EPON 技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及在煤炭企業(yè)中的應(yīng)用

張 軍

(晉城煤業(yè)集團(tuán) 通信分公司，山西 晉城 048006)

PON(Passive Optical Network)技術(shù)即無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，1983年由BT 實(shí)驗(yàn)室首先發(fā)布。隨著近年來(lái)IP 業(yè)務(wù)需求暴發(fā)式增長(zhǎng)和以太網(wǎng)技術(shù)的成熟，EFMA考慮將以太網(wǎng)技術(shù)和PON 技術(shù)結(jié)合起來(lái)，于2001年提出了EPON的概念。EPON 全稱(chēng)為Ethernet over PON，其初期只支持1.25 Gbps 對(duì)稱(chēng)技術(shù)，隨著光硬件處理能力的進(jìn)步，現(xiàn)已升至10 Gbps，由于通過(guò)PON 技術(shù)接入以太網(wǎng)，隨著PON 技術(shù)的發(fā)展和IP 業(yè)務(wù)的暴發(fā)式增長(zhǎng)，現(xiàn)已成為目前重要的寬帶接入技術(shù)。由于采用的二層技術(shù)的不同，PON 技術(shù)目前又分為APON、GPON、EPON/GEPON 等，就EPON 技術(shù)來(lái)講，是利用光路來(lái)實(shí)現(xiàn)多種IP 業(yè)務(wù)的寬帶接入，形成完整的光網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?/p>

1 系統(tǒng)組成

當(dāng)前使用的EPON 系統(tǒng)主要由OLT、ONU、POS三個(gè)主要部分構(gòu)成。OLT(Optical Line Terminal)是系統(tǒng)的核心，一般放在中心機(jī)房，OLT 由主控板、上連板、光接口板、電源板等組成。所有的PON 設(shè)備都通過(guò)光分配網(wǎng)連在OLT 下面，由OLT 來(lái)統(tǒng)一管理網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的設(shè)備，網(wǎng)管員通過(guò)對(duì)OLT的配置來(lái)管理下掛的ONU 設(shè)備，對(duì)不同優(yōu)先級(jí)的設(shè)備進(jìn)行帶寬分配，保證網(wǎng)絡(luò)安全性。OLT 通過(guò)配置的光接口板下掛POS。

POS(Passive Optical Splitter)即無(wú)源光纖分支器，是一個(gè)很簡(jiǎn)單的無(wú)源分光設(shè)備，它在光分配網(wǎng)中非常重要，一般放置于小區(qū)機(jī)房或室外光交接箱中，其分光比一般為1∶8、1∶16、1∶32、1∶64 等，即一端通過(guò)主干光纜的一芯上連至OLT 光接口板的一個(gè)光口，另一端通過(guò)分光技術(shù)接多臺(tái)ONU 設(shè)備。它的功能是分發(fā)下行數(shù)據(jù)并集中上行數(shù)據(jù)，上行波長(zhǎng)為1 310 nm，所有下掛的ONU 傳輸上來(lái)的多路語(yǔ)音、數(shù)據(jù)及其它業(yè)務(wù)信息通過(guò)POS 耦合到一芯主干光芯上，上傳到OLT 進(jìn)行數(shù)據(jù)交換處理。下行方向，各種業(yè)務(wù)信息由OLT 采用廣播方式通過(guò)POS 發(fā)送到所有ONU 設(shè)備，由接收方ONU 進(jìn)行信息選擇。實(shí)際使用中，OLT 到ONU 間的距離最大可達(dá)20 km。

ONU(Optical Network Unit)是EPON 系統(tǒng)的接入部分。一般布放在用戶(hù)設(shè)備端附近或與其合為一體。具體的連接和使用方式在本文后面進(jìn)行了深入探討。

2 技術(shù)實(shí)現(xiàn)

在當(dāng)前光進(jìn)銅退的大趨勢(shì)下，EPON的技術(shù)特點(diǎn)主要在于可以充分利用規(guī)模越來(lái)越龐大的光網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)，為最終用戶(hù)提供高帶寬、高質(zhì)量的通信服務(wù)。筆者認(rèn)為，這是該技術(shù)的一個(gè)非常重要的技術(shù)特征和技術(shù)優(yōu)勢(shì)。從管理角度來(lái)看，EPON 技術(shù)通過(guò)動(dòng)態(tài)算法對(duì)用戶(hù)帶寬進(jìn)行靈活分配。作為業(yè)務(wù)支持的光分配網(wǎng)維護(hù)簡(jiǎn)單，可靠性遠(yuǎn)高于其它線纜，業(yè)務(wù)升級(jí)方便、擴(kuò)展容易，是今后主要的發(fā)展趨勢(shì)。

OLT 作為EPON 技術(shù)的核心設(shè)備，具有管理所有下連ONU的技術(shù)機(jī)制。當(dāng)OLT 啟動(dòng)后，它會(huì)周期性地在相應(yīng)端口上廣播允許接入的時(shí)隙等信息。新的ONU 接入后，根據(jù)OLT 信息發(fā)起注冊(cè)請(qǐng)求信息，在管理上對(duì)ONU的合法性認(rèn)證通過(guò)后，給相關(guān)ONU 分配一個(gè)標(biāo)識(shí)號(hào)(LLID)，根據(jù)此標(biāo)識(shí)號(hào)進(jìn)行設(shè)備管理及信息收發(fā)。

EPON 技術(shù)中，數(shù)據(jù)下行采用時(shí)分復(fù)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)，下行數(shù)據(jù)廣播式發(fā)送到網(wǎng)內(nèi)，各ONU 根據(jù)數(shù)據(jù)幀頭中打包的LLID 信息來(lái)判斷并接收自己的數(shù)據(jù)幀，同時(shí)拋棄其它ONU的信息。信息上行時(shí)，OLT 會(huì)根據(jù)管理員配置給合法的ONU 分配特定的帶寬，或根據(jù)ONU 當(dāng)前狀態(tài)和帶寬分配策略來(lái)動(dòng)態(tài)調(diào)整給各ONU的帶寬。帶寬由傳輸時(shí)隙組成，根據(jù)協(xié)議，傳輸時(shí)隙單位為16 ns，ONU 按分配給自己的時(shí)隙來(lái)上傳信息。為保證準(zhǔn)確傳輸，OLT 與ONU 之間具有嚴(yán)格的時(shí)鐘同步措施和時(shí)隙補(bǔ)償機(jī)制，通過(guò)這種機(jī)制確保多個(gè)ONU 上傳的數(shù)據(jù)互不干擾，能夠耦合到一根光芯鏈路上進(jìn)行傳輸。

在安全性方面，各ONU 上行信息通過(guò)OLT 進(jìn)行交換，交換策略可由網(wǎng)管員靈活定制。下行信息由于采用廣播方式傳輸，主要從以下方面保障信息安全:

1)ONU 合法性認(rèn)證。通過(guò)授權(quán)給合法ONU 唯一的LLID 標(biāo)識(shí)來(lái)保證信息安全。

2)各ONU 收到廣播數(shù)據(jù)幀后，首先分析數(shù)據(jù)幀中LLID 標(biāo)識(shí)是否是自己的，如不匹配則把信息丟棄，這是芯片層實(shí)現(xiàn)的功能，這使非法的信息竊取很難實(shí)現(xiàn)。

3)信息加密。每個(gè)ONU 與OLT 采用不同的密鑰進(jìn)行加密，以此保證信息安全。

4)VLAN 隔離。將不同的用戶(hù)或業(yè)務(wù)劃分到不同的VLAN 中，有效隔離廣播風(fēng)暴，保證信息安全。在實(shí)際應(yīng)用中，把每個(gè)用戶(hù)端口劃分為一個(gè)獨(dú)立的VLAN。

3 EPON 實(shí)際使用及布放方式

作為一個(gè)典型的煤炭企業(yè)，晉城煤業(yè)集團(tuán)公司使用EPON 已近三年。在當(dāng)初進(jìn)行企業(yè)信息化調(diào)研時(shí)，該公司綜合比較了EPON的技術(shù)特點(diǎn)和發(fā)展前景，結(jié)合企業(yè)的實(shí)際情況和實(shí)現(xiàn)的可能性，最終將EPON 技術(shù)進(jìn)行了全面應(yīng)用。通過(guò)在部分小區(qū)和辦公樓的實(shí)際使用，初步取得了EPON 設(shè)備的使用和維護(hù)經(jīng)驗(yàn)。在實(shí)際使用中，根據(jù)ONU 在所處位置的不同，EPON實(shí)際應(yīng)用形式主要有兩種，即FTTB(光纖到樓)和光纖到家(FTTH)。

3.1 FTTB(光纖到樓)布放方式

在FTTB 光纖到樓的方式中，光纜從小區(qū)機(jī)房分光器處布放到居民樓后分配到每個(gè)單元的ONU 設(shè)備箱內(nèi)，每個(gè)單元3 芯(其實(shí)1 芯即夠，另2 芯做備用和留作其它業(yè)務(wù)使用)，每個(gè)單元放置多口ONU，供電采取全樓統(tǒng)一供電，每樓配一套UPS 和蓄電池，保證停電時(shí)正常使用。每單元ONU 箱至用戶(hù)家采用LAN綜合布線，即聯(lián)網(wǎng)方式采用FTTB +LAN 方式。聯(lián)網(wǎng)示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 FTTB+LAN 示意圖

3.2 FTTH(光纖到家)布放方式

采用這種布放方式，光纜從小區(qū)機(jī)房分光器處直接分配到用戶(hù)家中，并將ONU 移至用戶(hù)家中，光纖入戶(hù)后直接連家用型ONU，是真正全透明的光纖網(wǎng)絡(luò)，是光纖接入網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的理想模式和發(fā)展目標(biāo)。此方式采用的ONU為家用普通型ONU 設(shè)備(見(jiàn)圖2)。

3.3 兩種布放方式使用比較

圖2 家用型ONU 實(shí)物圖

以上兩種聯(lián)網(wǎng)方式在實(shí)際中都有應(yīng)用。從實(shí)際使用來(lái)看，F(xiàn)TTH 方式帶寬速率高、便于維護(hù)，但需要在每個(gè)家庭放置一臺(tái)家用型ONU 設(shè)備，成本高，但隨著ONU 設(shè)備、光纜、光面板的技術(shù)成熟和成本下降，從管理和使用角度來(lái)看，F(xiàn)TTH 已逐漸成為主流的應(yīng)用模式，代表未來(lái)的發(fā)展方向。而FTTB 方式在帶寬速率、維護(hù)使用方面較FTTH 方式稍遜，但成本上則具備一定優(yōu)勢(shì)。從基層的應(yīng)用選擇方面，一般根據(jù)實(shí)際情況來(lái)考慮，在新建的別墅小區(qū)、住宅樓通常采用FTTH 方式，一步到位，便于今后維護(hù)和業(yè)務(wù)的進(jìn)一步拓展。

對(duì)于集團(tuán)內(nèi)改擴(kuò)建居民小區(qū)，鑒于該類(lèi)小區(qū)一般已有布線，為充分利用已有資源，基本是在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)布線條件下，用更少的投入實(shí)現(xiàn)PON 技術(shù)，然后根據(jù)下一步投入條件實(shí)現(xiàn)FTTH。

使用此種方式能夠快速部署，迅速解決用戶(hù)的通信需求。聯(lián)網(wǎng)示意圖如圖3 所示。

圖3 FTTH 示意圖

4 結(jié)束語(yǔ)

EPON 技術(shù)作為一種典型的現(xiàn)代通信技術(shù)，經(jīng)過(guò)近十年的技術(shù)完善和實(shí)際應(yīng)用，已經(jīng)進(jìn)入成熟和大規(guī)模應(yīng)用階段。其以擴(kuò)展性強(qiáng)、維護(hù)簡(jiǎn)單、布網(wǎng)容易，設(shè)備安裝、維護(hù)、管理較為方便的特性得到了極大的發(fā)展，EPON 作為成熟的先進(jìn)技術(shù)，對(duì)于煤炭企業(yè)實(shí)現(xiàn)信息化具有重要意義。在當(dāng)前國(guó)家提倡三網(wǎng)合一的大背景下，EPON 技術(shù)必將得到更加廣泛的應(yīng)用。