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摘要：基帶傳輸與同軸Wi-Fi技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入商用階段，不少地方正進(jìn)行試點(diǎn)工作，相信不久的將來會(huì)出現(xiàn)越來越多的EPON+EOC網(wǎng)絡(luò)。
隨著寬帶業(yè)務(wù)的發(fā)展，人們?cè)絹碓揭庾R(shí)到網(wǎng)絡(luò)接入部分(最后一公里)存在嚴(yán)重的帶寬“瓶頸”。接入部分兩頭目前已跨入吉比特級(jí)以上的速率，如用戶端廣泛使用的PC內(nèi)部傳送的速率已達(dá)到吉比特速率；而作為接入部分的另一頭，城域網(wǎng)或骨干網(wǎng)的每波長(zhǎng)速率也已達(dá)到2.5～10Gbit/s，它們比接入部分高出至少3個(gè)數(shù)量級(jí)。隨著三網(wǎng)合一的推行，突破接入網(wǎng)瓶頸變得越來越迫切，只有突破接入部分的帶寬“瓶頸”，才能使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)有效發(fā)揮寬帶的作用，真正推動(dòng)各種業(yè)務(wù)的發(fā)展，給運(yùn)營(yíng)商帶來經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
從技術(shù)上講有三種方式突破接入網(wǎng)瓶頸，一是甚高速數(shù)字用戶線路(VDSL)；二是基于無源光網(wǎng)絡(luò)(PON)的光纖到戶(FTTH)；三是高速無線接入。EPON是基于吉比特以太網(wǎng)的無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，繼承了以太網(wǎng)的低成本和易用性以及光網(wǎng)絡(luò)的高帶寬，是實(shí)現(xiàn)FTTH眾多技術(shù)中性價(jià)比最高的一種。隨著EPON國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)——IEEE802.3ah在2004年正式發(fā)布，EPON的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟已經(jīng)吸引了眾多廠商的積極參與，從EPON的核心芯片、光模塊到系統(tǒng)，EPON的產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)日趨成熟。
1、EPON技術(shù)及特點(diǎn)
(1)EPON的發(fā)展
光纖接入從技術(shù)上可分為兩大類：有源光網(wǎng)絡(luò)(AON，ActiveOpticalNetwork)和無源光網(wǎng)絡(luò)(PON，PassiveOptical Network)。PON是一種純介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)，由于消除了局端與用戶端之間的有源設(shè)備，它能避免外部設(shè)備的電磁干擾和雷電影響，減少線路和外部設(shè)備的故障率，提高系統(tǒng)可靠性，同時(shí)可節(jié)省維護(hù)成本，是電信維護(hù)部門長(zhǎng)期期待的技術(shù)。PON的業(yè)務(wù)透明性較好，原則上可適用于任何制式和速率的信號(hào)。目前基于PON的實(shí)用技術(shù)主要有APON/BPON、GPON、EPON/GEPON，其主要差異在于采用了不同的二層技術(shù)。具體如圖1所示。
圖1
APON二層采用的是ATM封裝和傳送技術(shù)，因此存在帶寬不足、技術(shù)復(fù)雜、價(jià)格高、承載IP業(yè)務(wù)效率低等問題，未能取得市場(chǎng)上的成功。
為更好適應(yīng)IP業(yè)務(wù)，第一公里以太網(wǎng)聯(lián)盟（EFMA）在2001年初提出了在二層用以太網(wǎng)取代ATM的EPON技術(shù)，IEEE802.3ah工作小組對(duì)其進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，EPON可以支持1.25Gbit/s對(duì)稱速率，隨著光器件的進(jìn)一步成熟，將來速率還能升級(jí)到10Gbit/s。由于其將以太網(wǎng)技術(shù)與PON技術(shù)完美結(jié)合，EPON成為了非常適合IP業(yè)務(wù)的寬帶接入技術(shù)。
(2)EPON系統(tǒng)的構(gòu)成
在一個(gè)EPON中，不需任何復(fù)雜的協(xié)議，光信號(hào)就能準(zhǔn)確地傳送到最終用戶，來自最終用戶的數(shù)據(jù)也能被集中傳送到中心網(wǎng)絡(luò)。在物理層，EPON使用1000BASE的以太PHY，同時(shí)在PON的傳輸機(jī)制上，通過新增加的MAC控制命令來控制和優(yōu)化各光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)與光線路終端(OLT)之間突發(fā)性數(shù)據(jù)通信和實(shí)時(shí)的TDM通信。由于ONU在自己的時(shí)隙內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)，因此沒有碰撞，不需CDMA/CD，從而充分利用帶寬。另外，EPON通過在MAC層中實(shí)現(xiàn)802.1p來提供與APON/GPON類似的QoS。
與其它PON技術(shù)一樣，EPON技術(shù)采用點(diǎn)到多點(diǎn)的用戶網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，利用光纖實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、語(yǔ)音和視頻的全業(yè)務(wù)接入的目的。
EPON的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。一個(gè)典型的EthernetoverPON系統(tǒng)由OLT、ONU、POS組成。OLT（OpticalLine Terminal）在廣電組網(wǎng)系統(tǒng)中放置于前端，因成本等因素的制約，在光纖鋪設(shè)到樓的條件下，ONU（Optical Network Unit）放置于樓道，下連EOC（Ethernet over Cable）局端設(shè)備。POS（Passive Optical Splitter）是無源光纖分光器，可多級(jí)連接，靈活組網(wǎng)。EPON系統(tǒng)使用單模光纖，在一芯光纖上利用上下行兩個(gè)波（上行波長(zhǎng)1310 nm，下行波長(zhǎng)1490 nm）傳輸雙向數(shù)據(jù)。
圖2
EPON的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。
·成本低，維護(hù)簡(jiǎn)單，容易擴(kuò)展，易于升級(jí)。EPON結(jié)構(gòu)在傳輸途中不需要電源，節(jié)省電力，容易鋪設(shè)，不占用小區(qū)機(jī)房，無需任何有源光模塊，長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)成本和管理成本的節(jié)省很大。
·EPON系統(tǒng)這種無源點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的光網(wǎng)絡(luò)和原有廣電HFC網(wǎng)絡(luò)中的光網(wǎng)絡(luò)完全類似。在光纖到樓道的布局方式中可以多個(gè)樓道共用一芯主干光纖，并且可以根據(jù)用戶的實(shí)際地理分布情況和用戶數(shù)靈活分光布纖，接入大量用戶，大量節(jié)省主干光纖。
·EPON系統(tǒng)是面向未來的技術(shù)，完全基于以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議802.3ah，模塊化程度高，擴(kuò)展容易，投資回報(bào)率高，是日后向全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)過渡的一個(gè)很好的選擇。
·上下行數(shù)據(jù)都在同一芯光纖傳輸，完全解決雙向傳輸問題，提供高對(duì)稱帶寬。EPON目前可以提供上下行對(duì)稱的1.25Gbit/s的帶寬。
·帶寬分配靈活，服務(wù)有保證。對(duì)帶寬的分配和保證都有一套完整的體系。EPON可以通過DBA(動(dòng)態(tài)帶寬算法)、DiffServ、PQ/WFQ、WRED等來實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)用戶進(jìn)行帶寬分配，并保證每個(gè)用戶的QoS。
(3)EPON傳輸原理
EPON從OLT到多個(gè)ONU下行傳輸數(shù)據(jù)和從多個(gè)ONU到OLT上行傳輸數(shù)據(jù)是十分不同的，所采取的不同的上行/下行技術(shù)分別如圖3所示。
當(dāng)OLT啟動(dòng)后，它會(huì)周期性地在本端口上廣播允許接入的時(shí)隙等信息。ONU上電后，根據(jù)OLT廣播的允許接入信息，主動(dòng)發(fā)起注冊(cè)請(qǐng)求，OLT通過對(duì)ONU的認(rèn)證（本過程可選），允許ONU接入，并給請(qǐng)求注冊(cè)的ONU分配一個(gè)OLT端口惟一的一個(gè)邏輯鏈路標(biāo)識(shí)（LLID）。
數(shù)據(jù)從OLT到多個(gè)ONU以廣播式下行（時(shí)分復(fù)用技術(shù)），根據(jù)IEEE802.3ah協(xié)議，每一個(gè)數(shù)據(jù)幀的幀頭包含前面注冊(cè)時(shí)分配的、特定ONU的邏輯鏈路標(biāo)識(shí)（LLID），該標(biāo)識(shí)表明本數(shù)據(jù)幀是給ONU（ONU1、ONU2、ONU3，......，ONUn）中的惟一一個(gè)。另外，部分?jǐn)?shù)據(jù)幀可以是給所有的ONU（廣播式）或者特殊的一組ONU（組播）。在圖3的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)下，在分光器處，流量分成獨(dú)立的三組信號(hào)，每一組載有到所有ONU的信號(hào)。當(dāng)數(shù)據(jù)信號(hào)到達(dá)ONU時(shí)，ONU根據(jù)LLID，在物理層上做判斷，接收給它自己的數(shù)據(jù)幀，摒棄那些給其它ONU的數(shù)據(jù)幀。如圖3中，ONU1收到包1、2、3，但是它僅僅發(fā)送包1給終端用戶1，摒棄包2和包3。
對(duì)于上行，采用時(shí)分多址接入技術(shù)（TDMA）分時(shí)隙給ONU傳輸上行流量。當(dāng)ONU注冊(cè)成功后，OLT會(huì)根據(jù)系統(tǒng)的配置，給ONU分配特定的帶寬（在采用動(dòng)態(tài)帶寬調(diào)整時(shí)，OLT會(huì)根據(jù)指定的帶寬分配策略和各個(gè)ONU的狀態(tài)報(bào)告，動(dòng)態(tài)地給每一個(gè)ONU分配帶寬）。帶寬對(duì)于PON層面來說，就是多少可以傳輸數(shù)據(jù)的基本時(shí)隙，每一個(gè)基本時(shí)隙單位時(shí)間長(zhǎng)度為16ns。在一個(gè)OLT端口（PON端口）下面，所有的ONU與OLTPON端口之間的時(shí)鐘是嚴(yán)格同步的，每一個(gè)ONU只能夠在OLT給它分配的時(shí)刻開始，用分配給它的時(shí)隙長(zhǎng)度傳輸數(shù)據(jù)。通過時(shí)隙分配和時(shí)延補(bǔ)償，確保多個(gè)ONU的數(shù)據(jù)信號(hào)耦合到一根光纖時(shí)，各個(gè)ONU的上行包不會(huì)互相干擾。
對(duì)于安全性的考慮。上行方向，ONU不能直接接收到其它ONU上行的信號(hào)，所以O(shè)NU之間的通信都必須通過OLT，在OLT可以設(shè)置允許和禁止ONU之間的通信。在缺省狀態(tài)下是禁止的，所以安全方面不存在問題。對(duì)于下行方向，由于EPON網(wǎng)絡(luò)下行是采用廣播方式傳輸數(shù)據(jù)，為了保障信息的安全，從以下幾個(gè)方面進(jìn)行保障。
·所有ONU接入的時(shí)候，系統(tǒng)可以對(duì)ONU進(jìn)行認(rèn)證，認(rèn)證信息可以是ONU的惟一標(biāo)識(shí)（如MAC地址或者是預(yù)先寫入ONU的一個(gè)序列號(hào)），只有通過認(rèn)證的ONU，系統(tǒng)才允許其接入。
·對(duì)于給特定ONU的數(shù)據(jù)幀，其它的ONU在物理層上，也會(huì)收到數(shù)據(jù)，在收到數(shù)據(jù)幀后，首先會(huì)比較LLID（處于數(shù)據(jù)幀的頭部）是不是自己的，如果不是，就直接丟棄，數(shù)據(jù)不會(huì)上二層，這是在芯片層實(shí)現(xiàn)的功能，對(duì)于ONU的上層用戶，如果想竊聽到其它ONU的信息，除非自己去修改芯片來實(shí)現(xiàn)。
·加密，對(duì)于每一對(duì)ONU與OLT之間，可以啟用128位的AES加密。各個(gè)ONU的密鑰是不同的。
·VLAN隔離：通過VLAN方式，將不同的用戶群或者不同的業(yè)務(wù)限制在不同的VLAN，保障相互之間的信息隔離。
2、EPON廣電網(wǎng)絡(luò)解決方案及最后一百米同軸寬帶接入技術(shù)
(1)EPON廣電網(wǎng)絡(luò)解決方案
設(shè)計(jì)獨(dú)立互不干擾的兩套網(wǎng)絡(luò)：EPON數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)和原有的有線電視承載網(wǎng)，如圖4所示。
有線電視承載網(wǎng)由數(shù)字電視平臺(tái)、總前端設(shè)備、分前端設(shè)備、光節(jié)點(diǎn)和同軸分配網(wǎng)組成，完全繼承和利用廣電原有的網(wǎng)絡(luò)資源，承載原有的廣播電視信號(hào)。
EPON網(wǎng)絡(luò)由分前端OLT設(shè)備、分光器和放置于樓道的ONU設(shè)備組成，提供數(shù)據(jù)雙向傳輸通道，解決分前端到樓道的光纖雙向傳輸問題，可承載IPTV、數(shù)據(jù)傳輸、IPPhone等多種業(yè)務(wù)。
廣播電視節(jié)目根據(jù)距離的遠(yuǎn)近采用1550nm/1310nm“物理星型、邏輯環(huán)型”的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，先由總前端送至分前端，然后再由各分前端采用1310nm波長(zhǎng)將信號(hào)送至片區(qū)內(nèi)各個(gè)光節(jié)點(diǎn)。
EPON系統(tǒng)使用單模光纖，在一芯光纖上利用上下行兩個(gè)不同波長(zhǎng)（上行波長(zhǎng)1310nm，下行波長(zhǎng)1490nm）傳輸雙向數(shù)據(jù)。
利用EPON實(shí)現(xiàn)FTTB之后的入戶方式主要有以下3種。
·FTTH（光纖到戶），用戶端配置ONU接收數(shù)據(jù)信息。
·LAN，ONU到樓棟后，使用雙絞線入戶，用戶帶寬可控制OLT輸出端口及樓棟二層交換機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)。
·EOC，ONU到樓棟，用戶端最后100m依然使用同軸電纜入戶，盡可能地縮小改造范圍，用戶端配置EOC模塊與ONU進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
EOC（EthernetOverCable）主要可分為基帶傳輸、調(diào)制傳輸、2.4GHz擴(kuò)展應(yīng)用三類，其中又可細(xì)分出很多具體的標(biāo)準(zhǔn)/非標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，如基帶、MoCA、同軸Wi-Fi、CableRan、UcLink等。
EOC方案使用原有同軸資源解決最后一百米的接入問題，避免龐大的雙線入戶改造工程，在不影響原有下行廣播電視信號(hào)的情況下，提供數(shù)據(jù)上下行傳輸功能。
EPON＋最后一百米無源同軸寬帶接入是最適合廣電網(wǎng)絡(luò)的雙向改造模式，電信目前主推PON＋最后一公里雙絞線接入。
(2)最后一百米同軸寬帶接入技術(shù)
·基帶傳輸
同軸電纜帶內(nèi)頻率是0～1000MHz，有線電視系統(tǒng)工作于5～860MHz，其中，5～65MHz用于上行通道。而在實(shí)際的應(yīng)用中，5～20 MHz頻帶由于雜散信號(hào)干擾嚴(yán)重，無法被采用頻帶傳輸方式的CMTS/CM通信系統(tǒng)所使用。而以太網(wǎng)是基帶傳輸系統(tǒng)，以10Mbit/s（10BASE-T）速率傳輸時(shí)，以太網(wǎng)信號(hào)的功率譜主要集中在0.5～15 MHz范圍內(nèi)。這就為在同軸電纜網(wǎng)絡(luò)中建立以太網(wǎng)提供了頻率資源的可能。事實(shí)上，當(dāng)今的數(shù)據(jù)交換芯片和電子技術(shù)，完全可以低成本地在有線電視HFC網(wǎng)絡(luò)中通過同軸電纜實(shí)現(xiàn)100 m距離無中繼的10BASE-T通信。
·同軸Wi-Fi帶外傳輸
通過深入研究發(fā)現(xiàn)，在一定的應(yīng)用環(huán)境和條件下，與其它傳輸媒介/方式相比，同軸電纜傳輸頻率高于1GHz信號(hào)的優(yōu)勢(shì)依然十分突出。當(dāng)傳輸距離小于60m時(shí)，同軸電纜對(duì)2.4GHz信號(hào)的傳輸性能優(yōu)于無線傳輸可達(dá)50 dB以上。同軸電纜這一優(yōu)勢(shì)，可供有線電視網(wǎng)絡(luò)充分利用，實(shí)現(xiàn)基于同軸電纜的WLAN接入。
·MoCA
MoCA的全稱是MultimediaoverCoaxAlliance（同軸電纜多媒體聯(lián)盟），是同軸電纜的擁護(hù)者成立的聯(lián)盟，其目的是充分利用70%家庭的客廳以及83%家庭的主臥室內(nèi)裝有同軸電纜。
MoCA的帶寬能夠同時(shí)滿足一個(gè)高清電視、一個(gè)ATSC數(shù)字電視、兩個(gè)標(biāo)清電視和10Mbit/s的數(shù)據(jù)流，并且可以對(duì)視頻流進(jìn)行遠(yuǎn)程控制(如PVR等)。
·CableRan
CableRan是一種建立在單向有線電視網(wǎng)絡(luò)上的寬帶接入系統(tǒng)。CableRan接入設(shè)備的組成包括前置小局端MAS、智能端口I/O和網(wǎng)絡(luò)管理軟件。
前置小局端MAS是一種多方式接入IP網(wǎng)關(guān)設(shè)備，它可以把前端設(shè)備I/O再還原成IP信號(hào)，是IP和射頻轉(zhuǎn)換的介于同軸和IP接口部分的設(shè)備。每個(gè)前置MAS可以支持64個(gè)端口I/O，該前置MAS可以方便地放置在樓棟或光節(jié)點(diǎn)處。智能端口I/O設(shè)備是一種信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備，它可以把來自于前置MAS調(diào)制在同軸電纜上的IP信號(hào)，還原為以RJ45或USB接口形式的標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)信號(hào)。
只需要智能終端I/O來替換現(xiàn)有的普通機(jī)頂盒，另外在干線和樓棟之間加一個(gè)MAS小局端就可以了。
CableRan技術(shù)上行帶寬可達(dá)10Mbit/s，下行帶寬可達(dá)48Mbit/s。占用5~65MHz頻率部分，其中5~36MHz用于上行，40~65 MHz是下行頻段。下行采用16/64/256QAM調(diào)制，上行采用QPSK、16QAM調(diào)制。
·UCLink
UCLink系統(tǒng)在現(xiàn)有單向HFC網(wǎng)絡(luò)上采用疊加網(wǎng)的方式實(shí)現(xiàn)同軸寬帶接入。
UCLink采用QAM調(diào)制解調(diào)方式，并將傳輸信號(hào)放在HFC網(wǎng)的最高端（800～1000MHz），該頻段信道內(nèi)常規(guī)干擾最低，800～1000MHz信號(hào)使用簡(jiǎn)易高通濾波器即可繞過網(wǎng)內(nèi)單向放大器。
UCLink將上行信號(hào)放在800～900MHz的頻率范圍，下行信號(hào)放在900～1000MHz的頻率范圍，是上、下行速率完全對(duì)稱的傳輸結(jié)構(gòu)。
按64QAM計(jì)算，100MHz頻率范圍能傳輸?shù)乃俾始s為500Mbit/s。
UCLink綜合接入系統(tǒng)中的局端設(shè)備一般放置于光節(jié)點(diǎn)，主要完成用戶終端的接入，數(shù)據(jù)報(bào)文的轉(zhuǎn)發(fā)，接入用戶管理和帶寬控制（需要與BAS配合）；上行提供10/100Base-T以太網(wǎng)接口與以太網(wǎng)交換機(jī)或BAS（寬帶接入服務(wù)器）相接，下行提供同軸射頻接口經(jīng)CATV同軸分配網(wǎng)與用戶終端相接；每一個(gè)局端設(shè)備根據(jù)帶寬要求可接入若干個(gè)UCLink用戶終端。
UCLink綜合接入系統(tǒng)中的用戶終端設(shè)備（UCM）的功能是實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的調(diào)制解調(diào)和協(xié)議轉(zhuǎn)換處理。上行接口為射頻接口（上行信道頻率800~900MHz），經(jīng)HFC網(wǎng)絡(luò)中的同軸分配網(wǎng)與UCM相連，下行提供10/100Base-T以太網(wǎng)接口與計(jì)算機(jī)或其它數(shù)據(jù)設(shè)備相連。
750~1000MHz為預(yù)留的雙向數(shù)字個(gè)人通信頻域。電纜在800~1000MHz范圍的衰減很大，傳輸距離短，所以要求UCLink接收設(shè)備有高靈敏度的信號(hào)接收能力，而高靈敏度接收設(shè)備又容易受外部人為信號(hào)干擾。
3、結(jié)束語(yǔ)
UCLink與CableRan技術(shù)在前兩年有小部分廣電用戶在使用，但效果不是很理想，沒有大范圍采用�；鶐鬏斉c同軸Wi-Fi技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入商用階段，不少地方正進(jìn)行試點(diǎn)工作，相信不久的將來會(huì)出現(xiàn)越來越多的EPON+EOC網(wǎng)絡(luò)。
無源以太網(wǎng)EPON利用PON的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)的接入，具有高帶寬、易維護(hù)、低成本等優(yōu)點(diǎn)，可以通過單一平臺(tái)綜合接入語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、視頻等多種業(yè)務(wù)。EPON技術(shù)和HFC網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合，為廣電網(wǎng)絡(luò)迅速開拓寬帶接入業(yè)務(wù)提供了新的解決方案。
