EPON技术(精简版)详解

EPON技术原理介绍【摘要】介绍了EPON技术原理、组成、优势，对EPON中的技术细节进行简单描述。

【关键词】EPON;技术原理0.引言随着电信市场竞争的日益激烈，现有的以铜缆为传输媒质、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开展高清视频、安全监控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措施，在提高接入带宽，提升网络对业务的支撑能力，增强运营商的核心竞争能力方面将发挥重要作用。

作为接入网新技术，基于以太网技术的无源光网络(EPON)有效缓解了当前铜缆被盗严重、价格上涨较快、建设成本不断增加的状况。

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点拓扑结构的千兆以太网光纤接入网络。

EPON属于IEEE以太网标准范畴，对于向全IP网络过渡是一个很好的选择。

EPON降低了初始成本和运行成本，可以大量采用以太网技术成熟的芯片，实现简单，相对成本低，维护简单，容易扩展和易于升级。

1.EPON技术概述1.1技术比较（EPON vs MC）1.1.1点到点光接入（MC）技术的两种使用方式a>点到点以太接入:N根光纤，2N个光收发器;管理独立。

b>小区交换机接入:只需铺设1或2根光纤到小区,2N+2 个光收发器,设备占用局端机房空间小,在传输过程中需要有源设备,设备分级管理。

1.1.2 EPON的接入方式只需铺设1或2根光纤到小区,需N+1个光收发器,设备占用局端机房空间最小,传输中不需有源设备,设备集中管理。

1.2 EPON技术基础无源光网络（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。

同时，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。

EPON技术解析摘要EPON是几个最佳的技术和网络结构的结合。

EPON采用点到多点结构，无源光纤传输方式，在以太网之上提供多种业务。

本文介绍了EPON的概念、结构及原理，并阐述了EPON的几个关键技术，最后说明其优势及面临的挑战。

关键词EPON 光接入网结构原理关键技术随着Internet的高速发展，用户对网络带宽的需求不断地提高，传统的接入网已经成为整个网络中的瓶颈，以新的带宽接入技术取而代之已成为目前研究的热点。

正是在这种背景下，IEEE于2000年底成立了EFM工作组(Ethernet in the First Mile Study Group)，试图引入一种新的接入技术标准EPON，3Com、Alloptic等69家公司加入了这个研究组。

EPON由于使用经济而高效的结构，从而成为连接接入网最终用户的一种最有效的通信方法。

10Gbit/s以太主干和城域环的出现也将使EPON成为未来全光网中最佳的最后一公里的解决方案。

1、什么是EPON光纤接入网(OAN)是指在接入网中用光纤作为主要传输媒介来实现信息传送的网络形式，根据接入网室外传输设施中是否含有源设备，OAN可以划分为无源光网络(PON：Passive Optical Network)和有源光网络(AON：Active Optical Network)。

前者采用光分支器分路，后者采用电复用器分路。

通常，OAN往往指PON。

EPON(Ethernet over PON)就是利用无源光网络的拓扑结构实现承载多种业务的以太网信号传输的一种网络形式，即PON光纤中传输的是长度变化的以太网帧信号。

2、EPON的结构和原理2.1 EPON结构一个典型的EPON系统由OLT(光线路终端)、ODN(光分配网络)、ONU/ONT(光网络单元)组成。

基本组网示意图如图所示。

OLT位于中心交换局的机架上，它既是一个交换机或路由器，又是一个多业务提供平台，提供EPON系统与业务供应商的核心数据、视频和电话网络间的接口，它通过一个EMS(网元管理系统)链接到业务供应商的网络上。

浅析EPON技术的基本结构及特性[摘要] 本文结合多年经验,首先介绍了EPON技术简介及所具有的特点,并分析EPON系统的基本结构及工作特性。

[关键词] EPON ONU OLTODN 光纤接入一、EPON技术简介1、EPON技术结构现代的接入网技术种类繁多,竞相发展,无源光纤接入(PON),特别是以太无源光网络(Ethemet Passive OpticalNetworking,EPON)技术日益成熟,已经成为发展FTTH/FTTP的有效技术手段之一。

2、EPON可提供的主要业务,(1)普通电话业务。

直接用ONU或者ONU+IAD承载电话业务。

(2)普通宽带业务。

直接用0NU或者0NU+LAN承载宽带业务。

(3)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、El接口的各种速率的接人。

(4)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I:1的各种速率的接入。

3、EPON的特点及优势EPON光接入系统具有网络部署快速灵活,多业务、高性能接入,以及性价比高的优点,因此被公认为宽带光纤化接入的理想技术之一。

它的特点及优势体现在以下几方面:(1)局端(0LT)与用户(ONU)之间仅有光纤、光分路器等无源光器件,无需租用机房、配备电源、配备有源设备维护人员,因此,节省了建设和运营维护成本;(2)EPON采用以太网的传输格式,也是用户局域网/驻地网的主流技术,二者有天然的融合性,消除了传输协议转换带来的成本因素;(3)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20km,大大降低了OLT和主干光纤的成本压力;(4)上下行最高均为千兆速率,充分满足接入网客户的带宽需求,并可方便灵活地根据用户需求的变化动态分配带宽;(5)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使系统扩容升级,充分保护运营商的投资;(6)EPON有同时传输TDM、IP数据和视频广播的能力,TDM和IP数据采用IEEE802.3以太网的格式传输,辅以电信级的网管系统,可保证传输质量。

1 EPON技术介绍1.1 PON技术发展光纤接入从技术上可分为两大类：有源光网络(AON，Active Optical Network)和无源光网络(PON，Passive Optical Network)。

１９８３年，ＢＴ实验室首先发明了ＰＯＮ技术；PON是一种纯介质网络，由于消除了局端与客户端之间的有源设备，它能避免外部设备的电磁干扰和雷电影响，减少线路和外部设备的故障率，提高系统可靠性，同时可节省维护成本，是电信维护部门长期期待的技术。

PON的业务透明性较好，原则上可适用于任何制式和速率的信号。

目前基于PON的实用技术主要有APON/BPON、GPON、EPON/GEPON等几种，其主要差异在于采用了不同的二层技术。

图1 PON的两个主要标准体系APON是上世纪90年代中期就被ITU和全业务接入网论坛（FSAN）标准化的PON技术，FSAN在2001年底又将APON更名为BPON，APON的最高速率为622Mbps，二层采用的是A TM封装和传送技术，因此存在带宽不足、技术复杂、价格高、承载IP业务效率低等问题，未能取得市场上的成功。

为更好适应IP业务，第一英里以太网联盟（EFMA）在2001年初提出了在二层用以太网取代A TM的EPON技术，IEEE 802.3ah工作小组对其进行了标准化，EPON可以支持1.25Gbps 对称速率，随着光器件的进一步成熟，将来速率还能升级到10Gbps。

由于其将以太网技术与PON技术完美结合，因此成为了非常适合IP业务的宽带接入技术。

对于Gbps速率的EPON 系统也常被称为GEPON。

100M的EPON与1G的EPON的不同在速率上的差异，在其中所包含的原理和技术，是一致的，目前业界主要推广的是GEPON，百兆位的EPON也有不多的一些应用。

在后面文档中提到的EPON，如果没有特别说明，都是指千兆位的GEPON。

EPON是几种最佳的技术和网络结构的结合。

EPON技术简析
EPON是一个新技术，用于保证提供一个高品质与高带宽利用率的应用。

EPON在日本、韩国、中国大陆、中国台湾及其它以以太网络为基础的
地区都获得很高的评价，借着IEEE802.3ah标准发表在以太网络最后一哩的应用，业界都非常希望尽快导入EPON，当EPON被发展完成后，它将可以提供一个高效率、低成本，又稳定的环境以满足一般民众家用及商务上的需求。

互联网革命开始于透过铜线(双绞线)及电话拨号接入调制解调器，把人
与人之间的距离拉近，随着对于丰富内容的需求增加，对于网络的处理速度也
因而增加，由于拨号接入调制解调器每秒56Kbps的带宽上限，促使数字客户
端回路(DSL)及缆线调制解调器(Cablemodem)每秒数兆位的宽带传输取而代之，无论是以DMT或QAM为基础的技术，都是为提供每秒数兆位传输速率于既
有的铜线上，但实际的速率却取决于电信机房中心与用户的距离及铜线结构的
品质。

然而这些技术的实际带宽决定于系统服务商基于其网络设备所能够支持
及其所提供和促销服务，但最大之传输速率也仅限于数兆位传输速率。

随着家用及办公室的计算机运算位速度提升，磁盘驱动器的容量加大，
计算机显示器外围如液晶显示器、数码相机、数字录像机，及有线/无线网络的速度也增加。

另外伴随着高带宽需求的应用，如高清晰影像、网络游戏及远距
教学，在最后一公里的应用中，终端用户需要更多的带宽，只有数兆位传输速
率是不够的。

幸运的是，同样的以太网络技术改革了企业间网络，并保证在接入及最
后一公里的网络中所做的事情会相同，许多产业观察家相信，以太网络将普遍。

EPON的核心技术介绍EPON为以太无源光网络,PON为其缩写,该技术属于新型的光纤接入网技术,属于点到多点应用的光接入技术,主要使用无源光纤及多点结构传输,可以满足以太网的多种业务需求。

无源光网络主要由光线路终端(OLT)、光网络单位(ONU)及光分配网络(ODN)组成,可以将其本质特点看作ONU所有均由无源器件组成,信号可通过分光器将光纤传输给用户。

1、EPON的技术特点与传统以太网相比,主要具有几方面特点:（1）OLT与ONU使用光分路器、光纤等连接,不需要有源设备维护人员、机房及配置电源,节省了较多的建设成本,实际应用效果较显著;（2）上下均使用单纤波分复用技术操作,只需光纤和OLT就可得到理想的传输距离。

在ONU侧,可应用光分路器将其传输给各个用户,减轻了光纤耗费成本。

（3）EPON具有传输IP数据、TDM及视频广播的能力,其中IP 与TDM主要应用IEEE 802.3采用以太网方式操作,并设置有网管辅助系统,提高了传输质量。

（4）上下行均为千兆速率,上行应用时分复用共享带宽,下行使用用户加密方式共享带宽,高带宽有效满足了接入网客户需求,而且可结合用户需求合理的分配带宽。

（5）点对多点结构一般采用增加ONU 数量及设置用户侧光纤方式实现系统升级,保证了运营商的投资安全。

2、EPON核心技术（1）动态带宽分配的DBA动态带宽分配算法表示实时改变EPON各OUN的带宽机制。

如果EPON带宽为静态分配,此时就不能进行数据通信业务变速,如果采用峰值速度静态分配带宽,容易在短期内用尽带宽,而且降低了带宽利W率。

从另一方面分析,动态带宽分配的实现提高了了系统带宽利用率。

一般可利用DBA实现ONU业务要求,在ONU之间开展动态调节带宽可有效提升PON的上行带宽效率。

随着效率的提升,可以给PON 上增加跟多W用户,用户可W到的带宽峰值完全超过传统固定分配带宽。

动态控制经常进行集中控制,该种方式可让发送所有ONU 上行信息,而且都必须给LOT提出带宽申请,然后OLT结合ONU等相关要求满足带宽W授权,分配准则的主要思想是,任意一个ONU都可分割实习信元到达的时间分布,并能进行带宽请求操作,OLT可根据ONU 要求合理、公正的分配带宽,并能处理好细细乱码、超载及信元丢失等情况。

1.2 关键技术应用（一）EPON物理层的关键技术EPON是一种采用点到多点网络结构、无源光纤传输、基于以太网和TDM 时分复用的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。

从物理层看，EPON从电气、机械、规程、功能特性等功能基本上采纳了Ethernet的GE或1000BASE的标准，包含物理层协议PHY（Physical Layer Protocol）和物理媒介协议PMD（Physical Medium Dependence Protocol）两大子层功能。

在物理层，EPON使用1000BASE的以太网物理层协议PHY，无源光纤传输方式。

（二）EPON数据链路层的关键技术EPON数据链路层分为逻辑LLC（Link Layer Control Protocol）和MAC两大部分。

LLC遵循的标准为802.2 ，MAC遵循的标准为802.3（CSMA/CD）等。

EPON在数据链路层的MAC层采用多点控制协议MPCP(Multi-Point Control Protocol，MPCP)，基于TDM时分复用的控制协议，OLT是控制中心，利用时间标记字段在下行传输GATE MAC控制信息，实现ONU与OLT同步，ONU接收GATE信息并传送REGISTER_REQUEST信息，在预定的时间周期内将其注册到OLT，OLT利用REGISTER信息回复给ONU，用以指明认可ONU的注册。

这样通过对时间分片，将不同的时间片指定给不同的ONU设备使用，ONU自动回报带宽需求给OLT，OLT自动发现ONU的过程，包含了带宽排序和Logical Link IDs(LLID)的指定，灵活地将不同的网络带宽赋予不同带宽需求的ONU，实现动态带宽分配(Dynamic Bandwidth Allocation，DBA)，实现了用户带宽的有效控制，从而避免数据传输过程的冲突问题以及复杂的冲突检测问题。