PON(Passive Optical Network
)是无源光网络的英文缩写,与有源光接入技术相比,PON由于xx了局端与用户端之间的有源设备,从而使得维护简单、可靠性高、成本低,而且能节约光纤资源,是未来FTTH的主要解决方案。随着PON成本的逐步降低,不但在FTTB/FTTC场合PON有了一定的应用市场,而且利用PON来实现FTTH在日本等发达国家也取得了很大的进展。目前PON技术主要有APON、EPON 和GPON等几种,其主要差异在于采用了不同的二层技术。
APON是ATM PON的简称。在PON中采用ATM信元的形式来传输信息的,称为ATM—PON或简称APON。这种模式建立的是一个点到多点的系统,不仅可以利用光纤的巨大带宽提供宽带服务,还可以利用ATM进行高效的带宽业务管理。ATM是一种基于信元的传输协议,近年来被越来越广泛地应用于接入网上以提供视频广播、远程教学、以及数据通信等多种业务。ATM技术能为接入网提供动态的带宽分配,从而更适合宽带数据业务的需要。可以运行在多种物理层技术上,xDSL技术和PON技术均可为ATM的运行提供物理平台。APON是上世纪90年代中期就被ITU和全业务接入网论坛(FSAN)标准化的PON技术,FSAN在2001年底又将APON更名为BPON,APON的{zg}速率为622Mbps,二层采用的是ATM封装和传送技术,因此存在带宽不足、技术复杂、价格高、承载IP业务效率低等问题,未能取得市场上的成功。
为适应IP业务,{dy}英里以太网联盟(EFMA)在2001年初提出了在二层用以太网取代ATM的EPON技术,IEEE 802.3ah工作小组对其进行了标准化,EPON可以支持1.25Gbps对称速率,将来速率还能升级到10Gbps。EPON产品得到了更大程度的商用,由于其将以太网技术与PON技术xx结合,因此成为了非常适合IP业务的宽带接入技术。对于Gbit/s速率的EPON系统也常被称为GE-PON。
EPON 是一种新型的光纤接入网技术,它采用点到多点结构、无源光纤传输,在以太网之上提供多种业务。它在物理层采用了PON技 术,在链路层使用以太网协议,利用PON的拓扑结构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:低成本;高带宽;扩展性强,灵活快速的服务重组;与现有以太网的兼容性;方便的管理等等。EPON不需任何复杂的协议,光信号就能xx地传送到最终用户,来自最终用户的数据也能被集中传送到中心网络。在物理层,EPON使用1000BASE的以太PHY,同时在PON的传输机制上,通过新增加的MAC控制命令来控制和优化各ONU与OLT之间突发性数据通信和实时的TDM通信。在协议的第二层,EPON采用成熟的全双工以太技术。使用TDM,由于ONU在自己的时隙内发送数据报,因此没有碰撞,不需CSMA/CD,从而充分利用带宽。另外,EP0N通过在MAC层中实现802.1p来提供与APON类似的QoS。
EPON特点:
- 局端(OLT)与用户(ONU)之间仅有光纤、光分路器等光无源器件,无需租用机房、无需配备电源、无需有源设备维护人员,因此,可有效节省建设和运营维护成本;
- EPON采用以太网的传输格式同时也是用户局域网/驻地网的主流技术,二者具有xx的融合性,xx了复杂的传输协议转换带来的成本因素;
- 采用单纤波分复用技术(下行1490nm,上行1310nm),仅需一根主干光纤和一个OLT,传输距离可达20公里。在ONU侧通过光分路器分送给最多32个用户,因此可大大降低OLT和主干光纤的成本压力;
- 上下行均为千兆速率,下行采用针对不同用户加密广播传输的方式共享带宽,上行利用时分复用(TDMA)共享带宽。高速宽带,充分满足接入网客户的带宽需求,并可方便灵活的根据用户需求的变化动态分配带宽;点对多点的结构,只需增加ONU数量和少量用户侧光纤即可方便地对系统进行扩容升级,充分保护运营商的投资;
- EPON具有同时传输TDM、IP数据和视频广播的能力,其中TDM和IP数据采用IEEE 802.3以太网的格式进行传输,辅以电信级的网管系统,足以保证传输质量。通过扩展第三个波长(通常为1550nm)
采用无源()的接入协议有以为传输平台的/BPON和以技术为传输平台的EPON/GEPON以及以通用帧结构为传输平台的三种类型。EPON/GEPON是将以太网(Ethernet ,{zj1}有发展潜力的链路层协议)与无源光(PON,的{zj0}物理层协议)结合在一起形成的能很好适应数据业务的接入方式。
由于最早的EPON标准基于100M快速以太网传送,市场上很多被称为EPON的产品实际上都是基于百兆以太网PON技术,为区别于原有的技术和产品,一般基于千兆以太网的PON技术被称为GEPON。由于百兆EPON已逐渐被千兆的GEPON取代,在此文中,我们只分析基于GEPON的技术和产品。
同以往的其它PON技术相比,GEPON技术同样采用点到多点的用户网络拓扑结构,利用光纤实现数据、语音和视频的全业务接入的目的。但与以往基于ATM技术的APON/BPON相比,GEPON实现在用户接入网中传输以太帧,非常适合IP业务的传送。此外,由于目前IP网络的普遍建设,基于以太网的技术的元器件结构比较简单,性能高且价格便宜,使得GEPON相比其它PON技术更容易大规模商用;而基于IP的各种业务的高速发展以及下一代网络IP融合的趋势使得GEPON可以适用的范围更广并且符合未来网络的发展趋势,成为最重要的FTTH技术。
图1 GEPON原理
GEPON的系统结构如图1所示。GEPON系统主要由中心局的光线路终端 (OLT) 、包含无源光器件的光分配网(ODN)、用户端的光网络单元/光网络终端 (ONU) 以及网元管理系统 (EMS) 组成,通常采用点到多点的树型拓扑结构。在下行方向,IP数据、语音、视频等多种业务由位于中心局的OLT,采用广播方式,通过ODN中的1:N无源光分路器分配到PON上的所有ONU单元。在上行方向,来自各个ONU的多种业务信息互不干扰地通过ODN中的1:N无源光分路器耦合到同一根光纤,最终送到位于局端OLT接收端。
传输原理
GEPON与APON{zd0}的区别是GEPON根据IEEE802.3协议,包长可变至1518字节传送数据,而APON根据ATM协议,按照固定长度53个字节包来传送数据,其中48个字节负荷,5个字节开销。这种差别意味着APON运载IP协议的数据效率低且困难。用APON传送IP业务,数据包被分成每48个字节一组,然后在每一组前附加上5个字节开销。这个过程耗时且复杂,也给OLT 和ONU增加了额外的成本。此外,每一48个字节段就要浪费5个字节,造成沉重的开销,即所谓的ATM包的税头。相反,以太网传送IP流量,相对于ATM开销急剧下降。
上行/下行流量管理
GEPON从OLT到多个ONU下行传输数据和从多个ONU到OLT上行数据传输是十分不同的。所采取的不同的上行/下行技术分别如图2、3所示:
图2 下行传输原理
图3 上行传输原理
图2中数据从OLT到多个ONU广播式下行,根据IEEE802.3协议,每一个包的包头表明是给ONU(ONU1、ONU2、ONU3......ONUN)中的{wy}一个。另外,部分包可以是给所有的ONU(广播式)或者特殊的一组ONU(组播),在光分路器处,流量分成独立的三组信号,每一组载有所有指定ONU的信号。当数据信号到达该ONU时,它接收给它的包,摒弃那些给其它ONU的包。举例,图2中,ONU1收到包1、2、3,但是它仅仅发送包1给终端用户1,摒弃包2和包3。
图3中所示,采用时分复用技术(TDM)分时隙给ONU管理上行流量,时隙是同步的,以便当数据信号耦合到一根光纤时各个ONU的上行包不会互相干扰。ONU在ONU指定的时隙上行数据给OLT,采用时分复用避免数据传输冲突,即上行采用争用方式,下行采用广播方式。
拓扑结构
GEPON网络采用点至多点的拓朴结构,取代点到点结构,大大节省了光纤的用量、管理成本。无源网络设备代替了传统的ATM/SONET宽带接入系统中的中继器、放大器和激光器,减少了中心局端所需的激光器数目,并且OLT由许多ONU用户分担。而且GEPON利用以太网技术,采用标准以太帧,无须任何转换就可以承载目前的主流业务-IP业务。