EPON技术在无线通信网络中的应用

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本文介绍了EPON在无线通信体系中的网络结构及工作原理，分析了这种接入方式如何解决小区切换及微移动问题，最后探讨了这种应用的特点及优势。    1、引言
    未来的通信网络，有线与无线的界限将越来越模糊。FMC（固定移动融合）是网络发展的趋势，也是目前通信领域内研究的热点之一。本文提出将有线的EPON光纤接入技术应用于移动通信基站的接入方式，可以将有线光纤接入技术的高带宽与无线技术的灵活性充分地结合起来。
    蜂窝小区可接入的用户数受频率资源的限制，为了使用户得到满意的服务，小区的半径就不能过大，而这又会大大增加切换的次数和复杂性。
    如今，EPON技术在宽带接入应用中充分体现出高带宽、低成本、对多种业务的支持以及简单灵活的优势。将EPON技术应用于无线网络的有线传输系统，在低成本解决基本的无线业务传输的同时，还可以充分发挥其高带宽的优势，同时提供各种宽带接入服务，使无线网络成为一个可以同时提供无线、有线业务的综合网络，其简单灵活的特点，则可以大大降低网络整体的拥有成本和维护费用。
    2、工作原理
    EPON技术用于无线接入网络可以将多个基站的数据通过光纤汇聚到一起。通常光纤传输距离可达20千米，因此一个EPON网络可以覆盖直径40千米的范围。图1为EPON无线接入网络的结构图。OLT放置在中心局，与骨干网络连接；ONU放置在移动基站（BS）处。POS（无源光分路器）和光缆构成OLT和ONU之间的无源光纤传输网络。目前OLT侧每个PON接口最多可以连接64个ONU，也就是说，一个EPON网络可以覆盖64个基站。实际的EPON设备，一般OLT侧都可以提供多个PON接口，因此可以提供更多的基站连接。

    图1  EPON无线接入网络结构

    下行方向上，POS将骨干段光纤的信号复制到各支路，以广播方式将下行信息发送至每个ONU处。如图2所示。

    图2  下行方向传输方式

    上行方向采用时分复用多址接入技术，在OLT的集中控制下，每个ONU独占一个时隙，防止各ONU的数据在POS汇聚时产生冲突。如图3所示。

    图3  上行方向传输方式

    3、EPON无线接入网络特点
    采用EPON作为无线基站的传输网络，这种应用方案在充分满足无线接入需求的同时，又继承了EPON技术的优点。
    1）实现移动综合业务接入和网络过渡
    目前EPON技术已十分成熟，EPON设备可以提供多种业务接口，如TDM接口和以太网接口。通过E1接口可以连接移动基站BS，以太网接口可以连接WLAN的AP设备。在3G时代，初期可以提供更多的E1接口来满足基站传输的需要，随着3G标准的演进，当BS使用以太网作为传输接口时，就可以通过统一的以太网接口解决3G的所有接入需求。
    2）提供更多无线接入信道
    由于EPON点到多点的拓扑结构使得多个节点可以共享一路光纤通道，大大减少了网络侧的光接口的数量，在相同端口密度的情况下，大大提高了网络容量，从而可以有效满足小半径小区内大量无线信道接入的需求。
    3）动态带宽分配
    EPON接入方式是多个节点共享一个光纤通道，可以动态实时调整不同节点的带宽分配，实现带宽的实时“按需”分配。也就是说，当某个无线小区空闲时可以及时释放其占用的带宽资源，从而将富余带宽分配给繁忙的无线小区，更好地满足不同小区的带宽需求。提高带宽的利用率。EPON技术还可以根据用户不同业务的要求动态、灵活的分配带宽资源，并可以根据变化随时做出调整。
    4）IP地址分配方式
    EPON在固网应用中通常是给每个ONU分配一个IP地址。EPON应用于无线接入网，可以采取一种全新的IP地址分配方法：给OLT分配一个IP地址,连接在该OLT上的所有ONU均使用相同的IP地址。这样所有的ONU在外部看来就可以认为是一个节点。
    这种IP地址分配方式可以带来两个好处：
    对小区切换的支持
    当MT（移动终端，如手机）在小区间移动时，要进行信道的切换。在TDMA系统中，采用硬切换，而在CDMA系统中通常分为硬切换和软切换两种。硬切换会使通信发生瞬间的中断，是先中断再连接的过程；软切换允许MT同时与两个或多个小区基站保持通信，可以极大地改善切换的性能。
    在EPON提供基站连接的网络中，当相邻基站在同一个EPON网络中时，能够比较容易地实现软切换。在下行方向，所有信道的数据都通过广播的形式发送到所有的ONU/基站，而且一个EPON网络中所有的E1通道/基站是同步的（都与OLT同步）。当基站检测到MT的时候，它就开始向MT发送数据包。当MT将要在两个基站之间切换的时候，由于新基站检测到MT之后，可以立刻向MT发送其需要的数据包（因为这两个基站连接的ONU都可以收到下行的所有数据），而且这些包与原基站发送的包是同步的。所以MT可以很快建立与新基站的连接，之后再断开与原基站的联系，实现软切换。因此，采用EPON作为基站传输网络，可以不需要很复杂的协议，就能容易地实现MT在小区间的软切换。
    对微移动的支持
    越来越多的移动用户希望能够以更加灵活的方式接入到Internet中去，而不受空间的限制。为满足这种需求，产生了移动IP技术。在移动IP协议中，每一个MT都有一个唯一的本地地址(HA，HomeAddress)，当MT移动时它的本地地址是不变的。当MT移动到外地网络链路上时，向外地代理（FA，ForeignAgent）进行登记，把FA的IP地址或由FA分配的临时IP地址作为自己的转交地址。当一个MT从一个网络移到另一个网络中时，使用移动IP可以将数据传送到新的网络中去。
    移动IP协议非常适合广域网范围的移动，对于MT的快速移动，即微移动却不十分适用。因为每次MT更新接入网络都需要在本地代理处登记，这样就增加了切换的开销和时延，甚至导致切换过程中传输中断。
    基于EPON的无线网络，可以给EPON内部的OLT和ONU分配一个相同的IP地址，主机的移动在IP层就会变得透明。所有的ONU可以看作是一个节点，所有的终端从不同的接口接入网络。在EPON内部的移动不需要切换。EPON的网络结构拥有多个接入节点，这些节点使用相同的外地代理FA，减少了本地地址HA更新的频率，减少开销，并使MT在两个无线小区间移动时保持更好的连接。
    5）QoS
    目前EPON技术还可以区分业务、区分用户提供不同的QoS保证。在移动通信的综合接入中，需要考虑语音、数据、视频、互动游戏等各种业务的服务质量保证。EPON通过区分业务等级，可以对不同业务提供不同的优先级服务，保证各种业务的QoS。
    4．总结
    网络终端的发展、互联网的普及、以及3G的到来都将促进多媒体移动业务的发展。把EPON技术应用于无线网络，不仅可以充分满足移动业务的综合接入要求，其技术特点还可以很好的解决移动通信中软切换和微移动等问题，提供更多的接入信道，实现动态带宽分配，并能针对不同的业务提供区分等级的QoS保障。因此，在无线网络的演进中，EPON是实现其传输层功能的可选技术之一。