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光通信的GEPON技术

点击: 发布时间:2008-12-01 09:03

    采用无源光网络(PON)的接入协议有以ATM为传输平台的APON/BPON和以以太网技术为传输平台的EPON/GEPON以及以通用帧结构为传输平台的GPON三种类型。EPON/GEPON是将以太网(Ethernet ,最具有发展潜力的链路层协议)与无源光网络(PON,接入网的最佳物理层协议)结合在一起形成的能很好适应IP数据业务的接入方式。

  由于最早的EPON标准基于100M快速以太网传送,市场上很多被称为EPON的产品实际上都是基于百兆以太网PON技术,为区别于原有的技术和产品,一般基于千兆以太网的PON技术被称为GEPON。由于百兆EPON已逐渐被千兆的GEPON取代,在此文中,我们只分析基于GEPON的技术和产品。

  同以往的其它PON技术相比,GEPON技术同样采用点到多点的用户网络拓扑结构,利用光纤实现数据、语音和视频的全业务接入的目的。但与以往基于ATM技术的APON/BPON相比,GEPON实现在用户接入网中传输以太帧,非常适合IP业务的传送。此外,由于目前IP网络的普遍建设,基于以太网的技术的元器件结构比较简单,性能高且价格便宜,使得GEPON相比其它PON技术更容易大规模商用;而基于IP的各种业务的高速发展以及下一代网络IP融合的趋势使得GEPON可以适用的范围更广并且符合未来网络的发展趋势,成为最重要的FTTH技术。


图1 GEPON原理


  GEPON的系统结构如图1所示。GEPON系统主要由中心局的光线路终端 (OLT) 、包含无源光器件的光分配网(ODN)、用户端的光网络单元/光网络终端 (ONU) 以及网元管理系统 (EMS) 组成,通常采用点到多点的树型拓扑结构。在下行方向,IP数据、语音、视频等多种业务由位于中心局的OLT,采用广播方式,通过ODN中的1:N无源光分路器分配到PON上的所有ONU单元。在上行方向,来自各个ONU的多种业务信息互不干扰地通过ODN中的1:N无源光分路器耦合到同一根光纤,最终送到位于局端OLT接收端。

传输原理

  GEPON与APON最大的区别是GEPON根据IEEE802.3协议,包长可变至1518字节传送数据,而APON根据ATM协议,按照固定长度53个字节包来传送数据,其中48个字节负荷,5个字节开销。这种差别意味着APON运载IP协议的数据效率低且困难。用APON传送IP业务,数据包被分成每48个字节一组,然后在每一组前附加上5个字节开销。这个过程耗时且复杂,也给OLT 和ONU增加了额外的成本。此外,每一48个字节段就要浪费5个字节,造成沉重的开销,即所谓的ATM包的税头。相反,以太网传送IP流量,相对于ATM开销急剧下降。

上行/下行流量管理

  GEPON从OLT到多个ONU下行传输数据和从多个ONU到OLT上行数据传输是十分不同的。所采取的不同的上行/下行技术分别如图2、3所示:


图2 下行传输原理



图3 上行传输原理


  图2中数据从OLT到多个ONU广播式下行,根据IEEE802.3协议,每一个包的包头表明是给ONU(ONU1、ONU2、ONU3......ONUN)中的唯一一个。另外,部分包可以是给所有的ONU(广播式)或者特殊的一组ONU(组播),在光分路器处,流量分成独立的三组信号,每一组载有所有指定ONU的信号。当数据信号到达该ONU时,它接收给它的包,摒弃那些给其它ONU的包。举例,图2中,ONU1收到包1、2、3,但是它仅仅发送包1给终端用户1,摒弃包2和包3。
  图3中所示,采用时分复用技术(TDM)分时隙给ONU管理上行流量,时隙是同步的,以便当数据信号耦合到一根光纤时各个ONU的上行包不会互相干扰。ONU在ONU指定的时隙上行数据给OLT,采用时分复用避免数据传输冲突,即上行采用争用方式,下行采用广播方式。

拓扑结构

  GEPON网络采用点至多点的拓朴结构,取代点到点结构,大大节省了光纤的用量、管理成本。无源网络设备代替了传统的ATM/SONET宽带接入系统中的中继器、放大器和激光器,减少了中心局端所需的激光器数目,并且OLT由许多ONU用户分担。而且GEPON利用以太网技术,采用标准以太帧,无须任何转换就可以承载目前的主流业务-IP业务。