EPON在用户接入网的应用研究

EPON在用户接入网的应用研究1、前言FTTx采用光纤作为传输媒质，具有传输容量大、质量高、可靠性高，传输距离长、抗电磁干扰等优点，是宽带接入的发展方向。中国电信集团（简称中国电信）积极推进FTTx的试验和建设，从2005年开始，组织了多种EPON（以太无源光网络）设备的评估测试和互通测试，制定了EPON设备的企业技术标准、网络规划方案和设计、施工验收规范，并以“加强领导、积极试验、实时总结、有序推广”的方针为指导，对FTTH相关的技术标准、规划建设、业务应用、运行维护方面进行研究和探索，在广东、上海、湖北、北京4个省和直辖市开展了FTTH的现场试验，测试情况见表1表14个省和直辖市的测试情况中国电信南北方的网络结构差异较大，南方现有的接入网主要以ADSL/ADSL2+和LAN（局域网）技术为主，大量的铜缆作为主要的传输媒质，因此要综合考虑设成本、业务需求、技术成熟度、竞争形势等多方面的因素，决定何时、何地、以何种方式通过“光进铜退”最终实现FTTH。北方的网络建设从零开始，由于铜缆传输带宽有限、不抗电磁干扰、传输距离短，对于管道资源缺乏的中国电信来说，已经不再适用。目前，北方城域网和接入网的建设主要以SDH（同步数字体系）的环形、树形结构建网，提倡FTTB和FTTH，因此，北方需要考虑的不是“光进铜退”的问题，而是选择能够满足业务快速发展的技术和组网方式。2、写字楼现行组网结构及存在的问题2.1写字楼用户需求写字楼内的客户基本分为3类，一类是人数在几十人以下的小型企业；另一类为从几十到几百人的中型企业；第三类为从几百人到几千人的大型企业。通常情况下，中小型企业占大厦用户数的90%，大型企业仅占10%。根据企业规模不同，采用的业务和组网方式也有一定区别，具体如下：（1）小型企业的业务应用●语音：有直线电话需求。●互联网：租用宽带端口连接到自己的LAN（LAN端口或ADSL端口），速率从512kbit/s到2Mbit/s不等。●数据专线：使用量较小，部分有少量数据业务需求，通常使用的业务为DDN（数字数据网）/FR、SDH/MSTP。（2）中型企业的业务应用●语音：企业自建PBX（专用交换机），有E1中继电路需求。●互联网：通过专线接入互联网，速率从1Mbit/s到100Mbit/s不等，接口类型通常为FE或E1。●数据专线：组建WAN（广域网），采用的业务类型有DDN/FR、SDH/MSTP，接口类型通常为FE或E1。（3）大型企业的业务应用●语音：企业自建PBX，有E1中继电路需求。●互联网：通过专线接入互联网，接口类型速率通常为FE、E1、GE。●数据专线：组建WAN，采用的业务类型有SDH/MSTP、ATM/DDN/FR、MPLSVPN，接口类型通常为FE、E1，还会有45Mbit/s、155Mbit/s、622Mbit/s甚至2.5Gbit/s的接口。2.2写字楼组网结构新兴固网运营商本地资源缺乏，通常需要在写字楼内新建网络，通常采用的组网结构如图1所示。运营商在大楼内建设专用通信机房，配备大容量（2.5Gbit/s或622Mbit/s）的SDH传输设备。传输设备上行连接到SDH城域网，通过SDH城域网络连接到PSTN、ATM/DDN/FR、VPN等各种业务网络，传输设备下行连接交换系统、宽带接入系统（如ADSL/ADSL2+等），根据用户需求以专用机房为核心向用户延伸。图1写字楼组网结构大、中、小型企业的组网方案各不相同，分别如下：（1）小型企业组网方案运营商直接利用大厦机房的语音交换机提供直线电话或者模拟中继线路，通过DSLAM或者LAN提供宽带业务。对于部分有专线需求的客户，则在机房和用户侧增加一对HDSLmodem实现光缆接入。（2）中型企业组网方案无论是语音中继线还是数据线路，中型企业对FE、E1线路的使用量都较大，小型客户的组网方案不能满足其需求。必须在客户侧建设能够提供FE、E1接口的设备，SDH传输设备、HDSLmodem或光modem都可以满足这些要求，但由于这两种设备接口较少，因此需要的设备数量多，且无法管理，建设、维护的成本都比较高。而SDH传输设备成本相对较高。目前，针对业务量不大的中型客户采用光modem或HDSLmodem接入，对于业务量较大的中型客户采用光传输设备接入。（3）大型企业组网方案大型客户需要使用FE、E1、45Mbit/s、155Mbit/s、622Mbit/s甚至2.5Gbit/s线路，运营商常提供SDH传输设备作为接入手段来满足大量数据业务需求。从运营经验来看，以上的网络结构比较有利于运营的管理，而目前还有一种普遍的情况是：由于机房建设周期长，大厦内的客户又急需电信服务，因此只能在用户端建设小型SDH传输设备。随着大厦内客户逐渐增加，用户端的小型传输设备也逐渐增加，分散的SDH传输设备分布在大厦内无法收敛，占用大量宝贵的外线光缆资源，使得原本就紧缺的光缆更加紧张。2.3存在的问题对于新型的运营商，在现有写字楼组网时面临的尴尬问题主要有：●中心机房建设困难。由于大部分写字楼没有预留富余机房，因此机房从洽谈、选址到建设，势必影响网络的建设和业务的开展。●大量消耗外线光缆。如果没有中心机房，分散的SDH传输设备分布在大厦内将无法收敛，占用大量宝贵的外线光缆资源。●用户设备种类复杂，实现统一网络管理比较难。如上所述客户端有光SDH传输设备、光modem、HDSLmodem等，其中光modem和HDSLmodem无法实现网管监控，如果出现故障则很难排查。●基础网络建设成本高。机房面积根据大厦的面积和用户数折算，一般5×105m?的大厦，机房面积为20～30m?，机房的租金、电费、维护费等，每年需要大约10万元人民币。●设备成本。传输设备、DSLAM设备和交换设备以及用户侧设置的modem、HDSLmodem、小型SDH传输设备，总成本约为150万元人民币。3、EPON用于商务楼宇的应用测试根据以上写字楼的业务需求，中国电信制定了EPON的业务应用测试方案，以探讨EPON在写字楼的应用，并观察EPON在业务提供、技术成熟度、建设成本等方面能否替代现有写字楼接入的方案。3.1测试内容针对商业客户对语音、数据、互联网业务的需求，对以下业务进行了测试：●普通电话业务。直接用ONU或者ONU+IAD承载电话业务。●普通宽带业务。直接用ONU或者ONU+LAN承载宽带业务。●宽带专线业务。直接用ONU承载百兆以内的专线接入互联网，提供基于FE、E1接口的各种速率的接入。●数据专线业务。直接用ONU承载百兆以内的点对点专线，提供基于FE、E1接口的各种速率的接入。具体测试内容如下：●E1电路仿真功能和性能测试。●点到点专线测试。●互联网接入专线测试。●ONU提供语音和ONU+IAD测试。●保护测试。●OLT带宽分配测试。●网管测试。本次测试的网络拓扑结构如图2所示，涉及的主要设备为：图2EPON应用测试拓扑结构●OLT设备。吉比特能力的OLT设备，单板可支持2个PON，最大可接入64个ONU/用户，单框可接入1024个ONU/用户。●ODN（光配线网络）设备。分路比为1:4、1:8、1:32的3台ODN设备。●ONU。综合业务办公ONU（支持4FE+4E1+8POTS接口）、综合业务家庭ONU（支持2FE+2POTS+CATV接口）等6台ONU设备。●带MSTP功能的SDH传输设备2台，数据交换机2台，IAD2台。●测试设备。HP37718SDH分析仪两台，SmartBits600EOT分析仪1台。测试拓扑结构如图2所示，由于有时ONU与ODN间的距离很短，可以忽略，所以图中用0km表示。3.2测试结果（1）E1电路仿真功能和性能测试E1电路仿真功能对时延、抖动、误码进行了测试，双向时延为3ms左右；容限符合模板，输出抖动峰值为0.010UI；64h无误码。EPON和传输设备的互通。OLT的155Mbit/s光口均可与所用华为、Alcatel传输设备155Mbit/s光口互通：OLT的2Mbit/sE1口均可与所用华为、Alcatel传输设备E1口互通。（2）点到点专线测试OLT内部点到点专线，OLT之间的点到点专线，OLT通过传输网后的专线均能互通，且限速精度为5‰左右。（3）互联网接入专线测试OLT上联交换机、路由器及MSTP设备均能实现互通，通过网管可以分别对ONU上下行业务进行限速，限速精度在5‰左右，且交换机可以根据VLAN标签将业务分发到不同的FE端口。MSTP设备可根据VLAN标签将业务映射到不同的时隙，并将业务分发到不同的FE端口，但部分厂家的MSTP不能识别VLAN标签，需远端设备支持VLAN。（4）普通电话业务测试通过ONU提供的POS口直接连接电话，测试性能良好。ONU+IAD电话业务和数据业务可同时接通，ONU通过MAC地址区分语音业务和数据业务，对语音业务加上VLAN标签，与数据业务透传，互不影响，语音质量优良。（5）保护测试传输设备与OLT间的光缆中断，主用到备用的倒换时间为13ms左右；备用到主用的恢复时间为10ms左右。OLT与ONU间的光缆中断，主用到备用的倒换时间在2s左右；备用到主用的倒换时间在2ms左右，主用到备用的倒换时间没有达到传输设备倒换时间小于50ms的要求，但是2s的中断时间不会影响用户的使用感受。ODN与ONU间的光缆中断，主用到备用的倒换时间在2ms左右；备用到主用的倒换时间在2ms左右。（6）QoS测试通过OLT观察收包情况，高优先级速率可得到保证，低优先级只能使用剩余带宽，高优先级与低优先数据包数量比为8：1。证明EPON系统可支持VLAN和LLID优先级。（7）OLT带宽分配测试静态带宽分配，在颗粒度限制为1kbit/s时测试实际带宽值，完成1kbit/s的带宽分配效果不明显，调整准确度较低；颗粒度限制在16kbit/s以上，带宽分配准确度较高。动态带宽分配，能够在ONU保证带宽的条件下，所有ONU均分剩余带宽。（8）网管测试EPON网管包括基本的5大管理功能：配置管理、故障管理、性能管理、安全管理和计费管理。通过试验证明，测试的EPON设备对网管支持能力比较令人满意，只是在PON接口物理层性能（如光通道误码率）严重下降时，系统还不能产生告警，因此不便于主动发现故障。以上的测试数据表明，EPON能够有效地为写字楼内的客户提供语音、普通宽带、数据专线、宽带专线等服务。4、EPON应用模型分析4.1写字楼综合接入模型典型的EPON系统组网方案如图3所示，由OLT/ONU/ONT、POS/ODN组成。图3典型EPON系统网络结构（1）OLTOLT放在运营商机房，下行方向提供面向无源光网络的光纤接口；在上行方向，提供GE（吉比特以太网）接口，ATM、FR以及OC3/12/48/192等速率的SDH/SONET的接口标准，OLT通过支持E1接口来实现传统的TDM语音接入。（2）ONU/ONTONU/ONT放在用户驻地侧，上行方向通过光缆连接到ODN，下行方向为客户提供语音、数字、CATV等接口。（3）ODNODN是无源光纤分支器，是连接OLT和ONU的无源设备，分路比为1:8、1:16、1:32、1:64，并可以进行多级连接。写字楼的EPON组网方案与典型的EPON组网方案基本相同，如图4所示，将OLT放置在局端，上行连接各种网络，下行连接ODN，ODN和ONU都建设在写字楼内，连接ONU和ODN的光缆可以布放皮线光缆，节省成本。但写字楼的复杂性决定了单独使用FTTO、FTTB不能满足楼宇对综合业务的需求，利用FTTO/FTTB混合组网，EPON+AG/IAD、EPON+以太网交换机等设备才能够实现对写字楼的组网应用。根据用户属性的不同，EPON应用模型也有所不同：图4EPON在写字楼的部署模型（1）小型企业EPON应用模型●语音：由ONU+IAD提供普通电话，当然如果用户量较少，ONU也可以直接提供普通电话接口。●互联网：由ONU的FE端口提供互联网接口，如果用户只能接受普通宽带的价格，可以将大厦内同类客户的上联方式设置为共享带