宽带的又一个春天

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EPON技术及其对电信运营商带来的价值（图）



一、宽带大势驱动EPON发展

不到十年时间，Internet以前所未有的速度席卷全球，并深刻影响甚至改变了人们传统的生活和工作方式。今天，人们已经离不开Internet的魅力之网，而Internet的继续发展又依赖于宽带网络的建设。在中国宽带接入网领域，现有经济状况决定了目前比较成熟的接入方式主要是以ADSL为代表的基于电话线的xDSL（数字用户线）和快速以太网（LAN），同时辅有HFC（混合光纤同轴网）接入、LMDS（本地多点分配系统）无线接入等。

随着IP技术的不断完善，大多数的运营商已经将IP技术作为数据网络的主要承载技术。IP与Ethernet的无缝结合和优良的可扩展性而具备很多天然优势，使得以太网技术能够提供高速Internet服务、分组话音和视频业务，而费用远远低于HFC、xDSL。运营商们显然意识到了这一点，在过渡性阶段推广ADSL的同时，都在积极推进以太网的接入。在北京，以联通、网通为代表的电信级运营商的以太网专线和小区接入都已初见规模。

但是，10/100M以太网五类线接入传输距离有限，接入交换机数量众多、零散，网络管理和维护复杂，线路不够安全。同时，也难以适应应用愈发广泛的Internet所带来的未来带宽需求。因此，从总的发展趋势看,在接入网中馈线光纤必将代替馈线电缆，直接向用户挺进，实现纯光纤接入，而同时IP与以太网的天然结合优势也愈发突出，于是，基于以太网的无源光网络（EPON）应运而生。

二、EPON的标准化进程

早期因为ATM被看作是能够提供各种类型通信的唯一协议，而PON是最经济的宽带光纤解决方案，顺理成章地选择ATM和PON分别作为网络协议和网络平台即APON为当前实现FTTH的唯一手段。

由于以太网技术的高速发展，使得ATM技术完全退出了局域网。因此把简单经济的以太网技术与PON的传输结构结合起来的Ethernet over PON概念，自2000年开始引起技术界和网络运营商的广泛重视。在IEEE802.3 EFM（Ethernet for the First Mile）会议上，加速了EPON的标准化工作。

2001年5月，IEEE成立了EFM研究组。同年7月，IEEE 802 LMSC（LAN/MAN Standards Committee）批准了IEEE EFM小组提出的项目授权请求。9月，IEEE成立IEEE 802.3ah EFM Task Force，准备起草EPON标准。

2002年，EPON标准草案出台，许多关键技术的研发都进入突破阶段，国内外众多设备制造商开始积极向市场进军。

2003年，国际上针对EPON标准的制定工作已经进入到文稿整理阶段，EPON标准的推出已经排上议事日程，并将于2004年发布。

三、EPON的网络结构

一个典型的Ethernet over PON系统由OLT、ONU、ODN组成。OLT（Optical Line Terminal）放在中心机房，ONU（Optical Network Unit）为用户端设备。ODN（Optical Distributed Network）是光配线网，主要由一个或数个光分裂器（Splitter）来连接OLT和ONU，它的功能是分发下行数据并集中上行数据。OLT既是一个交换机或路由器，又是一个多业务提供平台，提供面向无源光纤网络的光纤接口。OLT除了提供网络集中和接入的功能外，还可以针对用户的QoS／SLA的不同要求进行带宽分配，网络安全和管理配置。Splitter是一个简单设备，它不需要电源，可以置于全天候的环境中，一般一个Splitter的分线率为2、4或8，并可以多级连接。在EPON中，OLT到ONU间的距离最大可达20km，如果使用光纤放大器（有源中继器），距离还可以延长。如图1所示。



EPON中的ONU采用了技术成熟而又经济的以太网络协议，在中带宽和高带宽的ONU中实现了成本低廉的以太网第二层或第三层交换功能。这种类型的ONU可以通过层叠来为多个最终用户提供相当高的共享带宽。因为都使用以太网协议，在通信的过程中，就无需协议转换，而实现ONU对用户数据的透明传送。当然，对于光纤到家（FTTH）的接入方式，ONU可以不需要交换功能，从而能在极低的成本下为终端用户分配所需的带宽。

远程业务分配控制（remote provisioning）管理可以让运营商通过对用户不同时段的不同业务需求做出响应，这样可以提高用户满意度。运营商可以通过中心管理系统对OLT、ONU等所有网络单元设备进行管理，同时可以很灵活地根据用户的需要来动态分配带宽。

四、EPON的关键技术

EPON系统的设计主要在以太网模型的物理层和MAC层，其关键技术都在MAC控制层上完成，即一般而言的PON传输层。

传输会聚层负责OLT和多个ONU之间在下行方向和上行方向以太网信元的正确传输，保证OLT和ONU的发送和接收机调准在正确的光功率电平上；并控制每个ONU的上行传输，避免上行以太网信元的碰撞。其包含如下几个主要关键技术。

（1）测距：由规划所定义，EPON为点对多点拓扑结构，采用TDMA技术实现信息传送。各个ONU与OLT之间的逻辑距离是不相等的。OLT需要有一套测距功能来测试每一个ONU与OLT之间的逻辑距离，并据此来指挥ONU调整其信号发送延时，使不同距离的ONU所发送的信号能在OLT处准确地复用在一起。目前采用比较成熟的数字计时技术的带内开窗测距法被大部分设备制造商所采纳。

（2）带宽分配：上行方向信道中的传输是采用时分复用接入方式来共享光纤的，各个ONU收集来自用户的信息并以1.25Gbit/s以上的高速向OLT发送数据，不同的ONU发送的数据占用不同的时隙。随着各种宽带业务的发展，用户对带宽的需求肯定越来越大，如何根据不同用户的业务类型与业务特点合理分配信道带宽，使网络提供者以一套最有效的手段利用网络资源，是决定EPON系统性能的关键技术之一。

（3）时钟提取：对于系统的高速率，快速同步是必须解决的核心问题。而其中ONU和OLT以及上下行比特码的时钟一致是其中的关键，目前一般都采用PLL（锁相环）从下行信号中提取时钟，利用帧同步字检测方式实现帧同步。

（4）搅动：由于PON固有的组播特性，为了保证信息有起码的保密性，系统必须采用所谓搅动的保护措施。该措施介于传输系统扰码和高层编码之间，这种搅动功能实施信息扰码并能为信息保密提供低水平的保护。

（5）同步接收：EPON是一个网同步系统，需要实现OLT与ONU之间的快速同步。各个ONU与OLT都需要有一个同步接收的问题，否则一旦发生bit错位或者相位突变，数据接收错误不但影响到数据严重丢失，不断重传，还有可能导致网络拥塞和网络瘫痪。

五、EPON为运营商带来的好处

从运营商角度来看，基于这种网络结构，EPON系统可以带来多方面的好处。

（1）由于EPON系统的ODN部分没有电子部件，无需电源供应，因此容易铺设，基本不用维护，建设维护成本低。EPON系统对局端资源占用很少，模块化程度高，扩展容易，投资回报率高。同时大多数EPON系统都是一个多业务平台，对于向全IP网络过渡是一个很好的选择。

（2）EPON目前可以提供上下行对称的1.25Gbit/s的带宽，并且随着以太网技术的发展可以升级到10Gbit/s，能满足对于未来高宽带Internet需求，

（3）EPON作为一种点到多点网络，以一种扇出的结构既节省光纤的资源，同时这种共享带宽的网络结构能够提供灵活的带宽分配。

（4）EPON可以通过在OLT与ONU之间的单元开销，通过DiffServ来实现和保证不同用户的QoS。

目前大家的近邻韩国，宽带接入网建设在ADSL/VDSL即将饱和的情况下，已经开始通力建设无源光网络并取得了很好的经济效益。的确，作为一种新型光接入技术，EPON具备非常独特的价值定位，它不仅解决运营建设成本低、建设快捷有效的问题，同时EPON网络的体系结构又是环网在网络建设上的补充，使得运营商能够快速有效进行市场扩张，充分利用现有资源。

当然，利弊总是矛盾统一的。尽管无源光网络有着很大的优越性，但是国内用户类型与国外不一样，许多大客户不愿意接受共享带宽的方式。由于EPON是传送宽带到最后一公里的技术，未来国内市场的成功极大地依赖于用户是否愿意以有利的价格购买业务。