无源光网络EPON技术及应用分析

admin

随着社会的发展和人民生活水平的提高，我们对通信技术的要求也越来越高。伴随Internet的迅猛发展，各种宽带接入技术也如雨后春笋般地涌现出来，如ADSL、VDSL、LAN、PON（PassiveOpticalNetwork，无源光网络）等，其中结合了以太网的低成本、大带宽和PON的高可靠性、基本免维护等突出优点的以太网无源光网络（EPON）技术格外引人注目。传统TDM业务是电信运营商一直以来的利润源泉，如何在采用新的宽带接入技术的同时不放弃原有的利润来源，是电信运营商和电信设备制造商一直关注的焦点。

　　EPON为什么必须支持TDM业务的接入

　　目前已成功商用的EPON系统通常都是符合IEEE802．3ah－2004标准的上／下行传输速率均为1．25Gbps的宽带光纤接入系统，它主要由局端光线路终端（OLT，OpticalLineTerminal）、用户端光网络单元（ONU，OpticalNetworkUnit）和光分配网络（ODN，OpticalDistributionNetwork）等几部分组成。EPON作为被广泛看好的下一代宽带接入技术，必须而且也能够提供传统TDM业务的经济、可靠接入。这里提及的TDM业务包括语音业务（POTS，PopularOldTelephoneService）和电路业务（T1／E1，N×64kbps等租用线）两大类。

　　从电信运营商角度

　　尽管传统的TDM业务的ARPU已变得越来越低，但是它仍然是运营商现在乃至未来几十年的主要利润来源。近几年，电信业务收入结构呈现“本地话音业务稳中有降，长途话音业务持续下滑，数据业务增长迅速”等显著特点，接入业务结构也呈现“宽带接入超出窄带接入，即接入宽带化趋势，专线接入依然是主要收入来源，窄带接入收入下滑”等特点。运营商在决定是否采用新技术时，一定会充分考虑其对现有技术、投资和客户利益的保护。

　　业内人士普遍认为，电信网IP化的演进是一个无法逆转的趋势。就中国的具体情况而论，“南电信北网通”的格局对运营商来说既是一种难得的机遇，也意味着激烈的竞争。一方面，竞争的压力促使运营商不得不积极采用最新的技术，迎合网络向以IP为核心的下一代网络（NGN）的转变；另一方面，他们不能也不愿放弃已有的资源和技术。他们对未来接入网的基本要求是具有综合业务接入能力，即不仅符合网络技术融合趋势与业务多样化趋势，而且能够实现宽窄带业务，语音、数据和视频的综合接入，在提供所有传统网络所能提供业务的基础上，具备提供图像和数据等宽带业务的能力。也就是说，提供对传统TDM业务和未来多媒体业务的支持，是运营商提高自身核心竞争力、保护现有投资的必然要求。

　　从设备提供商角度

　　作为EPON设备提供商，能否有效支持多种业务的可靠传输，也是设备能否得到大规模应用的关键因素之一。这不仅是网络融合趋势的需要，也是弥补EPON与其他宽带接入技术相比劣势的必然选择。

　　ADSL是目前应用最广泛的“宽带”接入技术之一，ADSL可以在普通电话线上传输电话业务的同时，提供上／下行速率可达640kbps和8Mbps的高速宽带数据业务和视频业务。ADSL的语音信号和高速数据信号的共同传输是利用不同的频谱实现的。

　　APON和GPON技术也将是EPON发展面临的主要竞争对手。由于它们都具有固定的上／下行帧格式，线路中传送的是具有周期性的复帧结构，所以在机制上便于实现对传统TDM业务的支持。但是，由于其不具备下行组播的能力，在对视频的支持上具有一定的先天不足，且实现复杂，成本较高。

　　从最终用户角度

　　作为最终用户，总是希望能在尽可能少地替换现有设备（如小型交换机PBX、电话机、传真机、电视机等）的情况下，轻松升级到更快速、更可靠的网络连接。毋庸置疑，他们总是希望在企业／家庭内部以尽可能简单的布线，实现电话、视频和数据等多种业务的综合接入。当然，用户最为关注的依然是接入费用问题，所采用的新技术在用户侧的成本分担和运行、维护及管理成本都应该尽可能低。从这一点来看，只要采取一定的保证措施，实现数据、语音和视频业务的可靠传输，EPON就可以在很大程度上满足用户对大带宽和低费用的要求。

　　TDM over EPON关键技术及实现

　　由于EPON本质上是一个基于以太网技术的二层接入平台，采用统计复用的方式实现高效的数据传输，EPON既没有像xDSL那样采用专用的频段（对应于EPON中的波长）传输TDM信号，也没有采用类似APON和GPON的复帧结构。此外，由于EPON是一个点到多点（P2MP：PointtoMulti－Point）的拓扑结构，上／下行传输的都是符合IEEE802．3标准的变长的以太网帧，并不能简单地借用点到点（P2P：PointtoPoint）的实现方式，只有采用特定的技术才能满足TDM业务的服务质量（QoS）要求。
总体来说，EPON支持TDM业务接入要先解决以下几个技术难题：

　　1）TDM业务的定时与同步

　　众所周知，TDM业务对定时和同步的要求特别严格。而EPON本质上是基于以太网技术的异步传送网络，没有全网同步的高精度电信时钟。以太网定义的时钟精度为±100ppm，而传统TDM业务要求的时钟精度为±50ppm。此外，在提供全网同步的电信时钟的同时，还必须尽可能周期性地传送TDM数据，以满足其抖动和误码要求。

　　2）TDM业务的QoS保证

　　尽管TDM业务占用的带宽较小，但对延时、抖动、漂移、误码率等指标都有很高的要求。这就要求我们不仅在上行动态带宽分配（DBA，Dynamic Bandwidth Allocation）时考虑如何减小TDM业务的传送延时和抖动，也必须在下行带宽控制策略中保证TDM业务对延时和抖动等的严格要求。

　　3）EPON网络的生存性

　　此外，TDM业务还要求承载网络必须具有良好的生存性，在发生重大故障时，能在尽可能短的时间内实现业务的可靠倒换。由于EPON主要用于接入网建设，离用户距离较近，各种应用和使用环境复杂，很容易受城市建设等不可知因素的影响，造成链路中断等事故。因此，迫切要求EPON系统能提供经济高效的系统保护方案。

　　为了解决这些技术难题，除了要在EPON系统自身的设计上充分考虑，还必须采用一些新兴的技术来达到这一目标。除了少数几种私有的实现技术以外，目前主流的应用有基于分组的电路仿真业务（CESoP，Circuit Emulation Serviceover Packet）和VoIP两种技术。

　　CESoP技术与EPON

　　CESoP技术基本原理

　　CESoP的基本思想就是在分组网络上搭建一个“通道”，在其中实现TDM电路（如N×64kbps电路业务或E1等），从而使网络任何一端的TDM设备不必担心其所连接的网络是否是一个TDM网络。分组网络被用来仿真TDM电路的行为，故而称为“电路仿真”。

　　电路仿真要求在分组交换网络的两端都有交互连接功能。在分组交换网络入口处，交互连接功能将TDM数据转换成一系列分组，而在分组交换网络出口处则利用这一系列分组再重新生成TDM电路。有两种基本方法可以实现这种交互功能模块，包括结构化仿真和非结构化仿真或结构不可知（Structure－Agnostic）仿真。

　　由于EPON是基于以太网技术的一种新兴接入手段，CESoP技术应用到EPON中具体表现为TDMoverEthernet技术。EPON网络具有和传统TDM网络不相同的特性，为此必须考虑以太网帧丢失、以太网帧重新排序和以太网帧延迟变化等因素。

　　VoIP技术在EPON中的应用

　　VoIP技术作为一项发展中的热门技术，近些年已实现了一定范围的规模应用，是IP网络承载语音业务的一个有效手段。在EPON系统中，同样可以通过增加某些VoIP设备或功能，实现传统电话业务的接入。利用VoIP技术，只要保证EPON语音业务上／下行的延时和抖动特性，其他功能都留给用户侧的综合接入设备（IAD，IntegratedAccessDevice）和局端的接入网关设备处理，就可以实现语音业务的传输。此种方式实现起来相对简单，可以直接移植现有技术，但需要昂贵的局端接入网关设备，建网成本较高，且会受限于VoIP技术本身的缺陷。此外，也无法提供E1和N×64kbps数据业务的接入。