EPON与EoVDSL的结合

2019-11-03 18:58:45

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供稿：网友

——一种经济高效的多业务宽带接入方案

卢官明
本文作者卢官明先生，南京邮电学院副教授、博士

　　以太网由于具有使用简单方便、价格低、传输速率高等优点，很快成为局域网的主流。以太网的帧格式与ip是一致的，特别适合于传输IP数据。随着千兆以太网(GbE)的成熟和万兆以太网(10GbE)的出现，以及低成本在光纤上直接架构GbE和10GbE技术的成熟，以太网开始进入城域网(MAN)和广域网(WAN)领域。目前，GbE(10GbE)已经成为宽带IP城域网的首选方案，开始用于WAN。2002年10GbE标准完成后，将被广泛用于MAN和WAN。如果接入网也采用以太网，则将形成从局域网、接入网、城域网到广域网全部是以太网的结构。采用与IP一致的统一的以太网帧结构，各网之间无缝连接，中间不需要任何格式转换。这将提高运行效率、方便管理、降低成本。这种结构可以提供端到端的连接，根据与用户签订的服务协议，保证服务质量(Quality of Services，QoS)。基于上述原因，以太网接入网得到快速发展和广泛重视。IEEE802.3工作组于2000年11月成立了第一英里以太网(Ethernet in the First Mile，EFM)研究小组，致力于制定新的以太网接入技术标准IEEE 802.3ah，它在现有IEEE802.3协议的基础上，通过较小的修改实现在用户接入网中传输以太网帧。EFM研究小组定义了三种拓扑结构及物理层:

(1) 用普通铜线以10Mb/s以上的数据传输速度进行连接的点到点(Point to Point，P-to-P)结构，即“Ethernet over VDSL”，简称EoVDSL。

(2) 用1条光纤以1Gb/s的数据传输速度进行连接的P-to-P结构。

(3) 使用1条光纤以1Gb/s的数据传输速度进行连接的点到多点(Point to Multipoint，P-to-MP)结构，即“Ethernet over Passive Optical Network”，简称EPON。

一 VDSL技术简介

　　VDSL技术是数字用户线(Digital Subscriber Line，DSL)技术发展的又一个亮点，最近被美国的Telecommuni-cations杂志评为2001年十大热门技术之一。采用VDSL技术，运营商利用现有的普通铜质双绞线可以提供数十Mb/s的带宽，满足更多的业务需求。不仅可以提供高速因特网接入，而且还可以提供视频业务，是目前提供开发“全业务”接入网的最合适手段。与不对称数字用户线(Asymmetrical Digital Subscriber Line，ADSL)相比，VDSL既可工作于不对称方式，也可工作于对称方式，能支持ADSL所不能支持的业务。以不对称方式工作时，VDSL的下行传输速率可高达52Mb/s; 以对称方式工作时，上、下行传输速率分别可高达26Mb/s，但其传输距离则缩短至300~1500m。由于传输距离的缩短，码间干扰大大减小，对数字信号处理要求大为简化，VDSL的收发机成本可望比ADSL降低一半。因此，如果配线或引入线的质量尚可，则将FTTC或FTTB，特别是基于以太网的无源光网络(Ethernet over Passive Optical Network，EPON)与VDSL技术相结合，可以达到光纤敷设成本、电子设备成本和提供的带宽能力方面的最佳平衡，是一种比较现实理想的宽带混合接入方案。它既能满足目前的需求，也能适应将来更新的技术，如10Gb/s以太网。美国、欧洲和部分亚洲地区现在正在推行这一做法。这种新的接入网技术的应用推广主要受业务需求以及运营商和最终用户的利益驱动。

二 EoVDSL的优势

　　EoVDSL技术能够对以太网分组进行封装，并在电话线上进行稳定的高速数据传输，从而将以太网的传输距离从传统的100m延长到1500m，大大地拓宽了以太网的应用。这为服务供应商创造了重要商机，让他们可以利用经济有效、功能强大的以太网技术提供高速接入。采用EoVDSL技术以后，以太网能从主要的企业局域网(LAN)接入技术发展成为通用的接入技术。EoVDSL让用户可以通过已有的电话线路获得高带宽服务，开拓一些新的服务种类，支持许多增强的服务分类(CoS)和虚拟局域网(VLAN)安全协议，彻底杜绝IP地址混乱和被盗用的情况，确保系统可靠运行。

　　基于以太网的交换平台不仅相对便宜，而且EoVDSL技术令以太网可以部署在已有的电话线路上，而这些线路的应用非常普遍。另外，EoVDSL传输可以与旧式普通电话业务(POTS)、用户交换机(PBX)或者ISDN业务并存在同一对普通铜质双绞线上，还可以与ADSL使用同一束电缆。所以，服务供应商可以在他们已有的网络和电信基础设施中采用EoVDSL技术，以低廉的总成本提供宽带服务。

　　与一些较新的办公楼不同，大多数宾馆、私人公寓和公共公寓都没有连接以太网。事实上，其中很多都是年代较远、在过去比较重要的建筑物，联网需要花费大量的成本，还会遇到各种问题。一旦采用了EoVDSL解决方案，这些问题就都不存在了。EoVDSL可以利用现有的普通电话线路基础设施，从而节省了重新布线的成本，避免了由于封闭某些区域进行布线可能导致的损失。另外，由于市区通常都敷设了大量光缆，可以为建筑物的地下室提供真正的宽带连接。这样的最终结果是: 服务供应商能够以低廉的成本，为传统以太网无法企及的地点提供每个端口10Mb/s的数据传输速率。

　　EoVDSL解决方案特别适用于酒店行业、多住户单元、多租户单元建筑物。这是因为宾馆旅客、办公人员、公寓住户需要更快的接入方式以实现更加复杂的互联网应用。由于这些应用通常包括各种复杂的视频、图像和音频信息，所以需要占用大量的带宽。同时，很多服务供应商都希望把握这个难得的商机，通过为各个建筑物提供宽带连接，为数百万被宽带服务深深吸引的潜在客户提供服务。

三 EPON 的优势

　　无源光网络(Passive Optical Network，PON)技术是一种点对多点的光纤传输和接入技术。下行采用广播方式、上行采用时分多址方式或者以太网技术，可以灵活地组成树型、星型、总线型等拓朴结构，全部采用无源器件，不包含任何有源节点。在光分支点不需要节点设备，只需要安装一个简单的光分支器即可，因此具有节省光缆资源、带宽资源共享、节省机房投资、设备安全性高、建网速度快、综合建网成本低等优点。PON包括基于ATM的无源光网络(ATM-PON，APON)和基于以太网的无源光网络(Ethernet over PON，EPON)两种。APON技术发展得比较早，ITU-T的G.983建议规范了APON的网络结构、基本组成和物理层接口，我国信息产业部也已制定了完善的APON技术标准，许多设备供应商都曾经开发过APON的产品。然而由于ATM技术的一些固有弱点，以及IP/Ethernet技术的不断发展，使得ATM的市场进一步缩小，设备商和运营商们的兴趣逐渐转到了EPON上。　

　　EPON是利用PON的拓扑结构实现以太网的接入，与现有类似技术相比，其优势主要体现在以下几个方面:

(1) 与现有以太网的兼容性。以太网技术是迄今为止最成功和成熟的局域网技术。EPON只是对现有IEEE802.3协议作一定的补充，基本上是与其兼容的。考虑到以太网的市场优势，EPON与以太网的兼容性是其最大的优势之一。

(2)高带宽。根据目前的讨论，EPON的下行信道为百兆/千兆的广播方式，而上行信道为用户共享的百兆/千兆信道。这比目前的接入方式，如Modem、ISDN、ADSL甚至APON(下行622/155Mb/s，上行共享155Mb/s)都高得多。

(3) 低成本。首先，由于采用PON的结构，EPON网络中减少了大量的光纤和光器件以及维护的成本。其次，以太网本身的价格优势，如廉价的器件和安装维护使EPON具有APON所无法比拟的低成本。

四 EPON的工作原理及基本网络结构

　　在一个EPON中，不需任何复杂的协议，光信号就能精确地传送到最终用户，来自最终用户的数据也能被集中传送到网络。在协议的第一层，光信号的帧格式针对突发性的数据通信和实时的TDM通信进行了优化设计。在协议的第二层，EPON使用完全透明的全双工以太网技术，使用TDM，并实现QoS。在EPON之上，音频、视频和数据都能很简单和灵活地被提供。

　　EPON位于业务网络接口(Service Network Interface，SNI)与用户网络接口(User Network Interface，UNI)之间，通过SNI与业务节点相连，通过UNI与用户设备相连。一个典型的EPON 系统由光线路终端(Optical Line Termination，OLT)、光分配网络(Optical Distribution Network，ODN)和光网络单元/光网络终端(Optical Network Unit/Optical Network Termination，ONU/ONT)组成。其中OLT位于中心局(Central Office，CO)，它既是一个交换机或路由器，又是一个多业务提供平台，提供连接PON的接口。根据以太网向城域网和广域网发展的趋势，OLT上会提供多个千兆以太网和万兆以太网接口，支持WDM传输。OLT根据需要配置多块光线路卡(Optical Line Card，OLC)，OLC与多个ONU通过无源光分路器(Passive Optical Splitter，POS)连接。ODN由POS和光纤构成，ONU/ONT位于用户端(其区别为ONT直接位于用户端，而ONU与用户间还有其它的网络如以太网)，ONU放在网络接口单元(Network Interface Unit，NIU)附近或与其合为一体。OLT到ONU/ONT的方向为下行方向，反之为上行方向。

　　POS是一个连接OLT和ONU的无源设备，可以置于全天候的环境中，它分发下行数据并集中上行数据。一般一个POS的分线率为8、16或32，并可以多级连接。在EPON中，OLT到ONU间的距离最大可达20km。如果使用光纤放大器(有源中继器)，距离还可以扩展。EPON中的ONU既具有技术的成熟性，又具有以太网协议的经济性。因为都使用以太网协议，在通信的过程中，不需要协议转换，ONU对用户数据进行透明地传送。对于光纤到家(FTTH)的接入方式，ONU和NIU可以集成在一个单个简单设备中，不需要交换功能，可以在极低的成本下给终端用户分配指定的带宽。EPON网络结构不仅可以直接连接最终用户，而且可以支持DSL应用，如可以与EoVDSL的结合起来使用。

五 EPON与EoVDSL的结合

　　EPON是面向大量用户分配带宽的理想结构，除了将在FTTB、FTTC等结构中扮演重要角色之外，它还将推动其他各种接入网技术的应用。当把ONU集成到数字用户线接入复用设备(Digital Subscriber Line access Multiplexer，DSLAM)时，DSL可以到达的范围和其潜在的用户群都会大大增加。EPON与EoVDSL的结合，以太网帧可以直接在VDSL上传输，不需要作协议转换。这是一种在现有的普通电话线上提供高带宽的十分经济的解决方案。（全文完）

摘自《世界宽带网络》

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