以太無源光網絡在配網中的運用

摘 要：本文以無源光網絡技術為基礎，介紹了以太無源光網絡作為第三代光纖通訊技術的原理，組成以及特點，就現在配電網絡典型的通訊方案，無源光網絡技術引進運用于配電網絡，增加通訊的穩定和可輕易擴容性，使其組網結構靈活多樣，比較適合現在我國各城市配電網絡構架多樣性的要求。并且采用全網雙光纖保護和抗多點失效技術，大大提高了以太無源光網絡運用于配電網絡里的穩定和可靠性。

關鍵詞：配網；以太無源光網絡；運用

中圖分類號： TM711 文獻標識碼：A

以太無源光網絡（EthernetPassiveOpticalNetworking，EPON），這個技術不僅提供了千兆傳輸帶寬，同時價格低且穩定，幾乎成了以太網絡的代名詞，主要的系統服務供應商已經在開發EPON系統并與下一代的寬帶接入技術相結合。

一個無源光網絡是單一且光纖共享，同時并使用便宜的分光器，把信號從單一光纖分散至獨立的用戶，之所以被稱呼為“無源光網絡”是因為有別于傳統的電信機房局端及客戶端的連接，這其中并沒有一個有源電子設備裝置介于該接入網絡之間，這樣的優勢大大的簡化了網絡系統的操作、維護及成本，另一個優點為相比于一個點對點的光纖網絡中，其所使用的光纖并不需要很多。

2.原理組成和特點

使用以太網絡技術創造一個無源光纖網絡的架構，無源以太光網絡為點對多點的光纖拓樸結構，當用戶連接至特定分配光纖，它們共享光纖配送網絡（OpticalDistributionNetwork，ODN），藉由骨干光纖回到電信機房局端。

對于低光纖數的需求是可以想象的傳統的點對點的以太網絡路，路邊交換機（Curb -Switched）以太網絡及EPON間的不同。點對點的以太網絡可能使用N條或2N條的光纖，但必須使用2N個光收發器，而終端交換機以太網絡則使用一條骨干光纖。如此是可以節省光纖及電信機房所占用的空間，但仍需使用2N+2個光收發器，且必須供應電力給交換機來使用。

EPON也使用一個骨干光纖、最少的光纖及占用電信機房較小的空間，同時只需N+1個光收發器，另外也不需要額外的電力，下行的傳輸速率幾乎達其全速的骨干連接，它同時也支持下行串行廣播。

EPON網絡包括光線路終端（OpticalLineTerminal，OLT）及光網絡單元（OpticalNetwork Unit，ONU）。一般而言，OLT存在于局端電信機房（Central Office，CO），多為以太網絡交換機或媒體轉換器平臺，ONU則多置于靠近客戶端，如路邊、建筑物或用戶住處，ONU則提供802.3ah WAN接口及802.3ah客戶端接口。

使用分光器

EPON規劃了在單一光纖上作全雙工傳輸，并以點對多點的拓樸架構呈現，用戶只看到自己與局端間的傳輸，而非其它在該拓樸架構的用戶。EPON系統使用了分光器（splitter），利用不同的光波長來進行上行串行傳輸及下行串行傳輸，其波長如下：

--1490nm下行串行傳輸，1310nm上行串行傳輸。

采用多點控制協議MPCP

為了管理點對多點（P2MP）光纖網絡，EPON使用多點控制協議（Multi-PointControlProtocol，MPCP）。MPCP執行帶寬管理工作，包括帶寬的詢問、自動發現和排序，它在MAC層實現這些功能，利用了64位的控制信息：

--GATEandREPORT字段用在分配及給予帶寬

--REGISTER和REGISTER_REQUEST字段使用在控制自動發現ONU過程

MPCP提供了接通網絡資源的最佳化，自動化排序的機制減少了帶寬松散的問題，而ONU自動回報帶寬需求給OLT的機制用以實現動態帶寬分配 （DynamicBandwidthAllocation，DBA），光收發器的參數藉由OLT與ONU的交流機制而達到最佳化的目的。

解析OLT和ONU的操作

OLT負責自動發現ONU的過程，其中包含了帶寬排序和LogicalLinkIDs（LLID）的指定，利用時間標記字段在下行傳輸的GATEMAC 控制信息，可達到ONU與OLT同步的功能，ONU接收GATE信息并傳送 REGISTER_REQUEST信息，在預定的時間周期內將其注冊到OLT， OLT利用REGISTER信息回復給ONU，用以指明認可ONU的注冊。

EPON下行串行傳輸

EPON網絡控制802.3架構的物理層廣播，如圖3所示，廣播幀被LLID在預傳時間所摘取，一個64位的GATE信息被送到下行串行傳輸來分配帶寬。

EPON上行串行傳輸

無源光網絡在配電上運用

（1）典型通信建設方案

確定電力用戶用電信息采集系統數據傳輸通信信道的應用時應按以下優先原則進行：

第一，市區和城鎮首先選擇專用光纖網絡；

第二，可應用公共營運商提供的GPRS/CDMA通信網絡，構建虛擬專用數傳通信網絡；

第三，利用供電企業現有的230MHz無線專網資源。

光纖通信：以光波作為信息載體的通信手段，如工業以太網交換機、光纖收發器、無源光網絡（PON）等。

優點：傳輸速率高、穩定性好、抗干擾能力強、保密性好、傳輸時延小、組網方式靈活，可以實現綜合數據傳輸。

缺點：一次投資大。但是，隨著光纜性價比的提高、光設備成本的下降，光纖通信必將以其在系統穩定性、高可靠性和運行維護方便性等方面的優勢，成為優質配網自動化通信的首選。

光纖環網是配電自動化通訊網絡設計的優選方案，可靠性較高；單點故障不會引起通訊故障。光纖通信是高質量配網自動化/用電信息采集系統通信的首選

（2）光纖通訊經歷的三個階段

2002年以前：第一代技術：光纖自愈環網—光MODEM；

2002—2006年：第二代技術：光纖自愈環網—工業以太網交換機；

2006年至今：第三代技術：無源光網絡（PON）接入技術2008年。

（3）無源光纖以太網自愈環網用于電力配網通信時應考慮的問題：

a.當環上多個站點需要停電檢修時的方案

b.當配電網需要更改拓撲結構或增加/減少設備時的方案

無源光網絡（PON）：是指在光線路終端（OLT）和光網絡單元（ONU）之間的光分配網絡（ODN）沒有任何有源電子設備的光接入網。

PON：Passive Optical Network；

APON：基于ATM的無源光網絡，G.983；

EPON：基于以太網的無源光網絡，802.3ah；

GPON：Gigabit PON ，APON的升級版本。

點對多點的光纖傳輸和接入技術

下行采用廣播方式、上行采用時分多址方式。

動態帶寬分配（DBA）

組網拓撲：可以靈活地組成樹型、星型、總線型等。

節省光纜資源（單纖）、節省設備資源、帶寬資源共享、節省機房投資、設備安全性高、建網速度快、綜合建網成本低

抗多點失效

當配電網需要增加、減少設備、改變拓撲結構時，不影響原有設備的正常運行無源光網絡天然吻合配網通信需求，是配網自動化、用電信息采集系統通信的首選

（4）實施方案

①全網雙纖保護

LU和RU均配置兩個光收發單元來組建1+1全保護網絡。采用全光纖保護倒換技術，通過網絡中不同的光纖路由，分別構成系統的兩個通信方向，一個為工作方向，另一個為保護方向；上行提供串行口和以太網口與前置機相連，從而實現全網雙路由，提高網絡可靠性。

②抗多點失效

首家將PON技術引入配網自動化通信領域，各遠端通信站之間采用并聯而不是串聯方式，一個或多個站的停電檢修或失效不會影響其他站的正常運行。

全光纖保護倒換技術

自動倒換：通過故障檢測觸發，如信號丟失、幀丟失、信號劣化等；

強制倒換：通過管理事件激活，如光纖的預先設定路由、光纖更換等；

目前業界唯一能抗多點失效的解決方案，1：1冗余組網，支持全光纖保護倒換

③實例

根據配電線路聯絡情況，選取不同的“手拉手”模式。典型“手拉手”兩點接入結構如下圖所示，OLT1和OLT2分別安裝在不同的變電所，ONU設備安裝在配電終端處，光纜中斷或OLT設備失效時均能實現保護，由ONU設備選擇接入不同的OLT。充分考慮匯聚、核心設備的冗余備份，避免大規模故障。

圖EPON“手拉手”兩點接入結構

當因區域選擇的原因或者配電一次網架的原因不滿足兩點接入不同的變電所時，組織兩條不同的光路，實現“手拉手”保證單點接入其中一個變電站，如下圖所示。

圖EPON“手拉手”單點接入結構

結語

隨著國家智能配網的概念提出，各大城市配電工程的相繼逐步興起，作為光纖通訊第三代的技術代表的以太無源光網絡，提供了一個相對穩定可靠的通訊平臺，它的靈活穩定不受干擾的可擴展組網性適應了現行復雜的配網一次網架，并在今后一次設備的改造中通訊網絡基本不受影響，并采用全網雙光纖保護和抗多點失效技術大大提高了通訊的可靠穩定性，為配網通訊網絡這個“瓶頸”提出了可行的解決辦法。

參考文獻

[1]陳志杰，齊建群.無源光網絡（PON）在上海電力中的組網應用.電力系統通信， 2004.

[2]徐國強.PON技術在小區電力開關柜監控中的應用.通訊世界，2002.

[3]徐國強.無源光網絡技術在小區電力開關柜監控中的應用.中國數據通信，2002.

[4] DrorSaleePassave.高效能 低成本--以太無源光網絡技術簡析.光纖新聞網，2006.