乙太網無源光網路

無源光網路（PON）的概念由來已久，它具有節省光纖資源、對網路協議透明的特點，在光接入網中扮演著越來越重要的角色。同時，乙太網（Ethernet）技術經過二十年的發展，以其簡便實用，價格低廉的特性，幾乎已經完全統治了區域網，並在事實上被證明是承載IP數據包的最佳載體。隨著IP業務在城域和幹線傳輸中所佔的比例不斷攀升，乙太網也在通過傳輸速率、可管理性等方面的改進，逐漸向接入、城域甚至骨幹網上滲透。而乙太網與PON的結合，便產生了乙太網無源光網路（EPON）。它同時具備了乙太網和PON的優點，正成為光接入網領域中的熱門技術。

EPON媒質的性質是共享媒質和點到點網路的結合。在下行方向，擁有共享媒質的連接性，而在上行方向其行為特性就如同點到點網路。

下行方向：OLT發出的乙太網數據報經過一個1:n的無源光分路器或幾級分路器傳送到每一個ONU。N的典型取值在4～64之間（由可用的光功率預算所限制）。這種行為特徵與共享媒質網路相同。在下行方向，因為乙太網具有廣播特性，與EPON結構和匹配：OLT廣播數據包，目的ONU有選擇的提取。

上行方向：由於無源光合路器的方向特性，任何一個ONU發出的數據包只能到達OLT，而不能到達其他的ONU。EPON在上行方向上的行為特點與點到點網路相同。但是，不同於一個真正的點到點網路，在EPON中，所有的ONU都屬於同一個衝突域――來自不同的ONU的數據包如果同時傳輸依然可能會衝突。因此在上行方向，EPON需要採用某種仲裁機制來避免數據衝突。

2000年11月，IEEE成立了802.3EFM(Ethernet in the First Mile)研究組，業界有21個網路設備製造商發起成立了EFMA，實現Gb/s乙太網點到多點的光傳送方案，所以又稱GEPON（GigabitEthernet PON）。EFM標準IEEE802.3ah；

EPON 就是一種新興的寬頻接入技術，它通過一個單一的光纖接入系統，實現數據、語音及視頻的綜合業務接入，並具有良好的經濟性。業內人士普遍認為，FTTH 是寬頻接入的最終解決方式，而EPON 也將成為一種主流寬頻接入技術。由於EPON網路結構的特點，寬頻入戶的特殊優越性，以及與計算機網路天然的有機結合，使得全世界的專家都一致認為，無源光網路是實現“三網合一”和解決信息高速公路“最後一公里”的最佳傳輸媒介。

EPON系統由局端設備OLT（Optical Line Terminal，光線路終端）、用戶端設備ONU（Optical Network Unit，光網路單元）以及光分配網ODN（Optical Distribution Network，光分配網）組成。

OLT與ONU之間僅有光纖、光分路器等光無源器件，無需租用機房、無需配備電源、無需有源設備維護人員，因此，可有效節省建設和運營維護成本；

EPON採用乙太網的傳輸格式同時也是用戶區域網/駐地網的主流技術，二者具有天然的融合性，消除了複雜的傳輸協議轉換帶來的成本因素；

您也許注意到，EPON在一根光纖上傳送收發信號，這種機制叫做單纖雙向傳輸機制。使用到的技術是WDM（Wavelength Division Multiplexing，波分復用）技術，用不同波長（下行1490nm，上行1310nm）實現上下行數據傳輸，實現在一根光纖上同時傳輸上下行數據流而相互不影響，如下圖所示。下行方向，OLT發出的信號以廣播式發給所有的用戶，上行方向，各ONU採用時分復用TDMA（Time Division Multiple Access）技術。下行採用針對不同用戶加密廣播傳輸的方式共享帶寬。

EPON可以提供1.25 Gbit/s的上下行帶寬，傳輸距離可達10-20 km，支持最大光分路比1:64，因此可大大降低OLT和主幹光纖的成本壓力。高速寬頻，充分滿足接入網客戶的帶寬需求，並可方便靈活的根據用戶需求的變化動態分配帶寬；

點對多點的結構，只需增加ONU數量和少量用戶側光纖即可方便地對系統進行擴容升級，充分保護運營商的投資；

EPON具有同時傳輸TDM、IP數據和視頻廣播的能力，其中TDM和IP數據採用IEEE 802.3乙太網的格式進行傳輸，輔以電信級的網管系統，足以保證傳輸質量。通過擴展第三個波長（通常為1550nm）即可實現視頻業務廣播傳輸。

隨著以太技術的發展EPON可以升級到10G EPON，.在北京舉辦的2009中國FTTH高峰發展論壇上，中興通訊發布了全球首台“對稱”10G EPON設備樣機。

EPON技術由IEEE802.3EFM工作組進行標準化。2004年6月，IEEE802.3EFM工作組發布了EPON標準——IEEE802.3ah(2005年併入IEEE802.3-2005標準)。在該標準中將乙太網和PON技術相結合，在無源光網路體系架構的基礎上，定義了一種新的、應用於EPON系統的物理層(主要是光介面)規範和擴展的乙太網數據鏈路層協議，以實現在點到多點的PON中乙太網幀的TDM接入。此外，EPON還定義了一種運行、維護和管理(OAM)機制，以實現必要的運行管理和維護功能。

在物理層，IEEE 802.3-2005規定採用單纖波分復用技術(下行1490 nm，上行1310 nm)實現單纖雙向傳輸，同時定義了1000 BASE-PX-10 U/D和1000 BASE-PX-20 U/D兩種PON光介面，分別支持10 km和20 km的最大距離傳輸。在物理編碼子層，EPON系統繼承了吉比特乙太網的原有標準，採用8B/10B線路編碼和標準的上下行對稱1 Gbit/s數據速率(線路速率為1.25 Gbit/s)。

在數據鏈路層，多點MAC控制協議(Muti-Point Control Protocol，簡稱MPCP)的功能是在一個點到多點的EPON系統中實現點到點的模擬，支持點到多點網路中多個MAC客戶層實體，並支持對額外MAC的控制功能。圖1示意了EPON協議參考模型及多點MAC控制協議的位置。MPCP主要處理ONU的發現和註冊，多個ONU之間上行傳輸資源的分配、動態帶寬分配(Dynamic Bandwidth Allocation，簡稱DBA)，統計復用的ONU本地擁塞狀態的彙報等。

我們已經了解了，EPON是基於乙太網的無源光網路，OLT和ONU之間採用乙太網封裝方式，傳輸的是乙太網幀結構，所以EPON是基於802.3的幀格式。那麼EPON幀和普通乙太網幀有什麼區別呢？從下面的EPON幀結構圖可以看出，在前導碼第6、7個位元組中攜帶了LLID（Logical Link Identifier，邏輯鏈路標記）信息，用於在OLT上標識ONU，第3個位元組標識它不是普通乙太網幀而是一個EPON幀。

利用其下行廣播的傳輸方式，EPON定義了廣播LLID(LLID=0xFF)作為單拷貝廣播(SCB)通道，用於高效傳輸下行視頻廣播/組播業務。EPON還提供了一種可選的OAM功能，提供一種諸如遠端故障指示和遠端環回控制等管理鏈路的運行機制，用於管理、測試和診斷已激活OAM功能的鏈路。此外，IEEE 802.3-2005還定義了特定的機構擴展機制，以實現對OAM功能的擴展，並用於其他鏈路層或高層應用的遠程管理和控制。

相對於BPON和GPON，EPON協議簡單，對光收發模塊技術指標要求低，因此系統成本較低。另外，它繼承了乙太網的可擴展性強、對IP數據業務適配效率高等優點，同時支持高速Internet接入、語音、IPTV、TDM專線甚至CATV等多種業務綜合接入，並具有很好的QoS保證和組播業務支持能力，是目前建設高質量接入網的重要備選技術之一。

自EFMA(Ethernet First Mile Alliance，第一公里乙太網聯盟)在2004年6月發布EPON技術規範IEEE802.3ah以來，EPON技術得到快速發展，目前相關的晶元和設備均已基本成熟，並有較大規模的應用。在日本，NTT、KDDI、YahooBB等運營商從2004年開始部署EPON，採用FTTH、FTTB/C+VDSL/ADSL2+等多種組網方式，為用戶提供高帶寬網際網路接入業務。目前，日本市場上已經部署了超過500萬線的EPON設備，而且每月新增的FTTH用戶數已經超過了DSL用戶。

目前，EPON技術已經成熟，主要體現在以下方面：經過各標準化組織、設備和晶元製造商、運營商的共同努力，EPON商用晶元和光模塊已經成熟，在中國電信的主導下，已經實現了EPON晶元級和系統級的互通測試;EPON產業鏈也在進一步成熟，形成了良性的市場競爭格局，設備成本進一步下降，已達到規模商用水平。

對於公眾用戶來說，可以採用FTTH和FTTB/C/Cab等應用模式。

對於商業用戶，可以根據業務需求和用戶規模的不同，採取不同的實施模式，如FTTO、FTTB或FTTC。

“全球眼”等對帶寬(特別是上行帶寬)要求比較高的應用可以採用EPON作為接入手段，具體組網方式如圖5所示。PON替代了原來模擬組網方案中的二/三層交換機，同時還節省大量的光纖收發器，並且不需要視頻光端機設備。

在光纖資源短缺的情況下，如村村通工程中，可採用多級分光且分光功率不等的光分路器方案，即在只有一芯或幾芯光纜資源的情況下採用功率不等光分路器逐點匯聚。

按照IEEE802.3ah-2004的約定：OLT側發射功率大於2dBm，接收靈敏度<-27dBm；對於ONU發射功率大於-1dBm，接收靈敏度<-24dBm，整個光鏈路的損耗上行<24dB，下行<23.5dB。EPON上行1310nm和下行1490nm波長在G.652光纖中的損耗約為0.3dB/km。綜上可見功率預算對於長距離EPON來說是最為重要的因素。為了提高傳輸距離，除了減少線路插入損耗外，還可以採用光放大的手段來提高光功率預算，具體包括以下兩類方法：光放大器和中繼器（OEO，optical-electrical-optical，光電光）。光放大器方案在上下行方向均需要使用到Diplexer（WDM復用/解復用器）和OA（OpticalAmplifier,光放大器），而OBF(Optical Bandpass Filter, 光帶通濾波器)則是可選的，使用OBF主要是為了克服OA的自發輻射效應，以提供更好的性能。中繼器方案則直接採用兩個光模塊背靠背互連，並使用本地的控制器來控制兩個光模塊的發光，從而達到簡單的OEO中繼的目的，成本較低。但圖2的方案仍然不夠精細，因為OEO會帶來延時，而我們知道EPON上行方向是突發的，這樣會帶來一些時序上的輕微措施，在長距離的情形下，表現將更加明顯。為此對於更長距離的應用將需要內置智能單元以截獲MPMC層的消息，來計算分析並彌補突發開銷。

EPON系統中上行使用1310nm波長，下行使用1490nm波長，採用的光纖維ITU-TG.652光纖，我們知道G.652光纖的零色散波長為1300~1324nm區間，上行波長正好在這個區間內，因此對於ONU的光譜特性要求不高，可以使用FP激光器。對於下行1490nm不在零色散波長區間，對於長距離EPON系統，OLT必須使用譜寬較窄的DFB激光器以減小色散代價。

EPON協議中有三個時間是很重要的一個是系統最大RTT，一個是註冊開窗時間還有一個是DBA輪詢周期。當加長傳輸距離后，距離OLT最遠的那個ONU的RTT最大，假設最遠ONU為70km，則RTT為2×（70000/2*10^8）=700us（光信號在真空中速度為3×10^8m/s，在光纖中速度按照2×10^8計），因此該情形下EPON系統的註冊開窗時間至少應該在700us以上。由上分析可見隨著傳輸距離的加長，註冊時間將不可避免的加長。另外需要考慮的是DBA的輪詢周期，DBA輪詢周期至少應該大於系統最大的RTT（即最遠ONU的往返時間），可見在長距離情形下，DBA的效率是較低的，在大多數情況下，建議採用SBA（靜態帶寬分配）演演算法來代替DBA。

10G EPON繼承了EPON和乙太網技術簡潔、廉價和產業鏈成熟的優點，隨著標準和產業鏈的快速成熟，10GEPON規模商用日趨臨近。據主流運營商預測，10GEPON將在1年內規模部署。而EPON標準和技術已經成熟，EPON迅速進入了大規模商用階段。目前中國市場EPON部署規模已經超過2000萬線。

EPON運維解決方案是長期的技術積累沉澱而成，正日漸得到市場的認可。而10GEPON標準與EPON標準一脈相承，基於成熟的EPON運維方案，目前10GEPON運維方案已經水到渠成。10GEPON即將規模發展，成熟而完善運維方案是其有力保障。

在研究開發PON產品的過程中，針對EPON網路運維的新問題，中興通訊一直同步研究解決FTTx網路的運維問題。中興通訊EPON運維解決方案是深厚的技術積累沉澱而成，推出后得到了市場的認可，已在多省市應用。 EPON運維方案在設備開通方面，做到了設備即插即用、即開即通、現場零配置；管理地址容易規劃、容易配置；設備出現故障后，更換工作量小。

在業務發放方面，方案支持業務集中、批量、快速發放；支持多種業務配置。

在設備管理方面，方案支持設備集中、統一管理；管理系統操作簡單、性能優異、易用性良好。

在服務保障方面，方案提供故障及時預警、故障遠程診斷、故障遠程處理。

在網路監控方面，方案提供設備遠程監控、運行環境監控。

在網路安全方面，方案提供設備認證、埠定位、用戶綁定和反查。

通過提供完善的EPON網路運維解決方案，中興通訊正幫助運營商順利推進中國“光進銅退”的建設。

EPON和10GEPON在標準定義方面一脈相承。IEEE802.3av在波長規劃、控制協議和管理機制等方面都進行了完善的考慮，10GEPON幾乎完全繼承了現有的EPON標準，僅僅是對EPON 的MPCP協議（IEEE802.3）進行擴展，增加了10Gbps能力的通告與協商機制，保證了10G EPON可以充分利用現有EPON的運維方案和管理機制。

標準充分考慮了10GEPON網路與現有EPON網路的兼容和平滑演進。因此在EPON運維方案日漸成熟，廣泛應用的基礎上，10GEPON的運維方案可謂水到渠成。

一是EPON、10GEPON有相似的業務模型。

在設備類型、應用場景、VLAN模型、業務標示映射方面，10GEPON與EPON相似，因而10GEPON的業務模型更容易學習，更容易接受。針對ONU設備類型，電信市場定義了不同的ONU設備類型，如SFU、HGU、SBU、MDU、MTU等，應用於不同的業務場景。10GEPON沿用原EPON的ONU設備類型，對各類型的介面定義稍作修改，而用戶模型和業務模型沿用EPON的模型。

二是EPON、10GEPON有相似的業務參數。

10EPON和EPON的配置、性能、告警參數來源於同一規範，業務模型比較簡單，10GEPON僅增補相關參數。EPON有較完善的故障診斷手段，10GEPON可以完全沿用EPON的故障診斷參數方法，只需要通過簡單配置，修改精度和範圍。在帶寬規劃參數方面，EPON規範中定義了3種帶寬類型：固定帶寬、保證帶寬、儘力而為帶寬。10GEPON帶寬類型與EPON一致，只有少量參數待修改，如DBA可配置帶寬、精度、步長。此外，10GEPON只需要修改少量的參數即可沿用EPON的配置、性能、告警。

三是10GEPON與EPON有一致的認證方式、一致的認證流程、一致的開通流程。

在管理模式上，EPONONU具有多種管理模式，包括擴展OAM、擴展OAM+ SNMP、擴展OAM+TR069三種方式。10G EPON管理模式沿用EPON的擴展OAM定義，增加10G EPON相關的擴展OAM定義。

在北向介面上，10GEPON的北向介面與EPON完全兼容，10GEPON完全重用EPON介面參數。10GEPON介面無需重新開發，業務支撐系統無需修改，整個運維流程不變。

運維護航，10GEPON 乘風破浪會有時

作為EPON下一代技術，10GEPON技術及產業鏈呈現出蓬勃發展的態勢。