EPON淺析之基于EPON光通信的技術(shù)研究

        作為一種被經(jīng)常使用的有效通信方法，EPON被用戶使用對(duì)接入網(wǎng)進(jìn)行連接，本文對(duì)EPON關(guān)鍵技術(shù)做一簡(jiǎn)述，并且對(duì)EPON在光通信中的應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)介紹，分析其技術(shù)原理。

        1 EPON的介紹

        PON是無源光網(wǎng)絡(luò)的縮稱，這門技術(shù)是支持點(diǎn)到多點(diǎn)應(yīng)用所發(fā)展的光接入技術(shù)。光線路終端(OLT)、光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)跟光分配網(wǎng)絡(luò)(ODN)這三個(gè)組成了無源光網(wǎng)絡(luò)(PON)，它的本質(zhì)特征是ODN所有都是由無源器件組成，并且信號(hào)通過分光器從單一共享光纖分散到每個(gè)獨(dú)立的用戶。因?yàn)檫@個(gè)系統(tǒng)跟傳統(tǒng)的中心局端以及客戶端的連接有所區(qū)別，而且源電子設(shè)備裝置介于這個(gè)接入網(wǎng)之間，所以被稱為無源光網(wǎng)絡(luò)。除了可節(jié)省光纖資源這個(gè)優(yōu)勢(shì)之外，PON還可以很大程度上簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的操作跟維護(hù)，對(duì)減少建設(shè)跟運(yùn)營(yíng)成本非常有效。而且，純光介質(zhì)的結(jié)構(gòu)以及透明的光纖寬帶網(wǎng)絡(luò)，令未來業(yè)務(wù)擴(kuò)展技術(shù)上的安全性得到很大的保障。

        EPON技術(shù)把太網(wǎng)技術(shù)跟PON技術(shù)結(jié)合，以簡(jiǎn)單的方式把點(diǎn)到多點(diǎn)的高速用太網(wǎng)光纖接入實(shí)現(xiàn)。點(diǎn)到多點(diǎn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是EPON采用的結(jié)構(gòu)方式，下行用的是廣播方式、上行用的是TDMA方式，這樣可以實(shí)現(xiàn)雙向的數(shù)據(jù)傳輸。

        2 EPON的組成

作為一種點(diǎn)到多點(diǎn)的光纖接入技術(shù)，無源光網(wǎng)絡(luò)(PON)由局側(cè)的光線路終端(OLT)、用戶側(cè)的光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)跟光分配網(wǎng)絡(luò)(ODN)組成。

        2.1 OLT

很多時(shí)候，OLT都是被放在中心機(jī)房，它在下行方向提供對(duì)無源光纖網(wǎng)絡(luò)的光纖借口，在上行方向提供GE、10Baes-T、100Base-T、10GBase-X等接口，并且OLT支持EI接口來實(shí)現(xiàn)對(duì)TDM話音的接入。

        2.2 ONU/ONT

ONU/ONT放在用戶端，主要使用以太網(wǎng)協(xié)議，對(duì)用戶數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)透明傳送。OLT與ONU之間可以進(jìn)行告訴的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。

        2.3 ODN

        ODN作為無源光纖分支器，連接著OLT跟ONU的無源設(shè)備。ODN的功能主要是分發(fā)下行數(shù)據(jù)跟集中上行數(shù)據(jù)。因?yàn)槭菬o源操作，無源分光器部署非常靈活，適用于很多環(huán)境。常理中每個(gè)POS的分線率是8、16、32或者是64，而且可以進(jìn)行多級(jí)連接。

        3 EPON的關(guān)鍵技術(shù)介紹

        3.1動(dòng)態(tài)帶寬分配的DBA

          實(shí)時(shí)地(ms/us量級(jí))改變EPON各個(gè)OUN上行帶寬的機(jī)制，這個(gè)被稱為動(dòng)態(tài)帶寬分配算法。EPON里面如果帶寬靜態(tài)分配，那么對(duì)于數(shù)據(jù)通信的變速率業(yè)務(wù)是非常不合適的，如果是按照峰值速度靜態(tài)分配帶寬，那么整個(gè)系統(tǒng)帶寬在短時(shí)間內(nèi)就會(huì)被耗盡，帶寬利W率不高，另一方面動(dòng)態(tài)帶寬分配會(huì)令系統(tǒng)帶寬利用率提高不少。ONU突發(fā)業(yè)務(wù)的要求可以通過DBA來實(shí)現(xiàn)，在ONU之間的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)帶寬可以對(duì)PON的上行帶寬效率提高不少。因?yàn)閹挼氖褂眯侍岣?，所以在?shí)現(xiàn)一個(gè)已有的PON上可以增加更多的W用戶，W用戶可以W到的帶寬峰值可以媲美甚至是超過傳統(tǒng)的同定分配方式的帶寬。

        集中控制方式是動(dòng)態(tài)帶寬分配采用的一個(gè)方式。這種方式是所有的ONU上行信息發(fā)送，都向OLT申請(qǐng)帶寬，然后OLT根據(jù)ONU的請(qǐng)求按照相關(guān)的算法給寬帶占W授權(quán)，分配的準(zhǔn)則算法的基本思想就是每個(gè)ONU利州上行可以分割時(shí)隙反映信元到達(dá)的時(shí)間分布，并且請(qǐng)求帶寬，OLT根據(jù)每個(gè)ONU的請(qǐng)求，公平的、合理的分配帶寬，同時(shí)對(duì)處理超載、信息有誤碼、信元丟失等情況進(jìn)行處理。

        3.2上行信道的復(fù)用技術(shù)

        目前主要的實(shí)現(xiàn)方式是時(shí)分多址復(fù)用(TDMA)方式，這種方式可以采用同定時(shí)隙的時(shí)分多址復(fù)用、統(tǒng)計(jì)時(shí)分多址復(fù)用、隨機(jī)接入等一些方式。不過，M定時(shí)隙時(shí)分多址復(fù)用方式有不足的地方。比如說當(dāng)里面有的時(shí)隙未用時(shí)，占用了一定的帶寬，令高突發(fā)率業(yè)務(wù)適應(yīng)力不夠強(qiáng);在ONU需要同步等隨機(jī)接入方式?jīng)]有確定好的接入時(shí)間。因此，在相比較兩者不足的情況之后，一般都會(huì)采用統(tǒng)計(jì)時(shí)分多址復(fù)用。上行信號(hào)傳輸時(shí)候在ONU被分配到的時(shí)隙里發(fā)送以太網(wǎng)幀，統(tǒng)計(jì)復(fù)用通過的提供數(shù)據(jù)量大小來把時(shí)隙大小改變。

        3.3 OLT的測(cè)距跟延時(shí)補(bǔ)償技術(shù)以及ONU即插即用的技術(shù)

因?yàn)镋PON的上行信道采用TDMA方式，多點(diǎn)接入令每個(gè)ONU的數(shù)據(jù)幀延時(shí)不同，所以要引入測(cè)距跟時(shí)延補(bǔ)償技術(shù)來防止數(shù)據(jù)時(shí)域的碰撞。而且因?yàn)橐苊膺@個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)域的碰撞，還需要使用測(cè)距跟時(shí)延補(bǔ)償技術(shù)對(duì)全網(wǎng)時(shí)隙實(shí)現(xiàn)同步，這樣的話，數(shù)據(jù)包按照DBA算法的確定時(shí)隙到達(dá)，并且能支持ONU的即插即用。把每個(gè)ONU到OLT的距離測(cè)量準(zhǔn)確，而且精確調(diào)整ONU的發(fā)送時(shí)延，這樣可以減少ONU發(fā)送窗口之間的間隔，提高上行信道的利用率并且減少時(shí)延。EPON的測(cè)距是在OLT通過時(shí)間，標(biāo)記在檢測(cè)ONU的即插即用的同一時(shí)間發(fā)起跟完成。

         3.4突發(fā)信號(hào)的收發(fā)

        因?yàn)槊總€(gè)ONU的突發(fā)信號(hào)是由OLT接收，所以O(shè)LT要在段時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)相位的同步，然后接受數(shù)據(jù)。這樣就需要在ONU跟OLT中使用能夠支持突發(fā)信號(hào)的光器件。大部分的光器件對(duì)于這要求并不能滿足，而少部分突發(fā)模式的光器件的工作速率在155M上下，這類型的光器件價(jià)格比較高。因此，為了更能實(shí)現(xiàn)突發(fā)模式，對(duì)于收發(fā)端都采用了特別的技術(shù)。光突發(fā)發(fā)送電路需要能夠非常迅速的關(guān)閉跟開啟，快速建立信號(hào)，所以傳統(tǒng)的電光轉(zhuǎn)換模塊使用的加反饋?zhàn)詣?dòng)功率控制已經(jīng)不再適合使用，而是需要響應(yīng)更快的激光器。接收端接收每個(gè)用戶的信號(hào)光功率是不同的，更是變化的，因此在突發(fā)接受電路中，每次收到新的信號(hào)時(shí)都需要調(diào)整接收電平(門限)。

        4 小區(qū)光纖通信中的應(yīng)用

         ONU可以設(shè)置在用戶端(FTTH)或者是樓道(FTTB)，當(dāng)然這是在接入小區(qū)的狀況下。在FTTH模式下，用戶數(shù)不確定，這時(shí)候?yàn)榱四軌虬言O(shè)備的利用率提高，降低成本跟維護(hù)方便，光分路器的設(shè)置是比較集中的，而且使用的是一級(jí)分光，設(shè)置的地方多事在小區(qū)的機(jī)房或者是小區(qū)里面的光交接箱。使用了這樣的方式建設(shè)之后，無論用戶數(shù)增加或者減少，都能最大化的使用設(shè)備，不過用戶數(shù)比較多的情況下，對(duì)接入光纖的需要量也會(huì)增加不少。而FTTB模式，OMU設(shè)置在樓道，光分路器的設(shè)置跟FTTH方式一樣。這個(gè)模式的接入一般是在樓道交換機(jī)進(jìn)行。

        結(jié)語

        EPON技術(shù)具有很多優(yōu)勢(shì)，用戶覆蓋范圍廣，上下行高速率，高效的光傳送特性，節(jié)省光纖資源的點(diǎn)到多點(diǎn)組網(wǎng)等。對(duì)語音數(shù)據(jù)，視頻多業(yè)務(wù)承載跟電信級(jí)運(yùn)營(yíng)指定的技術(shù)體系結(jié)構(gòu)，還擁有無源、無電磁輻射節(jié)能環(huán)保的特性，EPON技術(shù)作為光通信技術(shù)方面，非常具有重要的意義。作為未來的主流技術(shù)之一，EPON技術(shù)對(duì)部署環(huán)境適應(yīng)強(qiáng)，可靠性高跟免維護(hù)這些特性，成為了下一代寬帶接入網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的最佳選擇。