毕业论文 三网融合光纤到户接入网原理及系统设计.docx
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毕业论文三网融合光纤到户接入网原理及系统设计
三网融合光纤到户接入网原理及系统设计
一、三网融合:
三网融合是指电信网、计算机网和有线电视网三大网络通过技术改造,能够提供包括语音、数据、图像等综合多媒体的通信业务。
三合是一种广义的、社会化的说法,在现阶段它是指在信息传递中,把广播传输中的“点”对“面”,通信传输中的“点”对“点”,计算机中的存储时移融合在一起,更好为人类服务,并不意味着电信网、计算机网和有线电视网三大网络的物理合一,而主要是指高层业务应用的融合。
“三网融合”后,民众可用电视遥控器打电话,在手机上看电视剧,随需选择网络和终端,只要拉一条线、或无线接入即完成通信、电视、上网等。
所谓“三网融合”,就是指电信网、有线电视网和计算机通信网的相互渗透、互相兼容、并逐步整合成为全世界统一的信息通信网络。
“三网融合”是为了实现网络资源的共享,避免低水平的重复建设,形成适应性广、容易维护、费用低的高速宽带的多媒体基础平台。
其表现为技术上趋向一致,网络层上可以实现互联互通,形成无缝覆盖,业务层上互相渗透和交叉,应用层上趋向使用统一的IP协议,在经营上互相竞争、互相合作,朝着向人类提供多样化、多媒体化、个性化服务的同一目标逐渐交汇在一起,行业管制和政策方面也逐渐趋向统一。
意义:
它不仅是将现有网络资源有效整合、互联互通,而且会形成新的服务和运营机制,并有利于信息产业结构的优化,以及政策法规的相应变革。
融合以后,不仅信息传播、内容和通信服务的方式会发生很大变化,企业应用、个人信息消费的具体形态也将会有质的变化。
三网融合将会从根本上改变我国文化信息资源保存、管理、传播、使用的传统方式和手段,为知识创新和两个文明建设营造一个汲取文化信息的良好环境。
随着三网时代的到来,我们的生活将会更美好。
二、光纤到户接入网原理:
1、光纤接入网的基本构成
光纤接入网(OAN),是指用光纤作为主要的传输媒质,实现接入网的信息传送功能。
通过光线路终端(OLT)与业务节点相连,通过光网络单元(ONU)与用户连接。
光纤接入网包括远端设备——光网络单元和局端设备——光线路终端,它们通过传输设备相连。
系统的主要组成部分是OLT和远端ONU。
它们在整个接入网中完成从业务节点接口(SNI)到用户网络接口(UNI)间有关信令协议的转换。
接入设备本身还具有组网能力,可以组成多种形式的网络拓扑结构。
同时接入设备还具有本地维护和远程集中监控功能,通过透明的光传输形成一个维护管理网,并通过相应的网管协议纳入网管中心统一管理。
OLT的作用是为接入网提供与本地交换机之间的接口,并通过光传输与用户端的光网络单元通信。
它将交换机的交换功能与用户接入完全隔开。
光线路终端提供对自身和用户端的维护和监控,它可以直接与本地交换机一起放置在交换局端,也可以设置在远端。
ONU的作用是为接入网提供用户侧的接口。
它可以接入多种用户终端,同时具有光电转换功能以及相应的维护和监控功能。
ONU的主要功能是终结来自OLT的光纤,处理光信号并为多个小企业,事业用户和居民住宅用户提供业务接口。
ONU的网络端是光接口,而其用户端是电接口。
因此ONU具有光/电和电/光转换功能。
它还具有对话音的数/模和模/数转换功能。
ONU通常放在距离用户较近的地方,其位置具有很大的灵活性。
光纤接入网(OAN)从系统分配上分为有源光网络(AON,ActiveOpticalNetwork)和无源光网络(PON,PassiveOpticaOpticalNetwork)两类。
2、有源光纤接入网
有源光网络又可分为基于SDH的AON和基于PDH的AON。
有源光网络的局端设备(CE)和远端设备(RE)通过有源光传输设备相连,传输技术是骨干网中已大量采用的SDH和PDH技术,但以SDH技术为主,本文主要讨论SDH(同步光网络)系统。
(1).基于SDH的有源光网络
SDH的概念最初于1985年由美国贝尔通信研究所提出,称之为同步光网络(SynchronousOpticalNETwork,SONET)。
它是由一整套分等级的标准传送结构组成的,适用于各种经适配处理的净负荷(即网络节点接口比特流中可用于电信业务的部分)在物理媒质如光纤、微波、卫星等上进行传送。
(2).基于PDH的有源光网络
准同步数字系列(PDH)以其廉价的特性和灵活的组网功能,曾大量应用于接入网中。
尤其近年来推出的SPDH设备将SDH概念引入PDH系统,进一步提高了系统的可靠性和灵活性,这种改良的PDH系统在相当长一段时间内,仍会广泛应用。
3、无源光纤接入网络
无源光网络(PON),是指在OLT和ONU之间是光分配网络(ODN),没有任何有源电子设备,它包括基于ATM的无源光网络APON及基于IP的PON。
APON的业务开发是分阶段实施的,初期主要是VP专线业务。
相对普通专线业务,APON提供的VP专线业务设备成本低,体积小,省电、系统可靠稳定、性能价格比有一定优势。
第二步实现一次群和二次群电路仿真业务,提供企业内部网的连接和企业电话及数据业务。
第三步实现以太网接口,提供互联网上网业务和VLAN业务。
以后再逐步扩展至其它业务,成为名副其实的全业务接入网系统。
IPPON的上层是IP,这种方式可更加充分地利用网络资源,容易实现系统带宽的动态分配,简化中间层的复杂设备。
基于PON的OAN不需要在外部站中安装昂贵的有源电子设备,因此使服务提供商可以高性价比地向企业用户提供所需的带宽。
无源光网络(PON)是一种纯介质网络,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,是电信维护部门长期期待的技术。
无源光接入网的优势具体体现在以下几方面:
(1)无源光网体积小,设备简单,安装维护费用低,投资相对也较小。
(2)无源光设备组网灵活,拓扑结构可支持树型、星型、总线型、混合型、冗余型等网络拓扑结构。
(3)安装方便,它有室内型和室外型。
其室外型可直接挂在墙上,或放置于“H”杆上,无须租用或建造机房。
而有源系统需进行光电、电光转换,设备制造费用高,要使用专门的场地和机房,远端供电问题不好解决,日常维护工作量大。
(4)无源光网络适用于点对多点通信,仅利用无源分光器实现光功率的分配。
(5)无源光网络是纯介质网络,彻底避免了电磁干扰和雷电影响,极适合在自然条件恶劣的地区使用。
(6)从技术发展角度看,无源光网络扩容比较简单,不涉及设备改造,只需设备软件升级,硬件设备一次购买,长期使用,为光纤入户奠定了基础,使用户投资得到保证。
4、光纤接入网的形式
根据光网络单元(ONU)的位置,光纤接入方式可分为如下几种:
FTTB(光纤到大楼);FTTC(光纤到路边);FTTZ(光纤到小区);FTTH(光纤到用户);FTTO(光纤到办公室);FTTF(光纤到楼层);FTTP(光纤到电杆);FTTN(光纤到邻里);FTTD(光纤到门);FTTR(光纤到远端单元)。
其中最主要的是FTTB(光纤到大楼)、FTTC(光纤到路边)、FTTH(光纤到用户)三种形式。
5、光接入网的优点与劣势
与其他接入技术相比,光纤接入网具有如下优点:
(1)光纤接入网能满足用户对各种业务的需求。
人们对通信业务的需求越来越高,除了打电话、看电视以外,还希望有高速计算机通信、家庭购物、家庭银行、远程教学、视频点播(VOD)以及高清晰度电视(HDTV)等。
这些业务用铜线或双绞线是比较难实现的。
(2)光纤可以克服铜线电缆无法克服的一些限制因素。
光纤损耗低、频带宽,解除了铜线径小的限制。
此外,光纤不受电磁干扰,保证了信号传输质量,用光缆代替铜缆,可以解决城市地下通信管道拥挤的问题。
(3)光纤接入网的性能不断提高,价格不断下降,而铜缆的价格在不断上涨。
(4)光纤接入网提供数据业务,有完善的监控和管理系统,能适应将来宽带综合业务数字网的需要,打破“瓶颈”,使信息高速公路畅通无阻。
当然,与其它接入网技术相比,光纤接入网也存在一定的劣势。
问题是成本较高。
尤其是光节点离用户越近,每个用户分摊的接入设备成本就越高。
另外,与无线接入网相比,光纤接入网还需要管道资源。
这也是很多新兴运营商看好光纤接入技术,但又不得不选择无线接入技术的原因。
三、光纤到户接入网系统设计:
1.1网络参考模型
以太网无源光网络(EPON)是一种采用点到多点(P2MP)结构的单纤双向光接入网,其典型拓扑结构为树型或星型,由网络侧的OLT、光分配网(ODN)和用户侧的ONU组成,如图1所示,图2为EPON协议分层和OSI参考模型间的关系
图1EPON系统参考模型
图2EPON协议分层和OSI参考模型间的关系
1.2PON系统对ODN的基本要求
1.2.1PON系统信号传送方式
PON系统采用单纤双向方式。
上行使用1310nm波长,下行使用1490nm波长。
当采用波分复用方式提供CATV业务时,下行增加使用1550nm波长。
在下行方向(OLT到ONU),OLT发送的信号通过一个1:
N(或2:
N)的光分路器(或几个分路器的级联)到达各个ONU;在上行方向(ONU到OLT),各ONU根据OLT指定的时间发送信息。
ONU发送的信号只会到达OLT,而不会到达其他ONU。
1.2.2PON系统对光分配网ODN的基本要求
ODN所采用的光纤为G.652单模光纤,其上下行光链路的衰减值应不大于表1要求。
EPON工作原理-下行
采用802.3帧广播
数据的导出通过帧前导码中的LLID识别
64字节GATE信息来分配带宽
EPON工作原理-上行
由MPCP协议完成上行流的控制管理
发送由64字节的REPORT信息报告ONU状态,请求带宽
加密问题
1.3POP系统的保护
PON系统的保护包括馈线光纤保护、OLT保护和全保护三种方式。
在OLT和ONU设备支持的前提下,可以根据实际需要采用相应的保护方式。
对于普通用户,一般不考虑系统保护。
全保护的成本较高,宜只对重要用户采用。
1.3.1馈线光纤保护如图3所示,馈线光纤保护就是采用1:
N或2:
N光分路器,在分路器和OLT之间建立2条独立的、互相备份的光纤链路,一旦主用馈线光纤发生故障,通过人工改接的方式,在备用光纤链路可用的情况下切换至备用光纤的保护方式。
1.3.2OLT保护
如图4所示,OLT保护就是采用2:
N的光分路器,在分路器和2个互为备份的OLT之间建立2条独立的光纤链路,一旦主用馈线光纤或OLT发生故障,在备用光纤链路和备用OLT可用的情况下自动切换至备用OLT的保护方式。
1.3.3全保护
如图5所示,全保护就是PON系统对OLT、ODN、ONU均提供备份的保护方式,可采用互为热备份方式。
1.4光分配网(ODN)组成和基本功能
1.4.1光分配网定界
如图1所示,光分配网(ODN)位于OLT和ONU之间,其定界接口为紧靠OLT的光连接器后的S/R参考点和ONU光连接器前R/S参考点。
1.4.2光分配网(ODN)组成
从网络结构来看,光分配网由馈线光纤、光分路器和支线组成,它们分别由不同的无源光器件组成,主要的无源光器件有:
1)单模光纤;
2)光分路器(OBD);
3)光纤连接器,包括活动连接器和冷接子。
1.4.3光分配网(ODN)的基本功能
光分配网(ODN)将一个光线路终端(OLT)和多个光网络单元(ONU)连接起来,提供光信号的双向传输。
2、EPON设备配置要求
2.1业务承载能力
EPON系统应支持的业务类型包括IP数据业务,可选支持VOIP业务、TDM业务和CATV业务。
其中TDM业务包括E1数据专线业务n×64kbit/s数据专线业务。
2.2.1SNI接口和UNI接口类型
1)GE接口:
GE接口包括1000BASE-LX、1000BASE-SX、1000BASE-T接口,应符合IEEE802.3-2002规定;
2)10/1000BASE-T接口:
10/1000BASE-T接口应符合IEEE802.3-2002规定;
3)E1接口:
E1接口应符合GB7611-2001的规定;
4)Z接口:
Z接口应符合YD/T1054-200010.1.1节的规定;
5)Za接口:
Za接口应符合YD/T1054-200010.1.2节的规定;
6)H.248协议:
EPON系统实现H.248协议应符合YD/T1292-2003的规定;
7)SIP协议:
EPON系统实现SIP协议应符合IETFRFC3435和《中国电信SIP网关控制协议规范》的规定。
2.2.3PON接口基本要求
PON接口应符合IEEE802.3ah。
其物理接口应采用1000BASE-PX20,其特性为:
1)1000BASE-PX20为点到多点的光纤传输;
2)1000BASE-PX20上下行方向使用同一根光纤。
3)在单模光纤上,1000BASE-PX20以1000Mbps速率,分路比为1:
32,最大传输距离不小于20km;
4)信号编码方式为8B/10B;
5)在物理层业务接口上,误码率小于等于10-12
2.3功能要求
2.3.1动态带宽分配
为了提高系统带宽利用率,OLT应采用动态带宽分配机制(DBA),根据LLID分配带宽授权,最小带宽分配颗粒不应大于256kbit/s。
2.3.2业务QoS保证
EPON系统应能区分不同类型业务的优先级,上行方向应能根据SLA协议保证高优先级业务的QoS,下行方向支持带宽控制功能,最小带宽分配粒度不应大于1Mbits。
2.3.3加密功能。
EPON系统采用标准的以太网帧结构,恶意用户很容易截获系统开销信息和其它用户的信息,存在安全隐患,应对用户信息进行加密,其中下行方向应支持加密功能,上行方向可选支持。
加密协议应符合《中国电信EPON设备技术要求V1.3》规定的三重搅动功能要求。
2.3.4ONU认证
EPON系统应具有基于ONU的MAC地址对ONU进行认证的能力,应拒绝非法ONU的接入。
2.3.5VLAN功能
EPON系统应支持IEEE802.1Q协议,应支持按照端口划分VLAN,支持按照MAC地址划分VLAN,可选支持VLAN嵌套功能。
2.3.6三层路由功能
OLT应具有三层路由功能,应支持RIP、OSPF、BGP等网络路由协议。
2.3.7帧过滤功能
EPON系统应支持基于端口或MAC地址的Ethernet数据帧过滤。
2.3.8广播/组播帧抑制功能
EPON系统应支持对广播帧和组播帧的抑制功能。
2.3.9二层隔离功能
EPON系统应实现各ONU之间的二层隔离。
2.3.10生成树
当OLT支持多个GE或10/100BaseTSNI接口时,应支持符合IEEE802.1D规定的生成树协议。
2.3.11组播功能
在FTTH网络结构中,EPON系统的组播功能应符合《中国电信EPON设备技术要求V1.3》的规定,包括2种组播控制方式:
IGMPsnooping方式和动态可控组播方式。
IGMP功能版本不低于IGMPVersion2。
b)强制倒换:
由管理事件触发。
2.4网管要求
2.4.1网管基本要求
EPON系统的网管功能应符合《中国电信EPON设备技术要求V1.3》中第17章“操作维护管理要求”的规定。
包括:
1)OLT应能通过其所带的CONSOLE口对其进行带外方式的操作维护,应支持经TELNET方式远程对其进行操作管理维护,应支持通过网管系统远程进行操作管理维护,可选支持远程WEB方式的网管;
2)OLT应支持带外管理和带内管理方式,带外访问方式应当提供所有带内访问方式的功能,带外访问方式应当实现访问控制,防止非授权访问;
3)管理系统应具备对设备进行配置管理、故障管理、性能管理和安全管理方面的功能;
4)管理系统建议采用中文界面;
5)当ONU设备内置IAD时,网管能直接管理IAD
2.4.2网管配置管理要求
1)应能对网络侧、用户侧端口的接口参数进行配置,如接口类型、帧格式、管理状态和操作状态、用户端口能够同时支持的MAC地址数量、用户端口的接入速率等,请厂家提供PON口配置速率的步长和上下限;
2)应能对业务流参数进行配置,如带宽、业务优先级等;
3)应能配置以太网功能,如VLAN等;
4)网络拓扑结构发生变化时应能自动更新;
5)应能通过网管对系统软件进行升级,包括网管软件自身的升级;
6)所有配置操作应记录到日志文件,并支持检索;
7)应能对环境监控参数进行配置。
2.4.3性能管理要求
1)网管应能启动性能测量功能,采集和处理测量数据,分析测量结果;
2)性能管理应具备对系统性能管理事件的当天和前一天的每15分钟计数以及24小时计数功能,统计参数应包括PON接口性能参数、网络侧和用户侧接口性能参数等;
3)应能对PON系统带宽的使用情况、各ONU使用带宽情况进行统计;
4)应能查询历史系统性能记录,并能将查询结果和统计结果保存到外部文件并输出;
5)OLT应对ONU掉电事件进行记录,当ONU恢复上电后,掉电记录应更新;
6)建议OLT和ONU能支持测量发射光功率和接收光功率。
2.4.4故障管理要求
1)网管应能对系统的各个部分进行持续的或间断的测试、观察和监测,以发现故障或性能的降低;
2)当PON接口物理层性能(如光通道误码率)严重下降时,系统应能产生告警;
3)应能通过指示灯和告警信号指示设备的故障,不同的故障原因对应不同的告警信息;
4)应能判定故障发生的时间和故障的位置,故障定位应能定位到电路板;
5)故障事件恢复后,系统网管的相应告警信息应能自动清除;
6)系统告警日志统计列表应可对故障类型基于故障严重程度、故障原因、时间段进行分级处理;
7)应能按照不同等级、不同时间段和产生告警的原因等方式对告警统计进行过滤;
8)局端设备应支持系统硬件、软件的故障自动倒换和备份,自动倒换后,系统应能正常工作。
2.4.5安全管理要求
1)网管系统应通过定义个人访问权限的方式,提供对于管理员/操作系统访问的安全措施,不同级别的管理员有不同的权限,确保访问请求的发起者只能在自己的权限范围内执行管理操作。
敏感信息,或固定用户终端鉴权属性,数据库和配置数据只能由有授权的个人和管理系统进行操作;
2)网管系统应记录所有用户的操作,包括用户名、登录时间、操作类型。
XX的访问尝试由系统记录并作为安全性告警;
3)支持管理区域的划分,将不同的资源分配到不同的管理区域,在不同管理区域内对相应资源进行管理操作。
2.5环境要求
2.5.1温度、湿度要求
设备在以下环境范围内的环境中应能正常工作,其中OLT应至少支持类别1,ONU应至少支持类别3。
当ODN处于-25℃~60℃环境范围内时,设备应能正常工作,业务性能不应恶化或中断。
类别1-温度:
0℃~40℃相对湿度:
10%~90%(非凝结)
类别2-温度:
-30℃~40℃相对湿度:
10%~90%(非凝结)
类别3-温度:
-10℃~60℃ 相对湿度:
10%~90%(非凝结)
注:
以上为地板以上2m和设备前方0.4m处的温度。
2.5.2防尘要求
在以下灰尘环境下,设备应能正常工作:
直径大于5m的灰尘浓度≤3×104粒/m3,灰尘粒子是非导电、导磁和腐蚀性的。
2.5.3大气压力要求
在以下大气压力条件下的环境下中,设备应能正常工作:
86kPa~106kPa。
2.6电源要求
2.6.1OLT设备应支持直流或交流供电方式,ONU设备必须支持交流供电方式,在以下要求的范围内,EPON设备应能正常工作:
a)直流电压及其波动范围要求:
标称电压:
-48V;
电压波动:
在直流输入端子处测试的-48V电压允许变化范围为-57V~-40V;
b)交流电压及其波动范围要求
单相220V10%,频率50Hz5%,线电压波形畸变率小于5%;
c)对于内置IAD的ONU,宜提供备用电池,供电时间不少于2小时。
2.6.2绝缘电阻
正常情况下,设备的绝缘电阻不应小于50M。
2.6.3设备对接地要求
根据《中国电信EPON设备技术要求(V2.0)》设备的工作接地电阻应小于5。
2.6.4ONU掉电通知功能
ONU应具有通过OAM的DyingGasp功能将自身掉电事件通知OLT的能力。
2.6.5过压、过流保护
设备应安装过压、过流保护器。
设备应满足YD/T1082对模拟雷电冲击、电力线感应、电力线接触等指标的要求。
2.6.6电磁兼容
设备的电磁兼容性指标应符合GB9254-1998以及GB/T17618-1998的规定。
3、无源光器件基本要求
3.1无源光器件的选择原
3.1.1无源光器件的选择应满足以下要求:
1)选用技术先进、质量好、性价比高的产品;
2)满足国家、行业、中国电信相关标准要求;
3)器件宜为标准化、模块化设计,具有良好的替代性;
4)施工安装、维护简便。
3.1.2通常,室内、外光缆的光纤均采用符合ITU-TG.652D标准,衰减系数应符合表3要求。
3.1.3入户光缆选用皮线光缆时,推荐采用小弯曲半径光纤,室内宜选用非金属加强构件、扁平形阻燃聚乙烯护套光缆。
当采用架空或挂墙方式引入用户时,宜选用自承式扁平形阻燃聚乙烯护套光缆。
3.1.4皮线光缆的接续宜选用光纤冷接子接续。
皮线光缆终端宜采用适用于A86型终端盒的机械接续光纤插座。
3.1.5用户光缆终端盒至ONU设备的连接;当ONU设备与光缆终端盒分别安装时,宜选用金属铠装室内软光缆,当ONU设备与光缆终端安装在同一个综合信息箱内时,可以选用普通的光跳纤。
3.1.6光分路器(OBD)根据制作工艺可分熔融拉锥型(FBT)和平面波导型(PLC)两大类,平面波导型的带宽在1260nm~1610nm较宽,能满足基于PON技术的FTTH网络中对3个波长的应用;当采用熔融拉锥型时,应选用单模光纤双窗口树型宽带分路器,在1310nm和1550nm时的带宽应不小于±40nm,其均匀性比波导型略差,但价格低,选用时应作价格比较。
3.1.7当不同传输距离对光功率分配有特殊需求时,可采用非均分光分路器。
3.2光纤光缆
3.2.1常用光纤光缆
除皮线光缆外,光纤的衰减系数符合表3要求,其余各项光学指标应符合ITUG.652D要求,光缆的各项指标应符合YD/T1258和GB/T13993要求。
表3单模光纤衰减系数
4、设备安装设计
4.1设备组网原则
4.1.1FTTH在整个网络中的位置
公用电信传送网包括核心网和接入网,FTTH在整个网络中的位置如图14所示。
图14FTTH在整个网络中的位置示意
图15是FTTH与其它网络实体之间连接的示意。
CPE/CPN通过用户网络接口(UNI),连接到FTTH。
FTTH可以通过业务节点接口(SNI)连接到业务节点(SN)。
FTTH通过网络管理接口(NMI)连接电信管理网。
原则上对FTTH可实现的UNI和SNI的类型和数目没有限制。
4.1.2在FTTH系统承载以太网/IP类业务时,应定位于二层接入网络,OLT宜直接上联IP城域网的业务接入控制层(SR/BRAS);在SR/BRAS端口资源不足时,OLT可以通过以太网级联方式或增加汇聚交换机上联至S
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