课程设计论文EPON技术应用模式探讨Word格式.docx
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EPON技术将以太网技术和PON技术相结合，其目标是以简单的方式实现点到多点的高速以太网光纤接入。
EPON采用点到多点的拓扑结构，下行采用广播方式、上行采用TDMA方式实现双向数据传输。
一套典型的EPON系统由OLT、ONU/ONT及ODN组成。
1、OLT
OLT一般放在中心机房，在下行方向，它提供面向无源光纤网络的光纤接口；
在上行方向，OLT提供了GE、10Baes－T、l00Base－T、10GBase－X等接口，OLT通过支持El接口来实现传统的TDM话音的接入。
根据IEEE802.3协议，OLT将数据以可变长度的数据包广播传输给PON上所有的ONU，每个包携带一个具有传输到目的地ONU标识符的信头。
此外，有些包可能要传输给所有的ONU，或者指定的一组ONU，当数据到达ONU时，它接收属于自己的数据包，丢弃其他的数据包。
利用TDMA技术，多个ONU的信号在经过不同长度的光纤传输后，进入光分配器的共用光纤，占据分配给它的指定时隙，以避免发生相互碰撞干扰。
具体如下图所示。
图1EPON下行信息流分布
图2EPON上行信息流分布
OLT作为EPON的核心，主要实现以下功能:
（1）向ONU以广播方式发送以太网数据。
（2）发起并控制测距过程，并记录测距信息。
（3）发起并控制ONU功率。
（4）为ONU分配带宽。
（5）支持EPON的统一网管，OLT是主要的控制中心，实现网络管理的五大功能。
2、ONU/ONT
ONU/ONT放在用户端，ONU主要采用以太网协议，实现ONU对用户数据的透明传送。
OLT到ONU之间可实现高速的数据转发。
ONU/ONT的主要功能:
（1）选择接受OLT发送的广播数据。
（2）响应OLT发出的测距及功率控制命令，并做出相应的调整。
（3）提供多业务接口，对用户的以太网数据进行缓存，并在OLT配备的发送窗口中向上行方向发送。
（4）在部分ONU中实现了成本低廉的以太网二层交换甚至是三层路由的功能，
这种类型的ONU可以通过堆叠来为多个最终用户提供很高的共享宽带。
3、ODN
ODN是无源光纤分支器，是一个连接OLT和ONU的无源设备。
它的功能是分发下行数据和集中上行数据。
无源分光器的部署相当灵活。
由于是无源操作，几乎可以适应于所有环境。
一般一个POS的分线率为8、16、32或64，并可以进行多级连接。
1.2EPON技术优势
EPON的技术优势主要在于传输带宽高（2M－l00Mbps）、传输距离远（0－20KM）、网络结构灵活、易于扩展、多业务支持能力、易于管理维护、抗干扰性强等，可满足各类用户的多种需求，其具体技术优势包括以下七个方面：
（1）点对多点的通信组网方式，大大降低运营成本:
EPON通过在OLT和ONU之间引入了无源分光器ODN，从而低成本地实现了点对多点的通信方式。
由于OLT与ONU之间仅有光纤、光分路器等光无源器件，无需租用机房、无需配备电源、无需有源设备维护人员。
因此，对于运营商来说可以大大降低运维费用，有利于网络的快速部署和实施。
（2）与现有以太网的兼容性:
EPON在G.983基础上保留了物理层PON，而用以太网作为数据链路层协议。
以太网技术是目前最成熟的局域网技术，EPON对现有的IEEE802.3协议作了一定补充，能够和以太网协议兼容。
EPON采用以太网的传输格式同时也是用户局域网/驻地网的主流技术，二者具有天然的融合性，消除了复杂的传输协议转换带来的成本因素。
（3）采用单纤波分复用技术（下行1490nm，上行1310nm），仅需一根主干光纤和一个OLT，传输距离可达20公里。
在ONU侧通过光分路器分送给最多32个用户，因此可大大降低OLT和主干光纤的成本压力。
（4）高带宽:
EPON下行均为千兆速率，下行采用针对不同用户加密广播传输的方式共享带宽，上行利用时分复用方式为用户共享千兆带宽，比ADSL要高很多。
（5）为灵活应用和快速服务提供了方便:
EPON具有同时传输TDM、IP数据和视频广播的能力，其中TDM和IP数据采用IEEE802.3以太网的格式进行传输，辅以电信级的网管系统，足以保证传输质量。
（6）有效的带宽控制:
EPON采用了基于TDM时间片原理的分片分级分配的方式，可以非常灵活地将不同的网络带宽赋予不同的ONU设备，达到有效控制用户带宽的效果。
在带宽的颗粒度上可以达到64kbit/s这样的地步，从而实现精细的带宽控制，而这种带宽控制功能是以太网所不具备的。
目前，在带宽控制功能上一般需要在路由器或者宽带接入服务器上才可以实现，而EPON带宽控制功能将为网络管理、网络优化、用户配置等带来有效的管理。
（7）优先权处理:
EPON采用了802.1P的标准进行优先权控制，EPON－OLT可以通过网管对不同的数据流打上不同的优先权级别标签。
当OLT或者ONU出现数据拥塞时，可以让优先权级别高的数据流先通过，从而保证级别高的数据优先传送。
2.EPON技术应用模式
利用EPON技术是实现FTTH/O、FTTB/C+LAN的有效网络解决方案，根据福建联通接入网建设经验，大致可分为小区、工业区、商业街区和乡村地区几种接入方式，下面将一一进行介绍。
2.1小区接入应用
在小区接入中，ONU可设置在用户端（FTTH）或楼道（FTTB），光分路器可设置在楼道或小区机房。
对于FTTH模式，由于用户数不确定，为了提高设备的利用率、降低成本及方便维护，光分路器的设置应相对集中，采用一级分光，可选择在小区机房或者小区内的光交接箱。
采用这种方式建设，无论用户数多或少，设备的利用率都是最大化的，但是用户数较多时对接入光缆的需求量相对较大。
网络结构如图3所示。
图3 小区FTTH模式
对于FTTB模式，ONU设置在楼道，一般需要配合楼道交换机进行业务的接入，光分路器的设置建议与FTTH方式相同。
网络结构如图4所示。
图4 小区FTTB+LAN模式
小区FTTH模式将在未来“三网合一”时体现出巨大的优势，但单用户造价过高；
因此目前在利用EPON进行小区接入时采用FTTB+LAN的模式将是最佳方案。
2.2工业区接入应用
工业区一般均为企业用户，建议将ONU设置在企业的接入机房，结合其内部交换机完成各类业务的接入。
这种模式类似于小区接入中的FTTB模式，建议在工业区所属区域设置合适的接入汇聚节点，将OLT放置在接入汇聚节点；
在工业区范围内，可采用树型结构，沿着主干道选择合适的点（机房或光交接箱）放置一级光分路器，再根据企业的分布情况布设二级分路器和ONU，以最大限度地节省光缆。
网络结构如图5所示。
图5 工业区EPON接入模式
考虑到分路器的多级设置，每个分路器将覆盖一定范围内的企业用户，因此建议多设置光交接箱。
若无法设置较多的光交接箱，则建议增大光缆芯数，便于未来大量企业的接入。
此外，如果需要采用EPON的环路保护，则需要将从汇聚点引出的骨干光纤以成环方式建设。
2.3商业区接入应用
商业区的特点是沿街分布众多的商务楼，楼内分布着多家企业，因此一般将ONU设置到公司，即FTTO（光纤到办公室），ONU通过交换机或路由器与公司内部网相连。
网络结构如图6所示。
图6 商业区EPON接入模式1
FTTO模式类似于小区接入中的FTTH模式，建议将光分路器设置在每栋大楼内，ODN采用树型或链型组网。
建设初期，建议将OLT放置在附近的接入汇聚机房内，光缆可沿大楼的分布情况建设，在每栋大楼的地下室或者在大楼相对集中的地带设置光交接箱，用来放置光分路器。
考虑到这种模式在用户数较多时对ODN骨干光纤的需求量较大且采用环型组网方式，建议EPON的ODN骨干光纤使用较大芯数光缆。
如果条件允许，建议在大楼相对集中、业务需求较大的区域内寻找合适的点作为未来的接入汇聚节点，将OLT的位置往用户侧靠近，并结合光交接箱的设置，采用星型模式接入附近的业务点以减少光纤的使用量，为将来大规模接入打好基础。
网络结构如图7所示。
图7 商业区EPON接入模式2
2.4乡村地区接入应用
对于距离已有传输接入点较远、用户相对集中的乡村地区，采用EPON技术将能够很好地发挥其技术优势。
将OLT设置在汇聚节点，在用户集中的区域设置光分路器，ONU设置在用户接入点，利用ONU丰富的接口就可以利用极少量的光缆解决众多用户的各类业务需求。
网络结构如图8所示。
图8 乡村地区EPON接入模式
这种模式特别适用于农村信息化建设，将OLT设置在接入汇聚节点，光分路器放置在需要重点接入的区域，就可以在只占用2芯接入层光缆的情况下解决多个乡镇、村庄的语音和信息化接入。
不过，考虑到EPON的接入距离一般在20km以内，如果需要大范围地使用EPON接入，则需要将OLT的位置往用户侧靠近，因此需要设置多个接入汇聚节点。
3.EPON技术应用典型实例
目前，在EPON技术的四种应用模式中，用EPON实现小区FTTB接入的应用最广，也最为典型，原网通项目“2008年中国网通集团福建福州大名城FTTB新建工程”就是这样一个典型应用实例，以下将从项目需求、建设方案、工程经济性分析三方面进行简要介绍。
3.1 项目需求
3.1.1项目概述
大名城位于晋安区福马路168号，该小区属中高档小区，入住率较高，现仅有电信一家进入，若网通公司能过进入，通过灵活的资费策列，优质的服务，必将占领一定的市场。
该小区共有27栋楼，其中14＃-18＃、25＃楼可由地下室走线，而其他楼房无法破路进入，故本期工程决定对该小区14＃-18＃、25＃楼进行FTTB接入建设。
共覆盖用户526户。
3.1.2市场需求分析与收入预测
（1）市场环境分析
准备实施的大名城小区是密集的住宅区域，为成熟小区。
主要的业务发展方向为个人家庭和小企业用户宽带，语音以NGN方式覆盖。
（2）竞争机会分析
按照整个片区500户计算，采用EPON技术，安装FTTB设备，市场预计宽带可以发展15%的用户，NGN语音能发展40%，相信能够取得一定的经济和社会效益。
（3）收入预测
网通预计
住宅电话
ARPU
30
办公电话
70
公话电话
LAN宽带
60
月份
10
11
12
1
2
3
4
5
6
7
8
9
全年累计
住宅线数
42
办公线数
15
180
公话线数
lan线数
75
总计
23
297
净收入
1800
3600
5400
6840
8280
9720
11160
12600
14040
15480
16920
105840
成本费用
100
200
300
370
440
510
580
650
720
790
860
930
6450
3.2建设方案
本工程为2008年中国网通集团福建福州大名城FTTB新建工程。
工程采取局端设备与用户端设备之间提供光传输通道技术，通过科委机房的无源光接入网局端设备，下联到亚太机房跳线至大名城新安装的光分路器，从大名城集中机柜布放光缆至各楼弱电间安装多用户接入单元设备，各楼内综合布线从每个弱电间地下层机柜按50%的用户数布放五类线到各层弱电间并安装信息盒。
本小区现建设6栋共10个楼道弱电间设备覆盖用户数526个。
在相应楼层弱电间安装一架机柜及一台多用户接入单元设备（每台24口），各楼层开户时利用弱电间原有的入户五类线。
本小区利用地下层原有槽道，从大名城15号403原有客户端布放一条6芯光缆到大名城地下层17#楼机柜，再从地下层新做接头分配6芯光缆到各楼弱电间机柜熔接2芯。
该小区共27栋楼房，因14#-18#楼有地下室走线，其他楼房无法破路接入，现建设14#-18#、25#楼6栋高层大楼合计住户526户，设备提供168端口。
（1）工程组网图
图9工程组网图
（2）ODN网络图
图10ODN网络图
3.3工程经济性分析
3.3.1工程造价分析
（1）光缆线路单项工程:
本工程主要工程量为敷设8芯光缆（GYTS-8B）85米，6芯光缆（GYTS-6B）1050米，25对电缆（CAT5-25UTP）130米，安装机柜（600*600*450）1架，组线箱3台，110配线架（100对）3块，光缆熔接终端框（48芯机架式）1架，光缆终端盒（12芯机架式）6架。
单项工程造价为41580元。
（2）综合布线单项工程:
本工程主要工程量为敷设25对电缆（CAT5-25UTP）2050米，安装组线箱18台，110配线架（100对）18块，单项工程造价为47680元。
（3）设备安装单项工程:
EPON设备包含两个方面即:
OLT及ONU设备，本工程局端OLT设备为利旧中兴ZXA10C200设备1台，安装中兴ONU设备（F820AC）7台，光分路器（1：
32）1台，单项工程造价为52706元。
另外，由于本工程OLT设备为利旧，占用该设备4个PON口中的1个，应分摊该设备投资四分之一，而中兴ZXA10C200设备投资为113889元（详见下表），因此分摊投资造价为28472元。
（如下为OLT设备投资明细表）
架式OLT其它型号配置（ZXA10C200）
一、OLT主设备
序号
板卡型号/名称
单位
数量
单价
总价
（RMB）
描述
C200后背板
块
1.00
1,230.00
B型电源接口板
2.00
270.00
540.00
管理控制接口板
360.00
交换处理板（4GE光接口,不含光模块）
6,450.00
12,900.00
长距离4路局端EPON业务板
4.00
22,680.00
90,720.00
1.25G/1310nmSFP单模光收发一体模块，LC，10km
个
960.00
3,840.00
OLT主设备合计
109,590
二、安装材料
名称
总数量
C200插箱
1,200.00
19”标准机架（600*600*1600）
1,500.00
电源分配器
300.00
1U风扇插箱A
光纤跳线5米（单模）
根
8.00
36.00
288.00
用于上联
16.00
576.00
用于PON口
直流电源线5米
75.00
地线5米
60.00
安装材料合计
4,299
综上所述，本工程造价为光缆线路单项工程、综合布线单项工程、设备安装单项工程之和计141966元。
如果考虑OLT设备分摊投资28472元，则总投资为170438元。
本工程共新建7台ONU（24个FE口）设备，提供168个FE端口，覆盖用户526户，则每户覆盖成本为324元，每端口成本为1015元。
3.3.2投资回收期
由收入预测表可知，本工程第一年收入（10.58-0.64）=9.94万元，第二年收入（1.69-0.09）×
12=19.2万元，由以上工程造价分析可知，本工程总投资为17.04万元。
则本工程静态投资回收期为1.4年。
接入点
第一年收入（万元）
第二年收入（万元）
收入权值
回收期（年）
大名城小区
9.94
19.2
1.4
4.EPON与其他接入方式的成本比较
目前，接入网主要采用有源光纤接入技术，包括PDH、SDH、MSTP和点到点以太网技术。
EPON技术与这些有源光纤接入技术相比虽然有很多优点，但其也存在一次性投入成本偏高的劣势，因此在决定采用何种方式接入之前必须进行成本的估算。
接入网络的建设成本主要由设备成本和工程线路成本两部分组成，下面将以FTTH/O模式为例，进行不同接入技术的成本比较。
对于工程设备成本，EPON每个PON口可服务32个用户，这种配置的OLT设备目前价格约为2万元人民币，每端ONU设备价格约为1500元人民币，折合到每个用户的成本为2.1万元人民币（只有1个用户）或2000元人民币（32个用户）；
而目前应用的各种有源接入技术一般均为点到点的系统，每个用户单独使用一对设备，折合到每个用户的设备成本约为1500元人民币。
对于工程线路成本，为方便比较，统一将成本核算到每芯光缆：
光缆价格目前约为200元人民币/芯公里，管道折合为900元人民币/孔芯公里（考虑每孔5根24芯光缆，包含敷设费用），杆路约为200元人民币/杆路芯公里（考虑一次性布放5根24芯光缆）；
按照主干光缆5km、接入光缆长度为2km进行估算，可以得出点到点系统的每户成本约为6500元人民币（接入段约为1200元人民币/户，主干段为5300元人民币/户）。
而使用EPON技术，当接入32个用户时，每个用户的成本为1400元人民币（接入段约为1200元人民币/户，主干段为200元人民币/户）；
当只接入1个用户时，成本将与点到点系统相等。
根据上述成本估算可知，在只有1个用户时，EPON和点到点接入方式的工程线路成本相同，但由于EPON的设备投资远高于现有的各类点到点接入，因此每个用户的总体成本EPON将高于点到点接入。
当用户数达到5个左右时，两种方式的每户成本将基本持平；
当用户数大于8个时，EPON的成本优势将开始得以体现；
当用户数达到16个时，EPON的成本优势将得以充分发挥。
5.EPON应用的几点经验
一．当采用EPON接入时，OLT上联可以利用现有的SDH网络，也可单独组建数据汇聚网。
若利用现有的SDH网络进行相关业务的收敛，则一般将OLT放置在接入汇聚机房，根据现有的接入层光缆布放ODN，通过100Mbit/s端口或GE端口与汇聚设备相联，利用已有的汇聚层通道传输业务。
但这种方式存在一定的弊端：
由于SDH网络是固定分配带宽的，因此通过EPON接入的业务将占用SDH环较多的带宽，带宽利用率不高；
同时，由于OLT放置在接入汇聚机房，随着业务接入点的增多，对接入层环路光缆的需求将逐渐增加。
若单独组建数据汇聚网，则可以根据业务分布灵活布放OLT，以最少的光缆实现业务点的接入，同时可以进行数据的统计复用以提高带宽利用率。
这种方式对目前的传输网络没有影响，但为了配合OLT的灵活布设需要增加较多的汇聚点，从而增加了机房部分及数据设备的投资。
二．对于一些零星大客户的2M电路业务及其他零星的业务需求，建议仍采用MSTP方式接入。
因为MSTP在用户数少时其端口投资相对较小，同时能够利用SDH的特性实现较高的业务安全性。
而只有在大客户业务需求密集的区域，EPON的优势将得以发挥，在投资相当的情况下，由于EPON能够提供更多的业务接口、更高的带宽及带宽利用率，因此建议采用EPON来实现业务的接入。
三．在部署EPON系统时，应遵循以下几个设计原则:
1．虽然目前一些厂商EPON设备标称可以支持20KM以上的传输距离，但考虑EPON技术的本身限制，在工程设计中，应严格将OLT的覆盖距离（OLT至ONU的光纤距离）控制在20KM以内，保证正常应用。
2．必须注重进行光功率测算，尽量保证OLT接收到的各ONU的发射功率一致；
否则，将可能使OLT在每秒时间内的响应频率过高，导致误码，并使光器件加快老化，不利于网络的长期稳定运行。
3．考虑个体差异性及稳妥性，应将光灵敏度控制在-27dB以上，即任何一台ONU接收的光功率必须大于-27dB。
4．不超过3级分光。
虽然某些厂商的EPON设备支持更多级的分光，但是每增加1∶2的分光，就会增加3.5dB的光功率衰减；
因此，不能无限制地进行分光。
而且，过多的分光器级联，大量的连接点和熔接点，会成为日后网络潜在的故障点。
5．先期设计中，必须合理规划，注重网络可扩展性。
无论目前使用的ONU有多少，都应该按70%满配的情况进行结构设计，先把光网络骨架搭好，以便于日后扩展部署，绝不能只考虑短期需求。
例如，如目前只需要部署8个ONU，就直接采用1:
8的分光器进行部署，虽然目前很便利；
但是这样的网络从结构来说很不合理，将来就不具备可扩展性，将造成很大的资源浪费。
6.结束语
综上所述，对于目前业务点呈区域集中化的小区、商业区、工业区的接入，建议采用EPON技术，根据业务需求实现FTTB或FTTH，少量距离已有汇聚点在20km以内的乡镇也可尝试。
初期可依托已有的传输网络进行业务收敛，在光缆建设时适当加大接入层光缆的芯数；
后期可根据业务发展情况考虑单独组建数据汇聚网以减轻传输网的压力。
参考文献
【1】陈雪，《无源光网络技术》，北京邮电大学出版社，2006.6
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