基于EPON的虛擬局域網技術在電力信息網絡中的應用

李 珂，柴守亮，李海鋒

（國網邯鄲供電公司，河北邯鄲056035）

隨著國家電網公司信息化建設工程的全面實施，電力企業日常的生產、運營、管理等工作與信息化建設越來越密不可分。由于歷史原因，電力系統各專業、各業務和管理部門間分工不同，大都采用了專網的方式，歸納起來可分為“三大網絡”：電話網、數據網和視頻網絡。但“三大網絡”各自為陣，重復投資建設的現象較普遍，帶來了職能不清、責任不明、維護困難，成本高、浪費大等一系列問題。隨著國網公司三集五大體系建設的順利開展，信息通信管理體系融合為一體，為信息網和通信網的技術融合發展打下了堅實的管理基礎，因此在國網河北省電力公司邯鄲供電分公司（以下簡稱邯鄲供電公司）新建某營業樓項目中選擇了EPON技術來解決當前企業信息接入網存在的多種接入網重復建設問題，并且基于EPON技術的三網合一的電力信息網組網方式在電力系統應用較少，此項目的建設在電力系統具有示范和標桿作用。

1 EPON技術

EPON（以太無源光網絡），即利用PON（無源光網絡）的拓撲結構實現以太網的接入。EPON是一種采用點到多點網絡結構、無源光纖傳輸方式、基于高速以太網平臺和TDM時分媒體訪問控制方式、提供多種綜合業務的寬帶接入技術。

1.1 EPON的網絡結構

EPON系統由OLT、ONU和ODN組成，見圖1。OLT位于局端，是整個EPON系統的核心部件，向上提供接入網與核心網／城域網的高速接口，向下提供一點對多點的PON接口；ONU位于用戶端，終結光纖鏈路，并提供對用戶業務的各種適配功能；ODN是由無源分光器組成的光纖分配網絡，使得一個PON接口的光纖傳輸帶寬可以由多個ONU共享，節省了大量的光纖鋪設成本［1］。

圖1 EPON組網方案示意圖

1.2 EPON的工作原理

EPON（Ethernet Passive Optical Net work）由IEEE 802.3ah提出，它將Ethernet技術與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結構的吉比特以太網光纖接入系統。EPON屬于IEEE以太網標準的范圍，其基本的工作原理如下：

在下行方向（OLT到ONU）采用廣播模式，每個ONU可以接受到OLT所有下行數據，但ONU只根據下行數據的LLID（邏輯鏈路標識）標識信息接收屬于自己的數據，丟棄其他的數據。

在上行方向（ONU到OLT）采用TDMA多址接入方式并對各ONU的數據發送進行仲裁，每個ONU在各自預定時隙發送光信號。所有ONU的光信號通過ODN采用時分復用方式合成。時隙的預定靠OLT與ONU的距離判定分配。上、下行的數據都采用IEEE802以太數據幀格式。上下行方向工作原理如圖2、圖3所示。

圖2 OLT到ONU下行通信示意圖

圖3 ONU到OLT上行通信示意圖

1.3 EPON的關鍵技術

基于以太網技術的EPON網絡接入技術與傳統的用于計算機局域網的以太網技術不同，雖然采用了以太網的幀結構和接口，但是網絡結構和工作原理卻完全不同，為實際應用，采取單纖雙向波分復用等關鍵技術。

1.3.1 單纖雙向波分復用技術

EPON系統為單纖雙向系統，上、下行應分別使用不同的波長，其中上行應使用1 260 nm～1 360 nm波長，下行應使用1 480 nm～1 510 nm波長，如果實現CATV，則應使用1 540 nm～1 560 nm波長。

1.3.2 自動注冊

為實現PON系統良好的可擴展性和操作維護方便，在系統開通運行后隨業務發展需要增加新ONU或故障修復后要重新加入到系統的ONU都希望能夠自動地加入而不影響正常工作的ONU，因此在原有的以太網CSMA／CD基礎上引入了新的MAC控制信息，OLT使用GATE和REPORT消息實現時鐘同步和時隙分配，REGISTER和ACK信息用來控制自動注冊和應答過程，從而使ONU能夠自動發現和加入并實現測距、報告鏈路擁塞情況。

1.3.3 動態帶寬分配技術

動態帶寬分配 （Dynamic Bandwidth Allcation，DBA）就是OLT根據ONU的實時帶寬請求獲取各ONU的流量信息，通過特定的算法為ONU動態分配上行帶寬，保證各ONU上行數據幀互不沖突。DBA具有帶寬效率高、公平性好、能夠滿足QoS要求的優點。

1.3.4 測距技術

為保證每一個ONU的上行信元在OLT復用時能夠插入指定的時隙且彼此不發生碰撞，OLT需要一套功能，測量每一ONU與OLT之間的距離（即延時），并指揮每個ONU調整發送時間，以保證該ONU的上行信元在OLT規定的時刻到達使之不致相互沖突。這個機制可以通過把所有ONU都調整到與OLT相同的邏輯距離處的方法來實現。這種測量ONU的距離，然后把每個ONU都調整到OLT的相同“虛”距離處的過程就稱為測距（Ranging）。具體方法有擴頻法測距、帶外法測距以及帶內開窗測距［1］。

2 EPON技術組網與傳統組網方式對比分析

下面分別從組網方式和投資分析角度說明一下EPON技術在組網方面的優勢。

2.1 組網方式

2.1.1 傳統組網

傳統的電力企業辦公用數據，語音，視頻業務一般通過分別組建信息網、語音網、有線電視網來實現的，其各自的組網方式如圖4所示［2］。

圖4 傳統組網

2.1.2 EPON組網

采用EPON技術組網，將傳統的通信網絡、計算機網絡、電視網絡整合成一個網絡，實現了語音、數據和視頻業務的三網融合，解決了通信網絡、電視網絡、計算機網絡各自為政的現象；綜合布線以光纖為主替代了銅線和同軸電纜為主的舊接入網方式，解決了用戶帶寬低、不易擴容等網絡傳輸瓶頸問題，組網方式如圖5所示。表1為幾種組網方式的性能對比。

圖5 EPON組網示意圖

表1 不同組網方式的對比

2.2 投資效益

下面以邯鄲供電公司人民營業樓（六層樓，每層20個房間，每層一個設備間，網絡建設規模規劃為600個信息點）為例，對比說明EPON與傳統組網方式的網絡建設投資成本。

2.2.1 傳統組網

信息網、電話網及有線電視網絡分別單獨建設，其各自的投資預算為：

（1）信息網。根據規劃計算，需購置匯聚交換機2臺，24口接入交換機25臺（600／24），按照市場價格，匯聚交換機10萬元，接入交換機0.5萬元計算，設備投資需32.5萬元；信息點雙絞線布線建設每點按照0.05萬元計算，需投資30萬元；對設備間機柜和電源等輔助配套設施進行建設需要6萬元；共需投資68.5萬元。

（2）電話網。根據規劃計算，需購置程控交換機1臺（600門），按照市場價格，設備投資需20萬預案；電話線布線建設每點按照0.02萬元計算，布線建設需投資30萬元；對設備間交接箱等輔助類設施進行建設需3萬元；共需投資70萬元。

（3）有線電視。每個房間預留1個有線接入點，六層樓每層樓20個房間，需建設120個有線接入點，依據市場價格，每點投資按照0.04萬元計算，需投資4.8萬，對設備間交接箱等輔助類設施進行建設需2萬元；共需投資6.8萬元。

2.2.2 EPON組網

EPON三網合一：根據規劃計算，需購置96口OLT設備2臺，4口ONU設備150臺（600／4），1∶8分光器75個（600／8），按照市場價格，96口OLT設備每臺12萬元，4口ONU設備每臺0.05萬元計算，分光器每個0.04萬元，設備投資需34.5萬元，光纖布線建設每點按照0.04萬元計算，需投資24萬元。無需設備間機柜和電源等輔助配套設施。共需投資58.5萬元。表2為投資比較。

表2 不同組網方式的投資對比／（單位：萬元）

通過以上分析可以看出，采用EPON技術實現三網融合的組網方式，局端OLT和用戶ONU之間僅有光纖、光分路器等光無源器件，大量節省主干光纖和接入交換機，無需設備間建設、無需配備電源、省電、防盜、防雷電，網絡層次簡化，組網靈活，可有效節省建設和后期維護成本［3］。

3 EPON技術組網在人民營業樓中的具體應用

邯鄲供電公司人民營業樓屬于新建的小型基建項目，建設完成后將作為公司營銷系統主要的辦公場所，對網絡帶寬和可靠性要求較高，建筑的智能化程度較高，在綜合比較了多種網絡接入技術后，選擇了EPON技術實現了光纖到辦公室。下面對其組網方案和關鍵配置進行說明。

3.1 組網方案

根據邯鄲供電公司人民營業樓辦公大樓內部建筑布局以及實際使用情況，采用EPON技術組建智能辦公樓信息通信網絡，承載辦公樓內的數據、語音和視頻業務，為保障網絡業務可靠運行，在組網方式上采用了OLT設備1＋1保護；分光器與主干光纖1＋1保護，確保網絡安全可靠，具體拓撲如圖6。

圖6 人民營業樓EPON網絡建設拓撲圖

3.1.1 OLT設備1＋1保護

局端機房布置兩臺瑞斯康達OLT設備ISCOM5800E，通過上聯GE、10G接口雙上聯分別接入信息網、NGN交換網以及有線電視網等，實現辦公區域以太網業務、ip語音業務以及視頻等業務落地；兩臺OLT設備1＋1保護，其中1臺發生故障不會影響網絡的正常使用。

3.1.2 分光器及主干光纖1＋1保護

分光器采用2∶8分光比；該分光器就近接入多個辦公室數據信息節點，考慮到后續擴容，建議接入4～8個用戶；分光器將遠端數據信息點進行光匯聚，上行兩個光口分別上聯至局端的兩臺OLT設備的PON口，實現接入業務雙上聯，主干光纖1＋1保護，一條主干光纜出現故障，不影響接入業務。

3.1.3 業務接入

辦公室數據信息節點安放瑞斯康達ONU設備ISCOM5204，可提供4FE＋2POTS業務接入，可接入本辦公區域的以太業務、語音業務以及視頻。

3.2 VLAN劃分

EPON技術本身內部同一PON口下不同ONU、同一個ONU下不同以太口都是物理隔離，不同的PON口和GE口遵循IEEE 802.1q協議標準，可根據用戶業務類型以及業務需求進行VLAN的隔離劃分。根據業務類型，辦公業務劃分為VLAN2025，視頻業務劃分為3014，語音業務劃分為1999；詳細配置見下述關鍵配置。

3.3 設備選型

本次設備選用瑞斯康達科技發展股份有限公司的EPON系列設備，局端節點所采用設備為瑞斯康達的OLT設備ISCOM5800E，業務接入點選用瑞斯康達的多網融合ONU設備ISCOM5204，可接入以太網業務、語音和視頻業務。

3.4 關鍵配置

（1）以太網業務配置

Raisecom＞enable

Password：raisecom

查看設備信息：

Raisecom＃show running-config all

創建板卡：

Raisecom（fttx）＃create card slot 1 type 4pon／4ge

創建VLAN：

Raisecom（config）＃create vlan 1999，2025，3014 active

設置帶外網管地址：

Raisecom（config）＃management-port ip address 192.168.4.12 255.255.255.0

設置帶內網管：

Raisecom（config）＃interface ip 0

Raisecom（config-ip）＃ip address 135.21.177.176 255.255.255.0 2025

設置網關：

Raisecom（config）＃ip default-gateway 135.21.177.1

設置網管服務器IP：

Raisecom（config）＃sn mp-server host 192.168.4.254 version 2c raisecom

udpport UDP端口選擇

＜cr＞

讀寫共同體：

Raisecom（config）＃snmp-server community public ro

Raisecom（config）＃snmp-server community private r w

配置4GE上聯口：

Raisecom（config）＃interface port 11

Raisecom（config-port：11）＃switchport mode trunk

Raisecom（config-port：11）＃switchport trunk allowed vlan all

Raisecom（config-port：11）＃speed 1000

在OLT上開通ONU的話，配置第一端口和第二端口：

Raisecom（config）＃interface port 1（1-2端口為第一槽位端口）

Raisecom（config-port：1）＃switchport mode trunk

Raisecom（config-port：1）＃switchport trunk allowed vlan al

Raisecom（config）＃interface range 1-2

Raisecom（config-range）＃switchport trunk allowed vlan add 1999，2025，3014

配置OLT的PON口：

打開端口自動注冊：

Raisecom（fttx）＃interface range olt 1／1-4（1／代表槽位；1-4代表第一槽位1-4PON口）

Raisecom（fttx-olt-range）＃automatic-authorization enable（打開自動注冊）

ONU配置：

Raisecom（fttx）＃interface onu 1／1／1（第一槽位第一個PON口第一臺ONU）

Raisecom（fttx-onu1／1：1）＃uni range ethernet 1-2（配置第一槽位的1-2交換端口）

Raisecom （fttx-onu-uni-range）＃ vlan mode tagged（配置交換端口的模式）

Raisecom（fttx-onu-uni-range）＃native vlan 2025（允許通過的VLAN）

（2）H248語音配置

ip address 10.70.108.155 255.255.252.0

ip route default 10.70.108.1

vlan mode tagged

vlan 1999

h248 mg register-mode domain-name

h248 mg name jxqygj001.bbxq.cqnetcom.cn

h248 pri mary mgc ip 10.23.33.129

h248 mg tid mode auto

h248 mg tid prefix A name 0

h248 pots tid name A0 1

h248 pots tid name A1 2

h248 mg tid prefix A name 0

4 結束語

新組建的EPON系統較好地滿足了電力系統智能化辦公樓宇建設的需求，解決了傳統網絡重復建設的問題，節省網絡建設資金。同時EPON光網絡的無源性使它徹底避免了外部設備的電磁干擾和雷電影響，減少了線路和外部設備的故障率，提高了系統的可靠性，節省了維護成本，運行安全穩定，取得了良好的社會效益與經濟效益，也獲得了EPON組網經驗，具有一定的示范作用。

［1］ 冉在陽.北京某區LAN網改造及EPON承載IPTV方案設計與實施［D］.北京：北京郵電大學，2009.

［2］ 李立新.EPON技術在企業信息網絡建設中的應用［J］.黑龍江科技信息，2013，（13）：146-147.

［3］ 張 虹.EPON相對傳統LAN接入的發展優勢［J］.科技視界，2012，（30）：250-251.