EPON技术在办公大楼网络综合布线中的应用

EPON技术在办公大楼网络综合布线中的应用第1页共21页EPON技术在办公大楼网络综合布线中的应用（对《智能化办公大楼的功能设计与实现》一文的补充）王庭胜2013年5月28日我在百度上发表的《智能化办公大楼的功能设计与实现》一文中详细阐述过网络综合布线系统的规范设计与规范施工方法，这里所说的网络综合布线系统其传媒介质主要采用的网络线是传统的铜缆，即非屏蔽超五类、六类四对双绞线或屏蔽超五类、六类四对双绞线。用四对铜芯双绞线组成一个综合布线系统其优点是：一是容易灵活组网，二是施工难度不是很大，三是能实现较高的传输带宽，屏蔽六类线可实现千兆级带宽。四是若采用全屏蔽双绞线能有效防止电磁泄漏和电磁干扰，大大提高安全保密系数。用四对铜芯双绞线组成一个综合布线系统其缺点是有三个方面的问题和难点：一是双绞线的传输距离受到限制，无论是水平布线还是垂直布线单线最远布线长度不能超过90米，否则衰减增大，很容易造成掉包，使传输数据不完整。二是为了防止电磁泄漏和干扰，防止泄密，在具体施工时，若两种以上网络线特别是内部涉密网络线路和互联网络线路还有电源线路平行敷设在一个方向、一个布线空间时很难达到相互间的最小距离要求。按照网络综合布线规范，网络线与380V以下低压电源的最小间距在30公分以上，平行距离越长，要求间距越大；涉密网络线路与非涉密网络线路间距在30公分以上，平行距离越长，要求间距越大。如果两种网线都是屏蔽网线，也要求要有最少5公分EPON技术在办公大楼网络综合布线中的应用第2页共21页的间距。在大多数办公大楼，其电源线路、涉密网络线路、非涉密网络线路等各种线路在水平敷设时一般都利用水平楼道顶棚内架设桥架进行敷设，楼道的宽度一般都在2米左右，楼道顶内，除安装有电源线路的水平桥架通道外，有的还安装了喷淋主水管道，其有效空间更是狭小，根本不能满足各线路之间的间距要求。在垂直敷设时，虽然网络线路在一个弱电井，但大多都敷设在同一个金属桥架内，也根本满足不了各网络线间的间距要求。三是网络带宽受到限制，很难达到千兆以上。随着光纤技术的不断发展和广泛应用，现有的以铜缆为传媒介质、基于不对称数字用户线(ADSL)技术为基础的宽带接入建设模式将不能适应未来高清视频、大容量数据传送等高速率带宽业务的需求。“光进铜退”作为实施网络转型和固网宽带化的有效战略措施，在提高接入带宽，提升网络对业务的支撑能力等方面发挥着越来越明显的重要作用。基于以太网技术的无源光网络(EPON)技术在满足目前高速率带宽业务接入需求的同时，由于EPON网络的点对多点技术特点以及三重业务{VoIP（网络IP电话）、高速上网、IPTV(网络电视)}的开展，不但可以广泛应用于电信和电视进入千家万户的宽带组网，也可广泛应用于机关办公大楼的网络综合布线系统，大大提高机关办公网络的带宽和传输速率，并大大提高机关办公的效率和防止泄密的安全系数。EPON将以太网技术与无源光网络(PON)技术结合起来，其目标是用最简单的方式实现一个点到多个点拓扑结构的千兆以上以太网光纤接入网络。EPON可以大量采用以太网技术成熟的EPON技术在办公大楼网络综合布线中的应用第3页共21页芯片，实现简单，初始建设相对成本低，后续运行相对稳定、维护简单，容易扩展和易于升级的固定网络。一、基于以太网的EPON无源光网络技术EPON的组成单元如图1所示。数据光信号通过分光器（ODN）把光纤线路终端(OLT)一根光纤下行的信号进行分光，分成多路给每一个光网络单元(即用户终端ONU)，每个ONU上行的信号通过分光器耦合在一根光纤里给OLT。OLT的上级是核心交换机、核心路由器、加密机、防火墙和电信方的光收、发器等。OLT设备发挥交换机的作用。1．EPON网络介绍EPON（以太无源光网络）是一种新兴的光纤接入网技术，它是采用点到多点结构、无源光纤传输方式、基于高速以太网平台EPON技术在办公大楼网络综合布线中的应用第4页共21页和TDM时分MAC（MediaAccessControl）媒体访问控制方式、提供多种综合业务的宽带接入技术。所谓“无源”，是指ODN中不含有任何有源电子器件及电源，全部由光分路器（Splitter）等无源器件组成。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、方便管理等等。EPON可以实现语音、数据、视频、移动业务的融合。EPON系统主要由OLT（光线路终端）、ONU（光网络单元）、ONT（光网络终端）和ODN（光分配网）组成，它处于网络的接入网层面，主要适用于宽带业务的光纤接入。EPON网络中包括无源网络设备和有源网络设备。有源网络设备包括中心机房机架设备（OLT）和用户端光网络单元（ONU）。光网络单元（ONU）给户提供数据、视频和电话网络与PON之间的接口。ONU最初的作用是接收光路信号，然后转换成用户所需的格式（以太网、IP广播、电话、T1/E1等）。OLT设备则通过光纤跳线或网络线连接到上级核心网络。无源网络设备包括单模光缆、无源分光器/耦合器、适配器、连接器和光纤熔接头等。它一般放置于机房外，称为局外设备。无源网络设备十分简单、稳定可靠、寿命长、易于维护、价格较低。2．EPON网络基本原理EPON技术在办公大楼网络综合布线中的应用第5页共21页EPON系统采用WDM技术，实现单纤双向传输，用上行1310nm和下行1490nm波长传送数据和语音，CATV（有线电视）业务则使用1550nm波长承载。OLT放置在中心局（机房）端，分配和控制信道的连接，并有实时监控、管理及维护功能。ONU放置在用户侧，OLT与ONU之间通过无源的光分配网络按照1:2、1:4、1:8、1:16、1:32等方式连接。为了分离同一光纤上多个用户往返的信号，EPON采用以下2种复用技术。1）下行数据流采用广播技术。在EPON中，从OLT到多个ONU下行传输数据的过程采用数据广播方式发送。数据以变长信息包的形式，从OLT下行广播到多个ONU。每个信息包带有1个EPON包头，唯一标识该信息包是发给ONU-1、ONU-2还是ONU-3。也可标识为广播信息包发给所有ONU或发给特定的ONU组（多点传送信息包）。当数据到达ONU时，ONU通过地址匹配，接收并识别发给它的信息包，丢弃发给其他ONU的信息包。在ONU注册成动后分配1个唯一的LLID（配置方式）；OLT接收数据时比较LLID注册列表，ONU接收数据时，仅接收符合自己的LLID的帧或者广播帧。LLID是EPON系统分配给逻辑链接的一种数字标识．每一个逻辑链接都会分配到不同的LLID。在EPON系统中．LLID是由网管通过OLT分配的．OLT可以通过LLID辨别帧是由哪个ONU发来的．或者通过修改帧中的LLID将帧转发到相应的ONU处．于是，我们就能够建立起OLT到ONU．ONU到OLT的通路．完成OLT与ONU之间．以及ONU与ONU之EPON技术在办公大楼网络综合布线中的应用第6页共21页间的通信。每个ONU的LLID的数目是可以通过设置选择的每个LLID可以支持一个或者多个队列收发用户的数据。2）上行数据流采用TDMA（数字时分多址技术）技术。OLT接收数据前比较LLID注册列表；每个ONU在由局端设备OLT统一分配的时隙中发送数据帧；分配的时隙（通过测距技术）补偿了各个ONU距离的差距，避免了各个ONU之间的碰撞。二、EPON网络组网开发及应用EPON网络的组网方式一般分FTTH（光纤到户）、FTTB（光纤到楼）、FTTO光纤到办公室）、FTTN（光纤和双绞线结合）等多种方式。随着EPON网络技术的不断成熟和稳定，EPON网络技术同样也可以应用于机关办公大楼的全光纤覆盖，达到数据和业务信息的全光纤传输。机关办公大楼的EPON组网方式可灵活采用以上几种组网方式。1、单独办公大楼组一个EPON网络只有一幢办公大楼，只在该办公大楼组成一个EPON网，可采用FTTO光纤到办公室或FTTH光纤到户的组网方式。如图2：1）组单网用的光缆光纤分多模光纤和单模光纤两类，多模光纤和单模光纤的区别，主要在于光的传输方式不同，当然带宽容量也不一样。多模光纤直径较大{62.5mm（微米）或50mm}，允许上百个模式传输，色散大，工作在850nm或1310nm。不同波长和相位的光束沿光纤壁不停地反射着向前传输，造成色散，限制了两个中继器之间的传输距离和带宽。多模光纤的带宽约为2.5Gbps。单模EPON技术在办公大楼网络综合布线中的应用第7页共21页光纤只有一个波峰通过,故称为单模光纤,它的纤芯很细,约为8一10微米,光在其中直线传播，很少反射，所以色散减小、带宽增加，传输距离长。工作在长波长（1310nm和1550nm），但是与之配套的光端设备价格较高。单模光纤的带宽超过10Gbps。EPON网络选用的是单模光纤方式。组一个EPON网络只用光缆中的其中一根纤芯，所以组一个单网理论上只需单芯光缆即可满足要求，但实际上目前国内没有单芯光缆，有2芯、4芯以上到144芯的多芯单模光缆。组EPON单网最低需选用2芯室内光缆，一芯为主用，一芯为冗余备用。建议选用4芯光缆，有较大的冗余量，以后若再增组网络时，只考虑OLT和分光器设备的增加，直接利用已布设光缆中的冗余纤芯，不需再增加光缆。图22）OLT的选择及安放位置：EPON技术在办公大楼网络综合布线中的应用第8页共21页由于OLT是EPON网络的光线路终端和核心，起着承上启下的中心交换作用，所以一般都安装于中心机房，便于操作和管理。图中OLT到机房熔纤盒采用光纤跳线链接。来自每个楼层弱电井的光纤通过机房熔纤盒接入OLT。一般情况下一个楼层占用OLT一个PON端口，如果整个大楼有8层楼，则OLT最少需有8个PON端口，如果有20层楼，则需有20个以上的PON端口。楼层数越多，对OLT的参数指标要求就越高。3）分光器的安装位置：单独办公大楼的分光器一般设在每层楼的弱电井，相当于双绞线布线方案中的楼层设备间。区别主要是双绞线布线方案中的楼层设备间安装的是楼层交换机，是有源设备。而EPON的分光器是无源设备，来自OLT的下行光信号在这里通过分光器分光并由分光器熔纤盒分配给楼层各个办公室房间ONU，完成下行广播传输功能。来自楼层各ONU的光信号在这里通过分光器耦合汇集到楼层的一根纤芯里再到机房的OLT，完成光信号的上传功能。OLT的光信号从机房熔纤盒出来到办公楼每个房间的ONU之间、房间ONU发出的光信号通过楼层分光器到机房OLT之间均是无电源光信号传输，所以称EPON是无源光网络。图中楼层分光器前端的光熔纤盒熔接来自OLT到了楼层弱电井的纤芯，通过光纤跳线和楼层分光器相接。楼层分光器后端的光熔纤盒熔接来自楼层各房间ONU的纤芯，通过光跳线和相应的分光器的熔纤盒次序相连。分光器有1分2、1分4、1分8、1分16、1分32等规格，分的路数越多、分光比越大，光信号衰减越大。分光器的分光比EPON技术在办公大楼网络综合布线中的应用第9页共21页一般根据楼层房间和ONU的多少而定，楼层只有4个房间，用1:4的；有5到8个房间的，用1:8的，有9-16个房间的，用1:16的；有17-32个房间的，用1:32的。超过32个房间或ONU的楼层，需再从机房OLT的另一个PON口布设一根光缆，再加一个分光器继续再分配。分光器的分光比在OLT和ONU之间总计一般最好不要超过1:32，一条光链路中，一般只能设计最多两次分光，可以是一次1:32分光，也可以是一次1:4分光加一次1:8分光，也可以是一次1:2分光加一次1:16分光。笔者建议，在光网络组建中，除必须的EPON组成设备外，中间链路在设计时尽量减少中转、耦合次数，以减少故障点发生机率和中转、熔接所产生的光衰减值。另外在无源分光器的选择上秉承“够用、不过多预留”的原则。分光器分光路数越多，单路光衰减越大，如1:32路分光器，额定光衰减值在-15—17db,即单路光链路衰减