此EPON十分簡單、高效、建設費用低、維護費用低，最適合寬帶接入網需求。

在EPON中，從OLT到多個ONU下行傳輸數據的過程采用數據廣播方式發送。數據以變長信息包的形式從OLT下行廣播到多個ONU。依據IEEE 802.3協議，信息包最長為1 518字節。每個信息包帶有一個EPON包頭，惟一標識該信息包是發給ONU-1、ONU-2還是ONU-3。也可標識為廣播信息包發給所有ONU或發給特定的ONU組(多點傳送信息包)。當數據到達ONU時，ONU通過地址匹配，接受并識別發給它的信息包，丟棄發給其他ONU的信息包。例如，ONU-1接收信息包1、信息包2和信息包3，但只將信息包1傳輸給最終用戶1。

EPON上行數據傳輸采用時分復用技術，每個ONU上行數據分配一個專用時隙，使得在數據匯合到公共光纖的時候，從ONU來的信息包不會互相干擾。例如，ONU-1信息包在第一個時間間隙傳輸，ONU-2信息包在第二個非重疊的時間間隙傳輸，而ONU-3信息包在第三個非重疊的時間間隙傳輸。

2.3 技術進展與標準化情況

EPON是IEEE組織推出并持續致力研究的技術。EPON基于吉比特以太網的無源光網絡技術，繼承了以太網的低成本和易用性以及光網絡的高帶寬。EPON是當前實現光接入網眾多技術中性價比相對較高的一種。2004年IEEE正式發布了EPON國際標準IEEE 802.3ah，該標準規定了EPON的物理層、多點控制協議(MPCP)、運行管理維護(OAM)等相關內容。目前，EPON的產業聯盟已經吸引了眾多廠商的積極參與，從核心芯片、光模塊到系統，EPON的產業鏈已經日趨成熟。中國技術人員積極制訂適合中國發展需求的EPON系列相關行業標準。目前，已經發布的標準有：YD/T 1475-2006接入網技術要求——基于以太網方式的無源光網絡(EPON)，2006年6月發布；YD/T 1531-2006接入網設備測試方法——基于以太網方式的無源光網絡，2006年12月發布。

在由EPON系統芯片的領導供應商Teknovus和工業與信息化部(原信息產業部)電信傳輸研究所共同主辦的《10G及2.5G EPON新技術研討會》上，IEEE 10G EPON工作組主席Glen Kramer同時作為Teknovus公司首席科學家，宣布IEEE將在2008年基本完成10G EPON標準的制訂，之后，再經過內部有關的審核批準，預計會在2009年年中正式發布，并宣布Teknovus的10G EPON系統將在2008年推出[5-6]。

3 基于以太網技術的無源光網絡的組網應用

3.1 光線路終端布放原則

光線路終端布放位置一般有以3種方式：

(1)OLT放置于中心機房(CO，即交換機房、數據機房等現有機房)，其特點為覆蓋范圍大，便于操作和管理，適于早期用戶比較少或集中管理的場景。

(2)遠端中心機房，其特點為覆蓋范圍適中，便于操作和管理，同時兼顧容量和資源。

(3)戶外機房或小區機房，其特點為節省光纖，但管理和維護困難，覆蓋范圍比較小，需要解決供電問題，一般不建議采用這種方式。

OLT位置的選擇，主要取決于實際的應用場景，一般建議將OLT放置于中心機房，便于維護與管理，節省運維成本，同時便于資源共享，節省資源。

3.2 分光器布放方式

分光器可采用一級或多級分光，分光方式一般采用等功率方式，也可采用不等功率的方式，主要取決于地形和潛在用戶分布等因素的影響。

(1)一級分光適用于密型布局。分光器采用一級分光時PON端口一次利用率高，易于維護，其典型應用于需求密集的城鎮，如大型住宅區或商業區。

(2)二級分光，適用于稀疏型布局。分光器采用二級分光時，故障點增加，維護成本高，熔接點/接頭增加，分布較靈活。典型應用于需求分散的城鎮，如小型住宅區或中小城市。

(3)多級分光，適用于稀疏型布局。分光器采用多級分光時，同樣故障點增加，維護成本很高，熔接點/接頭增加，分布非常靈活，其典型應用于成帶狀分布的農村或商業街。

對于城市住宅小區等環境的應用，由于業務分布比較均勻，一般采用等功率分光。對于農村、礦區、沿海或河床的養殖基地、商業街等特殊環境的應用，由于業務分布極不均勻，可采用不等功率分光。

3.3 分光器布放原則

分光器放置于中心機房，便于管理和維護，但由于光纖量比較大，網絡彈性不足，實施費用比較高，沒有充分發揮PON網絡的優勢。

分光器放置于遠端中心機房，集中分光，便于安裝；網絡結構比較簡單；用戶密度比較高時，總的建設費用較低。

分光器放置于地下室，節省光纜，充分發揮了EPON的優勢，建設費用很低，但管理與維護工作量較大。

3.4 光網絡單元布放原則

根據ONU布放的位置，可將EPON分為以下幾種場景：光纖到戶(FTTH)、光纖到大樓(FTTB)、光纖到節點(FTTN)等。

(1)FTTH方式

FTTH即光纖到戶方式適用于用戶居住比較分散且用戶對帶寬的要求較高的區域，如別墅區，而且開發商有積極性參與網絡建設。此時組網方式一般采用從局端的OLT引出光纜到別墅區，在別墅區內一個相對中心位置放置分光器，然后通過小芯數管道光纜或新型的小芯數直埋光纜連至用戶家中的ONU，可以根據用戶需求在用戶家中連接交換機或集線器(HUB)供多個設備連接。

(2)FTTB方式

FTTB方式適用于在單棟商務樓用戶相對數量不多、帶寬要求不高的場景。一般的組網方式為從局端OLT引出光纜到商務樓附近的光纜交接箱，在光纜交接箱中放置分光器，從交接箱引光纜至大樓。ONU放置在大樓交接間，通過交換機為樓內用戶提供寬帶上網業務。在這種情況下，建設時需要根據用戶帶寬需求及數量選擇合理的分路比。

(3)FTTN方式

FTTN方式FTTN則是帶寬與投資的折衷，FTTN在滿足用戶帶寬需要的前提下，采用最新的數字用戶線(DSL)技術，盡量使用長的雙絞線，以提高ADSL接入復用器(DSLAM)節點的用戶容量，從而減少節點數量，減少投資和維護成本。

3.5 組網選擇

利用EPON技術是實現光纖到駐地(FTTP)的有效網絡解決方案，根據目前各運營商對于信息化的需求來看，大致可分為住宅小區、工業區、商業街區和邊遠地區、特殊應用幾種接入方式，下面將逐一進行分析。

(1)住宅小區

對于新建住宅小區，宜采用FTTH或FTTB，ONU可設置在用戶端或樓道，分光器設置于樓道或小區機房或地下室。對于老住宅小區，一般存在DSL或樓道交換機，宜采用FTTB或FTTN+DSL或局域網(LAN)的方式，可利用原有DSL或LAN的線路與設備，節省投資。分光器設置于小區機房或地下室。不管是新建小區還是老小區，OLT宜放置于中心機房，分光方式宜采用等功率分光方式，一般采用一級分光，若需求比較分散，也可采用二級分光。

(2)工業區

工業區一般均為企業用戶，建議將ONU設置在企業的接入機房，結合其內部交換機完成各類業務的接入，這種模式類似于小區接入中的FTTB模式。由于工業區的需求一般比較密集，建議分光方式采用等功率分光方式，采用一級分光，方便管理與維護。OLT宜放置于中心機房，分光器設置于機房或光交接箱，充分利用現有線纜。考慮到工業區用戶比較重要，EPON主干宜采用雙路保護。

(3)商務街或別墅

商務街區的特點是沿街分布眾多的商務樓，樓內分布著多家公司，因此一般將ONU設置到公司，即光纖到辦公室(FTTO)，ONU通過交換機或路由器與公司內部網相連。分光器宜放置于樓內綜合信息箱。別墅的特點是比較分散，且每戶業務帶寬需求較高，每戶一般有家庭網，因此一般將ONU設置到用戶家，即FTTH，分光器宜放置于室外光交接箱。對于這兩種情況，EPON的布局相似，OLT宜放置于中心機房，建議分光方式采用等功率分光方式，采用一級分光，方便管理與維護。

考慮到商務街或別墅用戶的每個用戶的平均收入(ARPU)值比較高，EPON主干宜采用雙路保護。

(4)在邊遠地區接入點的應用

對于距離已有傳輸接入點較遠、用戶相對集中的邊遠地區，采用EPON技術將能夠很好地發揮其技術優勢。在用戶集中的區域設置分光器，ONU設置在用戶接入點，利用ONU豐富的接口就可利用極少量的光纜解決眾多用戶的各類業務需求。

考慮到EPON的接入距離一般在20 km以內，OLT宜放置于遠端中心機房，如果距離還受限，可適當將OLT下移或利用少分光比分路器或不等功率分光的方式。在邊遠地區，用戶業務需求一般比較分散，一般采用二級分光或多級分光。

對于礦區、沿海或河床的養殖基地、狹長商業街等特殊應用場景，業務分布極不均勻，呈帶狀或鏈狀分布的，如果采用傳統的等功率方式，功率預算不能滿足要求時，建議采用多級不等功率分光方式。如圖3所示。最遠的ONU距OLT距離超過了20 km的距離限制。這里需要重點說明的是需進行詳細的功率預算，并需要留有一定的功率預算富裕度(2 dB左右)。

(5)EPON組網誤區

為了節省光纜的投資，一般思維飼在業務需求集中點分叉的地方設置分光器。這樣就存在幾個問題：

(1)增加分光器，就增加了故障點和運維、管理復雜度。

(2)增加分光器就增加了插入損耗，嚴重影響EPON的覆蓋范圍。

基于上述原因，為了節省光纜的建設成本，同時減少分光器的損耗，在分叉路口盡量多采用分纖器，少用分光器。

4 結束語

利用本文提出的EPON組網方式，可節省EPON的建設成本和運維成本，同時，也方便EPON網絡的管理與維護。EPON技術成熟，在中國已順利完成多次互通測試，目前應用的主要問題在設備穩定性、組網和運維等問題，而這些問題是對于任何新技術都面臨的問題。EPON的成本優勢必將隨著規模應用逐漸體現出來。

5 參考文獻

[1] 網通緊隨電信10月進行EPON設備集采 [J]. 電信情報， 2007(16):10-11.

[2] 徐洋. 中國電信EPON二次招標在即，集采有望達200萬線[N]. 中國電子報， 2008-03-25.

[3] YD/T 1475—2006.接入網技術要求——基于以太網方式的無源光網絡(EPON)[S].2006.

[4] KRAMER G， PESAVENTO G. Ethernet passive optical network (EPON): Building a next- generation optical access network [J]. IEEE Communications Magazine， 2002， 40 (2): 66-73.

[5] 2009年IEEE將發布10G EPON標準 [EB/OL]. [2007-12-28]. http://www.c114.net/ftth/ 316/a250501.html.

[6] IEEE“10G EPON”工作組主席宣布10G EPON標準將在2009年發布 [J]. 有線電視技術， 2008 (1):130.

收稿日期：2008-05-15

作者簡介

唐建軍，畢業于北京郵電大學電信工程學院，博士。現工作于中國電信股份有限公司北京研究院網絡運營支撐中心，主要研究領域為傳送與寬帶接入網絡。參與多項國家高技術研究發展計劃資助項目(“863”計劃)、國家教育部科學基金資助項目、國家自然科學基金資助項目，已在核心期刊發表論文10余篇。