EPON技术及其典型应用

　　摘要以太网无源光网络（EPON）是一种点到多点(P2MP)结构的单纤双向光接入网络，其典型拓扑结构为树形，利用光纤实现数据、语音和视频的全业务接入。文章阐述了EPON的技术原理，分析EPON技术的各种应用场景，并且通过实际案例的形式，分析在下一代接入网络工程的规范建设中，如何结合现有网络资源，应用EPON技术设计更为经济高效的光接入网络。
　　关键词：以太网无源光网络，（EPON）技术应用、案例分析
　　随着Internet的普及和人民的生活及工作质量的提高，为了促进信息网络的融合与发展，有效提升我国信息基础网络的建设水平和现代社会的信息化程度，必然要大力发展光纤接入技术，而在向电信用户提供的各类宽带接入服务中，采用光纤接入（FTTx），特别是直接光纤到户（即FTTH）的接入方式，是目前可预见的、最具技术发展生命力和应用前景的接入方式之一。FTTx光接入技术包括有源接入技术和无源接入技术（PON技术），而PON技术可节省主干光纤资源和网络层次，在长距离传输条件下可提供双向高带宽能力，接入业务种类丰富，适用于用户区域较分散，且每一区域内用户又相对集中的小面积密集用户地区，因此是重点发展的FTTx技术。下面介绍EPON技术及其典型应用。
　　一、 EPON技术简介
　　EPON：基于以太网的无源光网络，EPON全称为EthernetPassiveOpticalNetwork，即基于以太网的无源光网络。它是众多光接入技术中的一员，其特征体现为：
　　采用以太网帧结构，
　　采用一对多的PON网络拓朴。
　　1.1EPON传输原理：单纤双向传输机制
　　EPON系统采用WDM技术，实现单纤双向传输，为了分离同一根光纤上多个用户的来去方向的信号，采用以下两种复用技术：下行数据流采用广播技术，下行中心波长1490nm；上行数据流采用TDMA技术，上行中心波长1310nm
　　1.2EPON的数据帧结构
　　EPON是采用以太网帧结构，基于IEEE802.3帧格式，在前导码字节中新增LLID：用于在OLT上标识ONU
　　
　　1.3EPON系统构成
　　EPON系统由以下设备构成：
　　OLT（OpticalLineTerminal）光线路终端通常放置在中心机房（CO）;
　　ONU（OpticalNetworkUnit）光网络终端通常放置在用户侧;
　　POS（PassiveOpticalSplitter）无源光分路器是连接OLT和ONU的无源设备
　　在一个EPON系统中，OLT既是一个交换机或路由器，又是一个多业务提供平台（MSPP），它提供面向无源光纤网络的光纤接口。它是整个EPON系统的核心部件，主要完成的功能有：
　　（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）发起并控制ONU功率控制；
　　（4）为ONU分配带宽，即控制ONU发送数据的起始时间和发送窗口大小；
　　（5）其它相关的以太网功能。
　　EPON中的ONU采用了技术成熟而又经济的以太网协议，在ONU中可以实现成本低廉的以太网第二层、第三层交换功能。它主要完成的功能有：
　　(1)选择接收OLT发送的广播数据；
　　(2)响应OLT发出的测距及功率控制命令，并作相应的调整；
　　(3)对用户的以太网数据进行缓存，并在OLT分配的发送窗口中向上行方向发送；
　　(4)其它相关的以太网功能。
　　POS（PassiveOpticalSplitter）称为无源光纤分路器，是一个连接OLT和ONU的无源设备，它的功能是分发下行数据并集中上行数据。
　　1.4EPON系统工作过程
　　OLT工作过程，操作产生时间戳消息，用于系统参考时间，通过MPCP帧指配带宽，进行测距操作，控制ONU注册
　　ONU的操作，ONU通过下行控制帧的时间戳同步于OLT，ONU等待发现帧（gate），ONU进行发现处理，包括：测距，指定物理ID和带宽，ONU等待授权，ONU只能在授权时间发送数据
　　1.5EPON协原理－MPCP协议（多点控制协议）
　　MPCP在OLT和ONU之间规定了一种控制机制——MPCP来协调数据的有效发送和接收：
　　1、系统运行过程中上行方向在一个时刻只允许一个ONU发送;
　　2、位于OLT的高层负责处理发送的定时、不同ONU的拥塞报告，从而优化PON系统内部的带宽分配
　　 MPCP有两种GATE操作模式：初始化模式和普通模式。
　　 初始化模式用来检测新连接的ONU，测量环路延时和ONU的MAC地址
　　 普通模式给所有已经初始化的ONU分配传输带宽
　　 GATE（OLT发出）
　　 允许接收到GATE帧的ONU立即或者在指定的时间段发送数据
　　 REPORT（ONU发出）
　　 向OLT报告ONU的状态，包括该ONU同步于哪一个时间戳、以及是否有数据需要发送。
　　 REGISTER_REQ（ONU发出）
　　 在注册规程处理过程中请求注册。
　　 REGISTER（OLT发出）
　　 在注册规程处理过程中通知ONU已经识别了注册请求。
　　 REGISTER_ACK（ONU发出）
　　 在注册规程处理过程中表示注册确认。
　　1.6EPON注册过程
　　EPON注册过程指OLT对系统中的ONU进行注册，主要用于系统中增加ONU时或者ONU重新启动时。
　　1、Discovery过程中ONU的执行动作：
　　 在上电启动或复位时，ONU进入Discovery状态。等待来自OLT的“DiscoveryGate”消息。
　　 如果所收到的消息类型为Discovery，且消息中的逻辑PHYID与自己相同或为缺省值是，就对此消息做出应答。
　　2、 在discovery过程中OLT的执行动作：
　　 OLT必须周期性的发送Discovery检测帧。
　　 所有的“discoveryGate”帧都是以广播方式发送的。
　　1.7EPON原理－测距
　　补偿因ONU距离不同而产生的时延差异：RTT（RoundTripTime）
　　 在注册过程中，ONU对新加入的ONU启动测距过程

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