EPON基础知识

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【重点和难点】
　　EPON的技术特点及网络结构是本章的学习重点，而EPON的关键技术及典型应用是本讲的难点所在。

5.3.1  EPON 技术特点及网络结构

一、EPON技术特点

    基于以太网技术的EPON宽带接入网，与传统的用于计算机局域网的以太网技术不同，仅采用了以太网的帧结构和接口，而网络结构和工作原理完全不同。

上下行传输速率比APON的高，EPON提供较大的带宽和较低的用户设备成本，除帧结构和APON不同外，其余所用的技术与G.983建议中的许多内容类似，其下行采用TDM传输方式，上行采用TDMA传输方式。

EPON的技术优势:

（1）高带宽

（2）低成本

（3）易兼容

5.3.2  EPON 传输原理及帧结构

在EPON中，根据IEEE802.3以太网协议，传送的是可变长度的数据包，最长可为1518个字节。

    OLT传送下行数据到多个ONU，完全不同于从多个ONU上行传送数据到OLT。上下行传送采用不同的技术，下行采用TDM传输方式；上行采用TDMA传输方式。

OLT根据IEEE802.3协议，将数据以可变长度的数据包广播传输给所有在PON上的ONU，每个包携带一个具有传输到目的地ONU标识符的信头。当数据到达ONU时，它接收属于自己的数据包，丢弃其它的数据包。

EPON下行传输帧由一个被分割成固定长度帧的连续信息流组成，其传输速率为1.250Gbit/s，每帧携带多个可变长度的数据包（时隙）。

    含有同步标识符的时钟信息位于每帧的开头，用于ONU与OLT的同步，每2ms发送一次，同步标识符占1个字节。

按照IEEE G.802.3组成可变长度的数据包，每个ONU分配一个数据包，数据包由信头、可变长度净负荷和误码检测域组成

EPON在上行传输时，采用TDMA技术将多个ONU的上行信息组织成一个TDM信息流传送到OLT。

TDMA技术是将合路时隙分配给每个ONU，每个ONU的信号在经过不同长度的光纤（不同的时延）传输后，进入光分配器的共用光纤，正好占据分配给它的一个指定时隙，以避免发生相互碰撞干扰。

连接于光分配器的各ONU发送上行信息流，经过光分配器耦合到共用光纤，以TDM方式复合成一个连续的数据流。此数据流以帧的形式组成，其帧长与下行帧长一样，也是2ms，每帧有一个帧头，表示该帧的开始。每帧进一步分割成可变长度的时隙，每个时隙分配给一个ONU，用于发送上行数据到OLT。

每个ONU有一个TDM控制器，它与OLT的定时信息一起，控制上行数据包的发送时刻，以避免复合时相互间发生碰撞和冲突。

每个时隙含有2个可变长度的数据包和一些时隙开销。时隙开销包括保护字节、定时指示符和信号权限指示符。当ONU没有数据发送时，它就用空闲字节填充它自己的时隙。

5.3.3  EPON光路波长分配

1510nm波长用来携带下行数据、语音和数字视频业务，1310nm波长用来携带上行用户语音信号和点播数字视频、下载数据的请求信号。

使用1.250Gbit/s的双向PON，即使分光比为32，也可以传输20km。

使用1510nm波长携带下行数据、语音和数字视频业务外，另外使用1550nm波长携带下行CATV业务，上行用户语音信号和点播数字视频、下载数据的请求信号仍用1310nm波长。

5.3.4  EPON关键技术

点到多点以太网络应具有以下特征：

①支持IEEE802.3定义的点到点仿真（P2PE）；

②OLT支持多个LLID和MAC客户端；

③每个ONU可支持—个或多个LLID；

④支持单拷贝广播机制；

⑤支持动态带宽分配的灵活体系结构；

⑥使用32比特时间戳发布定时信息；

⑦基于MAC控制的体系结构；

⑧对已发现设备进行测距来提高网络性能；

⑨进行连续测距以补偿往返时间的变化。

二、突发同步

    由于突发模式的光信号来自不同的端点，所以可能导致光信号的偏差，消除这种微小偏差的措施是采用突发同频技术。只有OLT的上行方向采用突发光接收机，才能从接收到的突发脉冲串中的前几个比特快速地提取出同步时钟，进行突发同步，EPON上行速率由APON的155Mbit/s提高到1000Mbit/s，加之同步时钟提取和突发同步的电路实现，只能采用串行处理，这就增加了实现的难度。

三、大动态范围光功率接收

    由于EPON上各个ONU到OLT的距离各不相同，所以各个ONU到OLT的路径传输损耗也互不相同，当各个ONU发送光功率相同时，到达OLT后的光功率互不相同，这样OLT的上行光接收机不能采用传统的AGC办法，而要用特殊办法来保证能够接收足够大的动态范围光功率。

四、测距和ONU数据发送时刻控制

1、测距过程

    OLT发出一个测距信息，此信息经过OLT内的电子电路和光电转换延时后，光信号进入光纤传输并产生延时到达ONU，经过ONU内的光电转换和电子电路延时后，又发送光信号到光纤并再次产生延时，最后到达OLT，OLT把收到的传输延时信号和它发出去的信号相位进行比较，从而获得传输延时值。

2、时延补偿

    OLT以距离最远的ONU的延时为基准，算出每个ONU的延时补偿值Td，并通知ONU。该ONU在收到OLT允许它发送信息的授权后，延时Td补偿值后再发送自己的信息，这样各个ONU采用不同的Td补偿时延进行调整自己的发送时刻，以便使所有ONU到达OLT的时间都相同。

五、带宽分配

EPON分配给每个ONU的上行接入带宽由OLT控制决定，带宽分配与分配给ONU的窗口大小和上行传输速率有关。

    带宽分配又分静态和动态两种，静态带宽由开的窗口尺寸决定，动态带宽根据ONU的需要，由OLT分配决定。

六、实时业务传输质量

     1、对于不同的业务采用不同的优先权等级，对实时的业务优先传送。

    2、带宽预留技术，提供一个开放的高速通道，不传输数据，而专门用来传输语音业务，以便确保POTS业务的质量。

   七、安全性和可靠性

1、安全性

     OLT可以定时地发出命令，要求ONU更新自己的密钥，OLT就利用每个ONU发送来的新密钥对发送给该ONU的数据信元进行搅动加密，保证每个ONU从接收所有ONU的信息中，按照自己的密钥译出属于自己的信息，使下行信息安全地到达目的地，确保每个用户（ONU）的隐私，为了防止有的用户对不属于自己的信息采用逐个试探的办法进行解密，就要对密钥定期更新。

2、可靠性

    为了保证EPON系统的可靠性，G.983.1建议采用双PON系统，用备用的PON保护工作的PON，一旦工作的PON发生故障，就切换到备用的PON上。保护切换是利用PLOAM信元中的规定信息完成的。

5.3.5  EPON典型应用

（1）EPON+DSL小区接入

此种模式下，敷设光纤到小区或者楼道，部署采用EPON上连，用户口是ADSL/VDSL下连的接入设备，基于现有的双绞线接入用户。这种方案非常适合老小区的宽带提速改造场合。

（2）EPON+LAN小区接入

在此种模式下，敷设光纤到大楼或者楼道，部署采用EPON上连，用户口是以太网下连的接入设备，基于五类线接入用户。这种方案适用于新建小区以及布放了五类线的楼宇接入场合。

（3）FTTH应用

在此种模式下，敷设光纤到居民用户家中，在用户家中部署EPON终端ONU，直接提供以太网、语音和WiFi等接口，可以提供互联网、IPTV视频和语音等业务接入。这种方案适用于高档别墅、公寓和酒店接入等应用场合。

（4）大客户专线

在此种模式下，敷设光纤到写字楼的办公室或者楼道中，部署用户侧带多以太网口的EPON ONU设备接入中小型商业用户。EPON技术特性非常适合于大客户应用环境。

（5）网吧

在此种模式下，敷设光纤到网吧中，部署EPON ONU。可根据业务需要，灵活设置接入带宽，并可根据需求及时调整，通过保证带宽以及最大带宽的组合。

（6）农村信息化

在此种应用模式下，OLT设备部署在乡镇中心机房，敷设光纤到自然村，在每个自然村部署EPON上连用户的接入口是ADSL/VDSL的综合接入设备，实现数据、视频和语音的综合接入。EPON应用于村村通接入，在实现农村信息化的同时满足投入产出比要求。

（7）视频监控承载

EPON应用于城域视频监控，可以在城域IP网POP点下部署OLT设备，将光纤敷设到各个监控点上，在各个监控点部署ONU设备。此种应用已经在国内广泛使用，收到了较好的经济效益和社会效益。