天通苑西三区小区EPON光线接入网规划设计.docx

1、天通苑西三区小区EPON光线接入网规划设计北京邮电大学网络教育学院毕业设计论文题目：北京市天通苑西三区小区EPON光纤接入网规划设计所学专业：通信工程摘要 目前随着光纤通信技术的成熟及其应用及普及，光进铜退是未来发展的大趋势，并且现代信息技术的不断更新升级，人们对电信业务的宽带、业务、简洁、多样的要求也越来越高。因此随着骨干网的能力越发增强，而与此同时接入网并没有太大进步，由于骨干网采用光纤接构，传输速度非常快，因此，由骨干网到用户终端之间几百米或几公里组成的接入网必然成了制约整个网络系统的瓶颈，这使得该进接入网已经到了十分关键的时候。 本文在简要介绍接入网的基本概念和宽带接入网的概念等，重点

2、说明天通苑西三区小区EPON光纤接入网的规划设计。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。关键词 EPON ONU FTTH AbstractWith the development of modern information technology unceasing renewal upgrade， people to telecommunication business of bandwidth， business， concise， diverse requirement also more

3、 and more high also. With the backbone of the ability more enhancement， meanwhile access but not much progress. So， by backbone network to user terminals between several hundred meters or a few kilometres of access network， thus has been aptly called the 。last mile。. Because backbone by using optica

4、l fiber structure， basic transmission speed very fast. Therefore， the 。last mile。 will inevitably become the bottleneck of restricting the entire network system. This makes the improved access network has reached the crucial time. This paper briefly introduces a series of basic knowledge about EPON

5、and EPON for the access method and the district access network planning. Based on practical principles， comprehensive consideration of the equipment selection， ONU position， IP address allocation， realize its operational sex. And selected a village， the full optical fiber access network design， achi

6、eve the purpose of skills to use.Keywords EPON ONU FTTH5.6 网同步的设计395.6.1 OLT与ONU的时钟同步与MPCP时钟同步39结论39致谢401宽带接入网概述1.1 接入网的基本概念根据近些年来电信网的发展趋势，国际电信联盟电信标准化部门，提出了“接入网”的概念。接入网是指骨干网络到用户终端之间所有的设备。其长度一般为几百米到几公里，因此被形象的称为“最后的一公里”。由于骨干网一般采用光纤结构，传播速度快，因此，接入网变成了整个网络的瓶颈。从整个电信网的角度讲，可以将全网可以划分为公用网和用户驻地网（CPN）两大块，其中CPN属

7、于用户所有，因此，通常意义的电信网是公用电信部分。公用电信又可以划分为长途网、中继网和接入网3个部分。长途网和中继网合并成为核心网。相对于核心网，接入网介于本地交换机和用户之间，主要完成使用户接入到和核心网的任务，接入网由业务节点接口（SNI）和用户网络接口（UNI）之间一系列传送设备组成。 图1-1接入网结构图1.2 光纤接入网的基本概念接入网（OAN）泛指在本地交换机，或远端模块与用户之间全部或部分采用光纤做为传输媒质的一种接入网。目前的接入网主要是铜缆网（如双绞电话线），其故障率很高，维护运营成本也很高，OAN的引入首先是为了减少铜缆网的维护运行费用和故障率，其次是为了支持开发新业务，特

8、别是多媒体和宽带新业务，最后是为了改进用户接入性能。在铜缆上的传输业务经常会受到各种干扰和距离的限制，用户接入速率一般不会很高，传输距离通常也受限在10km以内，而光纤接入网，在技术上要远比铜缆网优越，受环境干扰和距离限制远没有铜缆网强，而且光纤传输速率还可远高于传统的铜缆传输速率，具有非常明显的发展潜力。采用光线接入网已经成为解决电信发展平静的主要途径，光纤接入网不仅适用于新建的用户小区，而且也是需要更新现有铜缆网的主要替代手段。1.2.1 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

9、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。1.2.2 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

10、，而通常为了降低成本，一个光线路单元OLT可以带多个ONU。 图1-2 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

11、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。1.2.3 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EPO

12、N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

13、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

14、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

15、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.常用的宽带接入网技术2.1宽带有线接入技术宽带有线接入网技术包括：基于双绞线的ADSL技术、基于HFC网（光纤和同轴电缆混合网）的Cable Modem技术、基于五类线的以太网接入技术以及光纤接入技术。2.1.1 基于双绞线的ADSL技术非对称数字用户线系统（ADSL）是充分利用现有电话网络的双绞线资源，实现高速、高带宽的数据接入的一种技术。ADSL是DSL的一种非对称版本，它采用FDM（频分复用）技术和DMT调制技术，在保证不影响正常电话使用的前提下，利用原有的电话双绞线进行高速数据传输。 从实际的数据组网形式

16、上看，ADSL所起的作用类似于窄带的拨号Modem，担负着数据的传送功能。按照OSI七层模型的划分标准，ADSL的功能从理论上应该属于七层模型的物理层。它主要实现信号的调制、提供接口类型等一系列底层的电气特性。同样，ADSL的宽带接入仍然遵循数据通信的对等层通信原则，在用户侧对上层数据进行封装后，在网络侧的同一层上进行开封。因此，要实现ADSL的各种宽带接入，在网络侧也必须有相应的网络设备相结合。ADSL的接入模型主要由中央交换局端模块和远端模块组成，中央交换局端模块包括中心ADSL Modem 和接入多路复用系统DSLAM，远端模块由用户ADSL Modem和滤波器组成。ADSL能够向终端用

17、户提供8Mbps的下行传输速率和1Mbps的上行速率，比传统的28.8Kbps模拟调制解调器将近快200倍，这也是传输速率达128Kbps的ISDN（综合业务数据网）所无法比拟的。与电缆调制解调器（Cable Modem）相比，ADSL具有独特的优势是：它是针对单一电话线路用户的专线服务，而电缆调制解调器则要求一个系统内的众多用户分享同一带宽。尽管电缆调制解调器的下行速率比ADSL高，但考虑到将来会有越来越多的用户在同一时间上网，电缆调制解调器的性能将大大下降。另外，电缆调制解调器的上行速率通常低于ADSL。2.1.2基于HFC网的Cable Modem技术基于HFC网（光纤和同轴电缆混合网）

18、的Cable Modem技术是宽带接入技术中最先成熟和进入市场的，其巨大的带宽和相对经济性使其对有线电视网络公司和新成立的电信公司很具吸引力。Cable Modem的通信和普通Modem一样，是数据信号在模拟信道上交互传输的过程，但也存在差异，普通Modem的传输介质在用户与访问服务器之间是独立的，即用户独享传输介质，而Cable Modem的传输介质是HFC网，将数据信号调制到某个传输带宽与有线电视信号共享介质；另外，Cable Modem的结构较普通Modem复杂，它由调制解调器、调谐器、加/解密模块、桥接器、网络接口卡、以太网集线器等组成，它无须拨号上网，不占用电话线，可提供随时在线连接

19、的全天候服务。有线电视HFC网络是一个宽带网络，具有实现用户宽带接入的基础。1998年3月，ITU组织接受了MCNS的DOCSIS标准，确定了在HFC网络内进行高速数据通信的规范，为电缆调制解调器（Cable Modem）系统的发展提供了保证。与ADSL不同，HFC的数据通信系统Cable Modem不依托ATM技术，而直接依靠IP技术，所以很容易开展基于IP的业务。通过Cable Modem系统，用户可以在有线电视网络内实现国际互联网访问、IP电话、视频会议、视频点播、远程教育、网络游戏等功能。此外，电缆调制解调器也没有ADSL技术的严格距离限制。采用Cable Modem在有线电视网上建立

20、数据平台，已成为有线电视事业发展的必然趋势。2.1.3基于五类线的以太网接入技术基于以太网技术的宽带接入网由局侧设备和用户侧设备组成。局侧设备一般位于小区内，用户侧设备一般位于居民楼内；或者局侧设备位于商业大楼内，而用户侧设备位于楼层内。局侧设备提供与IP骨干网的接口，用户侧设备提供与用户终端计算机相接的10/100BASE-T接口。局侧设备具有汇聚用户侧设备网管信息的功能。宽带以太网接入技术具有强大的网管功能。与其它接入网技术一样，能进行配置管理、性能管理、故障管理和安全管理；还可以向计费系统提供丰富的计费信息，使计费系统能够按信息量、按连接时长或包月制等计费方式。 基于五类线的高速以太网接

21、入无疑是一种较好的选择方式。它特别适合密集型的居住环境，非常适合中国国情。因为中国居民的居住情况不象西方发达国家，个人用户居住分散，中国住户大多集中居住，这一点尤其适合发展光纤到小区，再以快速以太网连接到户的接入方式。在局域网中IP协议都是运行在以太网上，即IP包直接封装在以太网帧中，以太网协议是目前与IP配合最好的协议之一。以太网接入手段已成为宽带接入新潮流，它将快速进入家庭。目前大部分的商业大楼和新建住宅楼都进行了综合布线，布放了5类UTP，将以太网插口布到了桌边。以太网接入能给每个用户提供10Mb/s或100Mb/s的接入速率，它拥有的带宽是其它方式的几倍或者几十倍。完全能满足用户对带宽

22、接入的需要。ADSL虽然比56K速度快，但与以太网相比，还有很大差距，它只是人们迈向宽带过程中的一个过渡技术。ADSL和Cable Modem的费用都很高，造价和成本平均每一户将超过1000元。而以太网每户费用在几百元左右。所以以太网接入方式，在性能价格比上既适合中国国情，又符合网络未来发展趋势。在商业大楼和新建高档住宅楼，以太网接入将会是最有前途的宽带接入手段。2.2光纤接入技术光纤通信具有通信容量大、质量高、性能稳定、防电磁干扰、保密性强等优点。在干线通信中，光纤扮演着重要角色，在接入网中，光纤接入也将成为发展的重点。光纤接入网指的是接入网中的传输媒质为光纤的接入网。光纤接入网从技术上可分

23、为两大类：即有源光网络(AON，Active Optical Network)和无源光网络(PON，Passive OpticaOptical Network)。2.2.1无源光网络（PON）无源光网络是指OLT和ONU之间光分配网络没有任何有源电子设备，主要采用光分路器分路。PON是一种纯介质网络，由于消除了局端与用户端之间的有源设备，在各种宽带接入技术中，无源光网络以其容量大、传输距离长、较低成本、全业务支持等优势成为热门技术。目前已经逐步商用化的无源光网络主要有TDM-PON（APON、EPON、GPON）和WDM-PON，它们的共同特点是： 可升级性好、低成本，接入网中去掉了有源设备，

24、从而避免了电磁干扰和雷电影响，减少了线路和外部设备的故障率，降低了相应的运维成本； 业务透明性较好，高带宽，可适用于任何制式和速率的信号，能比较经济地支持模拟广播电视业务，支持三重播放（Triple play，语音、视频、数据）业务； 高可靠性，提供不同业务优先级的QoS保证，适应宽带接入市场IP化的发展潮流，适于大规模应用。 2.2.2 GPON技术1）原理GPON传输网络可以是任何类型，用户信号可以是基于分组的（如IP/PPP，或Ethernet MAC），或是持续的比特速率，或者是其它类型的信号；而GFP则对不同业务提供通用、高效、简单的方法进行封装，经由同步的网络传输；对于最靠近用户的

25、接入层来说，GPON具有前所未有的高比特率、高带宽；而其非对称特性更能适应未来的FTTH宽带市场。因为使用标准的8kHz（125）帧，从而能够直接支持TDM业务。GPON传输网络支持如下对称和非对称的线路速率选择。 上行速率下行速率0.15552 Gbit/s up1.24416 Gbit/s down0.62208 Gbit/s up1.24416 Gbit/s down1.24416 Gbit/s up1.24416 Gbit/s down0.15552 Gbit/s up2.48832 Gbit/s down0.62208 Gbit/s up2.48832 Gbit/s down1.24

26、416 Gbit/s up2.48832 Gbit/s downGPON拥有高速宽带及高效率传输的特性，GPON采用全新的传输汇聚层协议“通用成帧协议”（GFP，Generic Framing Protocol），实现多种业务码流的通用成帧规程封装；另一方面又保持了G.983中与PON协议没有直接关系的许多功。2.2.3 EPON技术1)原理随着IP技术的不断改善，大多数的运营商已将IP技术作为数据的主要承载技术，由此也衍生出大量以以太网技术为基础的接入技术。IEEE802.3ah标准中对EPON技术的规范性较好，上下行波长是1310nm和1490nm，上下行速率为1.25Gp/s，传输距离1

27、0/20km，分路比16，主要业务是数据和语音。2）特点下行采用纯广播的方式：1、OLT为已注册的ONU分配PONID；2、由各个ONU监测到达帧的PONID以决定是否接收该帧；3、如果该帧所含的PONID和自己的PONID相同，则接收该帧弃，反之则丢弃。图2-3上行采用时分多址接入（TDMA）技术：1、OLT接收数据前比较LLID注册列表；2、每个ONU在由局方设备统一分配的时隙中发送数据帧；3、分配的时隙补偿了各个ONU距离的差距，避免了各个ONU之间的碰撞。图2-4随着EPON技术的规模应用和芯片成本的不断降低，以及光纤铺设规模的不断扩大，EPON技术将很快成为FTTx的主要接入方式之一

28、。2.2.4 比较下EPON技术突出优势1、节省光纤：相比传统技术，PON技术支持总线型、树形网络结构，可节省大量主干光纤资源。2、无源分光:PON网络采用无源光网络，大大降低读书条件要求及维护需要，节省大量的部署、运行及维护成本。3、宽带利用率高：EPON局端设（OLT）可以根据用户不同业务需求，对每个ONU进行静态或动态分配，大大提升宽带利用率。4、可管理性好：OLT支持每个ONU的远程控制，大大减少故障排除时间，减少维护成本。5、成本低：除了光纤成本低外，随着EPON的不断发展与成熟，EPON的设备成本不断降低，其系统设备的价格也不断下降，与其他接入技术相比较低。6、相对于EPON技术，

29、GPON技术在标准体系上更加复杂，与其他网络设备的兼容性需考虑。另一方面，GPON技术相比EPON技术成本更加昂贵，其产业链没有EPON技术发达，所以综合上述考虑EPON技术是现阶段主要接入方式。3 天通苑西三区小区本地网网络结构和运行数据3.1天通苑西三区小区总体情况及涉及用户群状况 天通苑西三区小区位于雁塔区电子二路以西军人服务社附近。小区共有居民楼13栋， 一面由6栋居民楼组成的U型楼群。另一面由7栋居民楼组成的U型楼群。两座U字形居民楼群型均为6层，每层均为10户，每个楼共2个单元因此，爱西华庭共106213=1560户。由于天通苑西三区小区的用户数量较多，且基本为普通居民用户。需要网

30、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户数较多，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。因此对于爱西华庭网络建设要综合考虑多方因素。3.2 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，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。

31、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。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。3.3 设备特点设备特点:1.作为千兆IP交换平台，它具有高达48G交换核心、96G的背板交换容量。2.宽窄带一体化设计，采用竖插板式，同时