【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 接入網(wǎng)的概念及產(chǎn)生 所謂光纖通信，就是利用光纖來(lái)傳輸攜帶信息的光波以達(dá)到通信之目的。要使光波成為攜帶信息的載體，必須對(duì)之進(jìn)行調(diào)制，在接收端再把信息從光波中檢測(cè)出 來(lái)。然而，由于目前技術(shù)水平所限，對(duì)光波進(jìn)行頻率調(diào)制與相位調(diào)制等仍局限在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，尚未達(dá)到實(shí)用化水平，因此目前大都采用強(qiáng)度調(diào)制與直接檢波方式（ IMDD）。又因?yàn)槟壳暗墓庠雌骷c光接收器件的非線(xiàn)性比較嚴(yán)重，所以對(duì)光器件的線(xiàn)性度要求比較低的數(shù)字光纖通信在光纖通信中占據(jù)主要位置。 典型的數(shù)字光纖通信系統(tǒng)方框圖如圖 。 重慶郵電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 圖 數(shù)字光纖通信系統(tǒng)方框圖 從圖中可以看出，數(shù)字光纖通信系統(tǒng)基本上由光發(fā)送機(jī)、光纖與光接收機(jī)組成。發(fā)送端的電端機(jī)把信息（如話(huà)音）進(jìn)行模 /數(shù)轉(zhuǎn)換，用轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)去調(diào)制發(fā)送機(jī)中的光 源器件 LD，則 LD 就會(huì)發(fā)出攜帶信息的光波。即當(dāng)數(shù)字信號(hào)為“ 1”時(shí)，光源器件發(fā)送一個(gè)“傳號(hào)”光脈沖；當(dāng)數(shù)字信號(hào)為“ 0”時(shí)，光源器件發(fā)送一個(gè)“空號(hào)”（不發(fā)光）。光波經(jīng)低衰耗光纖傳輸后到達(dá)接收端。在接收端，光接收機(jī)把數(shù)字信號(hào)從光波中檢測(cè)出來(lái)送給電端機(jī)，而電端機(jī)再進(jìn)行數(shù) /模轉(zhuǎn)換，恢復(fù)成原來(lái)的信息就這樣完成了一次通信的全過(guò)程。 近年來(lái)，以互聯(lián)網(wǎng)為代表的新技術(shù)革命正在深刻地改變傳統(tǒng)的電信概念和體系結(jié)構(gòu)，隨著各國(guó)接入網(wǎng)市場(chǎng)的逐漸開(kāi)放，電信管制政策的放松，競(jìng)爭(zhēng)的日益加劇和擴(kuò)大，新業(yè)務(wù)需求的迅速出現(xiàn)，有線(xiàn)技術(shù)（包括光纖技術(shù) ）和無(wú)線(xiàn)技術(shù)的發(fā)展，接入網(wǎng)開(kāi)始成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。在巨大的市場(chǎng)潛力驅(qū)動(dòng)下，產(chǎn)生了各種各樣的接入網(wǎng)技術(shù)。光纖通信具有通信容量大、質(zhì)量高、性能穩(wěn)定、防電磁干擾、保密性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。在干線(xiàn)通信中，光纖扮演著重要角色，在接入網(wǎng)中，光纖接入也將成為發(fā)展的重點(diǎn)。光纖接入網(wǎng)是發(fā)展寬帶接入的長(zhǎng)遠(yuǎn)解決方案。目前，發(fā)達(dá)國(guó)家的大城市商業(yè)區(qū)正在逐步實(shí)現(xiàn)將光纖敷設(shè)到大樓，并要盡早實(shí)現(xiàn)光纖到辦公室、光纖到桌面，新開(kāi)發(fā)區(qū)的新建線(xiàn)路直接采用光纖，已實(shí)現(xiàn)光纖到路邊。而在城市住宅區(qū)和鄉(xiāng)村，銅線(xiàn)電纜還要持續(xù)使用很長(zhǎng)一段時(shí)間，但“光纖到家”是接入網(wǎng)發(fā) 展的最終目標(biāo)。一般來(lái)說(shuō)，實(shí)現(xiàn)“光纖到家”的成本很高，一般國(guó)家都是先發(fā)展光纖到用戶(hù)附近的路邊 (FTTC)和光纖到大樓 (FTTB)， 然后再向光纖到家(FTTH)過(guò)渡。目前，發(fā)達(dá)國(guó)家中只有日本根據(jù)自己的條件，最先提出在 2020 年實(shí)現(xiàn)光纖到家庭的目標(biāo)。 無(wú)論是對(duì)于建設(shè)國(guó)家信息基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，還是對(duì)于實(shí)現(xiàn)寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)，能重慶郵電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 把電信網(wǎng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)、有線(xiàn)電視網(wǎng)等各種網(wǎng)絡(luò)和語(yǔ)言、數(shù)字、圖片、視像等各類(lèi)信息綜合在一起的寬帶接入網(wǎng)技術(shù)都已成為未來(lái)通信網(wǎng)發(fā)展的關(guān)鍵，是今后一段時(shí)期內(nèi)國(guó)際通信技術(shù)研究、開(kāi)發(fā)和建設(shè)的熱點(diǎn)。接入網(wǎng)的技術(shù)發(fā)展水 平從某種意義上來(lái)說(shuō)，代表著國(guó)家通信技術(shù)現(xiàn)代化的水平。 采用光纖接入網(wǎng)是光纖通信發(fā)展的必然趨勢(shì)，盡管目前各國(guó)發(fā)展光纖接入網(wǎng)的步驟各不相同，但光纖到家庭是公認(rèn)的接入網(wǎng)的發(fā)展目標(biāo)。 二、光接入網(wǎng)的應(yīng)用類(lèi)型 光纖接入網(wǎng) (OAN)，是指用光纖作為主要的傳輸媒質(zhì)，實(shí)現(xiàn)接入網(wǎng)的信息傳送功能。通過(guò)光線(xiàn)路終端 (OLT)與業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)相連，通過(guò)光網(wǎng)絡(luò)單元 (ONU)與用戶(hù)連接。光纖接入網(wǎng)包括遠(yuǎn)端設(shè)備 —— 光網(wǎng)絡(luò)單元和局端設(shè)備 —— 光線(xiàn)路終端，它們通過(guò)傳輸設(shè)備相連。系統(tǒng)的主要組成部分是 OLT 和遠(yuǎn)端 ONU。它們?cè)谡麄€(gè)接入網(wǎng)中完成從業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn) 接口 (SNI)到用戶(hù)網(wǎng)絡(luò)接口 (UNI)間有關(guān)信令協(xié)議的轉(zhuǎn)換。接入設(shè)備本身還具有組網(wǎng)能力，可以組成多種形式的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。同時(shí)接入設(shè)備還具有本地維護(hù)和遠(yuǎn)程集中監(jiān)控功能，通過(guò)透明的光傳輸形成一個(gè)維護(hù)管理網(wǎng)，并通過(guò)相應(yīng)的網(wǎng)管協(xié)議納入網(wǎng)管中心統(tǒng)一管理。 OLT 的作用是為接入網(wǎng)提供與本地交換機(jī)之間的接口，并通過(guò)光傳輸與用戶(hù)端的光網(wǎng)絡(luò)單元通信。它將交換機(jī)的交換功能與用戶(hù)接入完全隔開(kāi)。光線(xiàn)路終端提供對(duì)自身和用戶(hù)端的維護(hù)和監(jiān)控，它可以直接與本地交換機(jī)一起放置在交換局端，也可以設(shè)置在遠(yuǎn)端。 ONU 的作用是為接入網(wǎng)提供用戶(hù)側(cè)的 接口。它可以接入多種用戶(hù)終端，同時(shí)具有光電轉(zhuǎn)換功能以及相應(yīng)的維護(hù)和監(jiān)控功能。 ONU 的主要功能是終結(jié)來(lái)自 OLT的光纖，處理光信號(hào)并為多個(gè)小企業(yè)，事業(yè)用戶(hù)和居民住宅用戶(hù)提供業(yè)務(wù)接口。ONU 的網(wǎng)絡(luò)端是光接口，而其用戶(hù)端是電接口。因此 ONU 具有光 /電和電 /光轉(zhuǎn)換功能。它還具有對(duì)話(huà)音的數(shù) /模和模 /數(shù)轉(zhuǎn)換功能。 ONU 通常放在距離用戶(hù)較近的地方，其位置具有很大的靈活性。 按照 ONU 在光接入網(wǎng)中所處的具體位置不同，可以將 OAN 劃分為四種基本應(yīng)用類(lèi)型：光纖到交接箱（ FTTCab）、光纖到大樓／分線(xiàn)盒（ FTTB／ C）、光纖到戶(hù)（ FTTH）和光纖到辦公室（ FTTO）。 重慶郵電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 第三節(jié) 無(wú)源光網(wǎng)絡(luò) 一 、產(chǎn)生背景 光接入網(wǎng)根據(jù) OLT 到各 ONU 之間是否含有源設(shè)備，可以劃分為無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（ PON）和有源光網(wǎng)絡(luò)（ AON），前者采用無(wú)源光分路器，后者采用有源點(diǎn)復(fù)用器。有源光接入網(wǎng)采用電復(fù)用器分路，可延長(zhǎng)傳輸距離并且技術(shù)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)、組網(wǎng)能力強(qiáng)，但有源設(shè)備仍然無(wú)法完全擺脫電磁干擾和雷電影響以及其固有的維護(hù)復(fù)雜問(wèn)題，使得有源光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展受到限制。而無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)由于戶(hù)外不包含有源設(shè)備，其抗干擾能力強(qiáng)可靠性高易于安裝維護(hù)，而且相對(duì)價(jià)格低廉，成為光接入網(wǎng)最具 發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)。 PON最早是有英國(guó)電信公司研究人員于 1987年提出，最早的 PON標(biāo)準(zhǔn)時(shí) 1988年提出的 ITUT 標(biāo)準(zhǔn)，即基于異步傳輸模式（ ATM）的無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（ APON），在 2020 年年底，第一英里以太網(wǎng)聯(lián)盟（ EFMA）提出以太網(wǎng)無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)。在 EFMA提出 EPON 的同時(shí)，全業(yè)務(wù)接入網(wǎng)組織（ FSAN）考慮到 APON 的低效率和 EPON 對(duì)語(yǔ)音和視頻等實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)部能提供服務(wù)質(zhì)量保證的不足，于 2020 年提出了吉比特?zé)o源光網(wǎng)絡(luò)（ GPON），并在 2020 年通過(guò)了 GPON 系列標(biāo)準(zhǔn)： ITUT 、 、并于 2020 年 4月完成了 標(biāo)準(zhǔn) 【 2】 。 二 、 PON 技術(shù)比較 PON 技術(shù)始于 20世紀(jì) 80年代初，目前市場(chǎng)上的 PON 產(chǎn)品按其技術(shù)的不同。主要分為 APON、 EPON 和 GPON。他們最大的不同其實(shí)在與其數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議。而數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議規(guī)定了上層數(shù)據(jù)信號(hào)的承接方式。 APON 在網(wǎng)絡(luò)層采用 ATM 協(xié)議進(jìn)行組網(wǎng)，因而在 APON 系統(tǒng)中傳送的是 53 字節(jié)的固定長(zhǎng)度信元。很顯然， APON 系統(tǒng)不能直接傳送 IP業(yè)務(wù)信息，而且由于 APON系統(tǒng)有類(lèi)似 ATM 系統(tǒng)的一些弊端如復(fù)雜性高，傳輸效率低的問(wèn) 題，已經(jīng)逐漸退出市場(chǎng)而由其他 PON 網(wǎng)絡(luò)代替。 EPON 在傳輸層采用的是吉比特以太網(wǎng)作為傳輸協(xié)議，數(shù)據(jù)鏈路層也采用以太網(wǎng)協(xié)議。 EPON 網(wǎng)絡(luò)傳送的是可變數(shù)據(jù)包， EPON 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本低，可擴(kuò)展行好，易于安裝維護(hù)，具有很大的發(fā)展?jié)摿?，目前也占?jù)很大一部分國(guó)內(nèi)光接入網(wǎng)市場(chǎng)。 GPON 是支持最大傳輸速率 ，它采用了比 EPON 更有用的數(shù)據(jù)封裝格式，但是建設(shè)成本偏高。 GPON 采用的 GEM 幀結(jié)構(gòu)不基于任何指定重慶郵電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 類(lèi)型，而是基于各個(gè)用戶(hù)信號(hào)原有的格式進(jìn)行封裝。 GPON 可以靈活的提供對(duì)稱(chēng)和非對(duì)稱(chēng)速率，傳輸 距離至少達(dá)到 20Km。 從目前情況看， APON 由于 ATM 技術(shù)復(fù)雜、承載 IP 業(yè)務(wù)效率不高等是其成本較高，而且 ATM 技術(shù)在國(guó)內(nèi)城域網(wǎng)中的應(yīng)用并不是主流，因而逐漸淡出我國(guó)市場(chǎng)。對(duì)于 GPON 來(lái)說(shuō)，雖然其總體性能高于 EPON 和 APON，但是 GPON 標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)復(fù)雜，而且目前提供 GPON 設(shè)備的廠(chǎng)商和部署 GPON 網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)商都較少。另外 GPON 的成本也高于 EPON，成熟度也不如 EPON。 EPON 目前具有很多優(yōu)勢(shì)， EPON 標(biāo)準(zhǔn)基于以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，最小程度的補(bǔ)充和修改了以太網(wǎng)的 MAC 協(xié)議。很好的繼承了以太網(wǎng)長(zhǎng)期大規(guī)模的實(shí)踐積累的技術(shù) 經(jīng)驗(yàn)。從技術(shù)角度來(lái)講 EPON 技術(shù)門(mén)檻較低，易于吸引大批廠(chǎng)商加入，形成 EPON產(chǎn)業(yè)鏈。另外， EPON對(duì)硬件的性能要求遠(yuǎn)低于 GPON，是其成本遠(yuǎn)低于同等性能的 GPON。而且 EPON 很適應(yīng)寬帶接入 IP 化的發(fā)展潮流。所以， EPON 在我國(guó)將有十分廣闊的前景。 重慶郵電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 第二章 LAN 接入與 EPON 接入對(duì)比 第一節(jié) 兩種接入方案 拓?fù)?圖 傳統(tǒng)的 LAN 接入方式常見(jiàn)的拓?fù)鋱D 圖 傳統(tǒng)的 LAN 接入方式常見(jiàn)的拓?fù)鋱D 通過(guò) EPON 接入方式的拓?fù)鋱D如下： C D NC A T VI P N e t w o r kP S T N / S S SP CC A T VP H O N EI P T V數(shù) 字 家 庭 網(wǎng) 關(guān)F E / G EF E / G EB A SV 5 . 2 / H 5 . 2O L T分 光 器O N T其 他 用 戶(hù)其 他 用 戶(hù)1 4 9 0 n m1 3 3 0 n m 圖 EPON 接入方式的拓?fù)鋱D 重慶郵電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 以下為 LAN 和有源光網(wǎng)絡(luò)分別在核心層、匯聚層、接入層用到的設(shè)備，如表21 所示： 表 21 區(qū)域 EPON 網(wǎng)絡(luò) LAN 網(wǎng)絡(luò) 核心層 核心交換機(jī) 核心交換機(jī) 匯聚層 OLT 分光器 24 口匯聚交換機(jī) 接入層 ONU 16 口接入交換機(jī) 第二節(jié) 兩種接入方案的比較 隨著寬帶業(yè)務(wù)的發(fā)展，人們?cè)絹?lái)越意識(shí)到網(wǎng)絡(luò)接入部分存在嚴(yán)重的寬帶“瓶頸”和距離限制。接入網(wǎng)兩端的設(shè)備都已達(dá)到 Gbit 級(jí)以上的速率（用戶(hù)端廣泛使用的 PC 內(nèi)部總線(xiàn)速率已達(dá)到 40Gbit/s），而作為接入網(wǎng) 的另一段，城域網(wǎng)或長(zhǎng)途網(wǎng)的骨干設(shè)備每波長(zhǎng)速率也達(dá)到 ，它們都比接入部分高出至少 3 個(gè)數(shù)量級(jí)。接入距離上，傳統(tǒng) LAN 方式最遠(yuǎn) 200m， XDSL 最遠(yuǎn)幾公里的接入距離，對(duì)于地域廣闊的中國(guó)來(lái)說(shuō)，都無(wú)法很好的解決覆蓋問(wèn)題。隨著多網(wǎng)合一的推行，突破接入網(wǎng)帶寬“瓶頸”和接入距離限制變得越來(lái)越迫切，只有突破接入網(wǎng)寬帶“瓶頸”和接入距離限制，才能使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)有效發(fā)揮寬帶的作用，真正推進(jìn)各種業(yè)務(wù)的發(fā)展，給運(yùn)營(yíng)商帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益， EPON 作為一種合適的接入技術(shù)在這種背景下迅速得到廣泛應(yīng)用。 一、兩者的原 理比較 EPON（ ）就是基于以太網(wǎng)的無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)，它承載的內(nèi)容是以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包，因此 EPON 天生就是為 IP 服務(wù)的，與傳統(tǒng)的 LAN 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)一樣，都出自IEEE 數(shù)據(jù)傳送原理 EPON 下行使用 1490nm 的光波承載數(shù)據(jù)， OLT 到 ONU 間下行數(shù)據(jù)采用點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)廣播方式傳送數(shù)據(jù)， ONU 通過(guò)識(shí)別報(bào)文 MPMC 層 LLID 的數(shù)據(jù)。 在 OLT 和 ONU 之間，通過(guò) AES128 進(jìn)行加密，保證數(shù)據(jù)安全。對(duì)于 ONU 到OLT 得上行數(shù)據(jù)，采用時(shí)分多址接入技術(shù)為各個(gè) ONU 分配時(shí)隙，傳輸上行流量， 當(dāng) ONU 注冊(cè)成功后， OLT 會(huì)根據(jù)系統(tǒng)配 置，給 ONU 配置特定的帶寬（采用 DBA，重慶郵電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 OLT 會(huì)根據(jù)制定的帶寬分配策略和各個(gè) ONU 的狀態(tài)報(bào)告，動(dòng)態(tài)地給每個(gè) ONU 分配帶寬）。帶寬對(duì)于 PON 層面來(lái)說(shuō)，就是有多少可以傳輸數(shù)據(jù)的基本時(shí)隙，每個(gè)基本時(shí)隙單位長(zhǎng)度為 16nm。 在各個(gè) OLT 端口（ PON 端口）下面，所有的 ONU 和 OLT PON 端口之間時(shí)鐘是嚴(yán)格同步的，每個(gè) ONU 只能在 OLT 給它配分的時(shí)刻上面開(kāi)始，用分配給它的時(shí)隙長(zhǎng)度傳輸數(shù)據(jù)，通過(guò)時(shí)隙分配和時(shí)延補(bǔ)償，確保多個(gè) ONU 的數(shù)據(jù)信號(hào)耦合到一根光纖時(shí)，各個(gè) ONU 上行包不會(huì)互相干擾。 LAN 是一種局域網(wǎng)技術(shù)，由于其技 術(shù)簡(jiǎn)單、適用廣泛而被引入到接入網(wǎng)中。目前 LAN 技術(shù)主要就是以太網(wǎng)，尤其 和 。以外網(wǎng)適用 CSMA/CD(帶有沖突檢測(cè)的載波偵聽(tīng)多址訪(fǎng)問(wèn) )是一種共享技術(shù)。該技術(shù)中兩端設(shè)備是對(duì)等的，雙方采用相同的機(jī)制傳送數(shù)據(jù)流量。終端與終端間的數(shù)據(jù)交換在交換機(jī)上完全按照 MAC進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，數(shù)據(jù)都采用 CSMA/CD的方式實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)。VLAN 的出現(xiàn)很好的解決了沖突及廣播的問(wèn)題。 帶寬和傳輸距離 LAN 以太網(wǎng)當(dāng)前實(shí)現(xiàn) 10/100/1000Mbit/s 的對(duì)稱(chēng)接入速率，但只能提供到最遠(yuǎn) 200m 的 傳輸距離，這也是其作為接入技術(shù)的最大問(wèn)題之一，通常只能通過(guò)級(jí)聯(lián)交換機(jī)延長(zhǎng)傳輸距離。 EPON 同樣實(shí)現(xiàn) 10/100/1000Mbit/s 的對(duì)稱(chēng)接入速率，但可以保障最遠(yuǎn) 20km的傳輸距離，完全克服了以太網(wǎng)及 x DSL 技術(shù)在距離和帶寬上的局限性，使寬帶接入方案的覆蓋范圍更為寬廣。組網(wǎng)能力于可擴(kuò)展性 LAN 設(shè)備放置的寫(xiě)字樓或小區(qū)內(nèi)部，通過(guò)五類(lèi)線(xiàn)連接用戶(hù)，這就涉及了樓內(nèi)的布線(xiàn)工程開(kāi)銷(xiāo)。 LAN 是系統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接入技術(shù)，只支持點(diǎn)到點(diǎn)信息傳遞，因此組網(wǎng)有局限性。如果沿馬路的狹長(zhǎng)地帶有寬帶接入需求，就需要在每個(gè)需求點(diǎn)都部署交換 機(jī)，統(tǒng)一匯入局端匯聚交換機(jī)，或者在每個(gè)需求點(diǎn)放置一臺(tái)二次匯聚設(shè)備，由該設(shè)備提供端口，匯接該需求點(diǎn)交換機(jī)流量。若采用 EPON 技術(shù)，解決需求則快捷許多。 EPON 是點(diǎn)到多點(diǎn)的接入技術(shù)，結(jié)合不同