[摘要]文章阐述EPON的基本原理及其优点,并对EPON的几个关键技术进行阐述,提出EPON技术在现阶段发展过程中存在的问题。
　　 [关键词]EPON;关键技术;FTTH;网络
　　 [作者简介]吕俊敏,广东公诚通信建设监理有限公司,广东汕头,515041
　　 [中图分类号] TN929.1 [文献标识码] A [文章编号] 1007-7723(2010)05-0036-0002
　　
　　一、引言
　　 近年来传输网得到了迅猛发展,最近发展起来的基于MPLS-TP的传输网络技术,传输带宽、速率、多业务特性都得到了快速的发展。而对于接入网来说,传统的ADSL和LAN接入技术已经难以满足日益增长的新业务和高带宽需求,而“以太网无源光网络”(EPON)就是突破接入部分带宽“瓶颈”的技术之一。
　　二、EPON基本原理
　　 EPON是一种采用点到多点(P2MP)结构的单纤双向光接入网络,其典型结构由光线路终端(OLT)、光分配网络(ODN)和光网络单元(ONU)三部分构成。OLT位于网络侧,放在中心机房,完成业务汇聚处理。ONU接入控制、带宽分配管理、维护管理、系统监控等功能。ONU位于用户端,完成用户综合业务的接入(数据、语音,IPTV等),根据ONU的类型,可以分别放置在路边、楼道、家庭,构成FTTC、FTTB、FTTH等典型应用。ODN全部由无源光分路器组成,使得网络布放更加灵活、无需机房和电源,节省人工维护成本。EPON在单根光纤的下行方向使用1490nm波长,上行方向使用1310nm波长,如果集成CATV广播电视业务,则可以在下行方向增加1550nm波长进行波分复用。
　　三、EPON的优点
　　 EPON的优点主要表现在:
　　 (一)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;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。
　　 (二)提供非常高的带宽
　　 EPON 目前可以提供上下行对称的1Gbps的带宽,并且随着以太技术的发展可以升级到10Gbps。
　　 (三)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。
　　四、EPON的关键技术
　　 EPON由物理层和数据链路层构成。因此,其关键技术可以分为物理层关键技术和MAC层以上关键技术(主要集中于MPCP中)。下面分别介绍。
　　 (一)EPON的MAC层关键技术
　　 EPON的MAC层的基本功能是:当MAC层收到来自高层的请求指令时,就根据接收到的参数加上包头和帧检验信息。当收到一个帧的时候,MAC会检查数据的有效性,去除包头和包尾,并且将数据传送到高层。
　　 MAC CONTROL层原来是一个可选的子层,它一般用来产生流控信息。在EPON中,媒体接入控制中的多点MAC CONTROL层(MPCP)的引入使得MACCONTROL成为必选层。其主要作用是完成多点媒体接入的功能,包括测距和时延补偿,动态带宽分配和时隙分配等。这些关键技术描述如下:
　　 1.上行信道复用技术: 上行信道复用技术是EPON技术的核心,从目前的研究来看, 大多数方案都使用了DWDM+TDMA的复用方法。DWDM的使用是发展的趋势,但主要取决于光器件。因此,讨论的主要焦点是 TDMA的实现方法,即如何使用TDMA的方法使上行信道的带宽利用率、时延和时延抖动等指标达到要求。其中上行带宽的分配方法、ONU发送窗13是固定还是可变的、最大的ONU发送窗口应为多大、ONU发送窗13的间隔、以太网帧是否切割等问题都有待于研究和确定。
　　 2.测距和时延补偿技术: 由于各个ONU信号到达OLT的时间不确定,并且到达OLT的时延也不同,各个ONU的上行帧会发生碰撞, 因此必须采用测距技术进行时延补偿。各个ONU到OLT的物理距离的不同、环境温度的变化和光电器件的老化等因素都可能产生传输时延。如果能准确测量各个ONU到OLT的距离,并能精确地调整ONU的发送时延,则可以减小ONU发送窗13间的间隔从而提高上行信道的利用率并减小时延。测距的程序可以分为粗测和精测。在ONU的注册阶段,进行静态粗测补偿由物理距离差异造成的时延,而在通信过程中实时进行动态精测, 以校正由于环境温度变化和器件老化等因素引起的时延漂移。测距方法有扩频法、带外法和带内开窗法等几种。另外,测距过程应充分考虑整个EPON的配置情况。例如,如果系统在工作中加入新的ONU,此时对它的测距不应对其他ONU有太大的影响。
　　 3.动态带宽分配(DBA):动态带宽分配算法是实时地改变EPONI的各ONU上行带宽的机制,即OLT根据ONU的请求情况动态地将系统带宽分配给各个ONU。这种分配由MAC控制层的授权 (grant)信息和请求(request)信息2个管理信息来完成。OLT发送授权信息来分配一个时隙给某个ONU,该信息不需要ONU发回确认;ONU通过发送请求信息来报告其状态的改变,请求信息不需要OLT来进行确认。通过动态带宽分配可以较小的代价共享系统带宽,实现宽带综合业务的接入。在EPON中动态带宽分配的目标是将系统带宽公平、高效地分配给各个ONU和各种业务。
　　 (二) EPON的物理层关键技术
　　 EPON物理层的基本功能是:将数据编成合适的线路码,完成数据的前向纠错,将数据通过光/电、电/光转换实现数据的收发。
　　 EPON的物理层由物理编码子层(PCS)、FEC子层、物理媒质接入(PMA)子层和物理媒质相关子层(PMD)4个子层构成。PCS处于物理层的最上层,其主要核心技术为8B/10B、10B/8B编码变换,8B/10B编码器的工作频率是125 MHz,该子层不仅要实现8B/10B编译码及数据的组装,还要完成突发数据的收发。
　　 物理层的关键技术包括:
　　 1.光器件: 由于EPON上行信道是所有ONU分时复用的, 每个ONUR能在指定的时间窗口内发送数据。因此,EPON上行信道中传输的是突发信号,这就要求在ONU和OLTO使用支持突发信号的光器件。
　　 2.突发信号的快速同步:由于OLT从ONU接收到的信号为突发信号,因此,OLTE必须在很短的时间内与ONU实现相位的同步,快速恢复时钟,进而接收数据。要使整个系统达到同步,必须有一个共同的参考时钟,在EPON中以OLT时钟为参考时钟,各个ONU时钟和OLT时钟同步。OLT周期性的广播发送同步信息(sync)给各个ONU ,使其调整自己的时钟。
　　 3.支持远端数据突发和局端突发接收的PCS模块:在各ONU向OLT突发发送数据的时候,得到授权的ONU在规定的时隙里发送数据包,没有得到授权的ONU处于休息状态。这种在上行时不是连续发送数据的通信模式叫突发通信。在OLT侧,PCS的发送和接收都处于连续的工作模式;而在ONU侧,PCS子层接收方向是连续接收OLT侧发来的广播数据,发送方向以突发的方式工作。因此,EPON的PCS子层不仅要能像千兆以太网的PCS子层一样在连续的数据流状态下正常工作;并且,在突发发送和突发接收数据时也要保持稳定。其中,OLT侧的突发同步和突发接收是实现EPON系统PCS子层技术的关键。

　 现有的PCS技术都是基于数据的连续发送和连续接收设计的,市售的芯片均不能提供EPON要求的PCS模块。在EPON系统中需要两种不同类别的PCS模块:远端上行数据突发,下行数据连续;局端下行数据连续,上行数据突发。
　　 4. FEC技术:使用FEC技术可以减小激光器的发射功率,增加光信号的最大传输距离,有效地减小误码率, 满足高性能光纤通信的要求。使用FEC技术还可以支持长距离大分路比下的数据传输。为了能在大分路比的情况下使光信号达到20 km的传输距离,必须配合使用FEC技术来降低误码率;同理,在分路比不大时(1∶32),光信号可以传输更远的距离。目前,实现前向纠错技术存在两种不同的解决方案:一种是基于帧的前向纠错技术(F-FEC);另一种是基于流的前向纠错技术(S-FEC)。前者在进行编译码的时候,由于充分考虑了和现有以太网帧格式的兼容性,将校验码附加在以太网帧的后面,不破坏现有以太网的帧格式,因此,有更大的实际应用价值。该子层对于整个系统来说是可选的,不过有了FEC技术的支持,系统的适应能力会更强。
　　 除此之外,下行信道的安全性、如何实现服务质量(QOS)、如何实现虚拟局域网(VLAN)和网管等也是影响EPON应用前景的问题,必须加以考虑。
　　五、EPON技术发展过程中存在的问题
　　 EPON产品具备多种的应用价值,能够帮助我们解决接入网建设中的很多实际问题。如此看来,EPON的发展前景是一片光明。不过,FTTX市场的发展变化,还有许多要解决问题,有许多的不确定因素。
　　 第一个问题就是业界所熟悉的EPON和GPON的技术竞争问题。学者们习惯于连篇累牍地分析技术的优劣。就笔者个人而言,其实更愿意将这种竞争看作是商业利益的博弈,而非简单的技术比较。正因为如此,对于国内市场而言,这个方程的求解还需要较长的时间。哪一种技术能够以符合要求的业务提供能力,以合理的成本占领市场,需要多方因素的交错作用来验证。
　　 第二个问题是成本问题。根据目前的信息,采用EPON实现的纯数据业务FTTH,综合每线成本可以控制在1500元甚至更低;随着运营商集采的展开,设备价格很可能进一步有明显的降低。这将极大促进发达区域的FTTH应用,预计在近期内可以形成价格与用量的良性互动。
　　 第三个问题是FTTH的工程规划、实施、业务受理、开通、维护、排障等配套技术和管理问题的解决将越来越显示出其重要性。这些问题能否在短时间内得到较好的解决将影响到EPON乃至FTTH的推进进程,因此值得整个行业关注。
　　 第四个问题是业务问题。IPTV业务和其他视频业务的发展情况将在很大程度上影响FTTH的推进进程。笔者认为,IPTV与FTTH是共生的关系,两者的结合才能对运营商、电信行业产生巨大的推动力。目前的政策不确定性也将对EPON的推进产生一定程度的负面影响。
　　 以上的几个问题,随便任何一个都可能影响到EPON和FTTH的发展进程。
　　六、结语
　　 随着宽带业务的发展,人们越来越意识到网络的接入部分(最后1km)存在严重的带宽“瓶颈”。而 EPON是在标准的以太网协议的基础上扩展MAC协议发展而来,具有标准成熟、协议简单、随处可见等优势,可以提供高带宽和长距离的综合业务接入,为最后一公里问题提供了很好的解决方案。
　　
　　[参考文献]
　　[1]阎德升,边恩炯,王旭.EPON新一代宽带光接入技术与应用[M].北京:机械工业出版社,2007.
　　[2]胡保民,刘武.10GEPON的研究[J].光电工程,2006,23(9).