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盧官明
本文作者盧官明先生，南京郵電學(xué)院副教授、博士
以太網(wǎng)由于具有使用簡單方便、價格低、傳輸速率高等優(yōu)點，很快成為局域網(wǎng)的主流。以太網(wǎng)的幀格式與IP是一致的，特別適合于傳輸IP數(shù)據(jù)。隨著千兆以太網(wǎng)(GbE)的成熟和萬兆以太網(wǎng)(10GbE)的出現(xiàn)，以及低成本在光纖上直接架構(gòu)GbE和10GbE技術(shù)的成熟，以太網(wǎng)開始進入城域網(wǎng)(MAN)和廣域網(wǎng)(WAN)領(lǐng)域。目前，GbE(10GbE)已經(jīng)成為寬帶IP城域網(wǎng)的首選方案，開始用于WAN。2002年10GbE標準完成后，將被廣泛用于MAN和WAN。如果接入網(wǎng)也采用以太網(wǎng)，則將形成從局域網(wǎng)、接入網(wǎng)、城域網(wǎng)到廣域網(wǎng)全部是以太網(wǎng)的結(jié)構(gòu)。采用與IP一致的統(tǒng)一的以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)，各網(wǎng)之間無縫連接，中間不需要任何格式轉(zhuǎn)換。這將提高運行效率、方便管理、降低成本。這種結(jié)構(gòu)可以提供端到端的連接，根據(jù)與用戶簽訂的服務(wù)協(xié)議，保證服務(wù)質(zhì)量(Quality of Services，QoS)�；谏鲜鲈�，以太網(wǎng)接入網(wǎng)得到快速發(fā)展和廣泛重視。IEEE802.3工作組于2000年11月成立了第一英里以太網(wǎng)(Ethernet in the First Mile，EFM)研究小組，致力于制定新的以太網(wǎng)接入技術(shù)標準IEEE 802.3ah，它在現(xiàn)有IEEE802.3協(xié)議的基礎(chǔ)上，通過較小的修改實現(xiàn)在用戶接入網(wǎng)中傳輸以太網(wǎng)幀。EFM研究小組定義了三種拓撲結(jié)構(gòu)及物理層:
(1) 用普通銅線以10Mb/s以上的數(shù)據(jù)傳輸速度進行連接的點到點(Point to Point，P-to-P)結(jié)構(gòu)，即“Ethernet over VDSL”，簡稱EoVDSL。
(2) 用1條光纖以1Gb/s的數(shù)據(jù)傳輸速度進行連接的P-to-P結(jié)構(gòu)。
(3) 使用1條光纖以1Gb/s的數(shù)據(jù)傳輸速度進行連接的點到多點(Point to Multipoint，P-to-MP)結(jié)構(gòu)，即“Ethernet over Passive Optical Network”，簡稱EPON。
一 VDSL技術(shù)簡介
VDSL技術(shù)是數(shù)字用戶線(Digital Subscriber Line，DSL)技術(shù)發(fā)展的又一個亮點，最近被美國的Telecommuni-cations雜志評為2001年十大熱門技術(shù)之一。采用VDSL技術(shù)，運營商利用現(xiàn)有的普通銅質(zhì)雙絞線可以提供數(shù)十Mb/s的帶寬，滿足更多的業(yè)務(wù)需求。不僅可以提供高速因特網(wǎng)接入，而且還可以提供視頻業(yè)務(wù)，是目前提供開發(fā)“全業(yè)務(wù)”接入網(wǎng)的最合適手段。與不對稱數(shù)字用戶線(Asymmetrical Digital Subscriber Line，ADSL)相比，VDSL既可工作于不對稱方式，也可工作于對稱方式，能支持ADSL所不能支持的業(yè)務(wù)。以不對稱方式工作時，VDSL的下行傳輸速率可高達52Mb/s; 以對稱方式工作時，上、下行傳輸速率分別可高達26Mb/s，但其傳輸距離則縮短至300~1500m。由于傳輸距離的縮短，碼間干擾大大減小，對數(shù)字信號處理要求大為簡化，VDSL的收發(fā)機成本可望比ADSL降低一半。因此，如果配線或引入線的質(zhì)量尚可，則將FTTC或FTTB，特別是基于以太網(wǎng)的無源光網(wǎng)絡(luò)(Ethernet over Passive Optical Network，EPON)與VDSL技術(shù)相結(jié)合，可以達到光纖敷設(shè)成本、電子設(shè)備成本和提供的帶寬能力方面的最佳平衡，是一種比較現(xiàn)實理想的寬帶混合接入方案。它既能滿足目前的需求，也能適應(yīng)將來更新的技術(shù)，如10Gb/s以太網(wǎng)。美國、歐洲和部分亞洲地區(qū)現(xiàn)在正在推行這一做法。這種新的接入網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用推廣主要受業(yè)務(wù)需求以及運營商和最終用戶的利益驅(qū)動。
二 EoVDSL的優(yōu)勢
EoVDSL技術(shù)能夠?qū)σ蕴W(wǎng)分組進行封裝，并在電話線上進行穩(wěn)定的高速數(shù)據(jù)傳輸，從而將以太網(wǎng)的傳輸距離從傳統(tǒng)的100m延長到1500m，大大地拓寬了以太網(wǎng)的應(yīng)用。這為服務(wù)供應(yīng)商創(chuàng)造了重要商機，讓他們可以利用經(jīng)濟有效、功能強大的以太網(wǎng)技術(shù)提供高速接入。采用EoVDSL技術(shù)以后，以太網(wǎng)能從主要的企業(yè)局域網(wǎng)(LAN)接入技術(shù)發(fā)展成為通用的接入技術(shù)。EoVDSL讓用戶可以通過已有的電話線路獲得高帶寬服務(wù)，開拓一些新的服務(wù)種類，支持許多增強的服務(wù)分類(CoS)和虛擬局域網(wǎng)(VLAN)安全協(xié)議，徹底杜絕IP地址混亂和被盜用的情況，確保系統(tǒng)可靠運行。
基于以太網(wǎng)的交換平臺不僅相對便宜，而且EoVDSL技術(shù)令以太網(wǎng)可以部署在已有的電話線路上，而這些線路的應(yīng)用非常普遍。另外，EoVDSL傳輸可以與舊式普通電話業(yè)務(wù)(POTS)、用戶交換機(PBX)或者ISDN業(yè)務(wù)并存在同一對普通銅質(zhì)雙絞線上，還可以與ADSL使用同一束電纜。所以，服務(wù)供應(yīng)商可以在他們已有的網(wǎng)絡(luò)和電信基礎(chǔ)設(shè)施中采用EoVDSL技術(shù)，以低廉的總成本提供寬帶服務(wù)。
與一些較新的辦公樓不同，大多數(shù)賓館、私人公寓和公共公寓都沒有連接以太網(wǎng)。事實上，其中很多都是年代較遠、在過去比較重要的建筑物，聯(lián)網(wǎng)需要花費大量的成本，還會遇到各種問題。一旦采用了EoVDSL解決方案，這些問題就都不存在了。EoVDSL可以利用現(xiàn)有的普通電話線路基礎(chǔ)設(shè)施，從而節(jié)省了重新布線的成本，避免了由于封閉某些區(qū)域進行布線可能導(dǎo)致的損失。另外，由于市區(qū)通常都敷設(shè)了大量光纜，可以為建筑物的地下室提供真正的寬帶連接。這樣的最終結(jié)果是: 服務(wù)供應(yīng)商能夠以低廉的成本，為傳統(tǒng)以太網(wǎng)無法企及的地點提供每個端口10Mb/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。
EoVDSL解決方案特別適用于酒店行業(yè)、多住戶單元、多租戶單元建筑物。這是因為賓館旅客、辦公人員、公寓住戶需要更快的接入方式以實現(xiàn)更加復(fù)雜的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。由于這些應(yīng)用通常包括各種復(fù)雜的視頻、圖像和音頻信息，所以需要占用大量的帶寬。同時，很多服務(wù)供應(yīng)商都希望把握這個難得的商機，通過為各個建筑物提供寬帶連接，為數(shù)百萬被寬帶服務(wù)深深吸引的潛在客戶提供服務(wù)。
三 EPON 的優(yōu)勢
無源光網(wǎng)絡(luò)(Passive Optical Network，PON)技術(shù)是一種點對多點的光纖傳輸和接入技術(shù)。下行采用廣播方式、上行采用時分多址方式或者以太網(wǎng)技術(shù)，可以靈活地組成樹型、星型、總線型等拓樸結(jié)構(gòu)，全部采用無源器件，不包含任何有源節(jié)點。在光分支點不需要節(jié)點設(shè)備，只需要安裝一個簡單的光分支器即可，因此具有節(jié)省光纜資源、帶寬資源共享、節(jié)省機房投資、設(shè)備安全性高、建網(wǎng)速度快、綜合建網(wǎng)成本低等優(yōu)點。PON包括基于ATM的無源光網(wǎng)絡(luò)(ATM-PON，APON)和基于以太網(wǎng)的無源光網(wǎng)絡(luò)(Ethernet over PON，EPON)兩種。APON技術(shù)發(fā)展得比較早，ITU-T的G.983建議規(guī)范了APON的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、基本組成和物理層接口，我國信息產(chǎn)業(yè)部也已制定了完善的APON技術(shù)標準，許多設(shè)備供應(yīng)商都曾經(jīng)開發(fā)過APON的產(chǎn)品。然而由于ATM技術(shù)的一些固有弱點，以及IP/Ethernet技術(shù)的不斷發(fā)展，使得ATM的市場進一步縮小，設(shè)備商和運營商們的興趣逐漸轉(zhuǎn)到了EPON上�！�
EPON是利用PON的拓撲結(jié)構(gòu)實現(xiàn)以太網(wǎng)的接入，與現(xiàn)有類似技術(shù)相比，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面:
(1) 與現(xiàn)有以太網(wǎng)的兼容性。以太網(wǎng)技術(shù)是迄今為止最成功和成熟的局域網(wǎng)技術(shù)。EPON只是對現(xiàn)有IEEE802.3協(xié)議作一定的補充，基本上是與其兼容的。考慮到以太網(wǎng)的市場優(yōu)勢，EPON與以太網(wǎng)的兼容性是其最大的優(yōu)勢之一。
(2)高帶寬。根據(jù)目前的討論，EPON的下行信道為百兆/千兆的廣播方式，而上行信道為用戶共享的百兆/千兆信道。這比目前的接入方式，如Modem、ISDN、ADSL甚至APON(下行622/155Mb/s，上行共享155Mb/s)都高得多。
(3) 低成本。首先，由于采用PON的結(jié)構(gòu)，EPON網(wǎng)絡(luò)中減少了大量的光纖和光器件以及維護的成本。其次，以太網(wǎng)本身的價格優(yōu)勢，如廉價的器件和安裝維護使EPON具有APON所無法比擬的低成本。
四 EPON的工作原理及基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
在一個EPON中，不需任何復(fù)雜的協(xié)議，光信號就能精確地傳送到最終用戶，來自最終用戶的數(shù)據(jù)也能被集中傳送到網(wǎng)絡(luò)。在協(xié)議的第一層，光信號的幀格式針對突發(fā)性的數(shù)據(jù)通信和實時的TDM通信進行了優(yōu)化設(shè)計。在協(xié)議的第二層，EPON使用完全透明的全雙工以太網(wǎng)技術(shù)，使用TDM，并實現(xiàn)QoS。在EPON之上，音頻、視頻和數(shù)據(jù)都能很簡單和靈活地被提供。
EPON位于業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)接口(Service Network Interface，SNI)與用戶網(wǎng)絡(luò)接口(User Network Interface，UNI)之間，通過SNI與業(yè)務(wù)節(jié)點相連，通過UNI與用戶設(shè)備相連。一個典型的EPON 系統(tǒng)由光線路終端(Optical Line Termination，OLT)、光分配網(wǎng)絡(luò)(Optical Distribution Network，ODN)和光網(wǎng)絡(luò)單元/光網(wǎng)絡(luò)終端(Optical Network Unit/Optical Network Termination，ONU/ONT)組成。其中OLT位于中心局(Central Office，CO)，它既是一個交換機或路由器，又是一個多業(yè)務(wù)提供平臺，提供連接PON的接口。根據(jù)以太網(wǎng)向城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)發(fā)展的趨勢，OLT上會提供多個千兆以太網(wǎng)和萬兆以太網(wǎng)接口，支持WDM傳輸。OLT根據(jù)需要配置多塊光線路卡(Optical Line Card，OLC)，OLC與多個ONU通過無源光分路器(Passive Optical Splitter，POS)連接。ODN由POS和光纖構(gòu)成，ONU/ONT位于用戶端(其區(qū)別為ONT直接位于用戶端，而ONU與用戶間還有其它的網(wǎng)絡(luò)如以太網(wǎng))，ONU放在網(wǎng)絡(luò)接口單元(Network Interface Unit，NIU)附近或與其合為一體。OLT到ONU/ONT的方向為下行方向，反之為上行方向。
POS是一個連接OLT和ONU的無源設(shè)備，可以置于全天候的環(huán)境中，它分發(fā)下行數(shù)據(jù)并集中上行數(shù)據(jù)。一般一個POS的分線率為8、16或32，并可以多級連接。在EPON中，OLT到ONU間的距離最大可達20km。如果使用光纖放大器(有源中繼器)，距離還可以擴展。EPON中的ONU既具有技術(shù)的成熟性，又具有以太網(wǎng)協(xié)議的經(jīng)濟性。因為都使用以太網(wǎng)協(xié)議，在通信的過程中，不需要協(xié)議轉(zhuǎn)換，ONU對用戶數(shù)據(jù)進行透明地傳送。對于光纖到家(FTTH)的接入方式，ONU和NIU可以集成在一個單個簡單設(shè)備中，不需要交換功能，可以在極低的成本下給終端用戶分配指定的帶寬。EPON網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不僅可以直接連接最終用戶，而且可以支持DSL應(yīng)用，如可以與EoVDSL的結(jié)合起來使用。
五 EPON與EoVDSL的結(jié)合
EPON是面向大量用戶分配帶寬的理想結(jié)構(gòu)，除了將在FTTB、FTTC等結(jié)構(gòu)中扮演重要角色之外，它還將推動其他各種接入網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用。當(dāng)把ONU集成到數(shù)字用戶線接入復(fù)用設(shè)備(Digital Subscriber Line Access Multiplexer，DSLAM)時，DSL可以到達的范圍和其潛在的用戶群都會大大增加。EPON與EoVDSL的結(jié)合，以太網(wǎng)幀可以直接在VDSL上傳輸，不需要作協(xié)議轉(zhuǎn)換。這是一種在現(xiàn)有的普通電話線上提供高帶寬的十分經(jīng)濟的解決方案。（全文完）
摘自《世界寬帶網(wǎng)絡(luò)》
