小区EPON接入网设计.docx
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小区EPON接入网设计
题目长青小区EPON光纤接入网规划设计
学生姓名学号
所在系（院）
专业名称年级
指导教师职
题目五芳园小区EPON光纤接入网规划设计
摘要
随着现代信息技术的不断更新升级，人们对电信业务的带宽、业务、简洁、多样的要求也越来也高。
伴随着骨干网的能力越发增强，与此同时接入网却没有多大进步。
如此，由骨干网络到用户终端之间的几百米或者几公里组成的接入网，因此而被形象地称为"最后一公里"。
由于骨干网基本采用光纤结构，传输速度非常快。
因此，这"最后一公里"便必然成为了制约整个网络系统的瓶颈。
这使得改进接入网已经到了十分关键的时刻。
本文简要介绍了关于EPON的一系列基础知识和以EPON为接入方式的小区接入网规划。
本着实用的原则，综合考虑设备选型，ONU位置，IP地址分配，实现其可运营性。
并选定一个小区，进行完整的光纤接入网设计，达到学有所用的目的。
前言1
1绪论2
1.1光纤接入技术2
1.1.1光纤接入技术概述2
1.2EPON技术介绍3
1.2.1EPON技术概述3
1.2.2EPON系统概述4
1.2.3EPON系统各部分功能5
1.2.4EPON信号传送原理5
7
7
2光纤接入网的基本概念8
2.1光纤接入网的优势8
2.2光纤接入网结构8
2.3光纤接入网的分类10
2.4接入网的拓扑结构11
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5五芳园小区EPON光纤接入网规划设计方案18
5.1接入网网络结构的设计18
5.2设备选型19
5.2.1OLT选型19
设备19
116-02前视图19
后视图20
机架结构21
5.2.1.5AN5116-02支持及上联21
AN5116-02单盘配置22
5.2.2ONU选型22
22
5.2.3无缘分光器选型24
24
25
5.5光功率分配计算过程25
5.6IP地址分配28
5.6.1IP地址概述28
5.6.2A、B、C类地址研究29
5.6.3公有和私有IP地址30
公有IP地址30
私有IP地址30
5.6.4小区用户IP地址分配31
5.7网络保护方式的选择32
5.8网同步的设计34
5.8.1OLT与ONU的时钟同步与MPCP时钟同步34
结论36
致谢37
参考文献38
附录39
前言
光纤接入网以光纤作为传输媒质，传输距离长，传输容量大，抗干扰性强，衰减小，重量轻，是未来宽带固定接入的必然发展方向。
EPON：
（以太无源光网络）是一种新型的光纤接入网技术，它采用点到多点拓扑结构、无源光纤传输，并可在以太网的基础上提供多种业务。
它在物理层采用了PON技术，链路层使用以太网协议，利用PON（无源光网络）的拓扑结构，从而实现以太网的接入。
自EFMA（EthernetFirstMileAlliance，第一公里以太网联盟）在2004年6月发布EPON技术规范IEEE802.3ah以来，EPON技术得了到快速的发展，目前相关的芯片和设备均已成熟。
业内人士基本认为，FTTH是宽带接入的最理想方式，而EPON也将成为一种被主流认可的宽带接入技术。
早在2001年起，IEEE就开始了EPON技术的讨论。
经过亚洲国家（中国、日本、韩国）近几年来在标准完善、现网规模部署、系统测试验证等方面的努力，EPON技术在亚洲得到了广泛的应用，并带动其产业链逐步发展壮大。
政府政策的支持和竞争日益激烈的市场是EPON技术快速发展的驱动力。
随着我国的IP业务的不断增加和我国电信运营市场的逐渐开放，无论是传统电信运营商还是新兴运营商，为了能够在新的竞争环境中不败于电信行业之间，都把建设方向瞄准了IP业务的电信基础网。
在我国南方，接入网主要是采用ADSL/ADSL2+、LAN技术为主，由于需要大量的实线、铜缆作为接入网的媒质，提高了建网成本，加大了满足业务需求的难度。
本文以五芳园小区为背景，EPON技术为结构精髓，通过对网络书籍资料的自学和查阅，对本小区进行实地考察,进行一系列的规划设计。
尽可能的解决以上所述问题。
1绪论
1.1光纤接入技术
1.1.1光纤接入技术概述
接入网也称为光纤用户环路（FITL），它的光线路终端（OLT）可以设在交换局中也可设置在远端。
它的光网络单元（ONU）设在用户侧，光线路终端和光网络单元之间是由光纤连接。
ONU可以以多种方式连接用户，一个ONU可以连接多个用户。
根据与用户的距离，光纤接入网FITL又有多种方式，例如：
光纤到户（FTTH）、光纤到大楼（FTTB）、以及光纤到路边（FTTC）等几种形式。
从光纤接入网是否有电
源分类，又可以分成无源光网络（PON）和有源光网络（AON）两类。
由于我们只讨论无源光网络，有源光网络就不做介绍了。
无源光网络（PON）技术是点到多点的光纤接入技术，由局侧的光线路终端（OLT）、用户侧的光网络单元（ONU）以及光分配网络（ODN）组成。
它的一般采用TDM广播方式、上行采用时分多址接入（TDMA）方式，并且可以灵活地组成星型、树形、总线型等拓扑结构。
而“无源”，是指ODN中不需要电子电源及有源电子器件，全部由光分路器（Splitter）等无源器件组成，因此其维护的成本相比较低，对雷电、磁场等环境因素的干扰影响不明显。
光接入网因为采用光纤作为传输媒介，具有传输距离长，传输容量大，抗干扰性强，衰减小，重量轻，等特点，是有线宽带接入技术的理想方案，代表了宽带接入网的发展方向。
1.1.2光纤接入技术的研究意义
随着Internet的快速发展,我国已经进入了一个信息交流爆炸的网络型社会,我们的学习、工作及生活已经无法再离开网络,光纤在传输带宽方面具有极大的优势。
经过多年的发展,传输网已经基本上实现了数字化和光纤化,交换网也已经基本实现了数字化和程控化,而接入网却发展缓慢。
为了提高网络业务的容量、质量、速度以及对网络资源的开发利用,我们必须要突破这一瓶颈，最大程度的提高这“最后一公里”的传输效率。
目前，国内DSL接入提供的速率大概为1Mbit/s或者2Mbit/s，对于宽带上网，这个速率似乎足够了，但是对于传输电视节目则明显不够了。
常规数字电视H.264编码的一路SDTV节目需要2Mbit/s,加上数据接入业务，接入带宽至少需要4Mbit/s。
这就使得改善接入网的速率问题更加紧迫。
现如今我国经济的高速发展,各地城市的迅猛建设,使得光纤通信再一次被人们关注。
为了全面提升国家信息基础架构的安全、层次、质量,研究接入网是关键,而最终的解决方案是FTTH。
对于电信运营商而言,FTTH是关系到网络和业务转型的重要领域,采用EPON方式进行FTTH接入有其强大的优势。
1.2EPON技术介绍
1.2.1EPON技术概述
PON（无源光纤网络）是指光配线网中不含有任何电子器件及电子电源，它具有节约光纤材料、对网络协议透明的优点，是电信维护部门长期期待的技术，在光接入网中扮演着相当重要的角色。
与此同时，以太网（Ethernet）技术已经经历了二十年的发展，它以其实用简便，价格低廉的优势，基本已经完全统治了局域网，并通过实践被证明是承载IP数据包的最佳载体。
而以太网与PON的结合，便产生了以太网无源光网络（EPON）。
其通过在网络中采用性价比高的以太端口和可靠性高、成本低的无源部件,可以轻松的实现EPON的既具经济又具高带宽的性能。
由于同时具备以太网和PON的特点，EPON成为了光接入网络领域中的热门技术。
随着IP业务的不断发展，有关组织提出了EPON的概念，即在与APON类似的结构和G.983的基础上，设法保留其精华部分也就是物理层PON，而以以太网代替ATM作为链路层协议，构成了一个可以提供低成本、大带宽和强大业务能力的新型接入技术——EPON。
EPON：
（以太无源光网络）是一种新型的光纤接入网技术，是当今解决“最后一公里”瓶颈的新兴接入技术。
它采用点到多点拓扑结构、无源光纤传输，并可在以太网的基础上提供多种业务。
它在物理层采用了PON技术，链路层使用以太网协议，利用PON（无源光网络）的拓扑结构，从而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:
传输距离长，传输容量大，抗干扰性强，衰减小，重量轻，便于的管理,与现有以太网的兼容等。
1.2.2EPON系统概述
以太无源光网络是采用点到多点（P2MP）结构的单纤双向光接入网，它的拓扑结构可以为树型或星型。
EPON分别由网络侧的OLT、光分配网ODN、用户侧的ONU构成。
EPON系统模型和EPON协议分层与OSI模型的关系如下图：
图1－1EPON系统模型
其中SNI为业务节点接口、UNI为用户网络接口、ODN为光分配网络、TE为终端设备。
图1－2EPON协议分层与OSI模型的关系
1.2.3EPON系统各部分功能
OLT（光线路终端）：
以广播方式向ONU发送以太网数据；发起并且控制测距过程，并且记录所测信息；控制ONU功率和ONU注册；为ONU分配带宽，也就是控制ONU的发送窗口大小和发送数据时间。
ODN（光分配网）：
分发下行方向数据并且集中由ONU上传的上行数据。
无源分光器可将输入的一路光信号进行不等比例的光功率分割，并输出所分割的多路信号。
ONU（光网络单元）：
响应OLT所发出的功率控制和测距命令，并对命令作出调整；缓存所属用户的以太网数据，并在OLT所分配的发送窗口内发送上行方向数据。
1.2.4EPON信号传送原理
EPON系统运用WDM技术来实现单纤双向的信号传输。
为了将用户的上下行方向信号分离，EPON使用了两种复用。
下行数据流采用广播方式，取下行波长1490nm。
各自ONU根据下行数据标识信息接收属于自己数据，并丢弃其它数据。
图1-3下行方向信号传输原理
上行数据流采用TDMA方式，取上行波长1310nm。
各自ONU发送的时间和长度由OLT集中控制。
图1-4上行方向信号传输原理
1.3FTTH技术
1.3.1FTTH技术概述
尽管如今移动通信发展速度很快，但其由于带宽难以提高，终端体积追求小巧，显示屏幕受限等因素，人们依然需要性能更强得多的固定终端。
信息化进程的前进和网络业务需求的提高，快速推动着网络的发展。
FTTH（光纤入户）的意思是光纤和终端设备一同进入家庭，也就是说将光网络单元（ONU）安装到用户家庭，从而实现数据，图像，语音业务的整合。
它是光接入系列中最接近用户的类型之一。
FTTH的优点是增强了网络对波长、速率、数据格式和协议的透明性，可以提供更大的带宽，支持的协议也较为灵活。
值得一提的是其对环境影响和供电都要求都不高，便于了安装和维护。
光纤到户的最大优势在于，它具有非常大的带宽，是解决“最后一公里”瓶颈的最佳方案。
根据光纤深入用户的程度，可以分为FTTC（光纤到路边）、FTTZ（光纤到小区）、FTTO（光纤到办公室）、FTTF（光纤到楼层）、FTTH（光纤到用户）等。
这里我们只研究FTTH，其它方式暂不多谈。
FTTH从拓扑结构分类可以分为点到点（P2P）和点到多点（P2MP）两种。
FTTH从封装协议的不同可分为BPON，EPON，GPON等，这些PON技术的网络拓扑结构都为树型结构。
2光纤接入网的基本概念
2.1光纤接入网的优势
光线接入网一种以光纤作主要传输媒介的接入网.
它的主要优点有：
1光纤带宽容量大，可以满足未来更多业务的需要。
2光纤抗干扰性好，不会被电磁或雷电等的影响。
3光纤寿命长久，可达50年。
4衰减小。
5体积小，重量轻。
于是，它以频带宽、损耗低、重量轻、抗干扰能力强、工作性能可靠、原材料丰富等优点赢得了市场的肯定。
虽然有成本较铜线高的缺点，但随着技术的成熟，其成本在逐渐降低，大大增加了其推广的可行性。
2.2光纤接入网结构
可以说OLT和ONU组成光纤接入网（OAN），其包含与UNI（用户网络接口）有关的用户端口功能、与SNI（业务节点接口）有关的业务端口功能以及核心功能（如集线、电路仿真和通路选择），这些功能分布在OLT（光线路终端）和ONU（光网络单元）中。
其通过光线路终端（OLT）与业务节点相连，通过光网络单元（ONU）与
用户连接，而通常为了降低成本，一个光线路单元OLT可以带多个ONU。
图2-1光纤接入网模型
光线路终端OLT的功能是为接入网络提供与本地交换机之间信息传输的接口，并且通过光传输的方式与用户端的光网络单元通信。
其具体的工作有：
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、为ONU分配带宽。
它能够将交换机的交换功能与用户接入完全隔开，并提供对自身和用户端的监控和维护。
对于位置的设置，可以和本地交换机一起设置在交换局端，也可以放置于远端。
光网络分配单元ONU的功能是为其接入网络提供用户侧的接口。
具体工作的有：
1、选择性的接收OLT发送的广播数据。
2、响应OLT发出的测距以及功率控制命令，并遵照控制命令作出相应的调整。
3、对用户的以太网数据进行缓存，并且在OLT分配的发送窗口内发送向上行方向的信息。
ONU可以接入多种用户终端，并且具有光电转换的功能以及相应的维护和监控的功能。
ONU的主要功能是结束来自OLT的光纤，处理光信号并为多个用户提供业务接口。
ONU的网络端是光接口，而它的用户端是电接口。
因此，ONU具有光信号和电信号相互转换的功能。
同时，它仍具有对话音的数字信号和模拟信号相互转换功能。
ONU通常可以放置离用户较近的位置。
2.3光纤接入网的分类
按技术上分，光纤接入网可分为有源光网络和无源光网络，有源光网络可以分为基于PDH和SDH两种。
由于EPON系统是以太网无源光网络，所以有源光网络我们就不多讨论了。
对于无源光网络（PON）是指在OLT和ONU之间是光分配网络（ODN），不需要任何有源电子设备。
PON即无源光网络（无源的光接入网）分为APON、EPON和GPON等几种,其中EPON是将以太网技术与PON技术完美结合。
按照拓扑结构，光纤接入网可以分成：
环形、总线形、星形或它们的混合形，也有点对点的应用。
总线型：
总线形结构是将光纤作为公共总线，各用户终端通过耦合器与总线直接连接。
其优点有:
共享主干光纤，节省线路投资，比较点容易增删节，各用户彼此干扰较小。
但其缺点是：
存在损耗累积，用户接收机的动态范围要求较高，对主光纤的依赖性强。
它结构属串联型结构。
环形结构：
它是所有节点共享一条光纤链路，将光纤链路首尾相连，自成封闭回路的网络结构。
这种结构的优点是无需外界干预，网络即可在比较短的时间内，从失效故障中恢复所传业务，即：
实现网络自愈。
星形结构：
它是将各用户终端通过一个位于中央节点（设在端局内）具有控制和交换功能的星形耦合器进行信息交换的。
它不具有损耗累积，易于升级和扩容，各用户之间干扰性小，业务适应性强。
但它缺点是：
所需光纤较多，对中央节点的可靠性要求非常高。
星形结构又可分为单星形结构、有源双星形结构和无源双星形结构。
它属于并联形结构。
按照光纤到达的位置，光纤接入网可以分为光纤到户（FTTH），光纤到路边（FTTC），光纤到大楼（FTTB），光纤到办公室（FTTO）。
其中最常用的三种是FTTH（光纤到用户）、FTTB（光纤到大楼）、FTTC（光纤到路边）。
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。
2.4接入网的拓扑结构
ODN的基本结构：
根据光分路器（OBD）的连接方式，网络可组成很多种结构，而星型和树型是最普遍的。
关于星型结构：
是ONU与OLT之间按照点对点配置。
也就是一个ONU直接与一个OLT连接，而中间不需要OBD（光分路器）。
而OLT与ONU之间的光链路则只是一根光纤或两根。
图2－2星型结构
关于树型结构，树型结构可分为两种：
1、OLT与ONU按照一点对多点配置，也就是一个OLT连接多个ONU，并且中间有一个POS。
此结构的优点为跳接相对少。
因此，减少了光缆线路的衰减和故障率。
同时，便于数据库管理。
而缺点是光分路器后的光缆数量、对管道需求量很大。
图2－3典型树型结构
2、而当采用两个、两个以上的光分路器时，按照级联的方式连接时，就构成了第二种树型结构。
其优点是由于安装光分路器比较分散，于是减少了对管道的需求，更适用于用户更加分散的小区。
而缺点是增加了跳接点，加大了线路衰减，故障率增加，同时数据库管理难度也增加了。
图2－4多级联树型
本小区的拓扑结构即为典型树型结构。
3五芳园小区本地网网络结构和运行数据
3.1五芳园小区本地平面图及局所位置
五芳园小区位于石景山区鲁谷大街以西，鲁谷南路附近。
小区共有居民楼12栋，分别由6座一字型和6座U字型居民楼组成。
其中，一字型居民楼有个4单元，U字型居民楼有12个单元。
两种楼型均为6层，每层均为3户。
因此，五芳园小区共96个单元，共6*3*96=1728户。
以下为五芳园小区平面图及局所位置：
图3.1五芳园小区平面图
3.2本设计所涉及范围的用户群状况
由于五芳园小区的楼宇分布密集，用户数量多,且基本为普通居民用户。
需要网络覆盖范围较大。
居民楼等用户密集区域，广阔的网络覆盖区域和大量的接入数需要强劲的网络核心为其保证充沛动力。
并且由于接入单元的数量众多，其管理工作非常复杂，因此在设备的性能要求具有足够的扩展性和智能性。
另外，设备的安全性也同样至关重要。
因此对于五芳园小区网络建设要综合考虑多方因素。
3.3现行用户接入方式及接入业务状况
现行小区的用户接入方式为ADSL接入方式,其属于铜线宽带接入。
铜线宽带接入技术也叫做xDSL技术，xDSL是各种类型DSL（DigitalSubscribeLine）数字用户线路）的总称，其中包括ADSL非对称用户数字环路、HDSL高比特率的用户数字环路和VDSL甚高比特率的用户数字环路。
由于本小区现行接入为ADSL本章只介绍ADSL接入，其他暂不介绍。
ADSL是目前DSL中技术比较成熟的一种，也是普通家庭用户中最普遍的一种。
其优点是带宽相对较大、连接简单、成本较小。
ADSL系统主要是适合住宅用户，它采用频分复用技术把普通的电话线分成了电话、上行和下行三个相对独立的信道。
它在一对电话线上同时传送一路高速下行数据、一路较低速率下行数据和一路模拟电话数据。
各种信号以频分复用方式占用不同频段，低频段传输语音信号，中间窄频段传输上行信道数据和控制信息，剩下高频段传送下行信道数据和图像。
从而成功避免了相互之间的干扰。
即便边打电话与上网同时进行，也不会影响上网的速率
和通话的质量。
通常ADSL在不影响正常电话通信的情况下可以提供最高3.5Mbps的上行速度和最高24Mbps的下行速度。
ADSL技术允许多种格式的数据、视频信号、语音以铜线为媒介从局端传给用户终端，可以支持高速Internet/Intranet访问、视频点播、在线业务、电视信号传送等。
但它们的缺点是覆盖面有限，并且一般高速传输数据是非对称的，上行传输数据传输速度较低。
ADSL是一种异步传输模式（ATM）。
在电信服务提供商端，需要将每条开通ADSL业务的电话线路连接在DSLAM（数字用户线路访问多路复用器）上。
而在用户端，用户需要使用一个ADSL终端（由于类似传统的调制解调器（Modem），所以也称为“猫”）来连接电话线路。
由于ADSL使用的是高频信号，所以在两端还都要使用ADSL信号分离器（Demultipexer），将ADSL数据信号和普通音频电话信号分离开，以免用户打电话的时候出现噪音干扰的现象。
在实际应用中，由于有传输高频信号的限制，ADSL需要电信提供商端接入设备和用户端口之间的传输距离不得超过5千米，也就是用户的电话线连到电话局的距离不能超过5千米。
总之，ADSL是众多DSL技术中更为成熟的一种，其带宽较大、投资较小、连接简单的优点使其发展的很快。
但从技术角度上看，ADSL技术对宽带业务来说仍是一种过渡性方法。
3.4业务发展预测
自EFMA（EthernetFirstMileAlliance，第一公里以太网联盟）在2004年6月发布EPON技术规范IEEE802.3ah以来，EPON技术得了到快速的发展，目前相关的芯片和设备均已成熟。
业内人士基本认为，FTTH是宽带接入的最理想方式，而EPON也将成为一种被主流认可的宽带接入技术。
政府政策的支持和竞争日益激烈的市场是EPON技术快速发展的驱动力。
随着我国的IP业务的不断增加和我国电信运营市场的逐渐开放，无论是传统电信运营商还是新兴运营商，为了能够在新的竞争环境中不败于电信行业之间，都把建设方向瞄准了IP业务的电信基础网。
尽管早在2000年，EPON国际标准已经出台，但是具体的商用建网，依旧是无章可循。
现如今，中国电信的EPON企业所使用的标准已经成为国内部署EPON接入的主要参照标准。
自从中国电信在2005年决定率先使用EPON之后，开始同中兴通讯、烽火通信等设备商探索EPON接入的建网道路。
有了开放的行业使用标准作保证，国内EPON产业链的发展也变得有章可循。
主流设备商，华为、烽火和中兴相继推出了适合中国建网的解决方案，这些公司的EPON出货量也达到几百万线。
窄带发展以来，由欧美制造商控制的制造格局，在PON主导的宽带市场已经有所改变，烽火、华为、中兴等厂商就是这一改变的贡献者。
作为下一代PON技术，10GEPON具备与EPON兼容、宽带大、分光比大的特点，并与EPON网管统一现网可平滑升级，符合固网的未来发展趋势。
它不但可以利用现
有网络直接提速至10倍，并且能与我国电信运营商的宽带规划所结合，支撑国内电信运营商中远期规划目标实现，支撑运营商在IDC业务、家庭客户业务的持续拓展。
因此，在下一代PON的激烈竞争中，10GEPON得到了充分的发展空间，并且由于其具备自主知识产权和良好的扩充性和兼容性，未来拥有广阔的市场前景。
4建设接入网的可行性和必要性
4.1成熟的EPON技术
目前，EPON技术已经很成熟了，它的体现主要为：
经过各组织的标准制定、运营商设备商的努力拓展、EPON的芯片和光模块性能成熟，并且在中国电信的引导下，实现了EPON芯片级和系统级的互通。
与此同时，EPON产业链也进一步成熟，并且形成了良性的竞争格局。
由于设备成本不断下降，其大规模推广的可行性以达到运营标准，并可广泛运用于城市和农村的综合接入。
4.2用户需求分析
五芳园小区共12幢居民楼96个单元，共6*3*96=1728户，需要开通的业务有：
宽带业务和普通电话业务，来满足小区用户的新需求。
由于五芳园小区的楼宇分布密集，用户数量多。
需要网络覆盖范围较大。
居民楼等用户密集区域，广阔的网络覆盖区域和大量的接入数需要强劲的网络核心为其保证充沛动力。
并且由于接入单元的数量众多，其管理工作非常复杂，因此在设备的性能要求具有足够的扩展性和智能性。
另外，设备的安全性也同样至关重要。
因此对于五芳园小区网络建设要综合考虑多方因素。
FTTH作为一种综合接入手段，可以提供高带宽和QoS（服务质量）保证能力，并可承载以太网/IP业务、语音业务等多种业务：
图4-1EPON提供的用户三种业务类型
1、数据业务：
可以为用户提供4M的带宽，
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