1、pon 无源光网络pon 无源光网络 OLT提供网络侧接口并连至一个或多个ODN，完成下行电到光、上行光到电的转换，以及分配和控制各信道的连接，并对各个光电接口实施监控，提供OAM功能。ODN为OLT和ONU提供光传输手段，主要功能是完成光信号功率的分配，完全出光纤无源器件组成，这也是PON名称的由来。ONU提供用户侧接口并和ODN相连，完成下行光到电和上行电到光的转换，还要完成对语音信号的数模和模数转换、复用、信令处理和维护管理功能，实现各类业务的接入。AF(Adaption Facility适配设施)为ONU和用户设备提供适配功能，它可以包含在ONU内，也可以完全独立。 无源光网络中采用的
2、接入方式主要有：光纤到家(FTTH：Fiber to the Home)、光纤到 大楼(FTTB：Fiber to the Building)、光纤到路J,2(FTTC：Fiber to the Curb)、光纤到办公室 (F兀O：Fiber to the Office)、光纤到小区(FTTZ：Fiber to the Zone)及光纤到节点(FTTN：Fiber to the Node)等等。各种接入方式的主要区别在于ONU放置的位置不同，其中最典型的方 式是FTTB、FTTC和FTTH。 PON在下行方向(从OLT到ONU)是点对多点网络，OLT始终拥有整个下行带宽。在 上行方向(ONU到
3、OLT)，PON是多点对一点的网络，多个ONU都向一个OLT发送数据， 共享干路光纤带宽资源。因此，在上行方向应该采用信道分割机制来避免发生碰撞，公平 有效地利用主干光纤的传输资源。根据信道分割机制的不同，实用的PON技术大致分为两类：一是基于时分复用技术的无源光接入网(TDMPON)；二是基于波分复用技术的无源光接入网(WDMPON)。 PON网络的突出优点是消除了户外的有源设备，所有的信号处理功能均在交换机和用户宅内设备完成，避免了外部设备的电磁干扰和雷电影响，减少了线路和外部设备的故障率，提高了系统可靠性，同时节省了维护成本。而且这种接入方式的前期投资小，大部分资会可以等到用户真J下接入
4、时才投入。它的传输距离比有源光纤接入系统的短，覆盖的范围较小，但它造价低，无需另设机房,维 护容易。因此这种结构可以经济地为居家用户服务。 PON应用于光接入网的独特优势： (a)PON使端局到用户的距离更长。基于PON的本地环路的距离可达20Km，这远远 超过了DSL的最大覆盖范围。 (b)PON最小化了户外和端局内光纤敷设工程量。PON在端局仅需要一根光纤、一个 PON端口，这样能使端局设备耗电更少、占空间更少。 (c)PON提供更宽的带宽(由于光纤更靠近用户)。光纤到楼、光纤到家、甚至光纤到 PC机达到了光纤贯穿到用户所有路径的目标，而光纤Nd,区路边是目前来说是最经济的。 (d)作为点
5、到多点的网络，PON适合下行视频组播广播。通过波分复用可以叠加其他 信道到PON上而不用改变设备电路。 (e)PON去掉了远置的复用解复用设备，这样免去了网络运营商供电、维护之苦，取 代有源复用解复用设备的无源光分合路器可埋在地下。 (f)PON方便通过波分复用或提高速率升级，因为无源的光分合路器对信号传输是完 全透明的。 以上这些优势使得PON技术成为“第一英里”解决方案的最佳候选者。 22 TDMPON介绍 TDMPON就是上行采用TDMA复用技术传输、下行采用TDM技术传输的PON。人 们考虑把TDMPON应用到用户技术入已经有相当长的时间了。随着PON技术的发展， 相关标准化组织规范了
6、几种TDMPON技术网，它们的主要区别在于承载协议的不同。目 前已标准化的有：基于ATM的无源光网络(At'ON)、基于以太网的无源光网络(EPON)、采 用GEM的吉比特无源光网络(GPON)。它们之间的主要区别如下： 221 EPON基本结构*nT作原理【17】【19】 EPON标准是由IEEE的EFM工作小组最早提出的，在很大程度上继承了ITUT和 FSAN制定的APON标准ITUT G983，并采用了符合IEEE8023协议的以太帧承载业务 信息。EPON是单纤双向系统j采用波分复用技术实现了上下行数据在一根光纤上的全双 工通信模式，数据传输的速度均为1Gbs(由于其物理层编码
7、方式为8B10B码，所以其线 路码速率为125G bs)。 EPON的下行方向(即由OLT到ONU)采用广播方式，ONU将接收到所有的下行数据， 根据不同的LLID值提取属于各自的数据并去掉LLID标签。LLID是指逻辑链路标识，OLT 为每一个注册上的ONU都分配一个LLID标签，根据此LLID来识别不同的ONU。下行 传输的结构示意图如图22所示。 上行方向(由ONU到OLT)采用TDMA多址接入方式共享系统，任一时刻只能有一个 ONU发送上行数据；数据首先在ONU处打上各自的LLID标签，然后根据OLT分配的时 隙传送到OLT，其结构示意图如图23所示。 223 EPON的关键技术概述【
8、211 EPON的关键技术包括动态带宽分配、OAM功能、实时业务传输质量、安全性考虑等 等多个方面，下面进行简单介绍。 动态带宽分配： EPON中上行方向信道的传输是采用时分复用接入方式束共享光纤的，各个ONU收 集来自用户的信息并向OLT发送数据，不同的ONU发送的数据占用不同的时隙，为了避 免产生冲突，OLT必须对上行信道的带宽进行仲裁、分配。目前EPON动态带宽分配算法 都是状态报告类型的。ONU通过上行报告帧报告带宽请求，OLT根据各ONU带宽请求情 况和带宽分配策略决定各ONU的授权，通过下行授权帧(GATE)通知各ONU。关于EPON 动态带宽分配策略或者说DBA算法，IEEE80
9、23ah并没有规定，由各个制造厂商自行规定。 随着各种宽带业务的发展，用户对带宽的需求将会越来越大，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。动态带宽分配也是目前EPON研究的热点，目前已经 提出多种EPON DBA算法，其中具有代表性的是IPACT(Interleaved Polling with Adaptive Cycle Time)算法【22】、IPAQG(Integrated Periodic and QuasiPeriodic Granting)DBAt41等等。 安全性考虑： 在点对
10、多点的模式下，EPON的下行信道以广播的方式发送给与此相连接的所有 ONU，每个ONU都可以接收OLT发送给所有ONU的信息，所以产生了一些安全隐患， 必须对发送给每个ONU的下行信号进行加密。加密算法主要有DES(Data Encryption Standard)、AES等，相比而言，AES更为理想。加密和解密可以在数据链路层、物理层或 者三层以上进行。MAC层以上的加密控制只加密净负荷，而帧头和MAC地址信息都保留， MAC层以下的加密可以使OLT对整个MAC帧各个部分都加密，给每个合法的ONU分配 不同的密钥，利用密钥对MAC的地址字节、净负荷、校验字节甚至整个MAC帧加密。 在物理层加
11、密也是一种比较有效的方法，它能对整个比特流(包括帧头和循环冗余校验)进 行加密。在接收端，物理层首先对数据进行解密然后将解密的数据传送给MAC层验证。 但是，这种方案要求OLT的物理层对不同的ONU使用不同的密钥，由于物理层无连接特 性使得实现起来比较困难。在第三层加密，需要对有效负荷进行加密，而且要确保OAM 信息对MAC客户层的可见性。 以太网管理： EPON在OLT和ONU之间定义了OAM子层，提供检测链路的操作，如远端故障指 示和远端环回控制，OAM为网络管理员提供了监控网络以及快故障定位和错误告警的能 力。OAM功能的实现是可选的，可在系统的某些端单独实现可选的OAM功能，OAM不
12、包括状念管理、带宽分配和提供功能。 实时业务传输质量： 传输话音和视频业务时要求延时既恒定又很小，延时抖动也要小。为了保证实时语音 业务和IP视频业务的传输，需要有与ATM或SONET相同的QoS并且需要系统易于管理。 一种方法是对不同服务质量要求的信号设置不同的优先权等级。另一种技术是采用保留带宽 的方法，提供一个开放的高速通道，不传输数据，而专门用来传输语音业务，以确保 POTS(Plain Old Telephone Service)等需要保证响应时实时的业务能得到高速传送。 23 WDMPON介绍126I WDMPON是基于WDM( 波分复用)方式实现的点到多点无源光网络，即采用波长作
13、 为用户端ONU的标识，利用波分复用技术实现多址接入，能够充分利用光纤的巨大传输带宽。 WDMPON采用WDMA协议解决信道争用问题。在OLT侧可使用多波长光源，下传 给ONUl、ONU2、?NUn的数据以直接调制或外调制方式，加到波长为九l、九2、?九n 的光载波上发送。RN处的WDM复用解复用器用来将每个ONU与特定的波长相对应。 每个ONU分配一对波长分别用于上下行传输，这样就提供了OLT到各ONU固定的虚拟 点对点连接。下行传输时，通过波分复用器把信号分配给目的ONU。上行传输时，每个 ONU使用一个特定的波长，通过波分复用器复用到一根光纤上，传送到OLT。因为各个 波长相互独立，上传
14、信号不会发生碰撞，因而不需要定时和网络同步。 WDMPON以其高带宽、协议透明、线路速率独立、虚拟点对点连接、高安全性和可 扩展性在接入领域中同益突出。可以说，WDMPON将是无源光网络发展的长期目标，但 目前出于光器件还未成熟，稳定性高成本成为其发展的一大障碍，短期内在接入网中实现 WDMPON还不实际。 TDMPON与WDMPON的比较 a)带宽：在TDMPON中，用户共享带宽，虽然带宽可以灵活有效地动态分配，但 是对算法的要求较高，并要考虑具体的情况，增加用户就会影响其他用户带宽的使用，而 且OLT和0NU及其相关的器件都要工作在线速率下。而在WDMPON中，用户独享带宽， 每个用户都有
15、连接到OLT的点到点的光通道，因此不需要动念带宽分配，WDMPON能 够在相对低的速率下为每个用户提供高带宽。 b)功率预算：在TDMPON中，随着ONU数量的增加，由于分路器的原因信号的光 功率损耗也随着增加。而WDMPON用的是高效的复用解复用器(如膜干涉滤光片、声光 滤波器、光纤光栅、阵列波导光栅等)，WDMPON的插入损耗比TDMPON的分路损耗 小，并且WDMPON接收机工作在较低的比特率，因此具有极高的灵敏度。在激 光器输出 功率相等的情况下，WDMPON传输距离更远，网络覆盖范围更大。 c)透明性：TDMPON中数据分组由TDM复用器的处理，过程复杂。而WDMPON 系统将数据分
16、组直接映射至波长信道，使得对各种协议和速率透明，将使网管、保护等任 务相对简单，可以提供更强大的OAM&P功能。 d1高效性：TDMPON系统在上行方向上，各ONU必须采用TDMA协议，才能完成 共享传输通道信息访问。速率和帧结构的任何改变都会使MAC层协议及整个网络设备发 生改变。而WDMPON在上行传输时，每个ONU使用一个特定的波长，因此不需要专门 的MAC控制协议，降低了系统复杂度，提高了传输效率。 e1安全性：在TDMPON中，由于下行信号采用广播方式，所有ONU都可接收全部 的下行数据，安全性无法保证，必须采用加密技术。在WDMPON中，去往不同ONU的 信号要通过波长选路，即WDMPON中ONU之间是互不干扰的，安全性更有保障。 n易升级：TDMPON升级相对困难，而WDMPON不需对底层结构进行重大改变 就能充分利用光纤的巨大容量，并且它的升级和点对点网络一样容易。 g)业务特性：在业务层面上，将来网络必须具有通用性以适应各种增值业务，如VoIP、 HDTV、IPTV等，QoS的保证成为关键。而不同用户及其不同业务对吞吐量、时延、时延 偏差、误比特率等有不同要求，难以对QoS作统一要求。WDM技术分配不同波长信道， 即专用的虚拟点到点连接，有助于这些难题的解决。
