论EPON技术在移动通信接入中的应用
摘要：目前EPON在广电网络中的应用已比较成熟,但在移动通信领域仍不太成熟.针对目前的移动通信接入体系存在的种种弊端,如在小区间切换困难,信号不稳定,存在延迟等, EPON技术逐渐被引入移动通信领域。本文介绍了EPON在移动通信接入中的应用及特点.
关键字: EPON,OLT,ODN,POS,ONU
Abstract: At present EPON in broad electric network application is already quite mature, but in mobile communication domain it is still not too mature.In view of all sorts of defects of present access system of mobile communication，such as difficulties in switching between cells, unstable signals, existing detention and so on, the EPON technology is introduced gradually into the mobile communication domain. This article introduces the applications and characteristics of EPON in the technology of access of mobile communication.
Keywords: EPON,OLT,ODN,POS,ONU
1、概述
EPON（Ethernet Passive Optical Network）以太无源光网络是PON技术中最新的一种，由IEEE802.3EFM（Ethernet for the First Mile）提出。EPON是一种采用点到多点网络结构、无源光纤传输方式、基于高速以太网平台和TDM（Time Division Multiplexing）时分MAC（Media Access Control）媒体访问控制方式提供多种综合业务的宽带接入技术。
EPON的标准化工作则主要由IEEE的802.3ah即EFM(第一英里以太网)工作组来完成，其标准制定基本原则是：尽量在802.3体系结构内进行EFON的标准化工作。在与APON类似的结构和G .983的基础上，以Ethernet技术代替ATM技术作为数据链路层协议，构成一个可以提供更大带宽，更低成本和更强业务能力的结合体。
一个无源光网络是单一且光纤共享，同时并使用便宜的分光器，把信号从单一光纤分散至独立的用户，之所以被称呼为“无源光网络”是因为有别于传统的电信机房局端及客户端的连接，这其中并没有一个有源电子设备装置介于该接入网络之间，这样的优势大大的简化了网络系统的操作、维护及成本，另一个优点为相比于一个点对点的光纤网络中，其所使用的光纤并不需要很多.
蜂窝小区可接入的用户数受频率资源的限制，为了使用户得到满意的服务，小区的半径就不能过大，而这又会大大增加切换的次数和复杂性。
如今，EPON技术在宽带接入应用中充分体现出高带宽、低成本、对多种业务的支持以及简单灵活的优势。将EPON技术应用于无线网络的有线传输系统，在低成本解决基本的无
线业务传输的同时，还可以充分发挥其高带宽的优势，同时提供各种宽带接入服务，使无线网络成为一个可以同时提供无线、有线业务的综合网络，其简单灵活的特点，则可以大大降低网络整体的拥有成本和维护费用。
2、工作原理
EPON网络包括光线路终端(Optical Line Terminal，OLT)及光网络单元(Optical Network Unit，ONU)。一般而言，OLT存在于局端电信机房(Central Office，CO)，多为以太网络交换机或媒体转换器平台，ONU则多置于靠近客户端，如路边、建筑物或用户住处，提供802.3ah WAN接口及802.3ah客户端接口。
尽管在结构上与ATM PON类似，但EPON在功能和实现上都与ATM PON有所不同，因此，其各部分实现的功能也和ATM PON不同：
1． OLT：作为EPON的核心，OLT应实现以下功能:
(1)向ONU以广播方式发送以太网数据。
(2)发起并控制测距过程，并记录测距信息。
(3)发起并控制ONU功率控制。
(4)为ONU分配带宽，即控制ONU发送数据的起始时间和发送窗口大小。
其它相关的以太网功能。
2． ODN：由无源光分路器和光纤构成。
3． ONU：ONU为由户提供EPON接入的功能:
(1)选择接收OLT发送的广播数据。
(2)响应OLT发出的测距及功率控制命令，并作相应的调整。
(3)对用户的以太网数据进行缓存，并在OLT分配的发送窗口中向上行方向发送。
(4)其它相关的以太网功能。
从EPON中功能划分可以看出，EPON中较为复杂的功能主要集中于OLT，而ONU/ONT的功能较为简单，这主要是为了尽量降低用户端设备的成本。
具体到移动通信中,EPON技术可以将多个基站的数据通过光纤汇聚到一起。通常光纤传输距离可达20千米，因此一个EPON网络可以覆盖直径40千米的范围。图1为EPON无线接
入网络的结构图。OLT放置在中心局，与骨干网络连接；ONU放置在移动基站（BS）处。POS （无源光分路器）和光缆构成OLT和ONU之间的无源光纤传输网络。目前OLT侧每个PON 接口最多可以连接64个ONU，也就是说，一个EPON网络可以覆盖64个基站。实际的EPON 设备，一般OLT侧都可以提供多个PON接口，因此可以提供更多的基站连接。
图1 EPON无线接入网络结构
下行方向上，POS将骨干段光纤的信号复制到各支路，以广播方式将下行信息发送至每个ONU处。如图2所示。
图2 下行方向传输方式
上行方向采用时分复用多址接入技术，在OLT的集中控制下，每个ONU独占一个时隙，防止各ONU的数据在POS汇聚时产生冲突。如图3所示。
图2 上行方向传输方式
3、EPON无线接入网络特点
采用EPON作为无线基站的传输网络，这种应用方案在充分满足无线接入需求的同时，又继承了EPON技术的优点:
(1)对小区切换的支持
当MT（移动终端，如手机）在小区间移动时，要进行信道的切换。在TDMA系统中，采用硬切换，而在CDMA系统中通常分为硬切换和软切换两种。硬切换会使通信发生瞬间的中断，是先中断再连接的过程；软切换允许MT同时与两个或多个小区基站保持通信，可以极大地改善切换的性能。
在EPON提供基站连接的网络中，当相邻基站在同一个EPON网络中时，能够比较容易地实现软切换。在下行方向，所有信道的数据都通过广播的形式发送到所有的ONU/基站，而且一个EPON网络中所有的E1通道/基站是同步的（都与OLT同步）。当基站检测到MT的时候，它就开始向MT发送数据包。当MT将要在两个基站之间切换的时候，由于新基站检测到MT之后，可以立刻向MT发送其需要的数据包（因为这两个基站连接的ONU都可以收到下行的所有数据），而且这些包与原基站发送的包是同步的。所以MT可以很快建立与新基站的连接，之后再断开与原基站的联系，实现软切换。因此，采用EPON作为基站传输网络，可以不需要很复杂的协议，就能容易地实现MT在小区间的软切换。
(2)对微移动的支持
越来越多的移动用户希望能够以更加灵活的方式接入到Internet中去，而不受空间的限制。为满足这种需求，产生了移动IP技术。在移动IP协议中，每一个MT都有一个唯一的本地地址(HA，Home Address)，当MT移动时它的本地地址是不变的。当MT移动到外地网络链路上时，向外地代理（FA，Foreign Agent）进行登记，把FA的IP地址或由FA分配的
临时IP地址作为自己的转交地址。当一个MT从一个网络移到另一个网络中时，使用移动IP可以将数据传送到新的网络中去。
移动IP协议非常适合广域网范围的移动，对于MT的快速移动，即微移动却不十分适用。因为每次MT更新接入网络都需要在本地代理处登记，这样就增加了切换的开销和时延，甚至导致切换过程中传输中断。
基于EPON的无线网络，可以给EPON内部的OLT和ONU分配一个相同的IP地址，主机的移动在IP层就会变得透明。所有的ONU可以看作是一个节点，所有的终端从不同的接口接入网络。在EPON内部的移动不需要切换。EPON的网络结构拥有多个接入节点，这些节点使用相同的外地代理FA，减少了本地地址HA更新的频率，减少开销，并使MT在两个无线小区间移动时保持更好的连接。
QoS
目前EPON技术还可以区分业务、区分用户提供不同的QOS保证。在移动通信的综合接入中，需要考虑语音、数据、视频、互动游戏等各种业务的服务质量保证。EPON通过区分业务等级，可以对不同业务提供不同的优先级服务，保证各种业务的QOS。
4．总结
把EPON技术应用于移动通信接入网络，不仅可以充分满足移动业务的综合接入要求，其技术特点还可以很好的解决移动通信中软切换和微移动等问题，提供更多的接入信道，实现动态带宽分配，并能针对不同的业务提供区分等级的QOS保障.并且,与另一项前沿技术GPON相比,GPON与EPON都是干兆比特级的PON系统，虽然GPON更注重多业务和QOS 保证，但从实际情况来看，由于GPON标准复杂且开发较晚，技术尚不成熟，在现有技术基础上，要想以可以接受的成本来实现完全符合标准要求的设备很困难。而EPON由于标准较为宽松和技术实现较为简单，又继承了以太网技术的大量优点，在当前具有很强的现实发展意义。移动通信面对的是广大普通用户,成本较低,实现方便的EPON技术在目前更有市场。
参考文献
[1] 陈雪无源光网络技术北京邮电大学出版社 2006；
[2] Gaute Lambertsen，Takahiko Yamada PON Mobile Access Network without Mobile IP FA Switchover，2002；
[3] Gerry Pesavento，Mark Kelsey Passive Optical Network（PON）for the Broadband Local Loop，1999。
[4]王宇光 EPON技术在无线通信网络中的应用