基于Epon技术的塔大综合楼网络组建.docx

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基于Epon技术的塔大综合楼网络组建

摘要

随着互联网应用的不断发展，客户对网络接入的要求也在不断的提升，宽带技术风起云涌，注定成为一块硝烟永远不会散去的战场，很多地区用的依旧是ADSL技术。

但所谓的“最后一公里”，即通信网络与用户之间的接入网，发展速度相对滞后，已经成为制约发展的瓶颈。

大力推进“光进铜退”、优化接入网络架构、提升接入网多业务承载能力，也是当今中国电信行业在业务发展和战略转型方面的重点工作。

应用于FTTX网络上的EPON技术，作为一种接入网新技术，将以太网技术与无源光网络技术相结合，解决了目前接入网存在的诸多问题，如灵活性不够，升级和扩容能力不强等等，使得在新一代网络上承载数据、视频、语音等综合业务，即“三网融合”成为可能。

光纤接入是接入网的发展趋势，目前EPON技术已逐步成熟，相关设备成本也不断下降，EPON高性价比优势将越来越明显，在今后大带宽业务的驱动下，光纤接入将得到越来越多的应用。

为了解决综合楼教室内上课以及教师办公室用网的问题，本文对综合楼网络组件设计了组网方案。

关键词：

以太网无源光网络光纤到户光线路终端光配线单元光网络单元

第一章光接入网的基本概念

1.1光纤在接入网中的延伸以及光纤的传输性能

光纤通信最先用语核心网，包括长途网和城域网。

在接入网中应用光纤，是从运营商到最终到用户逐渐延伸的。

而FTTx就是光纤在接入网中的延伸。

FTTx是指光纤在接入网中的推进程度或使用策略，不是具体的接入技术。

光纤深入用户的程度不同，光网络单元（opticalnetworkunit,ONU）放置的位置也不同。

根据ONU的具体放置位置，光接入网（opticalaccessnetwork,OAN）可分为四种基本的应用类型：

光纤到路边（fibertothecurb/cab,FTTC）

光纤到大楼（fibertothebuilding,FTTB）

光纤到办公室（fibertotheoffice,FTTO）

光纤到用户（fibertothehome,FTTH）

FTTH是直接将ONU放置在用户住宅内，为家庭用户提供综合宽带业务。

FTTH是光纤接入网的最终目标，但是由于每一用户都需要一对光纤和独自的ONU，因此成本非常昂贵，目前实现起来并不现实。

FTTB是将ONU设置在大楼内的配线箱。

主要应用于远程医疗、远程教育、综合大楼及大型娱乐场所，为大中型企事业单位和商业用户服务，并为其提供高速数据、电子商务等宽带业务。

而FTTC将光网络单元（ONU）设置在路边，也就是用户住宅的附近，从ONU出来的电信号再传送到各个用户。

主要是为住宅用户提供宽带服务。

视频业务一般用同轴电缆传送，电话业务用双绞线传送。

OLT是光线路终端（opticallineterminal,OLT），OBD是光分路器（opticalbranchingdevice,OBD）。

OLT与ONU之间采用光纤传输。

按光在光纤中的传输模式，光纤分多模光纤和单模光纤。

多模光纤的纤芯直径为50μm～62.5μm，包层外直径为125μm，价格低，相对单模光纤，容量不大、传输距离短。

单模光纤的纤芯直径为8.3μm，包层外直径为125μm，价格较高，性能也很高，使用于长距离通信。

光纤的不同波长区损耗不同，具有不同的传输性能。

目前使用的传输窗口包括：

850nm窗口（780nm～850nm）

1310nm窗口（1260nm～1360nm）

1550nm窗口（1480nm～1580nm）

1.2光接入网的基本结构及其分类

光接入网是接入网中部分或全部使用光纤作为传输介质来实现信息传输的网络形式，是针对接入网环境所设计的特定光纤传输结构。

其基本结构示意图如图1-2所示。

在光接入网中传输的是光信号。

如果网络侧和用户侧的设备接口是电接口，则信号在光接入网中传输时需要进行光/电、电/光转换；如果设备接口是光接口，则设备可直接与光接入网相连。

根据光接入网中ODN是由无源器件还是由有源器件组成，光接入网可分为有源光网络（activeopticalnetwork,AON）和无源光网络（passiveopticalnetwork,PON）。

AON是主干网技术在接入网中的延伸，它有传输容量大；传输距离远；带宽易于扩展；网络规划和运行的灵活性大且技术成熟等优点，但是，与其他接入技术相比，其成本比较高。

同时由于AON采用了有源设备，存在供电、可靠性等问题。

PON是专门为接入网发展的技术，其ODN全部由无源器件组成，信号在传输过程中无需再生放大，直接由无源光分路器传至用户，实现透明传输，信号处理全由局端和用户端设备完成。

它具有抗干扰能力强、可靠性高、安装条件简单、价格低廉、安装维护方便的优点。

但是，与AON相比，PON的覆盖范围和传输距离要小。

PON包括APON、EPON和GPON等技术。

1.3光接入网的传输技术

光接入网是一种共享介质的点到多点的网络结构。

OAN中OLT到ONU之间的传输分上行和下行两个方向。

信号从OLT到ONU称为“下行”，从ONU到OLT称为“上行”。

OAN的传输技术需要解决OLT和多个ONU之间上下行信号的正确传输，其中最关键的是解决上行信道的使用问题。

在OAN中，通常采用的是复用技术包括：

空分复用（spacedivisionmultiplexing,SDM）

时分复用（timedivisionmultiplexing,TDM）

波分复用（wavelengthdivisionmultiplexing,WDM）

第二章PON的基本概念

什么是PON

PON（PassiveOpticalNetwork）即无源光纤网络。

是一种点到多点的光纤接入技术，由局侧的OLT（opticallineterminal光缆终端设备）、用户侧的ONU（OpticalNetworkUnit光节点）以及ODN（OpticalDistributionNetwork光配线网）组成。

“无源”是指在整个光线网中不含有任何有源电子器件及电子电源，全部由光分路器（Splitter）等无源器件组成，不需要贵重的有源电子设备。

一个无源光网络包括一个安装于中心控制站的OLT，一级一批配套的安装于用户场所的ONU。

在OLT与ONU之间的ODN包含了光纤以及无源分光器或者耦合器。

（图1-1）

写

（图1-1）

EPON网络介绍 

　　EPON（以太无源光网络）是一种新兴的光纤接入网技术，它是采用点到多点结构、无源光纤传输方式、基于高速以太网平台和TDM时分MAC（MediaAccessControl）媒体访问控制方式、提供多种综合业务的宽带接入技术。

所谓“无源”，是指ODN中不含有任何有源电子器件及电源，全部由光分路器（Splitter）等无源器件组成。

它在物理层采用了PON技术，在链路层使用以太网协议，利用PON的拓扑结构实现了以太网的接入。

因此，它综合了PON技术和以太网技术的优点：

低成本、高带宽、扩展性强、灵活快速的服务重组、与现有以太网的兼容性、方便管理等等。

　　EPON可以实现语音、数据、视频、移动业务的融合。

EPON系统主要由OLT（光线路终端）、ONU（光网络单元）、ONT（光网络终端）和ODN（光分配网）组成，它处于网络的接入网层面，主要适用于宽带业务的光纤接入。

　　有源网络设备包括中心局机架设备（OLT）和光网络单元（ONU）。

光网络单元（ONU）给户提供数据、视频和电话网络与PON之间的接口。

ONU最初的作用是接收光路信号，然后转换成用户所需的格式（以太网、IP广播、电话、T1/E1等）。

OLT设备则通过光纤连接到IP核心网络。

光接入网的引入，其覆盖范围达到20km，保证了OLT从光接入网建网初期就可以提升到传统的城域汇聚节点处，从而简化了接入网汇聚层的网络结构，也节省了端局的数量。

另外，光接入网大容量、高接入带宽、高可靠性、多业务QoS等级支持能力的特点，也使接入网向统一、融合、高效承载平台的方向演进成为现实。

　　EPON网络基本原理 

　　EPON系统采用WDM技术，实现单纤双向传输，用上行1310nm和下行1490nm波长传送数据和语音，CATV业务则使用1550nm波长承载。

OLT放置在中心局端，分配和控制信道的连接，并有实时监控、管理及维护功能。

ONU放置在用户侧，OLT与ONU间通过无源的光分配网络按照1：

16/1：

32方式连接。

　　为了分离同一光纤上多个用户往返的信号，可采用以下2种复用技术。

　　1）下行数据流采用广播技术。

（如图1-2）在EPON中，从OLT到多个ONU下行传输数据的过程采用数据广播方式发送。

数据以变长信息包的形式，从OLT下行广播到多个ONU。

每个信息包带有1个EPON包头，唯一标识该信息包是发给ONU-1、ONU-2还是ONU-3。

也可标识为广播信息包发给所有ONU或发给特定的ONU组（多点传送信息包）。

当数据到达ONU时，ONU通过地址匹配，接收并识别发给它的信息包，丢弃发给其他ONU的信息包。

在ONU注册成动后分配1个唯一的LLID；OLT接收数据时比较LLID注册列表，ONU接收数据时，仅接收符合自己的LLID的帧或者广播帧。

图1-2广播方式

 2）上行数据流采用TDMA技术（如图1-3）。

OLT接收数据前比较LLID注册列表；每个ONU在由局端设备OLT统一分配的时隙中发送数据帧；分配的时隙（通过测距技术）补偿了各个ONU距离的差距，避免了各个ONU之间的碰撞。

图1-3广TDMA方式

EPON的技术特点主要表现在：

（1）EPON网络可以在同一个平台上提供数据、语音和视频应用，能综合现有的语音、数据和视频应用，并能兼容未来的数字电视、VoIP和VOD等业务，实现扩展性强的综合业务接入；

（2）由于无源光器件无需供电，无需建设专门的小区机房，加快建网速度，节省建网成本。

无源光器件寿命长、可靠性高，也大大降低了长期的网络管理和维护的成本，EPON的无源和点到多点结构使得网络升级扩容更方便灵活；

（3）利用单纤组网，采用波分复用技术就可以完成上下行数据的传输，可大量节省光纤和中心局端所需的激光器数目，可以充分利用现有网络资源；

（4）EPON网络能够提供非常高的带宽，物理层编码方式采用SB/IOB码，能够提供上下行对称的1.25Gbit/s带宽，基本能适应现在及将来几年内用户对带宽的需求；

（5）使用以太网技术，帧格式与现有的以太网相兼容，无需传输协议转换即可承载IP业务，实现ONU对用户数据的透明传送，大大简化了系统结构；

（6）EPON提供了全新的OAM网络管理机制，在中心局可以实现对网络末端设备的统一管理，提高维护效率，降低运营成本。

同时可以对每个用户的带宽实现集中分配，提供差异化服务。

[2]

EPON的技术难点主要表现在：

（1）系统同步：

由于EPON上行为多点到一点的拓扑结构，每个ONU发送时隙必须与OLT的系统分配的时隙保持一致，以防止各个ONU上行数据发生碰撞。

ONU侧的时钟应与OLT侧的时钟同步。

（2）ONU的自动识别：

是指通过系统的自动运行，不需人工干预，完成对新ONU的发现和注册，使新ONU能够自动加入到EPON系统而不影响其他ONU运行。

其中最关键的是要解决两个或两个以上ONU同时注册造成的冲突。

EFM对解决注册冲突提出了两种方案：

随机延迟时间和随机跳过开窗。

（3）EPON中TDM业务的传输：

尽管数据业务的带宽需求正快速增长，但现有的电路业务扔有很大的市场，在短期内仍将发挥其巨大的作用，在今后几年内仍是业务运营商的主要收入来源。

所以在EPON系统中承载电路交换业务，将分组交换业务与电路交换业务结合有利于EPON的市场应用和满足不同业务的需要

（4）EPON中信息安全的考虑：

根据IEEE802.3ah规定，EPON系统物理层传输的是标准的以太网帧，对此，802.3ah标准中为每个连接设定LLID逻辑链路标识，每个ONU只能接收带有属于自己的LLID的数据报，其余的数据报丢弃不再转发。

EPON与有源光纤

目前，信息化业务接入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，但一次性投入成本偏高的劣势仍是开展EPON应用的最大障碍，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。

　　在EPON中，1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·km，管道约为900元人民币/孔芯·km（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·km（考虑一次性布放5根24芯光缆）；按照干路光缆5km引入光缆长度为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（引入段约为1200元人民币/户，干路段为5300元人民币/户）。

当接入32个用户时，每个用户的成本为1400元人民币（引入段约为1200元人民币/户，干路段为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。

EPON与GPON

GPON

⏹标准规定比较详细，但技术复杂

⏹芯片厂家较少，研发进度落后

⏹尚未实现不同厂商设备的互通

⏹成本相对较高，产业链不成熟

EPON

⏹标准相对简单，易实现

⏹技术已基本成熟

⏹商用芯片比较多

⏹成本不断下降

⏹在国外已有百万量级用户的规模商用

⏹EPON系统能够满足当前宽带业务的要求，是近期宽带光接入及FTTH的主要实现方式

EPON仍需解决的问题

标准问题

《中国电信EPON技术要求》还需要进一步完善：

1、DBA算法

2、多业务承载QOS管理问题

设备管理维护需要进一步加强：

1、故障诊断能力

2、性能统计能力

3、ONU远程管理

基于EPON的组网应用

（1）FTTH方式FTTH即光纤到户方式适用于用户居住比较分散且用户对带宽的要求较高的区域，如别墅区，而且开发商有积极性参与网络建设。

此时组网方式一般采用从局端的OLT引出光缆到别墅区，在别墅区内一个相对中心位置放置分光器，然后通过小芯数管道光缆或新型的小芯数直埋光缆连至用户家中的ONU，可以根据用户需求在用户家中连接交换机或集线器（HUB）供多个设备连接。

（2）FTTB方式FTTB方式适用于在单栋商务楼用户相对数量不多、带宽要求不高的场景。

一般的组网方式为从局端OLT引出光缆到商务楼附近的光缆交接箱，在光缆交接箱中放置分光器，从交接箱引光缆至大楼。

ONU放置在大楼交接间，通过交换机为楼内用户提供宽带上网业务。

在这种情况下，建设时需要根据用户带宽需求及数量选择合理的分路比。

（3）FTTN方式FTTN方式FTTN则是带宽与投资的折衷，FTTN在满足用户带宽需要的前提下，采用最新的数字用户线（DSL）技术，尽量使用长的双绞线，以提高ADSL接入复用器（DSLAM）节点的用户容量，从而减少节点数量，减少投资和维护成本。

第三章EPON技术在用户接入网的应用模型分析

EPON的应用模式

EPON典型建设模式，根据光纤到用户的距离来分类，可分成光纤到户（FiberToTheHome;FTTH）、光纤到楼宇（FiberToTheBuilding;FTTB）、光纤到办公室（FiberToTheOffice;FTTO）等3种服务形态。

FTTH：

ITU认为从光纤端头的光电转换器（或称为媒体转换器MC）到用户桌面不超过100米的情况才是FTTH。

FTTH将光纤的距离延伸到终端用户家里，在每个用户家庭里布放一个ONU终端设备，由ONU提供家庭的数据、语音业务，如VOD、在家购物、在家上课等，提供更多的商机，也是真正意义上的“光纤到户”。

若搭配WLAN技术，将使得宽带与移动结合，则可以达到未来宽带数字家庭的远景。

应用于高端住宅区，商业区，投资成本较高，适用于投资收益比高的环。

FTTB（图FTTB）依服务对象区分有两种，一种是公寓大厦的用户服务，另一种是商业大楼的公司行号服务，两种皆将ONU设置在大楼的地下室配线箱处，只是公寓大厦的ONU是FTTC的延伸，而商业大楼是为了中大型企业单位，必须提高传输的速率，以提供高速的数据、电子商务、视频会议等宽带服务。

图FTTB

FTTO:

即光纤到办公室，是将ONU放置在公司、大学、政府机关等终端设备处，提供一定范围内的灵活业务，主要用于大企业事业单位等业务需求量大的用户。

ONU可以本地供电，不仅降低了供电成本，而且故障率也大大减少，维护安装测试工作也得以简化，这是网络运营商长期依赖一直追求的理想网络目标。

第四章EPON网络组建

EPON常见的组网有：

树形和总线形、主干保护树形、主干光纤保护、主干光缆保护。

根据现场的实际情况的成本、安全性等需求进行组网，可以提高网络的可靠性。

（1）树形和总线形：

该组网方式保护功能较差，当主干光纤中断时，下挂设备均无法正常通信。

总线型

树形

主干保护树形：

采用2∶N分光器，在主干光纤线路上保护，当分光器损坏时，下挂的所有设备均无法正常通信。

主干保护树形

主干光纤保护：

采用双PON口ONU设备做到多重通信安全措施保护。

主干光纤保护

4）主干光缆保护：

采用多级级联方式将双PON口ONU以总线方式接入系统，大大提高了网络的安全性。

主干光缆保护

5）方案的选择

我校西区信息工程学院逸夫楼三楼装有OLT，而逸夫楼与综合楼之间的距离很近，使用光纤最大可以传送20KM的距离，ONU可直接放在综合楼，期间用光纤连接，连接方式中总线形虽然简单丶成本低但是可靠性比较差，当主干光纤中断时，会导致整个综合楼的网络无法使用，树形与总线型相差不大，当其中主干中断其后的下挂ONU全部无效，主干保护树形可靠性相对高一点，它主干光纤线路上保护，当分光器损坏时，下挂的所有设备均无法正常通信。

主干光纤保护采用双PON口ONU设备做到多重通信安全措施保护，个ONU间相互独立，当某点损坏影响的ONU数量相对较少。

线路最复杂安全性最高的是主干光缆保护，采用多级级联方式将双PON口ONU以总线方式接入系统，大大提高了网络的安全性。

所以选择最后一种主干光缆保护型。

综合楼数据分析

综合楼是塔里木大学标志性的建筑，其中有很多教室和老师办公室，为了解决每间教室上网的问题，进行组网，首先对其每层的用户数量进行考查，并对每层进行了实地考察，画出了综合楼每层的平面图（听面图间WLAN说明出），通过画平面图我们对楼层的布线方式的思路更加清晰使我们察觉不少细节。

图综合楼一层

图综合楼四五层

经统计综合楼负一层有房间34个。

一丶二和三层房间数一样都40个。

四丶五层房间数一样38个房间。

（注：

房间数除去卫生间及不必要的杂物间。

）

带宽需求

2013年网络覆盖能力持续增强，FTTH覆盖家庭一年新增7200万户，总量达到1.67亿户;惠民普及规模不断扩大，新增固定宽带接入互联网用户1900万户，总量达到1.89亿户，新增3G用户1.69亿户，总量达到4亿户;农村宽带基础设施条件进一步改善，新增1.9万个行政村通宽带，通宽带比例从去年年初的88%提高到91%，实现5200余所贫困农村地区中小学宽带接入或改造提速;宽带接入速率普遍提升，用户上网体验进一步改善，4M及以上宽带接入用户占比达到79%，实现两年翻倍，全国平均下载速率半年内从2.9兆比特每秒提升到3.5兆比特每秒。

OLT的EPON口下行1.25Gbit/s,上行1.25Gbit/s。

应由下行速率确定所带用户数，而下行速率的实际效率为80%。

则实际可利用有效带宽为：

1.25Gbit/s*0.8=1000Mbit/s.

二用户业务带宽规划表

业务种类

业务划分

业务提供

带宽规划

数据在线比

备注

CATV

高清电视（发展）

公共电视100套

100套*8Mb

100%组播

暂不考虑

与广电融合

标清电视（现在）

100套*3Mb

IPTV

高清电视（发展）

服务器提供

多节目源

8Mb/路

10%

电信业务

标清电视（现在）

3Mb/路

PC

上网

（含视频通信）

发展

internet

4Mb

33%

高速

2Mb

游戏

512kb

VOIP

寄于IP的语音

PSTN

100kb

20%

电信业务

SIP

经软交换语音

Soft-switch

100kb

20%

三带宽计算公式

1．EPON可带用户（N）=有效带宽

选带宽项乘各自的数据在线比之和=1000Mb/（3*0.1+2*0.33+0.1*0.2+0.1*0.2）

=1000户

结果可见，按现在用户规划宽带5.2Mb（3Mb+2Mb+0.1Mb+0.1Mb）计算，允许一个EPON口可带1000户。

综合楼房间数量=34+40*3+38*2=230

综合楼配置230还剩余770个安装空间。

组网选择

ONU可设置在用户端或楼道，分光器设置于楼道或地下室。

对于老住宅小区一般存在DSL或楼道交换机，宜采用FTTB或FTTN+DSL或局域网（LAN）的方式，可利用原有DSL或LAN的线路与设备，节省投资。

分光器设置于机房或地下室。

OLT宜放置于中心机房，分光方式宜采用等功率分光方式，一般采用一级分光，若需求比较分散，也可采用二级分光。

3.2.1光线路终端布放原则

（1）OLT放置于中心机房（CO，即交换机房、数据机房等现有机房），其特点为覆盖范围大，便于操作和管理，适于早期用户比较少或集中管理的场景。

（2）远端中心机房，其特点为覆盖范围适中，便于操作和管理，同时兼顾容量和资源。

（3）户外机房或小区机房，其特点为节省光纤，但管理和维护困难，覆盖范围比较小，需要解决供电问题，一般不建议采用这种方式。

OLT位置的选择，主要取决于实际的应用场景，一般建议将OLT放置于中心机房，便于维护与管理，节省运维成本，同时便于资源共享，节省资源。

3.2.2分光器布放方式

分光器可采用一级或多级分光，分光方式一般采用等功率方式，也可采用不等功率的方式，主要取决于地形和潜在用户分布等因素的影响。

（1）一级分光适用于密型布局。

分光器采用一级分光时PON端口一次利用率高，易于维护，其典型应用于需求密集的城镇，如大型住宅区或商业区。

（2）二级分光，适用于