EPON技術(shù)在配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

【摘要】文章結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，在簡(jiǎn)要概述其基本技術(shù)和應(yīng)用方案的基礎(chǔ)上，對(duì)其在配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行分析，可為相關(guān)工作者提供參考。

【關(guān)鍵詞】EPON；配網(wǎng)自動(dòng)化

【中圖分類(lèi)號(hào)】TP27 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1672-5158（2012）09-0196-02

1、EPON技術(shù)概述

EPON是一種采用點(diǎn)到多點(diǎn)結(jié)構(gòu)的單纖雙向光纖接入網(wǎng)，其典型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括樹(shù)型、星型、總線(xiàn)型和環(huán)型。它主要有光線(xiàn)路終端OLT（Optical Line Termination，OLT）、光網(wǎng)絡(luò)單元（OpticalNetwork Unit，ONU）和無(wú)源光分路器（Passive Optical Splitter，POS）三部分組成。其中，EPON的節(jié)點(diǎn)問(wèn)用光纖連接，核心網(wǎng)部分可以是IP網(wǎng)、ATM網(wǎng)、SONET網(wǎng)和DWDM網(wǎng)等形式。OLT放置在中心局端，其作用是分配和控制信道的連接，并有實(shí)時(shí)監(jiān)控、管理及維護(hù)功能。POS是一臺(tái)簡(jiǎn)單設(shè)備，不需要電源，可以置于全天候的環(huán)境中。一般而言，一個(gè)分光器的分路比為2、4或8，并且可以多級(jí)連接。其作用是分發(fā)下行數(shù)據(jù)并合并上行數(shù)據(jù)。ONU放置在用戶(hù)側(cè)，主要作用是選擇接受從OLT發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)、響應(yīng)OLT的測(cè)距和功率控制命令并做相應(yīng)調(diào)整以及緩存用戶(hù)的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)并在相應(yīng)時(shí)隙發(fā)送等。

EPON上行主要采用時(shí)分多址接人（TDMA）方式，且可以和波分多址（WDMA）、碼分多址（CDMA）相結(jié)合同時(shí)使用HJ，下行EPON主要有兩種工作模式：點(diǎn)到點(diǎn)（P2P）的競(jìng)爭(zhēng)模式和廣播（Broadcast）模式，以實(shí)現(xiàn)雙向的數(shù)據(jù)傳輸。這樣EPON的擴(kuò)充性非常好，可以隨時(shí)加入新的用戶(hù)，而不必對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行大的改動(dòng)。EPON技術(shù)將以太網(wǎng)技術(shù)和PON技術(shù)相結(jié)合，其目標(biāo)是以簡(jiǎn)單的方式實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到多點(diǎn)的高速以太網(wǎng)光纖接人。EPON在保留傳統(tǒng)以太網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上定義了新的應(yīng)用于EPON系統(tǒng)的物理層（主要是光接口）規(guī)范、MAC多點(diǎn)控制協(xié)議（MPCP）以及運(yùn)營(yíng)維護(hù)和管理（OAM）機(jī)制，以實(shí)現(xiàn)在點(diǎn)到多點(diǎn)無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)中以太網(wǎng)幀的時(shí)分多址接人。

總體來(lái)講，EPON以其網(wǎng)絡(luò)性能高、可靠性強(qiáng)、維護(hù)簡(jiǎn)單、多業(yè)務(wù)支持、成本節(jié)約等諸多優(yōu)點(diǎn)，自2004年發(fā)布發(fā)展至2011年，在全球部署規(guī)摸突破了7000萬(wàn)線(xiàn)，可謂是得到了廣泛的應(yīng)用，近兩在我國(guó)也得到了爆發(fā)性的增長(zhǎng)。

2、EPON應(yīng)用方案

EPON在電力配網(wǎng)自動(dòng)化中的應(yīng)用方案如圖1所示，通過(guò)分路器級(jí)聯(lián)，不僅可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的環(huán)、鏈形網(wǎng)絡(luò)，還可以實(shí)現(xiàn)環(huán)+樹(shù)和鏈+樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌涣硗猓ㄟ^(guò)兩個(gè)不同方向的鏈形組網(wǎng)，EPON還可以實(shí)現(xiàn)電力常用的“手拉手”帶光路保護(hù)的組同模式。對(duì)于已經(jīng)在網(wǎng)運(yùn)行的大量使用串口上聯(lián)的FTU，傳統(tǒng)方案是通過(guò)串口光貓和串口服務(wù)器進(jìn)行組網(wǎng)。但隨著以太網(wǎng)接口的大量使用，越來(lái)越多的電力公司已經(jīng)逐步采用了工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行組網(wǎng)，并在FTU處放置串口服務(wù)器，將RS232串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸，而在局端可以在PC上直接通過(guò)IPsocket接口獲取FTU的串口數(shù)據(jù)。在使用EPON方案時(shí)，考慮到減少遠(yuǎn)端設(shè)備數(shù)量，可以將串口服務(wù)器集成到0NU內(nèi)部，這樣使整個(gè)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)變動(dòng)更加簡(jiǎn)單。

3、EPON應(yīng)用設(shè)備要求及方案實(shí)現(xiàn)

3.1 局端設(shè)備要求

局端OLT設(shè)備一般放置在變電站機(jī)房，應(yīng)使月19英寸標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架設(shè)備，考慮到系統(tǒng)可靠性和擴(kuò)容便利的需求，應(yīng)使用機(jī)框式插卡設(shè)備，并提供電源、主控冗余，并能支持雙PON口保護(hù)，互為保護(hù)的兩個(gè)PON口可位于由一機(jī)框的不同PON卡上，也可位于不同的兩臺(tái)OLT設(shè)備上。

OLT設(shè)備應(yīng)滿(mǎn)足電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)通信行業(yè)標(biāo)律的要求，并在國(guó)內(nèi)主流運(yùn)營(yíng)商有過(guò)太規(guī)橫部署和長(zhǎng)期穩(wěn)定工作的經(jīng)驗(yàn)。

3.2 遠(yuǎn)端ONU設(shè)備要求

（1）遠(yuǎn)端ONU應(yīng)具備雙PON口保護(hù)功能，其保護(hù)倒換時(shí)間應(yīng)小于50s。

（2）ONU應(yīng)提供4路FE+2路RS232/RS485串口的業(yè)務(wù)接口，方便下掛電力已有的大量在網(wǎng)設(shè)備。

（3）0NU應(yīng)采用金屬外殼，設(shè)備應(yīng)小巧、緊湊、可提供壁掛、導(dǎo)軌式疊裝等多種安裝方式。

（4）ONU應(yīng)支持雙電源備份，并提供DC24V、DCl2V等多種供電方式。

（5）0NU應(yīng)支持告警輸出功能，當(dāng)通信或設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，及時(shí)通告警輸出通知下掛設(shè)備。

（6）0NU設(shè)備需要滿(mǎn)足嚴(yán)格的電磁兼容性，具體指標(biāo)如下。

①I(mǎi)EC61000-4-2（ESD）+8kV接觸放電，±15kV空氣放電。

②IEC61000-4-3（Rs）：10V/m（80～1000MHz）。

③IEC61000-4-4（EFT）：電源線(xiàn)+4kV，數(shù)據(jù)線(xiàn)+2kV。

④IEC61000-4-5（Surge）：電源線(xiàn)共模+4kV，差模4+2kV，數(shù)據(jù)線(xiàn)+2kV。

⑤IEC61000-4-6（CS）：3V（10kHZ～150kHZ），10V（150kHz～80MHz）。

⑥IEC61000-4-8（工頻磁場(chǎng)）：100A/m cont.1000A/m，1s～3s。

⑦IEC61000-4-12/18（Damped oscillatory wave）：共模2.5kV，差模lkV。

⑧IEC61000-4-10（Damped oscillatory）：30A/m。

⑨IEC61000-4-16（Common mode conduct）：30V cont.300V，ls。

⑩考慮到ONU現(xiàn)場(chǎng)條件比較惡劣，需要支持一20～C～70～C的環(huán)境要求。

3.3 網(wǎng)管要求

EPON設(shè)備應(yīng)具備圖形化網(wǎng)管功能，網(wǎng)管系統(tǒng)應(yīng)具備以下功能。

（1）具備對(duì)EPON設(shè)備進(jìn)行業(yè)務(wù)管理、故障管理、性能管理、拓?fù)涔芾怼⑷罩靖婢芾怼踩芾矸矫娴墓δ埽蝗恐С止芾鞾D/T 1771-2008中規(guī)定的業(yè)務(wù)，遵循其中操作、管理和維護(hù)方式規(guī)定。

（2）支持SNMP V2網(wǎng)管協(xié)議對(duì)EPON系統(tǒng)進(jìn)行操作管理維護(hù)。

（3）支持中文界面，英文界面可選。

（4）支持多用戶(hù)（至少16個(gè)）同時(shí)操作，支持訪問(wèn)控制，防止非授權(quán)訪問(wèn)。

（5）提供對(duì)自身的管理功能，如系統(tǒng)啟動(dòng)、初始化、關(guān)閉、備份、補(bǔ)丁升級(jí)、數(shù)據(jù)庫(kù)升級(jí)等。

（6）具備較強(qiáng)的告警、性能、命令等數(shù)據(jù)的處理能力，要求能夠處理不小于10000000條信息的能力。

（7）提供北向接口，接口協(xié)議可以采用CORBA、XML或SOAP。

（8）支持ONU集中管理，所有類(lèi)型ONU都可以O(shè)LT集中管理，無(wú)需為每個(gè)ONU分配網(wǎng)管口。

（9）支持ONU批量配置功能，可批量對(duì)每個(gè)ONU進(jìn)行個(gè)性化配置，支持離線(xiàn)配置。

（10）支持ONU批量升級(jí)、自動(dòng)升級(jí)功能。

3.4 光分配網(wǎng)絡(luò)（ODN）部署

ODN是由多個(gè)分光器、主干光纜、室外光配線(xiàn)箱（室外ODF箱）和配線(xiàn)光纜組成的無(wú)源光分配網(wǎng)絡(luò)。

3.4.1 光分路器

光分路器根據(jù)制造工藝的不同主要分為兩種：熔融拉錐型和平面波導(dǎo)型（PLCS）。平面波導(dǎo)型具有體積小、插損一致l生好等特點(diǎn)，但工藝復(fù)雜，價(jià)格較為昂貴；熔融拉錐型光分路器成本低，但其損耗對(duì)光波長(zhǎng)較為敏感，分路多時(shí)（1：8以上）插損均勻性較差，易受環(huán)境溫度的影響，且體積較大。

但在電力應(yīng)用場(chǎng)景中，一般都是采用小分路比的分路器，而且還會(huì)大量采用不均勻分光的分路器，因此比較適合使用熔融拉錐型光分路器。均勻分光的光分路器的典型參數(shù)見(jiàn)表l，l：2非均勻分光的光分路器的典型參數(shù)見(jiàn)表2。

光分路器的放置地點(diǎn)十分靈活，既可放置在機(jī)房的光配線(xiàn)柜中，也可放置在室外光交內(nèi)，或放置在大樓配線(xiàn)盒中，還可放置在室內(nèi)外分歧接頭盒內(nèi)。當(dāng)需要將分路器置于室外時(shí)，需要選用工作溫度范圍寬的光分路器，以適應(yīng)室外溫度環(huán)境的變化。光分路器的放置地點(diǎn)需遵循最有利于對(duì)終端用戶(hù)管理和線(xiàn)路維護(hù)的原則。

3.4.2 光功率預(yù)算

ODN的光功率衰減與分光器級(jí)數(shù)、分光器分路比、活動(dòng)連接數(shù)量、光纜熔接接頭數(shù)量、光纜線(xiàn)路長(zhǎng)度等因素有關(guān)，設(shè)計(jì)時(shí)必須控制ODN中最大的衰減值，使其符合系統(tǒng)設(shè)備OLT和ONU的PON口光功率衰減預(yù)算26dB的要求。

ODN光通道衰減所允許的衰減定義為S/R和R/S參考點(diǎn)之間的光衰減，以dB表示。包括光纖、分光器、光活動(dòng)連接器、光纖熔接接頭所引入的衰減總和。在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)對(duì)無(wú)源光分配網(wǎng)絡(luò)中最遠(yuǎn)用戶(hù)終端的光通道衰減核算，采用最壞值法進(jìn)行ODN光通道衰減核算，計(jì)算時(shí)相關(guān)參數(shù)取定如下。

（1）光纖衰減取定：1310nm波長(zhǎng)時(shí)取O.36dB/krn，1490mm波長(zhǎng)時(shí)取0.22dB/km。

（2）光活動(dòng)連接器插入衰減取定：0.5dB/個(gè)。

（3）光纖熔接接頭衰減取定：分立式光纜光纖接頭衰減取雙向平均值為：O.08dB/接頭；帶狀光纜光纖接頭衰減取雙向平均值為：O.2dB/接頭。

（4）計(jì)算時(shí)分光器插入衰減參數(shù)取定見(jiàn)表1和表2。

（5）光纖富余度Mc。①當(dāng)傳輸距離≤5km時(shí)，光纖富余度不少于ldB；②當(dāng)傳輸距離≤10kin時(shí)，光纖富余度不少于2dB；③當(dāng)傳輸距離>10krn時(shí)，光纖富余度不少于3dB。

3.4.3 ODN設(shè)計(jì)

電力應(yīng)用場(chǎng)景下，鏈型組網(wǎng)較多。對(duì)于總線(xiàn)形ODN網(wǎng)絡(luò)，由于不同ONU到OLT的距離差異較大，經(jīng)過(guò)的分光器級(jí)數(shù)也不同，因此必須采用非均勻的分光器。一個(gè)鏈形的ODN設(shè)計(jì)可以按照下面幾個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（1）EPON光通道的衰減是26dB，所有ONU的光通道衰減應(yīng)該在10dB～26dB以?xún)?nèi)。

（2）ODN的優(yōu)化目標(biāo)是讓一個(gè)PON下所有的ONU的光通道衰減幅度相當(dāng)。

（3）鏈形ODN的前幾級(jí)分光器宜采用5：95等分光器，讓主干保留較多光功率。

（4）非均分的分光器選用時(shí)，不宜選取太多類(lèi)型，以便于設(shè)計(jì)、采購(gòu)、施工、庫(kù)存、備品備件。

（5）主干分光器級(jí)聯(lián)級(jí)數(shù)較多時(shí)，主干相關(guān)的分光器接口可采用熔接方式，以減小活接頭個(gè)數(shù)和損耗，提高光路可靠性。

對(duì)于可靠性要求較高的電力通信系統(tǒng)，建議采用帶光路保護(hù)的ODN結(jié)構(gòu)，保護(hù)方式如圖2、圖3所示。鏈形帶保護(hù)的ODN設(shè)計(jì)時(shí)，由于每個(gè)ONU連接的兩個(gè)PON口所連的分光器位于不同的級(jí)數(shù)，因此分光器的規(guī)格可能是不一致的。例如圖2、圖3中的ONU0，從OLT0看來(lái)，它位于第一級(jí)分光器，一般采用5：95分光器；而從OLTl看來(lái)，它位于最末級(jí)的分光器，一般采用1：1分光器。

全保護(hù)方式中ODN采用總線(xiàn)形結(jié)構(gòu)，并將主、備OLT放置在不同機(jī)房?jī)?nèi)，就形成了手拉手鏈形全保護(hù)方式，如圖2所示。

配網(wǎng)下變壓器節(jié)點(diǎn)數(shù)量可能會(huì)有變化，可以在ODN設(shè)計(jì)時(shí)保留光功率裕量，便于擴(kuò)容。如圖4所示，EPON需要在A、B、c三處進(jìn)行擴(kuò)容，形成新的ODN拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。這種平滑的ODN擴(kuò)容，需要在設(shè)計(jì)之初就在原有的A、B、c節(jié)點(diǎn)處留有一些光功率裕量。例如，若考慮A處可能會(huì)增加2km光纜，節(jié)點(diǎn)數(shù)量有可能增加到4個(gè)，就需要為A處預(yù)留8dB的功率預(yù)算，A處的光功率損耗就應(yīng)該控制在18dB以?xún)?nèi)（原來(lái)是26dB）。

分光器與光纖連接建議多采用熔接方式，盡量減少活接頭數(shù)量，以減少接頭損耗。在有擴(kuò)容需求的位置，可使用活動(dòng)連接器以方便擴(kuò)容，或預(yù)先安裝+分光器，留出支路接頭。

4、結(jié)語(yǔ)

EPON技術(shù)以其諸多優(yōu)點(diǎn)擁有了深遠(yuǎn)的應(yīng)用和發(fā)展前景，文章對(duì)其在配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中應(yīng)用的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了分析，具有一定的借鑒價(jià)值，由于配網(wǎng)實(shí)情的差異性和EPON技術(shù)的復(fù)雜性，還需根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，參考各種規(guī)范，采用經(jīng)濟(jì)性合理性的應(yīng)用方案。