FTTH光纤到户与EPON技术

从总的发展趋势看,在接入网中馈线光纤必将代替馈线电缆，直接向用户挺进，实现纯光纤接入，即光纤到家（FTTH）方式。这种方式光纤直通用户家中，一般仅需要一至二条用户线，是长远的发展方向和最终的接入网解决方案。目前的实际应用中，部分实现光纤化，光纤只到路边的业务接入点(SAP)。在该处通过光网络单元（ONU），完成光/电转换和分接等功能，然后通过多种方式接入用户家中。光纤到大楼后可以采用ADSL、Cable、LAN，即FTTx+ADSL、FTTx+Cable和FTTx+LAN等方式接入用户家中。
    光纤接入网（OAN）是采用光纤传输技术的接入网，即本地交换局和用户之间全部或部分采用光纤传输的通信系统。光纤接入网又可划分为无源光网络(PON)和有源光网络(AON)，其中无源光网络PON发展更快些。
　　 PON(无源光网络)是指ODN(光配线网)中不含有任何电子器件及电子电源，ODN全部由光分路器(Splitter)等无源器件组成，不需要贵重的有源电子设备。PON网络的突出优点是消除了户外的有源设备，所有的信号处理功能均在交换机和用户宅内设备完成。而且这种接入方式的前期投资小，大部分资金可以等到用户真正接入时才投入。它的传输距离比有源光纤接入系统的短，覆盖的范围较小，但它造价低，无需另设机房，维护容易。因此这种结构可以经济地为居家用户服务。PON的复杂性在于信号处理技术。在下行方向上，交换机发出的信号是按广播式发给所有的用户。在上行方向上，各ONU必须采用某种多址接入协议，如TDMA(Time Division Multiple Access)协议，才能完成共享传输通道信息访问。
    目前用于宽带接入的PON技术主要有：ATM PON(APON)和Ethernet PON(EPON)。
　　APON是20世纪90年代中期开发完成的，当时为了制定一个基于光纤能够为商业用户和居民用户提供包括IP数据、视频、以太网等服务的标准，顺理成章地选择ATM和PON分别作为网络协议和网络平台，因为ATM被看作是能够提供各种类型通信的唯一协议，而PON是最经济的宽带光纤解决方案。APON可以通过利用ATM的集中和统计复用，再结合无源分路器对光纤和光线路终端的共享作用，使成本比传统的、以电路交换为基础的PDH/SDH接入系统低20～40%。
　　随着IP技术的不断完善，大多数的运营商已经将IP技术作为数据网络的主要承载技术。由此也衍生出大量以以太网技术为基础的接入技术。同时由于以太技术的高速发展，使得ATM技术完全退出了局域网。因此把简单经济的以太技术与PON的传输结构结合起来的Ethernet over PON概念，自2000年开始引起技术界和网络运营商的广泛重视。在IEEE802.3 EFM（Ethernet for the First Mile）会议上，加速了EPON的标准化工作。
    EPON是几种最佳的技术和网络结构的结合。EPON采用点到多点结构，无源光纤传输方式，在以太网之上提供多种业务。目前，IP／Ethernet应用占到整个局域网通信的95％以上，EPON由于使用上述经济而高效的结构，将成为连接接入网最终用户的一种最有效的通信方法。
    EPON不需任何复杂的协议，光信号就能精确地传送到最终用户，来自最终用户的数据也能被集中传送到中心网络。在物理层，EPON使用1000BASE的以太PHY，同时在PON的传输机制上，通过新增加的MAC控制命令来控制和优化各ONU与OLT之间突发性数据通信和实时的TDM通信。在协议的第二层，EPON采用成熟的全双工以太技术。使用TDM，由于ONU在自己的时隙内发送数据报，因此没有碰撞，不需CDMA/CD，从而充分利用带宽。另外，EP0N通过在MAC层中实现802.1p来提供与APON类似的QoS。
    一个典型的Ethernet over PON系统由OLT、ONU、POS组成。OLT（Optical Line Terminal）放在中心机房，ONU（Optical Network Unit）放在网络接口单元附近或与其合为一体。POS（Passive Optical Splitter）是无源光纤分支器，是一个连接OLT和ONU的无源设备，它的功能是分发下行数据并集中上行数据。OLT既是一个交换机或路由器，又是一个多业务提供平台，它提供面向无源光纤网络的光纤接口。根据以太网向城域和广域发展的趋势，OLT上将提供多个Gbit／s和10Gbit／s的以太接口，支持WDM传输。OLT还支持ATM、FR以及OC3／12／48／192等速率的SONET的连接。如果需要支持传统的TDM话音，普通电话线（POTS）和其他类型的TDM通信（T1／E1）可以被复用连接到附接口，OLT除了提供网络集中和接入的功能外，还可以针对用户的QoS／SLA的不同要求进行带宽分配，网络安全和管理配置。OLT根据需要可以配置多块OLT（Optical Line Card），OLC与多个ONU通过POS连接，POS是一个简单设备，它不需要电源，可以置于全天候的环境中，一般一个POS的分线率为8、16或32，并可以多级连接。在EPON中，OLT到ONU间的距离最大可达20km，如果使用光纤放大器（有源中继器），距离还可以扩展。
    EPON中的ONU采用了技术成熟而又经济的以太网络协议，在中带宽和高带宽的ONU中实现了成本低廉的以太网第二层第三层交换功能。这种类型的ONU可以通过层叠来为多个最终用户提供很高的共享带宽。因为都使用以太协议，在通信的过程中，就不再需要协议转换，实现ONU对用户数据的透明传送。ONU也支持其他传统的TDM协议，而且不会增加设计和操作的复杂性。在更高带宽的ONU中，将提供大量的以太接口和多个T1／E1接口。当然，对于光纤到家（FTTH）的接入方式，ONU和NIU可以被集成在一个简单的设备中，不需要交换功能，从而可以在极低的成本下给终端用户分配所需的带宽。
远程业务分配控制（remote provisioning）管理可以让运营商通过对用户不同时段的不同业务需求做出响应，这样可以提高用户满意度。运营商可以通过中心管理系统（central management syste）对OLT、ONU等所有网络单元设备进行管理，还可以为用户提供可管理的CPE业务，系统可以很灵活地根据用户的需要来动态分配带宽，
　　 EPON的优点主要表现在：
　　(1)相对成本低，维护简单，容易扩展，易于升级。EPON结构在传输途中不需电源，没有电子部件，因此容易铺设，基本不用维护，长期运营成本和管理成本的节省很大；EPON系统对局端资源占用很少，模块化程度高，系统初期投入低，扩展容易，投资回报率高；EPON系统是面向未来的技术，大多数EPON系统都是一个多业务平台，对于向全IP网络过渡是一个很好的选择。
　　(2)提供非常高的带宽。EPON目前可以提供上下行对称的1.25Gb/s的带宽，并且随着以太技术的发展可以升级到10Gb/s。
　　(3)服务范围大。EPON作为一种点到多点网络，以一种扇出的结构来节省CO的资源，服务大量用户。
　　(4)带宽分配灵活，服务有保证。对带宽的分配和保证都有一套完整的体系。EPON可以通过DiffServ、PQ/WFQ、WRED等来实现对每个用户进行带宽分配，并保证每个用户的QoS。
　　 但是作为一种新技术，如何进入市场和被市场所认可，取决于很多方面。EPON产品在严格意义上还没有标准。其次是诸如测距、同步等一些技术难点的解决方案的成熟和突发性光器件成本的进一步降低。
本文之前所论述的几种接入方案均提供了某种形式的宽带，但是每个都有其局限性。DSL技术由于其距离上的限制，也限制了大量用户的使用。而Cable的运营者在建设宽带Cable的必要基础设施上比较缓慢，而且这种网络拓扑在提供可靠的QoS上也存在一些问题。而EPON系统可以提供DSL、LAN、Cable Modem等接入方式无法提供的高质量的宽带。这非常适合于FTTB模式，接入到中小型甚至大型商业用户。
在当前的情况下，EPON技术大多会以一种与其他技术相结合的姿态进入市场。FTTB/FTTC+DSL，FTTB/FTTC+LAN都是不错的选择。DSL和LAN是目前中国宽带的两种主要接入方式。但DSL的距离限制挡住了大量的客户，传统的LAN技术也难以灵活地提供和保证用户的带宽。采用EPON技术，不仅可以通过无源传输网络直接连接到服务区域，再进行DSL或LAN扩展，从而为大范围用户提供服务，而且可以集中进行管理和带宽分配。当把ONU集成到DSLAM，使用EP0N能使DSL突破传统的1500m的距离，从而增加约50％的用户，DSL可以到达的范围和其潜在的用户群都会大大增加。通过集成ONU到CMTS（Cable Modem Termination System），EPON可以用来给现有的Cable连接提供带宽，而且可以实现真正的交互式服务，同时降低建设和运营成本。EPON技术还可以用来给固定的无线发射塔提供带宽，很好地解决无线接入技术中如何将上行数据汇集到CO的问题。
　　从运营商和服务提供商的角度来看，EPON系统可以带来多方面的好处，包括降低安装、管理和运营成本，提高投资回报率，增加新的赢利机会，长期保持竞争优势等。在适当的场合，适时地采用EPON系统，无论对于原有的运营商还是新兴的运营商，都将是一个明智的选择。