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EPON

EPON

分类: 光通讯
属性: 技术
最后修改时间: 2013年05月25日
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Ethernet Passive Optical Network (以太网无源光网络) 是一种新型的光纤接入网技术,它采用点到多点结构、无源光纤传输,在以太网之上提供多种业务。

技术概念

  无源光网络PON)的概念由来已久,它具有节省光纤资源、对网络协议透明的的特点,在光接入网中扮演着越来越重要的角色。EPON作为一种新型的光纤接入网技术,它采用点到多点结构、无源光纤传输,在以太网之上提供多种业务。以太网(Ethernet)技术经过二十年的发展,以其简便实用,价格低廉的特性,几乎已经完全统治了局域网,并在事实上被证明是承载IP数据包的最佳载体。随着IP业务在城域和干线传输中所占的比例不断攀升,以太网也在通过传输速率、可管理性等方面的改进,逐渐向接入、城域甚至骨干网上渗透。

  而以太网与PON的结合,便产生了以太网无源光网络(EPON)。EPON它在物理层采用了PON技术,在链路层使用以太网协议,利用PON的拓扑结构实现了以太网的接入。因此,它综合了PON技术和以太网技术的优点:低成本;高带宽;扩展性强,灵活快速的服务重组;与现有以太网的兼容性;方便的管理等等,正成为光接入网领域中的热门技术。

  由于EPON的众多优点,它越来越受到人们的青睐,即将成为宽带接入网一种最有效的通信方法。为了保证EPON网络能够稳定、高效、准确的运行,为EPON提供一个有效的网络管理系统显得尤为重要。
 

各种PON技术的发展:

APON(ATM PON)

  1995年提出,1996年由13家大型网络运营商同它们的主要设备供应商组成了FSAN (Full Service Access Network)联盟,155Mb/s的PON系统技术规范,ATM传输协议,ITU-T G.983系列标准;

BPON(Broadband PON)

  2001年,APON标准后来得到了加强,可支持622Mb/s的传输速率,同时加上了动态带宽分配、保护等功能,能提供以太网接入、视频发送、高速租用线路等业务,宽带的PON;

GPON(Gigabit PON)

  FSAN联盟进行1Gb/s以上速率的PON标准研究,希望提出一种方案,除了能运行在更高的速率外,还要在多业务、OAM&P、可扩缩性等方面较之其它的PON效率更高。这一研究使得Gigabit PON(GPON)出现。2003年1月,ITU-T批准确立了GPON标准G.984.1、G.984.2和G.984.3;

EPON(Ethernet PON)

  2000年11月,IEEE成立了802.3 EFM(Ethernet in the First Mile)研究组,业界有21个网络设备制造商发起成立了EFMA,实现Gb/s以太网点到多点的光传送方案,所以又称GEPON(GigabitEthernet PON)。EFM标准IEEE802.3ah;

  EPON 就是一种新兴的宽带接入技术,它通过一个单一的光纤接入系统,实现数据、语音及视频的综合业务接入,并具有良好的经济性。业内人士普遍认为,FTTH 是宽带接入的最终解决方式,而EPON 也将成为一种主流宽带接入技术。由于EPON网络结构的特点,宽带入户的特殊优越性,以及与计算机网络天然的有机结合,使得全世界的专家都一致认为,无源光网络是实现“三网合一”和解决信息高速公路“最后一公里”的最佳传输媒介。
 

EPON接入系统特点

  局端(OLT)与用户(ONU)之间仅有光纤、光分路器等光无源器件,无需租用机房、无需配备电源、无需有源设备维护人员,因此,可有效节省建设和运营维护成本;

  EPON采用以太网的传输格式同时也是用户局域网/驻地网的主流技术,二者具有天然的融合性,消除了复杂的传输协议转换带来的成本因素;

  采用单纤波分复用技术(下行1490nm,上行1310nm),仅需一根主干光纤和一个OLT,传输距离可达20公里。在ONU侧通过光分路器分送给最多32个用户,因此可大大降低OLT和主干光纤的成本压力;

  上下行均为千兆速率,下行采用针对不同用户加密广播传输的方式共享带宽,上行利用时分复用(TDMA)共享带宽。高速宽带,充分满足接入网客户的带宽需求,并可方便灵活的根据用户需求的变化动态分配带宽;

  点对多点的结构,只需增加ONU数量和少量用户侧光纤即可方便地对系统进行扩容升级,充分保护运营商的投资;

  EPON具有同时传输TDM、IP数据和视频广播的能力,其中TDM和IP数据采用IEEE 802.3以太网的格式进行传输,辅以电信级的网管系统,足以保证传输质量。通过扩展第三个波长(通常为1550nm)即可实现视频业务广播传输。

EPON与GPON的比较

  随着科学技术的不断进步和社会日益的发展,互联网逐渐走入寻常百姓家,宽带的速度越来越成为人们娱乐与工作中常常出现的话题,从窄带拨号到宽带上网,再到光纤接入上网,宽带网络速度日益加快,如今PON技术逐渐走向前台。目前,有两个颇为引人注目的PON标准已正式发布,其中一个是由ITU/FSAN制定的Gigabit PON(GPON)标准,另一个是由IEEE 802.3ah工作组制定的Ethernet PON(EPON)标准。在PON技术已被毋庸置疑地认为是未来FTTH时代的终极解决方案之后,EPON和GPON谁将主导FTTH大潮已成为当前新的争论热点。

上行可用带宽

  从系统上行传输总带宽中减去各种系统运行开销就是上行可用带宽。它与系统中包含的ONU数量、DBA(动态带宽分配)算法的轮询周期、承载业务的类型以及各业务所占比例等都有很大关系。EPON和GPON都是宽带接入技术,承载的业务以IP数据业务为主。下面将分别计算EPON和GPON在包含32个ONU,轮询周期为750s的情况下,承载纯IP业务时的上行可用带宽。EPON的上行线路速率是1.25Gbit/s,因为采用了8B/1OB线路编码,每10bit中有8bit有效数据,所以其有效上行传输总带宽为1Gbit/s,即1000Mbit/s。EPON上行的系统运行开销及其占总带宽的比例如下:用于突发接收的物理层开销:约3.5%;以太网帧的封装开销:约7.4%;MPCP(多点控制协议)和OAM(运行管理维护)协议开销:约2.9%;DBA算法造成的剩余时隙(即不足以传输一个完整以太网帧的时隙)浪费:约0.6%;EPON上行总开销为上述开销之和,约为144Mbit/s,可用带宽约为856Mbit/s(即1000Mbit/s-144Mbit/s)。上行线路速率为1.244Gbit/s的GPON,采用NRZ编码,上行总带宽为1.244Gbit/s,即1244Mbit/s。GPON上行的系统运行开销及其占总带宽的比例如下:用于突发接收的物理层开销:约2.0%;GEM(GPON封装方法)帧和以太网帧的封装开销:约5.8%;PLOAM(物理层运行管理维护)协议开销:约2.1%;DBA算法剩余时隙引入额外的封装开销(GPON中允许分割帧,当剩余时隙不足以传输一个完整的以太网帧时,该以太网帧可以被分割成多个GEM帧传输,但每段分割的帧都要再额外增加一个新的GEM帧头):约0.8%。GPON上行总开销为上述开销之和,约为133Mbit/s,可用带宽约为1111Mbit/s(即1244Mbit/s-133Mbit/s)。

技术成熟度

  EPON ①标准 EPON的标准是IEEE802.3ah,标准中定义了EPON的物理层、MPCP(多点控制协议)、OAM(运行管理维护)等相关内容。IEEE制定EPON标准的基本原则是尽量在802.3体系结构内进行EPON的标准化工作,最小程度地扩充标准以太网的MAC协议。②核心芯片 目前可以提供EPON核心芯片的专业厂商有5-6家(不包括自主设计芯片的系统厂商),在标准讨论的过程中,这些厂商就己开始芯片的设计和验证,因此在802.3ah标准正式颁布时,他们大多都已推出了第二代和标准完全兼容的芯片,可以迅速支持EPON系统的大规模部署。
GPON ①标准 GPON的标准是ITU-T G.984系列标准,规定了GPON的物理层、TC层和OAM相关功能。GPON标准的制订考虑了对传统TDM业务的支持,继续采用125s固定帧结构,以保持8K定时延续。为了支持ATM等多协议,GPON定义了一种全新的封装结构GEM(GPON encapsulation method),可以把ATM和其它协议的数据混合封装成帧。②核心芯片 除GPON设备厂商自主设计的GPON芯片外,目前还没有专业的芯片厂商推出商用GPON核心芯片。GPON设备上使用的模块都是专用的自主或协作开发的模块,还没有专业的模块厂商可以提供样品,更谈不上大规模量产。

多业务能力和安全性

  目前对EPON多业务能力质疑最多的就是它传输传统TDM业务的能力。且不说目前EPON设备厂商采用的各种TDM over Ethernet的专利技术提供了EPON单一网段的TDM业务传输通道,从测试结果来看,其性能完全满足1.5ms时延等指标要求,完全符合传统TDM业务的应用标准。就是在普通的以太网设备上,现在也可以使用各种标准的PWE3(pseudowire emulation edge to edge)设备提供跨网段、端到端的、透明的传统点对点TDM通道。而且,随着传统TDM业务量所占比例的日趋减少,使用分组交换技术,把TDM业务收容到日益扩大的分组网络中来,无疑将是一种更为经济的手段。在安全性方面,EPON也使用标准的基于AES的加密技术,其安全性和GPON无区别。
 

QoS

  在QoS方面,EPON定义了8个优先级队列,DBA算法也考虑了对不同优先级队列的带宽分配策略和公平性等问题。对于数据包中的IP优先级或以太网优先级可以很容易地映射到这8个优先级队列中,再通过DBA算法保证其传输的带宽和时延,因此完全可以满足不同业务的QoS要求。GPON中OLT检测每个CONT-T的业务负荷,用于预测/分析ONU的业务流情况和网络的拥塞情况,根据网络状况给每个CONT-T分配资源,但并不涉及VP/VC或Port_ID的QoS。VP/VC或Port_ID提供的QoS保证由两端的ATM/GEM client的相应机制来完成。对于有不同QoS要求的业务,GPON通过使用指针安排ONU用不同的传输方式来实现:调整其授权带宽和授权周期来保证业务的带宽和时延要求。实际上,在如何保证业务的QoS方面,EPON和GPON的实现机理本质上是一样的。GPON中的OAM包括带宽授权分配、DBA、链路监测、保护倒换、密钥交换以及各种告警功能。从标准本身来看,GPON标准中定义的OAM信息比EPON标准定义的丰富,不过从实际的设备来看,二者提供的功能并没有多少差异,目前的EPON设备也能提供这些功能。

总结

  综上所述,在QoS、多业务承载、安全性等方面,目前的EPON产品与GPON标准规范的相当,但每单位带宽成本则要比GPON低得多,而且EPON的技术更成熟,更早被市场接受,更早进入大规模商用的阶段。下一代网络将是基于分组的网络,目前以太网作为分组网络的绝对主流承载平台,已经是一个不争的事实。将来用户侧的网络接口肯定是一个以太网的接口,城域网上的以太网接口肯定也会随处可见,使用以太网技术把两侧的以太网接口连接起来将会是一件很自然的事情。
  

  • EPON资讯
  • EPON技术在视频监控中的应用
  • 随着经济发展和社会进步,人们公共聚会越来越多,同时危害公共安全的破坏案件也给和谐社会带来严峻的挑战。
  • 网络监控项目中采用EPON设备的优势
  • 接入网采用PON(无源光网络)技术,由于是无源的技术,不容易受到外界环境的干扰,使得网络中的故障点减少,带来维护的便利,光纤网络介质随距离信号衰减度非常小,提高了网络的稳定性。
  • 中国电信上海公司:应用10G-EPON技术 打造超宽带接入网络
  • 近年来,高清视频、大数据、云存储、物联网、可视通信、视频监控、互动游戏、远程医疗等高带宽融合型“互联网+”应用迅速发展,用户上下行带宽需求持续保持增长。作为业务承载通道,多样化的接入网部分是其中最为复杂也是速率和质量容易出现瓶颈的环节,宽带提速需求显著。
  • 融合EPON的电能信息采集系统建设
  • 随着智能电网技术在现代电网建设多个领域的应用与展开,与用户侧紧密相关的电能信息采集系统也面临着技术和管理方面的革新。
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