EPON以太无源光网络简介

1.EPON无源光网络介绍

EPON（Ethernet Passive Optical Network，以太网无源光网络）是一种新兴的光纤接入技术，采用点到多点的用户网络拓扑结构，利用光纤实现视频、语音和数据的全业务接入。其特点是：使用无源的信号传输介质，在提高可靠性的同时，最长传输距离可达20km；采用点到多点的结构，使用MPCP进行管理。EPON系统在接入网链路中增加了光线路终端（OLT）、无源光分路器（POS）和光网络单元（ONU）等功能实体，通过光纤与终端设备相连，其典型拓扑结构为树型，参考实例如图4-42所示。目前EPON是FTTH/FTTB/FTTC的普遍解决方案。

图4-42 EPON参考模型

OLT放在中心机房，ONU放在网络接口单元附近或与其合为一体。POS是连接OLT和n个ONU（n可为8、16、32）的无源设备，它的功能是分发下行数据并集中上行数据。EPON中使用单芯光纤，在一根芯上转送上下行两个波（上行波长：1310nm，下行波长：1490nm，另外还可以在这个纤芯上下行叠加1550nm的波长，来传递数字电视信号）。

OLT既是一个交换机或路由器，又是一个多业务提供平台，它提供面向无源光纤网络的光纤接口（PON接口）。根据以太网向城域和广域发展的趋势，OLT上将提供多个1Gbit/s和10Gbit/s的以太接口，可以支持WDM传输。OLT还支持ATM（Asynchronous TransferMode，异步传输模式）、FR（Frame Relay，帧中继），以及OC3/12/48/192等速率的SONET的连接。如果需要支持传统的TDM（Time Division Multiplex，时分复用）语音，普通电话线和其他类型的TDM通信（T1/E1）可以被复用连接到出接口，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（Service Level Agreement，服务水平协议）的不同要求进行带宽分配，网络安全和管理配置。

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（Optical Distribution Node，光分配节点）中的1∶N无源分光器分配到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无源分光器耦合到同一根光纤，最终送到位于局端OLT接收端。

2.EPON的工作原理

EPON系统基于信号复用原理，采用波分复用（WDM）技术，实现单模光纤双向传输，在一芯光纤上利用上、下行两个不同波长（上行波长1310nm，下行波长1490nm传输双向数据，其传输模式如图4-43所示。

图4-43 EPON传输模式示意图

另外，为了分离同一根光纤上多个用户的来去方向的信号，EPON还采用两种复用技术：下行数据流采用时分复用（TDM）技术，上行数据流采用时分多址接入（TDMA）技术，如图4-44、图4-45所示。

图4-44 EPON下行TDM工作原理示意图(www.xing528.com)

当OLT启动后，它会周期性的在本端口上广播允许接入的时隙等信息。ONU上电后，根据OLT广播的允许接入信息，主动发起注册请求，OLT通过对ONU的认证（本过程可选），允许ONU接入，并给请求注册的ONU分配一个本OLT端口唯一的一个逻辑链路标识（LLID，Logic Line ID）。数据从OLT到多个ONU以广播式下行（时分复用技术TDM），根据IEEE802.3ah协议，每一个数据帧的帧头包含前面注册时分配的、特定ONU的逻辑链路标识，该标识表明本数据帧是给ONU（ONU₁，ONU₂，ONU₃，…，ONU_n）中的唯一一个。另外，部分数据帧可以是给所有的ONU（广播式）或者特殊的一组ONU（组播），在分光器处，流量分成独立的三组信号，每一组载到所有ONU的信号。当数据信号到达ONU时，ONU根据LLID，在物理层上做判断，接收给它自己的数据帧，摒弃那些给其他ONU的数据帧。举例，如图4-6 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4-45 EPON上行TDMA工作原理示意图

对于上行，采用时分多址接入技术分时隙给ONU传输上行流量。当ONU在注册时成功后，OLT会根据系统的配置，给ONU分配特定的带宽。带宽对于PON层面来说，就是多少可以传输数据的基本时隙，每一个基本时隙单位时间长度为16ns。在一个OLT端口（PON端口）下面，所有的ONU与OLT PON端口之间时钟是严格同步的，每一个ONU只能够在OLT给他分配的时刻上面开始，用分配给它的时隙长度传输数据。通过时隙分配和时延补偿，确保多个ONU的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。

加密，对于每一对ONU与OLT之间，可以启用128位的AES加密。各个ONU的密钥是不同的。

3.EPON的优势

相对成本低，维护简单，容易扩展，易于升级。EPON结构在传输途中不需电源，没有电子部件，因此容易敷设，基本不用维护，长期运营成本和管理成本的节省很大；EPON系统对局端资源占用很少，模块化程度高，系统初期投入低，扩展容易，投资回报率高；EPON系统是面向未来的技术，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。

提供高的带宽。EPON目前可以提供上下行对称的1Gbit/s的带宽，并且随着以太技术的发展可以升级到10Gbit/s。

服务范围大。EPON作为一种点到多点网络，以一种扇型的结构来节省资源，服务大量用户。

带宽分配灵活，服务有保证。对带宽的分配和保证都有一套完整的体系。EPON可以通过DBA（动态带宽算法）、DiffServ、PQ/WFQ、WRED等来实现对每个用户进行带宽分配，并保证每个用户的QoS。

由于EPON网络的树状无源光分配网络拓扑和广电的HFC光纤网络拓扑的相似性，使EPON网络技术迅速成为数字电视有线传输网络的热点技术之一，EPON解决方案如图4-46所示。

图4-46 EPON解决方案