EPON技術在智能電網中解決方案的探討

【摘要】本文詳細介紹EPON技術的特點以及在末端接入中的顯著優勢，對EPON在智能電網中的應用進行了分析，并就電力配網自動化，用電信息采集系統等的接入提出了相應的技術解決方案。

【關鍵詞】EPON光網絡智能電網

Discuss the resolutions of EPON in Smart Grid

Liang JingInformation and communication company of Yichang Electric Power

Abstract： Through introduce characteristics and advantages of the EPON technology characteristic in the terminal access， And make recommendations and proposals， analyze and provide resolutions to automation system and Electric energy information collection system based on Electric power in Smart Grid.

Keywords： EPON Optical network Smart Grid

一、引言

智能電網是以特高壓電網為骨干網架、各級電網協調發展的堅強電網為基礎，利用先進的通信、信息和控制技術，構建以信息化、自動化、互動化為特征的統一堅強智能化電網。涵蓋所有電壓等級，由發電、輸電、變電、配電、用電、調度等環節有機組成。它是以物理電網為基礎，將現代先進的傳感測量技術、通訊技術、信息技術、計算機技術和控制技術與物理電網高度集成而形成的新型電網。因此電力需要一種高靈活性，高帶寬，高保護機制，高智能化管理，高性價比的綜合業務的寬帶光纖產品來實現末端用戶的接入方案。EPON作為一種P2MP（點到多點）的光纖接入技術，它的樹狀物理拓撲天然符合接入層的復雜的拓撲方式，靈活的無源分路節點，隨時就近從已有光鏈路的光分路器上接入新的用戶。光纜鋪設時，無需鋪設大芯數光纜，保證今后業務發展需要。EPON具有高速雙向帶寬，可提供豐富的業務接入，簡化網絡層次、便于維護管理等特點。作為末端接入技術，有著其它接入技術無法比擬的優勢。EPON干線速度高達1G，而且是雙向對稱，為各種寬帶增值業務（如網絡存儲、視頻會議、企業內網郵箱、ERP軟件、CRM軟件等）提供網絡基礎。EPON產品提供靈活的QoS和DBA策略，為不同業務提供不同的時延和帶寬特性。目前的EPON系統滿配時至少能夠保證向每個用戶提供30Mbit/s的帶寬，可以滿足現在和未來智能電網中各種寬帶業務的需要。

二、EPON技術的基本的原理

以太網無源光纖網絡（EPON）是一種采用點到多點（P2MP）結構的單纖雙向光接入網絡，其典型拓撲結構如圖1所示：

EPON系統由局側的光線路終端（OLT）、用戶側的光網絡單元（ONU）和光分配網絡（ODN）組成，為單纖雙向系統。OLT位于接入網的局端，為光接入網提供網絡側和業務結點之間的接口，并通過一個或多個ODN與用戶端的ONU通信。OLT分離交換與非交換業務，管理來自ONU的信令和監控業務，為ONU和本身提供維護和指配功能。ODN是一個連接OLT和ONU的無源光分配網絡，功能是分發下行數據并集中上行數據。ONU為光接入網提供用戶端接口，終結來自ODN的信息，完成網絡側光口之間的光電和電光轉換、信號處理、復用和維護管理功能。在下行方向（OLT到ONU），OLT發送的信號通過一個1：n的無源光分路器（或幾個分路器的級聯）到達各個ONU；在上行方向（ONU到OLT），一個ONU發送的信號只會到達OLT，而不會到達其他ONU。

EPON系統采用WDM技術，實現單纖雙向傳輸。其中上行波長1310nm，下行波長1490nm，用于傳遞數據業務。另外光纖上還可以傳送1550nm的波長，這個波長主要是用來傳遞CATV信號，如圖2所示。

EPON從OLT到多個ONU下行傳輸數據和從多個 ONU到OLT上行數據傳輸是十分不同的。

在下行方向（OLT到ONU）采用廣播模式。OLT發送的信號通過ODN到達多個ONU，通過過濾機制，ONU僅接收屬于自己的數據幀。每一個數據幀的幀頭包含前面注冊時分配的、特定ONU的邏輯鏈路標識（LLID），該標識表明本數據幀是給ONU（ONU1、ONU2、ONU3……ONUn）中的唯一一個。另外，部分數據幀可以是給所有的ONU（廣播式）或者特殊的一組ONU（組播）。

在上行方向（ONU到OLT）采用TDMA多址接入方式。一個ONU發送的信號只會到達OLT，而不會到達其他ONU。ODN在一個OLT和一個或多個ONU間提供一條或多條光通道，每個光通道被限制在一個特定波長窗口內。OLT會給ONU分配特定的帶寬。在一個OLT端口（PON端口）下面，所有的ONU與OLT PON端口之間時鐘是嚴格同步的，每一個ONU只能夠在OLT給他分配的時刻上面開始，用分配給它的時隙長度傳輸數據。通過時隙分配和時延補償，確保多個ONU的數據信號耦合到一根光纖時，各個ONU的上行包不會互相干擾。

基于以太網技術的EPON寬帶接入網與傳統的用于計算機局域網的以太網技術不同，它僅僅采用了以太網的幀結構和接口，而網絡結構和工作原理完全不同。

1、DBA

動態帶寬分配（DBA）是指實時地（ms級）改變PON中各ONU上行帶寬的機制，根據帶寬狀態和ONU需求動態（合理）分配ONU的上行帶寬。他的優點是能實現高效的上行帶寬利用率和服務質量保證，他的算法業務透明，低時延和低時延抖動。通過DBA，我們可以根據ONU突發業務的要求，通過在ONU之間動態調節帶寬來提高上行帶寬效率。

2、突發同步技術

突發同步技術，如關鍵字檢測法、傳統相關法、基于數據時延法、門控振蕩法和改進門控振蕩法等等。關鍵字檢測法的基本原理是：用多相時鐘對突發時隙的前導碼分別抽樣判決，其后對各路數據與關鍵字相比較，選擇使相關性最好的時鐘定為同步的bit時鐘。

3、測距和時延補償技術

測距方法的基本是：測量出各個ONU到OLT的信號環路延遲時間，然后為每個ONU插入一個特定的均衡時延Td值，使所有ONU在插入Td后的環路延遲時間（稱為均衡環路延時值Teqd）都想等，其結果類似于使每個ONU都移到于OLT相同的邏輯距離處。測距方法有擴頻法、帶外法和帶內開窗法等幾種。

4、上行信道的復用技術

上行信道的復用技術是EPON技術的核心。從目前的研究情況看，大多數方案使用了DWDM+TDMA的復用方法。DWDM的使用是發展的趨勢，但主要取決于光器件。因此，討論的焦點是TDMA的實現方法，即如何使用TDMA的方法使上行信道的帶寬利用率、時延和時延抖動等指標達到要求。

三、EPON在智能電網中的解決方案

電網智能化是電力發展中重要一環，而通訊系統是智能化的前提EPON系統作為一種新型，成熟，性價比高的通訊系統十分適合智能電網的建設。以下例舉了EPON在兩種電力專網末端接入系統中的解決方案。

EPON目前在電力中最大的需求是來自配網自動化需求。以中興公司EPON系統產品為例提出配網自動化綜合解決方案，其中OLT設備采用ZXA10 C220，ONU設備采用的是電力工業級戶外型EPON ONU ZXA10 F809，其網絡拓撲圖如圖3。

用電信息采集系統是智能電網中一個重要的末端接入系統，通過EPON技術可以使用電量的采集更加簡約化，智能化，便捷化。其網絡拓撲圖如圖4。

方案可支持雙PON口、雙EPON MAC，手拉手保護組網，支持全業務保護，倒換時間為50ms ～100ms，支持串口（RS232/RS485）應用，速率為300～115200 bps，支持FE應用，室外型提供調試串口，4路開關量輸入等，并且無風扇設計，整機功耗要求小于12W，電源支持AC220V，DC12V或24V或-48V，ONU為1U高，整機深度不建議超過200mm，支持壁掛式、磁吸式、卡接式等多種安裝方式，工作溫度為-40℃～70℃，濕度為4% ～ 95%EMC符合電力嚴格要求（EMC 4級）。

EPON接入的電力末端用戶的解決方案從城域節點機房到用戶端，無需中間節點或機房，匯聚節點使用靈活的無源多級分路器，它們抗干擾性強，覆蓋范圍廣可達20公里，拓撲靈活可就近進入用戶，減少了網絡層級，減少了有源故障點，更是節省了增加接入機房的巨大投資。無源的光器件故障率低，便于維護管理，便于故障定位。另一方面，無論在設備成本還是運維管理開銷方面，其費用也相對較低。EPON拓撲自發現技術，使開通業務更加簡單迅速，多種監測手段保證后期維護、判斷故障點快速準確。并且EPON網絡有良好的升級擴容性，ONU可自動加入，無需配置，OLT可自動發現ONU，使增加新站點更方便，而且帶寬資源豐富，可以實現多種智能化業務。

四、結論

EPON作為一種靈活、高帶寬的光纖接入技術，隨著近年的迅速發展，產品形態日益豐富，高集成度的ONU遠端設備可直接提供POTS、E1、V35、以太網等強大的綜合業務接入能力，提供平滑過渡NGN的能力，更適合智能電網的建設要求。這一系統的安裝為電力省級及以上的重要網絡安全的暢通提供了一道堅實的屏障。

參考文獻

[1]《電力EPON技術標準》

[2]國標《中國電信EPON設備技術要求》

[3]閻德升. EPON：新一代寬帶光接入技術與應用.機械工業出版社2007.

[4]中國電信集團公司. EPON/GPON技術問答.人民郵電出版社. 2010

[5]國標《YDT 1771-2008接入網技術要求———EPON互通性》