[FTTx/PON] 面向未来的接入技术――GEPON [复制链接]

dragonchina

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发表于 2007-4-23 15:48:00 |显示全部楼层

一、引言进入21世纪以来，全球宽带接入网进入了大发展阶段。我国宽带接入网在近两年发展也十分迅速。据初步统计，到2004年底我国宽带用户达到2 500万，成为仅次于美国的第二大宽带接入市场,其中主导技术是ADSL，大约占70％左右，其次是以太网技术，还有少量宽带无线接入和电缆调制解调器接入。在国内，宽带接入对固网运营商的业务发展起着举足轻重的作用，已成为固网运营商主要的投资方向和业务收入来源之一。随着Internet的高速发展，用户在不断地增加，出现了IPTV业务、各类互联网互动业务如（视频会议、视频聊天、网络游戏、大文件传输业务）等应用，对网络带宽提出了越来越高的要求（如图1所示）。为了满足用户对带宽增长的要求，实现接入网的高速化、宽带化和智能化，各种接入技术层出不穷，这些接入技术中目前被认为最有前途的是光接入技术（FTTx）。图1. 用户带宽需求不断增长无源光网络(PON)技术是为了支撑点到多点应用发展起来的光接入技术，

ON由光线路终端(OLT)、光网络单元（ONU）和光分配网络（ODN）组成。其本质特征为ODN全部由无源器件组成，无源的特性使得网络布放更加灵活，无需机房和电源等；共享光纤的特性能够节省大量的光纤资源，使得接入网线路成本更低。正是由于易维护、高带宽、低成本等优点，

ON成为光接入中的佼佼者，被认为是通过单一平台综合接入语音、数据、视频等多种业务的理想物理平台。

ON技术自诞生以来，根据数据链路层协议的不同，分为APON（基于ATM）、BPON（基于ATM）、GPON（基于GFP）、GEPON（基于以太网），几种

ON技术的比较如表(1)。表1. 不同

ON技术间的比较<shapetype id="_x0000_t75" coordsize="21600,21600" stroked="f" filled="f" path="m@4@5l@4@11@9@11@9@5xe" ospt="75" opreferrelative="t"><stroke joinstyle="miter"></stroke><formulas><f eqn="if lineDrawn pixelLineWidth 0"></f><f eqn="sum @0 1 0"></f><f eqn="sum 0 0 @1"></f><f eqn="prod @2 1 2"></f><f eqn="prod @3 21600 pixelWidth"></f><f eqn="prod @3 21600 pixelHeight"></f><f eqn="sum @0 0 1"></f><f eqn="prod @6 1 2"></f><f eqn="prod @7 21600 pixelWidth"></f><f eqn="sum @8 21600 0"></f><f eqn="prod @7 21600 pixelHeight"></f><f eqn="sum @10 21600 0"></f></formulas><path oconnecttype="rect" gradientshapeok="t" oextrusionok="f"></path><lock aspectratio="t" vext="edit"></lock></shapetype><shape id="_x0000_i1025" type="#_x0000_t75" alt="" style="WIDTH: 24pt; HEIGHT: 24pt;"></shape>以前人们认为将ATM（异步转移模式）技术和PON技术相结合的APON技术是实现综合接入的理想模式。然而，由于数据业务的爆炸式增长，ATM技术暴露出效率不高、协议复杂等弱点，而IP技术则日渐兴起。由于以太网在传输IP业务时具有效率高、协议简单等优点，此外目前IP网络普遍建设，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，所以越来越多的人认为将千兆以太网技术和PON技术相结合的GEPON（Gigabit Ethernet Passive Optical Network）技术是取代APON（ATM Passive Optical Network），实现高速、宽带、综合接入的理想途径，成为最重要的FTTH技术。二、GEPON技术原理GEPON的系统结构如图2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的接收端。<shape id="_x0000_i1026" type="#_x0000_t75" alt="" style="WIDTH: 24pt; HEIGHT: 24pt;"></shape>  图2. GEPON系统结构 GEPON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多达32个用户，因此可降低OLT和主干光纤的成本压力。 　　GEPON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）即可实现视频业务广播传输。为了确保与IEEE 802的结构兼容，GEPON采用了点到点仿真技术，使得GEPON介质成为一系列点到点链接的组合。根据IEEE 802.3ah规定，GEPON系统物理层传输的是标准的以太网帧，对此，802.3ah标准中采用逻辑链路标识方式（LLID）为每个不同的ONU分配一个不同的LLID。这样每个ONU只能接收带有自己的LLID的数据报，其余的数据报丢弃不再转发。GEPON从OLT到多个ONU下行传输数据采用TDM技术，如图3所示：<shape id="_x0000_i1027" type="#_x0000_t75" alt="" style="WIDTH: 24pt; HEIGHT: 24pt;"></shape>图3. GEPON下行TDM技术数据从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）中的唯一一个。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3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。<shape id="_x0000_i1028" type="#_x0000_t75" alt="" style="WIDTH: 24pt; HEIGHT: 24pt;"></shape>图4. 上行TDMA技术图4中所示，GEPON上行采用时分多址复用技术（TDMA），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，采用时分多址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。 EPON上行传输是多个ONU时分复用上行带宽，因此恰当的带宽分配机制必不可少。EPON上行系统的带宽分配可考虑两种机制：静态带宽分配和动态带宽分配。静态带宽分配对带宽采取固定配置的方式，系统按照各ONU预定的带宽进行初始配置，运行期间其值保持不变。静态分配时若为保证传输性能以各ONU的峰值速率为基准分配带宽，因各ONU的数据流往往不是同时处于峰值速率而导致整个系统带宽没有充分利用，系统资源利用率降低。若以数据的平均速率为基准分配带宽，常常会出现当某些ONU有大的突发数据分组到来时，数据不能及时发送出去，从而导致数据的丢包率和时延增加；而另外一些ONU的数据流量却小于平均速率，系统资源没有被充分利用。由此可见当EPON承载突发性很强的数据业务时，静态带宽分配的效率是比较低的。动态带宽分配（DBA，Dynamic Bandwidth Assignment）对带宽采取实时调度方式，系统按照ONU实时上报的请求统筹安排，动态调整授权给ONU的带宽，从而充分利用系统资源，同时改善时延等性能。由于光纤信道时延较大的特点，ONU与OLT之间的距离将会影响到上行信道的复用，如果准确测量各个ONU到OLT的距离并能精确的调整ONU的发送时延，则可以减小ONU发送窗口间的间隔，从而提高上行信道的利用率并减小时延。GEPON系统是使用TDMA方式支撑点到多点拓扑，因此所有的ONU都必须和OLT的全网时间保持同步，由于不同的ONU与OLT的距离各有不同，因此为了避免冲突，对此作一定的补偿，通过计算不同ONU到OLT之间的往返时间(RTT)来完成这一功能。OLT和ONU都有一个本地计数器提供本地时间戳。OLT发送MPCP协议帧时，把计数器的值复制到报文的时间戳字段，在ONU接收到MPCP协议帧时，设置它本地计数器的值为接收到的MPCP协议帧的时间戳字段的值。通过这个过程，所有的ONU都同步到OLT的时钟。同样，ONU发送MPCP协议帧时，也要把它本地计数器的值复制到MPCP协议帧的时间戳字段，OLT接收到MPCP协议帧后，用所接收到的时间戳来计算和验证OLT和ONU之间的RTT，图5演示了RTT的计算方法。<shape id="_x0000_i1029" type="#_x0000_t75" alt="" style="WIDTH: 24pt; HEIGHT: 24pt;"></shape> 图5. RTT的计算方法总之，GEPON是几个最佳的技术和网络结构的结合。EPON以以太网为载体，采用点到多点结构、无源光纤传输方式，下行速率目前可达到10Gb/s，上行以突发的以太网包方式发送数据流。另外，GEPON也提供一定的运行维护和管理(OAM)功能。GEPON技术和现有的设备具有很好的兼容性，而且GEPON还可以轻松实现带宽10Gb/s的平滑升级。新发展的服务质量(QoS)技术使以太网对语音、数据和图像业务的支撑成为可能，这些技术包括全双工支撑、优先级(p802.lp)和虚拟局域网(VLAN)。由于以太网的广泛应用，EPON一经出现就受到众多设备厂商的青睐。

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