EPON技术在电力通信上的应用探讨

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摘要本文首先详细介绍了EPON技术的特点以及在末端接入中的显著优势，着重对EPON在电力系统中的应用进行了需求分析，并就农网电力营销所联网、电力宽带小区接入、电力集团楼宇接入探讨了相应的技术解决方案。    一、概述
    随着近4年来铜缆价格持续走高（铜的价格上涨超过4倍，仅06年上半年就几乎上涨一倍），再加上铜缆传输的一些客观上的弊病：传输距离短，信号质量差，容易受干扰，带宽潜力小。光纤作为接入的承载介质已经成为必然趋势，光纤到户的全光纤结构，不受电磁干扰、雷电的困扰，信号质量好，维护工作小。
    作为一种P2MP（点到多点）的光纤接入技术，PON始于20世纪90年代中期，经过十多年的技术发展、市场推广，正在逐步走向规模商用。EPON的P2MP树状物理拓扑天然符合接入层的复杂的拓扑方式，灵活的无源分路节点，随时就近从已有光链路的光分路器上接入新的用户。光缆铺设时，无需铺设大芯数光缆，保证今后业务发展需要。EPON具有高速双向带宽，可提供丰富的业务接入，简化网络层次、便于维护管理等特点。作为末端接入技术，有着其它接入技术无法比拟的优势。多年来，业界一直认为EPON是接入网未来发展的方向，在解决宽带接入问题上被普遍看好。
    EPON接入末端用户的解决方案中，从城域节点机房到用户端，无需中间节点或机房，汇聚节点使用灵活的无源多级分路器，减少了网络层级，减少了有源故障点，更是节省了增加接入机房的巨大投资。无源的光器件故障率低，便于维护管理，便于故障定位。
    高带宽是其最大的亮点，EPON干线速度高达1G，而且是双向对称，为各种宽带增值业务（如网络存储、视频会议、企业内网邮箱、ERP软件、CRM软件等）提供网络基础。EPON产品提供灵活的QoS和DBA策略，为不同业务提供不同的时延和带宽特性。目前的EPON系统满配时至少能够保证向每个用户提供30Mbit/s的带宽，可以满足现在和未来各种宽带业务的需要。
    另一方面，无论在设备成本还是运维管理开销方面，其费用也相对较低。EPON拓扑自发现技术，使开通业务更加简单迅速，多种监测手段保证后期维护、判断故障点快速准确。
    随着近年EPON的迅速发展，产品形态日益丰富，高集成度的ONU远端设备可直接提供POTS、E1、V35、以太网等强大的综合业务接入能力，提供平滑过渡NGN的能力。更适合下一代的网络要求。
    二、电力行业需求状况
    电力行业有着独特的网络状况和业务需求，作为专业网络，电力骨干通信网发展的比较完备，容量相对于公网运营商较小，但其网络覆盖范围大，从城镇到偏远的山区。由于承载电力调度、远动信息，对网络安全、维护要求更高。因此其骨干通信网通常都采用SDH环网保护设备搭建，而末端的业务接入受资金、线缆敷设、设备维护管理等种种条件限制发展较不平衡。随着今年来宽带业务的迅猛发展，以及电力通信系统的深入发展，电力系统迫切的需要一种高灵活性，高带宽，高保护机制，高智能化管理，高性价比的综合业务的宽带光纤产品来实现末端用户的接入方案。
    三、EPON在电力行业的应用前景
    EPON作为一种拓扑灵活，支持多种业务接口的纯光介质的接入技术，在电力专网末端接入市场有着广阔的应用前景，下面就3种电力末端用户接入模式做一下阐述。
    1、EPON在农网电力营销所联网中的应用
    随着农网改造项目的不断深入，供电所到供电局的营销网络建设已提到议事日程。由于目前电力农网通信建设发展的不平衡，视资源情况，对于35KV调度网已采用光纤铺设的地区，采用供电所就近拉光纤至附近变电站，借助已有的光纤调度网资源，组建营销网络，实现供电营销所到供电局的网络互连。
    对35KV县级调度网尚未进行光纤改造的地区，营销网络现没有可借助的平台资源。供电营销所至供电局距离较远，架设光纤成本较高。可同35kv调度网一起考虑网络规划。
    35KV变电站的联网工程所需接入的业务主要是若干部电话，办公电脑与县调办公网联网，远动以及自动化信息上传到县调。供电营销所的业务接入需求主要是若干部电话，少量营业以及办公用电脑上网或与所属供电局办公网联网、上报数据。由于35KV变电站和供电营销所所要接入的业务略有不同，因此，选用不同产品形态的ONU设备来实现末端用户不同业务的接入需求。
    该网络可选EPON来组建网络，以光纤到户的方式一步提供数据接口及话音接口。对于同35kv调度网一起进行网络规划的，可以将局端OLT设置在已建成的110KV电力通信网的节点站处。35KV变电站、供电营销所均放置远端ONU设备。由于35KV变电站对网络的安全性，线路自愈能力的要求比较高，该站设置的ONU可选支持双PON口保护功能的EPON远端设备（如图一中的35KV变电站所示），与OLT通过两个不同路由的PON光口连接。EPON系统特有的弹性保护机制能在两根光纤上同时承载业务，正常工作时分担业务负载，某段光纤发生断裂时，可通过另外一条路由保证业务传输。供电营销所无需高等级保护，可采用单PON口的底成本接入方式（如图一 中的供电营销所）。灵活的无源分路器可就近接入用户，减少了网络层次，便于管理。
    该方案的优势：
    全光纤网络，抗干扰性强，覆盖范围广可达20公里。无源分路节点，拓扑灵活，可就近进入用户。
    双PON口弹性保护，以太网数据加密等技术有效提供网络安全保障。
    丰富的ONU产品形态，能保证在合理投资的基础上有效接入用户业务。
    良好的升级扩容性，ONU可自动加入，无需配置，OLT可自动发现ONU，并更新测距算法。开通更方便。
    带宽资源丰富，16个ONU平分1G带宽，为今后带宽需求增加预留了足够的带宽。
    强大的管理功能，光线路监测，以太网性能监测，对TDM业务的高QOS保障。

   

    图一  农网电力营销所联网方案

    2、EPON在电力宽带小区的应用
    国内电力通信系统的发展已经比较成熟，该网络除承载电力系统所需的网络运行、办公业务外，也开始接入一些商业性质的工厂、企业以及民用性质的新型宽带小区。该类用户的接入模式为交换中心位于电力通信网的交换局，以光接入的方式就近接入小区业务，通过电力传输网将业务送到交换中心进行交换。
    近年来，随着Internet的普及和宽带应用的发展，特别是一些对带宽高要求的应用不断涌现，使得接入网带宽资源日益“捉襟见肘”，为了彻底解决接入网的带宽瓶颈，FTTH（光纤到户）这个一直以来作为接入网发展的最终理想，已经具有了提前实现的迫切需求和可能。
    面向FTTH的EPON系统中用户侧设备的用户接口种类更丰富，带宽更大。一个完整意义的宽带小区接入方案中，用户的业务需求已经不再满足于简单的上网，而是变成了集数据、语音和视频业务于一体的综合业务接入需求。用户需求多样化带来的最主要变化之一就是对带宽需要量的大大增加。以目前IPTV需要带宽为2Mbit/s，一路高清电视的带宽为6～8Mbit/s来计算，每个光网络单元（ONU）如果要同时支持2～3个视频流（对应2～3个电视终端），再加上常规的上网带宽，则需要带宽至少要在20Mbit/s以上。这是ADSL所无法满足的，即使采用ADSL+或VDSL技术也只能在短距条件下达到这样的下行带宽水平，还要付出线路改造的成本。EPON ONU侧的基本用户接口是10/100 Mbit/s兼容的以太网接口。这个接口即可完成IPTV业务、IP电话机和PC上网的三网合一的业务接入（如图2所示）。用户通过EPON系统带来的高带宽，就可以享受到家庭网络信息化带来的各种生活上的便利。
    局端设备的单个PON接口可支持的远端用户侧设备数量更多。小区的住户密度高，单一住宅小区一般有500～3000住户。EPON系统的分路比完全可以做到1:128，即一个PON端口带128个ONU。支持高分路比的EPON设备，每线成本也随之降低，其建设投资完全可以与现在的ADSL做对比。要完全覆盖一个3000户左右的住宅小区，在局端就只需要不到30个PON接口堆叠在一起，大大降低了工程开通和维护的复杂度。
    该方案的优势：
    点对多点的拓扑，高分路比1：128，天然符合高密度用户的接入。
    无源分路节点，无需机房供电，OLT可放置在电力通信网节点机房，节省小区机房投资，简化网络层次。
    高带宽，保障接入网带宽升级无瓶颈。
    丰富的ONU业务接口，实现三网融合的构想。
    良好的升级扩容性，ONU可自动加入，无需配置，OLT可自动发现ONU，并更新测距算法。开通更方便。

   

    图二  宽带小区三网合一接入方案

    3、EPON在电力集团大楼综合布线中的应用
    对于办公业务为主的电力集团大楼以及与之类似的大、中型企业或商业楼宇的业务接入，基于LAN的业务提供方式在带宽和成本方面都可以比较好地满足此类客户的需求。该类用户注重安全可靠性，对服务质量的要求非常高，所需业务的种类也更加丰富。近年来随着光纤价格的走低以及铜缆价格的一再升高，更多的集团大楼和商业楼宇都选择了全光缆的布线方式。EPON接入技术作为灵活的光纤宽带接入方案越来越受到此类用户接入的青睐。
    首先，EPON系统可替代楼宇布线中现有的二层交换机和光纤收发器，EPON的ONU可内置以太网二层交换机，替换同层采用5类线布线时所需的二层交换设备，如图3中的楼层N所示。提供二层交换机可实现的网络管理功能，并直接在OLT端网管对其进行管理。配合EPON的针对FTTH的远端设备，还可实现商住两用的酒店类楼宇的全光纤垂直网络接入。将LAN的接入网引至电力交换局，接入IP城域网，其主干带宽为1G，完全可满足此类高层商业楼宇以及集团用户未来几十年的带宽扩容需求。
    其次，PON系统可替代楼宇布线中现有的部分光缆和光交接设备，从而节省相关段落的接入光缆，如图3所示。PON系统是点对多点的光拓扑网络，可以节省主干光纤的数量。无源分路节点设备为防渗漏密封处理，对安装环境适应性非常强，无需在楼宇内设置大量的光交接箱，可用分路器直接代替交接设备。楼内的布线更灵活，节点增加更容易。
    最后，EPON网络中的以太网数据更安全，铜缆传输中，以太网数据流很容易被监听和窃取，没有什么特别有效的加密办法。光纤直接到用户的EPON应用中，EPON对上下行数据采用双向ADS加密。并且，每个ONU都需要与OLT进行密钥交互认证，都能够实现加密性能，可以确保某个用户的信息不会被其它用户破解。在楼宇垂直布线中，我们可以对楼内重要机房、重要用户或高层领导的办公室采用ONU布放到桌面的接入方式，以保障此类重要用户的数据的安全。
    针对商业楼宇、集团用户对服务质量要求非常高的特性，EPON系统提供强大的管理功能，提供更优于光纤收发器的光传输系统的管理功能，提供最有效的故障定位功能以及多种保护机制。可在线的对光线路的质量，以太网传输的流量，性能等进行时时监测，做时时统计，可记录并打印，为用户提供有据可查的高等级服务质量。
    该方案的优势：
    全光纤的接入方式，符合目前大型商业楼宇的接入需求。
    高带宽，能保障高带宽需求的办公网接入。
    设备集成度高，内置二层交换功能，有效的减少节点设备，简化网络。
    强大的管理功能，光线路监测，以太网性能监测，对TDM业务的高QOS保障。是接入商业用户的有效保障。
    良好的升级扩容性，ONU可自动加入，无需配置，OLT可自动发现ONU，并更新测距算法。开通更方便。

   

    图三  楼宇垂直光纤布线方案

    四、结束语
    EPON作为一种灵活、高带宽的光纤接入技术，其相关的技术和产品已经相当成熟，正期盼着在电力通信系统建设中大显身手。