基于EPON的FTTH宽带光接入网设计——本科毕业设计(论文)_文库吧

2020-08-16 22:00:08 本页面

【导读】使得接入网成了整个通信网络的瓶颈。当前ADSL是我国主流的宽带接入技术(主。和应用成为了大势所趋。本设计针对光纤到户接入技术主要进行了以下几方面。出了各种技术的优缺点及适用场合。要手段PON,并对PON的基本结构和分类进行了分析。三重点介绍了EPON系统的参考结构、复用原理、协议栈、帧结构及对。外接口(为基于EPON的FTTH光纤到户接入的建设提供了理论上的支撑。合光纤到户接入技术和EPON原理(以及工程建设的相关要求、原则。

文章介绍图

  

【正文】 重庆邮电大学高等函授
本科毕业设计(论文)
设计(论文)题目:基于EPON的FTTH宽带光接入网设计
入学年月20xx年3月
姓名廖文浩
学号321104861079
专业通信工程
所属科站川邮站
指导教师马晓强
完成日期20xx年3月1日
【摘要】近年来随着互联网的普及和快速发展,人们日益增长的通信需求对通
信网络的交换和传输能力提出更高的要求(但骨干网传输速率和交换能力的提高
使得接入网成了整个通信网络的瓶颈。当前ADSL是我国主流的宽带接入技术(主
要提供普通上网业务、网吧业务、视频会议和企业专线业务,但随着IPTV和VOD
等新型业务的发展,对接入承载网提出了很高的要求,而当前主流的ADSL带宽
已远远不能满足需要,因此具有高带宽和高稳定性等优点的光纤到户技术的发展
和应用成为了大势所趋。本设计针对光纤到户接入技术主要进行了以下几方面
工作:一通过对FTTH概念的介绍,详细分析了包括多业务传送平台系统,点
到点以太网系统以及无源光网络技术,通过对以上光纤到户实现技术的对比,得
出了各种技术的优缺点及适用场合。二、本设计阐述了光纤到户接入实现的主
要手段PON,并对PON的基本结构和分类进行了分析。通过对几种接入技术的比
较,得出了目前EPON是最为适合我国的国情,并且能在我国得到大力发展的接入
技术。三重点介绍了EPON系统的参考结构、复用原理、协议栈、帧结构及对
外接口(为基于EPON的FTTH光纤到户接入的建设提供了理论上的支撑。四、结
合光纤到户接入技术和EPON原理(以及工程建设的相关要求、原则。本设计介绍
了A小区光纤到户建设的实例。
【关键词】无源光网络EPONFTTH.

目录
第1章绪论....................................................................................................................5
FTTH的研究背景................................................................................................5
FTTH技术发展的现状.........................................................................................5
FTTH技术的发展前景.........................................................................................6
第2章PON技术的研究....................................................................................................8
PON的定义.........................................................................................................8
PON的基本结构..................................................................................................8
PON的分类.........................................................................................................9
宽带PON(BPON).......................................................................................9
以太网PON(EPON)..............................................................................9
吉比特PON(GPON)................................................................................10
几种PON接入技术的比较................................................................................10
PON的应用环境与发展趋势..............................................................................12
PON的应用环境......................................................................................12
PON的发展趋势......................................................................................12
EPON的参考结构..............................................................................................13
EPON下行复用技术.................................................................................15
EPON的协议栈.................................................................................................16
EPON的帧结构.................................................................................................17
EPON的对外接口............................................................................................18
PON技术接入方式...........................................................................................19
FTTx定义..............................................................................................19
第3章FTTH光纤到户技术研究.....................................................................................21
FTTH的概念.....................................................................................................21
各种光纤到户实现技术的分析............................................................................21
多业务传送平台系统................................................................................21
点到点有源以太网系统.............................................................................22
无源光网络技术.......................................................................................23
光纤到户实现技术总结.............................................................................23
第4章FTTH光纤到户建设实例.....................................................................................24
建设简介..........................................................................................................24
建设地点.................................................................................................24
建设业务及其规模...................................................................................24
工程设计方案...................................................................................................24
网络结构.................................................................................................24
OLT设备的选择和安装............................................................................26
ONU设备的选择和安装...........................................................................26
光分纤盒及光分路器的选择和安装..........................................................27
光缆布放及纤芯选择...............................................................................27
FTTH配线光缆........................................................................................27
EPON接入业务配置..........................................................................................28
EPON接入业务配置组网..........................................................................28
EPON数据规划........................................................................................28
EPON业务配置流程.................................................................................29
EPON业务配置操作步骤..........................................................................30
光功率预算.......................................................................................................33
工作量及设备统计............................................................................................35
总结...............................................................................................................................36

第1章绪论
FTTH的研究背景
近年来随着宽带技术的发展大众对一通信网络日益增长的需求对网络
的传输速度和交换能力提出了新的要求提高骨干网传输速度和交换能力提
高计算机的速度使得接入网已成为在通讯网络中的瓶颈。虽然ADSL已成为一
种主流宽带接入技术但ADSL却无法提供高清晰度或交互式视频服务。与其他
的接入技术相比光纤接入的带宽能力是无法比拟的若在通信网络中使用光
纤代替铜缆可以带来很多优势消除电信网络的瓶颈降低维护的成本易于
业务整合提供新的业务,提高信号传送质量和可靠性等诸多好处。对于每个家庭
超过100兆字节的带宽FTTH被广泛认为是一个理想的综合接入解决方案。目
前一些国家都已开始进行对光纤到户的研究和商业开发。根据对国内及机遇。国
际市场的分析和预测,发展FTTH将成为未来4-5年内,将成为促进光纤到户中国
电信业发展的一个新的
FTTH技术发展的现状
目前FTTH在国际市场上己经开始得到较大规模的商用,技术方面也趋于成
熟,呈现出良好的发展前景及市场价值。FTTH建设在许多国家已经具有相当的规
模,其中日本是全球FTTH发展最为成功的国家,20xx年1月日本用户数仅为
万户20xx年8月底已飞增至160万户,占宽带接入总数的10%到20xx年第二
季度末,日本的光纤用户数高达631万户,其在宽带用户市场中的份额就已经占
到%,仅次于ADSL,成为日本第二大用户宽带接入技术,使日本一举成为世界
头号光纤用户大国。20xx年3月底达到1980万户,据推测到20xx年末日本的FTTH
用户将达到2430万户。韩国从20xx年开始发展实地试验,20xx年韩国提出了
为期6年的BCN计划,该计划投入804亿美元建设遍及全国的通信网络。20xx年
FTTH普及率超过%,世界排名第一:20xx年底FTTH用户数达980万,世界排
名第三。北美FTTH技术也在不断发展,至20xx年12月已经有2064万个家庭通
达光纤,占北美家庭数的超过万的20%。超过700万的家庭用光纤连接到互联网
电话和CATV等业务。20xx年底北美的用户数超过700万。20xx年北美宽带用
户的下行速率平均增长了34%。欧洲在20xx年FTTH用户及家庭覆盖增速上升。
欧洲老牌运营商正越来越多的参与FTTH建设,几乎都已经推出或计划部署大规
模的FTTH网络。欧盟36个国家包括俄罗斯有近810万FTTH/B用户。FTTH/B家
庭/建筑物覆盖数近3300万如果不包括俄罗斯在内,FTTH/B用户数为390万,家
庭/建筑物覆盖数为2230万我国FTTH产业发展前景良好,虽然与世界上其他国家
相比,我国FTTH产业进展相对缓慢,但已经开始展现出良好的发展前景,我国电
信运营商对FTTH发展的兴趣越来越浓,目前我国不少地方如武汉、杭州、上海等
都己经纷纷开展了FTTH/B试点。
FTTH技术的发展前景
FTTH/B将在我国得到大规模的发展,理由主要有:
(1)极大的技术优势:光纤接入的带宽能力是其他接入方式无法媲美的,一
根常规单模光纤的可用带宽至少可达30000GHZ,而最好的同轴电缆的带宽不超过
1GHZ,微波的带宽不超过300GHZ,光纤在带宽上相比其他的传输媒质的优势至少
高出了两个数量级,光纤的高带宽性特质,使得各种宽带业务和多媒体业务都成
为了可能,从而给各运营商提供了新的增值点和利润"光纤的另外一个优点是抗
干扰性和极高的稳定性,光纤信道接近于理想信道,不易受外界的干扰,误比特率
低,从而延伸了传输的距离,减少了中继站的建设,大大降低了投资成本
(2)FTTH本快速下降:之所以FTTH得不到大规模的推广,其最主要的障就是
设备、材料的成本过高,但是随着近年来光通信技术的不断发展,光通信产品价格
不断下降,FTTH的成本也因此得到进一步的下降。近年来,光通信产品价格迅速
下跌,光模块的价格与往年相比,己经由1000—20xx元跌落到目前的200—300
元。此外,光纤价格也在不断下降:PON产品的成本从原来的2500元/线下降到目
前的1500元/线,同时,随着FTTH在我国的发展和应用的不断扩大,FTTH的建设
成本还将进一步的下降,而ADSL等目前在广泛应用的接入方式的成本下降的潜
力已经不大了,如果FTTH的成本和使用费用能够和ADSL接近甚至达到相同的水
平,那无疑FTTH/B将扫清在我国大规模发展和应用的障碍,取代ADSL成为我国主
流的宽带接入技术
(3)我国潜在市场需求旺盛:随着我国商业大客户对网络带宽、稳定性需求
越来越高。而各家运营商也充分意识到了该领域市场的潜力,已逐步将开发和服
务重心都转移到了IPTV(网络电视)、VOD(视频点播)等新型业务方面,而当前比
较主流的ADSL式的带宽远远不能满足需要,如远程学习、数字电视、视频点播等
业务至少需要7Mbit/s的带宽,而高清晰数字电视)HDTV,更是需要至少20Mbit/s
的带宽,因此在我国有极大的发展空间。据电信行业的权威人士推算:如果未来我
国FTTH用户数量按1亿计算的话,那么通讯设备和终端的市场规模将达1500亿
元,电信运营行业收入每年将近1500亿元,连带的辐射作用(对器件、芯片、光纤
光缆、材料、业务应用的拉动)每年有500—1000亿元,总计每年拉动市场20xx
—2800亿元。总之,在未来10年内我国FTTH市场总规模将有可能超过10000亿
元.
第2章PON技术的研究
PON的定义
PON(PassiveOpticalNetwork:无源光纤网络)。PON是指光配线网中
不含有任何电子器件及电子电源。ODN(OpticalDistributionNetwork)是OLT
和ONU之间的光传输物理通道,通常由光纤光缆、光缆连接器、光分路器以及安
装这些器件的配套设备组成。PON网络由包括光线路终端(OLT,用户端的光网络
单元(ONU)。在OLT与ONU之间的光配线网(ODN)包含了光纤以及无源分光器或者
藕合器.
PON的基本结构
PON的基本模型如图所示,局端设备通常称为光线路终端(OLT),用户端
设备称为光网络单元(ONU),连接两者之间的部分称为光配线网(ODN).
局端作为业务提供点对上与各业务主干网相连,对下与所覆盖区域里的众多
用户进行链接。这样OLT与ONU之间的ODN就应该是点对多点的星型或树型网络。
ODN一般由分支节点和连接分支节点的光纤光缆组成,分支节点是实现接入网点
到多点的关键。OLT和ONU之间的双向通信可以采用空分、波分和时分等方式实
现。空分方式实际上就是双纤方式,时分和波分为单纤方式,通常采用
1310nm/1550nm波分方式。还可以采用波分方式实现同一条物理光纤上传送模拟
视频光信号来提供模拟视频业务
无源光网络的ODN中分支节点是一种简单的无源光分路器,它只是简单的将
光功率进行分配和合并。PON中实现点对多点靠的是复杂光传输系统技术。PON
中有多种实现点对多点的方法,如时分多址(TDMA)、波分多址(WDMA)、副载波多
址(SCMA)和码分多址(CDMA)等,其中最主要的是TDMA。所有从传输系统的角度来
看,PON也被称为点对多点光接入系统。
PON的分类
从目前宽带接入技术发展和实际应用来看,PON领域中最重要的三种接入技
术分别为宽带PON(BPON)、以太网PON(EPON)和吉比特PON(GPON).
宽带PON(BPON)
BPON以前也称为APON(基于ATM的无源光网络),它是上世纪90年代中期由
一些大型网络运营商同它们的主要设备供应商组成的全业务接入联盟,为应用于
宽带接入的PON设备定义的一个通用标准。该标准以ATM作为传输协议,速率为
155Mbit/s的PON系统技术规范,即APON。BPON系统技术规范后来被ITU-T采纳
制定为系列标准:这是业界的第一个提供宽带接入的PON。随着网络
业务种类和流量的迅速发展:APON标准后来发展到可支持622Mbit/s的传输速率:
并增加了动态带宽分配、保护等功能,:能提供以太网接入、视频发送、高速租用
线路等业务。20xx年底:APON更名为宽带无源光网络,BPON,:表示是可以提高宽
带业务接入的PON:以避免让人觉得只能提供ATM业务接入的误解。BPON能提供
以太网接入、视频分配、高速租用线等宽带业务:目前在美国和日本等国已经开
始商用:在日本己经敷设了约50万线。
然而,目前实际BPON的业务适配提供却很复杂,业务提供能力有限:数据传
送速率和效率不高:成本较高,其市场前景由于ATM的衰落而变得很不确定。从
长远的业务发展趋势看,BPON的可用带宽任然不够,无法满足网络和业务的长
远发展需要。
以太网PON(EPON)
EPON的标准号为IEEE。由IEEEEFM(Etherinthefirstmile)
研究小组制定完成:并于20xx年6月IEEE协会正式通过。其基本原则为在APON
类似的结构上和协议的基础上:通过较小的修改:实现在用户接入网上:传
输以太帧:即以Ether技术代替ATM技术作为链路层办议。中华人民共和国在
20xx年6月:正式发布EPON国标《接入网技术要求—基于以太网方式的无源光
网络EPON:编号为YD/T1475-20xx。
由于EPON是基于以太网的无源光网络:EPON具有较大的成本及性能优势。
首先:EPON提供了多业务支持可以提供数据、租用线、电话、IPTV和CATV等
多种典型业务。其次:EPON保持了以太网适应通信网IP化发展的优势:还能通过
TDMoverIP技术兼容传统的电信网:较好的支持TDM业务。最后:在传送效率、
传送距离和传送速率方面都有很高的性能指标。
吉比特PON(GPON)
20xx年,在IEEE积极制定标准的同时,全业务接入网络,FSAN,组织开始发
起制定速率超过1Gbit/s的PON网络标准-GPON。随后,ITU-T也介入到这一新
标准的制定工作中来,并于20xx年1月通过两个有关GPON的新标准和
,速率提高到,。按照这一标准的规定,GPON可以提供的
。传输距离至少达到20km,具有
高速高效传输的特点。而且,GPON还在传输汇聚层采用了一个全新的标准GFP,
这是一种可以透明高效地将各种数据信号封装进现有网络的、开放的、通用的标
准信号适配映射技术,可以适应任何用户信号格式和任何传输网络制式,全面体
现了业务提供商对业务提供的灵活要求,而BPON和EPON对每种特定业务都需要
提供特定的适配方法。由于采用GFP映射,GPON的传输汇聚层本质上是同步的,
并使用SDH标准的125us帧,因而使得GPON可以直接支持TDM业务。
几种PON接入技术的比较
APON技术的核心部分采用ATM技术。利用ATM的集中和统计复用特性,
提供从窄带到宽带等各种业务,不仅支持可变速率业务,也支持时延要求较小的
业务,具有支持多业务多比特率的能力。APON的对称速率()和非对
称速率(下行,上行)。传输距离最大20km,支持的光
分路比在32-64之间。APON技术具备综合业务接入、Qos服务质量保证等独有的
特点,由于标准化时间较早,己有成熟商用化产品等等优点。当然APON技术也存
在利用ATM信元造成的传输效率较低带宽受限、系统相对复杂、价格较贵需要进
行协议之间的转换等缺点。
EPON和GPON的基本差别就是标准化,前者往往指非标设备,后者指符合
规范的设备技术的核心部分采用以太网技术。在EPON/GEPON中,根
据以太网协议,传送的是可变长度的数据包。由于以太网适合携带IP
业务,与APON相比,极大地减少了传输开销。EPON/GEPON能够提供高达1Gbit/s
的上下行带宽。传输距离最大10-20km。支持的光分路比大于16。EPON融合了
PON和以太网的优点,系统结构更简化,标准宽松,成本更低。1Gbit/s的高速宽带
且易于升级。与现有的以太网兼容,无需协议转换:具有同时传输TDM、IP数据和
视频广播的能力等优点。随着多协议标签交换(MPLS)等新的IP服务质量(Qos)
技术的采用,也可提供一定的Qos保证。EPON/GEPON技术目前仍难以支持实时业
务的服务质量,在安全性、可靠性等方面与电信级的服务相比仍有差距。
GPON技术针对1Gbit/s以上的PON标准,除了对更高速率的支持外,还是
一种更佳、支持全业务、效率更高的解决方案。引入通用成帧协议(GFP),能将任
何类型和任何速率的业务进行原有格式封装后经由PON传输,而且GFP帧头包含
帧长度指示字节,可用于可变长度数据包的传递,大大提高了传输效率。因此能更
简单、通用、高效地支持全业务。GPON提供和
和所有标准的上行速率。传输距离可达20KM(逻辑60KM)。支持的光分路比在
64-128之间。与EPON力求简单的原则相比,GPON更注重多业务和Qos保证:能够
简单、通用、高效的透明传送各种业务,具有前所未有的高比特率、高带宽:非对
称特性更能适应未来的FTTH宽带市场,传输距离更远、覆盖范围更广。但是标准
复杂且开发较晚,技术尚不成熟,其成本相对EPON仍显较高,目前未到达商品化
阶段。
PON的应用环境与发展趋势
PON的应用环境
APON适用于对带宽要求不高、对业务质量要求高或者需要运行混合业
务的企事业单位的接入。EPON主要面向对带宽要求高、对业务质量和网络安个
要求不是太高、对成本敏感的以太网业务为主的中小型企事业单位的接入,如果
成本进一步下降,也将作为FTTH的主要手段直接面向高端个人用户.GPON适合于
少数对带宽要求高、需要提供电信级服务质量,且成本不敏感的多业务需求的企
事业单位的接入
PON的发展趋势
APON适用于对带宽要求不高、对业务质量要求高或者需要运行混合业务的
企事业单位的接入。EPON主要面向对带宽要求高、对业务质量和网络安个要求
不是太高、对成本敏感的以太网业务为主的中小型企事业单位的接入,如果成本
进一步下降,也将作为FTTH的主要手段直接面向高端个人用户。GPON适合于少
数对带宽要求高、需要提供电信级服务质量,且成本不敏感的多业务需求的企事
业单位的接入。
EPON的参考结构
EPON系统由局侧的光线路终端(OLT)、用户侧的光网络单元(ONU)和光分配
网络(ODN)组成,为单纤双向系统。ODN在OLT和ONU间提供光通道。
OLT作为EPON的核心,OLT主要实现以下功能:
a.向OUN以广播方式发送以太网数据
b.起并控制测趾过程,并记录测距信
c.发起并控制ONU功率控制
d.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
e..其它相关的以太网功能
ONU/ONT为用户提供接入的功能:
a.选择接收OLT发送的一播数据
b.响应OLT发出的测距及功率控月命令,并作相应的调整
c.对用户的以太网数据进行缓存,并在OLT分配的发送窗巾扫向上行方向
发送
d.其它相关的以太网功能
ODN在OLT和ONU间提供光通道。ODN的无源光网络可以是一个或多个光分
路器的级联:
a.EPON是点到多点的光纤传输系统
b.在单模光纤上,以1000Mbps速率,分路比为1:32,传输距离达到10km
c.在单模光纤上)以1000Mbps速率)分路比为1:16)传输距离达到20km
d.符合ITU-T要求的单模光纤
e.上行应使用1260nm-1360nm波长
f.下行应使用1480nm-1500nm波长
g..使用1540nm-1560nm波长实现.CATV业务(可选)
从EPON的结构上看)其关键优点是消除了复杂而昂贵的ATM和SDH网元)从
而极大地简化了传统的多层重叠网络结构。EPON的主要特点有:
a.消除了ATM和SDH层)从而降低了设备成本和运行成本
b.与现有以太网的兼容
c.下行业务速率高达1Gbit/s)按64个ONU计算返回的上行业务速率可超
过800Mbit/s
d.由于硬件简单)无须外场电子设备)使安装部署工作得以简化
e.改进了电路的灵活指配和业务的提供和重配置能力
f.易于在EPON结构上开发更宽范围和更灵活的业务
EPON的复用原理
EPON上行复用技术
由于EPON是一个点对多点的结构,决定了EPON的上行必须支持多址接入。
可以使用时分多址复用技术(TDMA)和波分多址复用技术(WDMA)。WDMA的主要问
题是:虽然提供供Gbit/s以上的带宽给每个ONU,但是波分复用沟光器件价格较
高,导致采用WDMA技术的EPON系统价格昂贵,在当前来看,不具有市场竞争力。
受本文的范围所限,不介绍WDMA技术。TDMA具有N(16或者32)个ONU只需要一
个OLT转发和单一波长上行)而且提供的带宽也能满足业务发展的需要。故得到
一泛应用。EPON上行TDMA复用原理如图所示
OLT安排好各ONU允许发送上行信号的时候,OLT发出时隙分配帧。ONT根据
时隙分配帧,在OLT分配给它的时隙中发送自己的上行信号。这样,ONT之间就可
以共享EPON上行光纤了.即多个ONU共享有限的仁行通道带宽,为提高上行带
宽利用率,EPON还提供了带宽分配机制。
EPON下行复用技术
和上行TDMA技术相对应的下行技术采用广播方式:在下行方向上OLT通
过1:N的无源分路器将Ether帧发送给每个ONUN通常为4-64。这类似于共
享媒质网络。EPON的下行方向是.广播式的发送以太帧各个ONU根据自的
LLID(LogicalLinkIdentifier)提取属于自己的数据信息。如图所示
EPON的协议栈
图描述了EPON系统的协议分层以及与ISO/ICEOSI参考模型之间的关
系EPON标准定义了多点控制协议(MPCP)、点对点仿真(RS子层扩展)、OAM、PMD
各层功能概述如下:
OAM层,使用OAM协议数据单元,管理、测试和诊断已激活OAM功能的链路
多点MAC控制,使用MPCP(多点控制协议),实现点对多点的MAC控制
MAC,实现对Media的控制
RS,ReconciliationSublayer调和子层调和多种数据链路层能够使用统一
的物理层接口.
PCS:PhysicalCodeSublayer物理编码子层支持在点对多点物理介质中的
突发模式+支持FEC算法
FEC:ForwardErrorCorrection前向纠错使用二进制运算(例如Galois算
法)附加一定的纠错码用于在接收端进行数据校验和纠错
PMA:PhysicalMediumAttachment物理媒质附加子层,支持P2MP功能实现
PMD的扩展
PMD:PhysicalMediumDependent物理媒质相关子层(使用1000BASE-PX接
口)实现PMD服务接口和MDI接口之间的数据收发功能
EPON的帧结构
EPON帧格式基本与的以太数据帧格式兼容在此基础上新增了
LLID(LogicalLinkIdentifier逻辑链路标记),用于在OLT上标识ONU
EPON系统使用多点控制协议(Multi-PointControl)中的
REPORT和GATE控制消息在PON中进行请求和发送授权。这是最基本的在PON中
控制数据传送的机制。更高层的功能使用它进行带宽分配、ONU的同步和测距。
接收GATE消息并反馈REPORT消息的实体我们称为逻辑链路。并且用逻辑链路标
识符(LogicalLink)来表示
LLID是EPON系统分配给逻辑链接的一种数字标识。每一个逻辑链接都会分
配到不同的LHD。在EPON系统中。LLID是由网管通过OLT分配的。OLT可以通
过LLID辨别帧是由哪个发来的或者通过修改帧中的LHD将帧转发到相应的ONU
处。于是,我们就能够建立起OLT到ONU,ONU到OLT的通路。完成OLT与ONU之
间以及ONU与ONU之间的通信。每个ONU的LLID的数目是可以通过设置选择的
每个LLID可以支持一个或者多个队列收发用户的数据。
在IEEEah-20xx标准已经采用了一种非对称的模式,即REPORT中包
含一个LLID中的多个队列的信息。而GATE集合了一个LLID包含的所有队列相
关的上行带宽授权。很明显一个ONU所包含LLID的数量对系统的性能有很大的
影响。事实上这也是在设计EPON系统时的一个主要目标。
OLT连续广播发送下行信号时,ONU选择性接收。PON的技术标准为EPON
时,EPON根据LLID来接受信号。EPON下行为广播方式,所有的ONU都能收到相同
的数据,但是通过LLID来区分不同的业务的数据ONU通过过滤来接受属于自己
的数据。
EPON的对外接口
EPON对外接口见表2-2
PON技术接入方式
FTTx定义
FTTx是对宽带光接入网的各种形态的一种统称。宽带光接入网中光纤可以
是唯一的传输媒质或者为主干传输媒质。根据光纤所到达的物理位置不同FTTx
存在多种应用类型,具体
(1)光纤到交接箱(FiberToTheCabi)FTTCab
光纤到交接箱(FTTCab)是宽带光接入网的典型应用类型之一,其特征是:以
光纤替换传统馈线电缆,光终接设备或ONU部署在交接箱即FP处,光终接设备或
ONU下采用其他有线介质或无线方式接入到用户,光终接设备或ONU离用户的距
离在范围内。说明:光终接设备是指终结光信号向用户侧提供其他非
光纤介质接口(例如双绞线接口)的设备,主要指DSLAM设备、AG设备。
(2)光纤到楼宇分线盒(FiberToTheBuilding/CurbFTTB/C)
光纤到楼宇/分线盒(FTTB/C)是宽带光接入网的典型应用类型之一其特征
是,以光纤替换用户引入点之前的铜线电缆ONU或光终接设备部署在传统的分线
盒(用户引入点)即DP(DPdistribution分配点)ONU或光终接设备下采用其他
有线介质或无线方式接入用户,ONU或光终接设备离用户的距离在以内
根据光缆到最终用户的距离不同,光纤到楼宇(FTTB)可以分为光纤到楼头/
楼边、光纤到楼层/单元两种类型。
光纤到楼头/楼边是指光纤到达楼侧、楼旁路边,距离最终用户距离在
以内。光纤到楼层/单元则是指光纤延伸到了距离用户更近的楼层或单元内,距离
最终用户距离在以内。
(3)光纤到公司办公室(FiberToTheOfficeFTTO)
光纤到公司/办公室(FTTO)是宽带光接入网的典型应用类型之一,其特征
是,仅利用光纤传输媒质连接通信局端和公司或办公室用户的接入方式,引入光
纤由单个公司或办公室用户独享,ONU/ONT之后的设备或网络由用户管理。
(4)光纤到家庭用户(FiberToTheHomeFTTH)
光纤到家庭用户(FTTH)是宽带光接入网的典型应用类型之一,其特征是,
仅利用光纤传输媒质连接通信局端和家庭住宅的接入方式,引入光纤由单个家庭
住宅独享。
第3章FTTH光纤到户技术研究
FTTH的概念
通常FTTH(Fibertothehome)有两种定义,狭义上的FTTH是指仅利用光纤
媒质链接通信端和单个家庭的接入形式引入光纤由单个家庭住宅独享。广义上
的FTTH泛指FTTH的各种网络应用,根据用户单元在接入网中所处的地诊点差异,
分为光纤到路边(FTTC)、光纤到大楼(FTTB)、光纤到户(FTTH)和光纤到办公室
(FTTO).
从业务的方面来看,虽然用户有各种业务需求,但从本质二来看不外乎三类
电话数据和视频。对应这三种业务类型,目前主要有三种对应的通讯网络形式电
信网、有线电视网和Inter。
各种光纤到户实现技术的分析
目前实现光纤到户的技术主要有三种,它们分别是:
基于SDH的多业务传送技术(MSTP)
用户点到点有源以太网系统
无源光网络技术(PON)
多业务传送平台系统
点对点同步数字体系(SDH)的主要优点是,具有很好的网络性能和运行可靠
性。SDH的最新发展趋势是支持以太网等业务接口的映射于是SDH逐渐发展成
为多业务传送平台MSTP.基本思路是将多种不同业务直接或经过处理后在通过
虚电路(VC)级联等方式映射进不同的SDH时隙,而将SDH设备与二层乃至三层分
组设备在物理集成一个实体,构成业务层和传送层一体化的SDH多业务节点,定
位于网络的边缘。具体实施时相当于将SDH复用器、数字交叉连接器DXC、WDM
终端、二层交换机乃至IP边缘路由器等多个独命设备集成为一个MSTP网络设备
统一控制和管理。当然,这种融合不是一步到位的,随着业务的发展和技术的进步,
近期可以首先实现物理融合,中长期再走向完全的功能融合,成为名副其实的融
合节点。特别是集成了VC级联、通用成帧协议(GFP),动态链路容量调整机制
(LCAS)三种标准功能的新一代MSTP,不仅能大大增强自身灵活有效支持数据业务
的能力,而且可以将核心职能光网络的职能特征扩展到网络边缘,增强整个网络
的智能范围和效率。
最新的发展则是将具有很好汇聚特性和优化数据接入能力的弹性分组环
RPR功能集成进来,最适合于城域网的接入层应用,特别是以太网业务带宽需求
占绝对优势的场合。然而,由于RPR没有跨环标准,独立组大网的能力较弱,若利
用与MPLS相结合的方法可以使跨环业务流配置成同一个MPLS的标记交换通道,
从而实现多个RPR环业务的胡同和端到端业务调度。利用MPLS还能提供基于全
网的流量工程,实现空间重用和带宽保证,提供有Qos保证的端到端的业务链接,
加强了支持数据灵活联网的能力,应用范围则可以扩展到网状网等复杂的拓扑结
构。鉴于这种方案基于同步工作,抖动要求严格,设备成本较高,而且灵活生成业
务的能力不足,因此主要适用于局间或汇聚点(POP)间以及大型企事业用户的点
到点通信。
点到点有源以太网系统
传统以太网技术不属于接入网范畴,而属于用户驻地网CPN领域。然而其应
用领域却正在向包括接入网在内的其他公用网领域扩展。对于企事业用户应用环
境,以太网技术一直是最流行的方法,目前已成为仅次于供电插口的第二大住宅
和办公室公用设施接口。采用以太网作为企事业用户接入手段的主要原因是,已
有巨大的网络基础和长期的经验知识,目前所有流行的操作系统和应用都与以太
网兼容,性能价格比好,可扩展性强,容易安装开通以及可靠性高等。
由于计费、质量、管理、安全等多种因素,以太网作为公用网接入方式尚需
进一步改进,主要是因为以太网技术的固有机制不提供端到端的包时延、包丢失
率和带宽控制,难以保证实时业务的服务质量,缺乏安全机制保证等.
无源光网络技术
无源光网络PON是一种很有吸引力的纯介质网络,其主要特点是避免了
有源设备的电磁干扰和雷电影响,减少了线路和外部设备的故障率,提高了系统
的可靠性,同时节省了维护成本,并能比较经济的支持模拟广播电视业务,即具备
三重功能(triple-play)。根据美国贝尔公司报道,采用PON技术每年每线可节
约50美元的维护费用,是电信维护部门长期期待的技术。其次,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。最后,由于其光发送机和光纤
由用户共享,,因而线路成本较其他点到点通信方式低。特别是随着光纤向用户
日益推进,其综合优势越来越明显。
光纤到户实现技术总结
总的看来,各种宽带光纤接入技术都有其最佳使用场合和时机,宽带点到
点有源光纤系统最适合企事业用户,宽带点到点有源以太网光纤系统适合在低密
度用户分散地区应用宽带点到点无源光纤系统最适合新建或改建的密集用户区
应用。而本论文将着重研究点到点无源光纤系统。
第4章FTTH光纤到户建设实例
建设简介
建设地点
本工程为A小区其共11幢小高层建筑,每幢18层,2梯4户,总记990户。
大楼地下有地下停车场,停车场连成一体,方便在各栋楼之间布放光缆。属己建中
档住宅,以本地中等收入人群居住为主,入住率为100%,目前除电信ADSL外,无其
他宽带接入。
建设业务及其规模
(1)开通业务:高速上网、IPTV、基于NGN的VOIP及其增值业务等。
(2)业务规模:高速上网为990户、IPTV业务990、语音990户。
工程设计方案
网络结构
结合当地FTTH业务网网络结构,本项目使用的是华为的MA5680T设备进行
FTTH组网,通过光纤到户的方式,采用一根光纤同时提供语音、数据和视频业务。
图FTTH组网图
注:
ONT:光网络终端STB:机项盒
BRAS:宽带接入服务器TG:中继网关
(1)对于语音业务
VOIP终端经由ONT和MA5680T最终接入NGN网络或通过TG接入PSTN网络。
(2)对于数据业务
PC由ONT接入MA5680T,上行经BRAS设备接入IP网络。
(3)对于视频业务
可采用IPTV或者CATV方式,为终端用户提供视频业务。
对于IPTV和CATV方式的视频业务,分别介绍如下:
A:IPTV方式
基于IP组播流提供视频业务,并给用户提供可选择的节目源。
MA5680T基于IGMPproxy和可控组播实现对组播用户的权限管理和节目管
理,组播用户通过MA5680T的鉴权后其IGMP协议报文由MA5680T发送给汇聚网络
设备。视频业务流从组播服务器下发,经由骨干网、汇聚网到达MA5680T并由
MA5680T根据鉴权结果转发给用户终端。
在用户终端,通过STB(SetTopBox)设备进行视频信号的终结和媒体转换,
并控制节目的切换。
B:CATV方式
CATV方式通过Cable传送传统的模拟信号电视节目。
视频节目流经过电光转换为下行光波传送,和光纤设备的下行光波进行WDM
叠加,一起通过单根光纤下行,到达ONT后,将视频信号分离出来直接接入TV,实
现视频接入业务。
OLT设备的选择和安装
为降低光功率衰耗以及节省光纤资源,EPON网络应尽量向用户端靠
近,ODN网络中光路不宜太长,且跳接数应尽量少。为此,OLT一般首选设置在接入
网基站,其次才为中心机房,这也遵循了移动网络的分工原则,避免了接入层设备
对机楼的过度占用,造成机楼的机房面积紧张。因此本工程OLT安装在小区的移
动机房内,采用华为公司MA5680T设备,安装在机房内的综合机架上。MA5680T通
过EPBA即业务板支持EPON接入业务。MA5680T每块单板可提供4个EPON端口,
支持1(64分光比,每块单板最多可提供256路ONT接入。
ONU设备的选择和安装
ONU为EPON网络的客户端,安装在用户家庭中。本工程使用华为公司的
HG850设备,该ONT设备提供4个10/100Base-T接口,2个VOIP电话接口。
光分纤盒及光分路器的选择和安装
为节省光纤资源,充分发挥EPON网络的优势,本工程在大楼内设置2级网络
汇聚点,分别为一级分纤盒和二级分纤盒,ODN呈“二级汇聚”结构。为了保持网
络简单化,便于纤芯管理和网络维护,木工程ODN采用“一级分光”方案,光分路
器放置在一级分纤盒中,二级分纤盒只作为纯光纤配接点,不配置光分路器。根据
目前用户包装数和网络规划容量,分别设置了31个光分路器(1:32),分别可下带
32个用户。
由于线井空间有限,分纤盒尺寸应尽量小巧,同时具务少量盘纤位,并月满足
防尘、防盗、放损坏的特点。
光缆布放及纤芯选择
从接入网机房至一级分纤盒之间的光缆,每栋楼仅需3-4芯即可满足要
求(每个光分路器1芯)考虑到纤芯备份及预留,本工程每栋配置1条12芯光缆,
每个一级分纤盒取其中的3-4芯。光缆大部分在地下室及楼层弱电井内布放,采
用管道光缆,并用PVC阻燃勃胶带缠绕2层以达到阻燃的目的。主干光缆在接入
网基站侧端接在基站ODF架上,在一级分纤盒侧端接在纤芯法兰盘上。
FTTH配线光缆
用户尾纤是二级分纤盒至ONU之间的单芯或双芯尾纤,本工程使用单芯尾
纤。在分纤盒侧,用户尾纤与配线光缆通过适配器链接,用户尾纤两侧预配端头
(分纤盒侧配了FC/PC端头,用户ONU侧配SC/PC端头)
用户尾纤在楼道内采用明管暗线方式布放,用PVC白色方形线槽保护,进
入用户室内后,根据用户要求采付多种方式布放,如采用线槽明管暗线布放、明线
自色胶布黏贴等。
EPON接入业务配置
EPON接入业务配置组网
EPON接入业务配置组网图如图所示。用户PC连接到ONT的FE(Fast
Ether)端口,用户数据帧在ONT的FE端口被打上VLAN(VirtualLocalArea
Network)标签(用户侧VLAN)。MA5680T根据用户侧VLAN将用户数据分发到各自
的业务通道,并将数据经上行端口发送出去。
图EPON接入业务配置组网图
EPON数据规划
EPON接入业务配置数据规划如表4-1所示。
4—1EPON接入业务配置数据规划
EPON业务配置流程
EPON接入业务配置流程如图所示。
图EPON接入业务配置流程图
EPON业务配置操作步骤
步骤1连接串口线
将计算机串口通过标准的RS-232串口线与MA5680T的主控板上的维护串
口CON连接如图所示
图本地串口配置组网图
步骤2打开超级终端
(1)新建连接
在计算机上选择“开始>程序>附件>通讯>超级终端”,打开“连接描述”
对话框,输入连接名称,单击“确定”。
(2)设置串口
选择计算机上与MA5680T实际连接的标准字符终端或PC终端串口号,假
设为“COM2”,单击“确定”按钮。
步骤3设置终端通信参数
在出现的“COM2属性”对话框中设置参数。
·波特率为9600bit/s
·数据位为8
·奇偶校验为无
·停止位为1
·数据流控制为无
单击确认后进入超级终端界面
步骤4创建VLAN
huawei(config)#vlan100smart
步骤5加入上行端口
huawei(config)#portvlan100/190
步骤6配置流量模板
huawei(config)#traffictableipindex7cir102400priority0
priority-policytag
-In-Package
Createtrafficdescriptorrecordsuccessfully
------------------------------------------------
TDIndex:7
Priority:0
CopyPriority:-
PriorityPolicy:tag一pri
CIR:102400kbPs
CBS:329680bytes
PIR:20480kbPs
PBS:659360bytes
ReferencedStatus:notused
步骤7配置DBA模板
huawei(config)#DBA-profileaddprofile-id10type2assure102400
步骤8增加ONT(使用系统默认能力集模板9)并绑定DBA模板
huawei(config)#interfaceepon0/3
huawei(config-if-epon-O/3)#ontadd00mac-auth
0000-0010-1111Profile-id8dba-profile10
NumberofONIsthatcanbeadded:lsuccess:1
PortID:OONTID:O
步骤9划分ONT端口VLAN
huawei(config-if-epon-O/3)#ontportvlan00ge1100
huawei(config-if-epon-O/3)#
AddPortstotheVLANtotal:l,discarded:O,success:1fa11ed:O
huawei(config-if-epon-O/3)#ontportnative-vlan00ge1vlan100
huawei(config-if-epon-O/3)#
SettingthenativeVLANforthespecifiedportsucceeded
步骤10加入业务虚端口
huawei(config-if-epon-O/3)#quit
huawei(Config)#service-portvlan100epon0/3/0ont0
mu1ti-serviceuser-vlanuntagged
步骤11保存数据
huawei(config)#Save
-----结束
配置完成后,PC能够访问Inter网络
光功率预算
FTTH方案设计必须进行光功率预算,预算的目的是对光线路进行预先的
评估,以确定该FTTH方案是否可行,计算结果有助于确定所选的光发送和接收模
块的灵敏度范围是否合适。
计算的原则:
(1).按照最坏值法计算
(2).光纤衰耗按照衰耗的1310nm光信号计算
根据以下公式可算出光通路的光功率衰耗:
式中:Af为平均光缆衰减系数,取
As为平均熔接接头损耗,取,光缆按3公里/盘计算
Aa为法兰盘损耗,取dB/个
Ao为分光器损耗,1:32双窗口单模光纤树形分光衰耗:<
x为熔接接头个数
y为法兰盘个数
z为分光器个数
L为光缆路由长度
即:
华为EPON产品建议的光通道衰耗为28dB之内,本工程OLT至ONU之间的光
通路为:
OLT10mODF一级分纤盒40m二级分纤盒50m,从OLT的PON口到ONU
的PON口,共有5个活接头,4个熔接接头。
代入以上公式得为:
以上为最坏情况下的计算结果,由计算结果可以判定,在ODN的建议衰耗之
内,可以保证光信号的可靠接收。
吞吐量、丢包率、帧缓冲能力、延迟、误码率的测试结果
在本次工程中(OLT-ONU距离为350米,该EPON系统上行、下行方向的吞吐
量、丢包率、帧缓冲能力、延迟及误码率的性能结果依据以下方式测得:
误码率测试采用FTB-200误码仪,在EPON系统进行数据传输过程中进行测
试。误码仪设置如下:
Framing---Framedlayer2
TestPattern---PRBS2^31-1
FrameSize---64Bytes
TestRate---900M(down)/800M(up)
测试拓扑:
BERT→OLT→光纤→1/32Spiltter→Attenuator→ONU1→BERT
光模块设置:
OLT---fiberxonDFBlaser:ONU(DEMO)---fiberxonFPlaser
接受光功率设置:
OLT接收端1310nm---():ONU接收端1490nm---()
测试时间:24小时
工作量及设备统计
通过上述情况的介绍,本项目工作量及设备使用情况主要有以下几方面:
1、设备安装
(1)OIT1台ONT990个VOIPGW1个网管1台
(2)光分路器31个(分光比1:32)。
2、光缆布放
(1)12芯FTTH干线光缆8OOm
(2)12芯、18芯FTTH配线光缆1000m、50m
(3)用户尾纤990条4500米。
3、EPON设备的调测及业务开通
(1)OLT、ONU设备的调测及开通
(2)网管系统的设置
(3)上层级别业务、网络调测以及光路跳通。
总结
光纤到户(FTTH)是20年前就己认定的发展目标,但是由一于当时各种条件
的限制,如成本、技术、需求、政策等方而的原因,一直没有得到大规模的建设,
推广和应用。近来,由于市场需求的驱动因素,FTTH技术再次成为关注的热点和
焦点,吸引了大众和业界的目光。
本次设计过程中,通过查阅大量相关资料,以及最后完成具体设计,使我受
获很大
首先通过对FTTH概念的理解,对包括多业务传送平台系统,点到点以太网
系统和无源光网络技术详细分析,及对以上光纤到户实现技术的对比。我得出了
各种技术的优缺点及适用场合,知道FTTH/B将在我国得到大规模的发展并将成
为我国电信业发展的一个新的机遇。
其次通过对几种PON技术的基本结构和分类进行分析、比较。知道目前EPON
是最为适合我国国情,并且能在我国得到大力发展的接入技术。
之后在学习了EPON系统的参考结构、复用原理、协议栈、帧结构及对外接
口。我明白了EPON的基本原理如,上行复用技术和下行广播复用技术,EPON系
统的协议分层以及与ISO/ICEOSI参考模型之间的关系等等。
最后结合光纤到户接入技术和EPON原理,工程建设的相关要求、原则,并
以A小区光纤到户建设为实例。学到了FTTH/B一些具体布线方法,这些将为我
今后参加实际工作打下了一定基础。
重庆邮电大学高等函授毕业设计评定表
姓名学号专业所属站四川
设计(或论文)题目
毕业设计(或论文)的评语:
该论文对FTTH技术进行了详细的阐述
与讨论,文章从FTTH技术基础出发,讲述
了FTTH系统组成、结构、接口等,同时还就FTTH系统规划、实施做了探讨。
本论文结合宽带接入网设计实际情况对其进行了实践性的设计,结果反响不错。
论文内容符合任务书要求,安排合理,把基础知识与理论很好的应用在实际中,使
知识得到很好的实践。
该论文根据论文评定标准可以评定为
合格。
指导教师(签名)
年月日

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