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摘要： 介绍EPON的概念，基本传输原理以及应用模型，最后以EPON在某地视频监控系统解决方案为例说明EPON技术在实际中的应用。
关键词： EPON；ONU；OLT；应用
中图分类号：TN913.7文献标识码：A文章编号：1671—7597（2011）0110111－01
1 EPON的基本原理
1.1 EPON的概念
EPON（Ethernet Passive Optical Network）以太网无源光网络，由IEEE802.3 EFM（Ethernet for the First Mile）提出，是PON技术中的一种，它将简单经济的以太网技术与PON的传输结构结合起来，从而实现了在以太网上提供语音、数据、视频等多种业务。
1.2 EPON网络结构
EPON系统网络结构如图1所示，由OLT（Optical Line Terminal） 光线路终端、ODN（Optical Distribution Network） 光分配网络、ONU
（Optical Network Unit）光网络单元组成。EPON上行波长为1310nm，下行波长为1490nm，上下行速率为1.25Gb/s，传输距离是10/20km，主要用于数据和语音业务。如果增加1550nm波长可以用来传递电视信号，则可以满足用户语音、数据和视频多业务的一线接入。
图1EPON网络结构图
1）OLT
OLT既是一个交换机或路由器，又是一个多业务提供平台，一般放在中心机房。下行方向，OLT提供面向无源光纤网络的光纤接口（PON接口）；上行方向，OLT提供了多个1Gb/s和10Gb/s的高速以太接口，并支持WDM传输。它还支持ATM、FR以及多种速率的SONET的接口标准。OLT通过支持T1／E1接口实现传统TDM话音的接入。OLT是整个EPON系统的核心部分，主要完成向ONU发送以太网数据；为ONU分配带宽；发起并控制ONU的功率控制；发起并控制测距过程，并记录测距信息以及其他相关以太网功能。
2）ODN
ODN是由无源光分路器（Passive Optical Splitter）和光纤组成的光分配网络。POS是无源设备，用于连接OLT和ONU的无源设备。由于不需电源，因此POS可以适应各种环境，其主要功能是分发下行数据和集中上行数据。一般一个POS的分光比为8、16、32、64，并可以多级连接。
3）ONU
ONU放在用户驻地侧，提供对用户业务的各种适配功能，即提供用户数据、图像和电话网络与PON的接口。EPON中的ONU主要采用以太网协议，ONU选择接收OLT发送的广播数据，并将光信号并转换成用户需要的格式；响应OLT发出的测距及功率控制命令，并作响应调整。
1.3 EPON的实现原理
1）上行传输原理
图2EPON上行传输原理图
EPON在上行传输原理如图2所示，上行传输采用TDMA传输方式。EPON上行帧以时分复用的形式由各个ONU发送的数据包组成。各个ONU发送的上行数据通过光分路器耦合进公用光纤，以TDM的方式复合成一个连续的数据流。每个ONU有一个TDM控制器，它与OLT的定时信息一起控制上行数据包的发送时刻，避免复合时数据发生碰撞和冲突。
2）下行传输原理
图3EPON下行传输原理图
EPON下行传输原理如图3所示，采用广播传输方式，所有ONU都能收到相同数据，每个ONU根据下行数据的标识信息接收属于自己的数据，丢弃其他用户的数据。
1.4 EPON的技术优点
1）低成本，易维护
EPON采用一点到多点的拓扑结构，取代点到点结构，大量节约光纤，降低管理成本；无源光网络设备取代了ATM和SDH网元，设备费用低，OLT设备费用由多用户分担，建设费用。OLT位于局端机房，易于管理维护，由于采用光纤、光分路器等光无源器件，可靠性高、维护简单。
2）高带宽，广覆盖
EPON可以提供上下行对称的1.25Gb/s的带宽，可以满足不同业务的带宽需求。EPON作为一种点到多点网络，可以利用局端单个光模块及光纤资源，服务大量终端用户，覆盖范围可达20公里。
3）多业务，高质量
EPON下行采用针对不同用户加密广播传输的方式共享带宽，上行方向采用DBA（动态带宽分配），动态地为PON中的ONU分配可用上行带宽，从而支持高速Internet接入及语音、IPTV、TDM专线甚至CATV等多业务综合接入，并保证每个用户的QoS。
2 EPON应用模型
目前，EPON以FTTB应用模式为主，FTTH模式正在开展大规模建设。
2.1 FTTH模式
FTTH（Fiber To The Home）光纤到家庭，光分路器可以设置在小区机房或者小区内的光交接箱，ONU放置在用户住宅内，为家庭用户提供各种综合宽带业务。网络结构如图4所示。对于FTTH模式，业务的接入可以采取两种方案：
方案一：ONU提供FE、POTS、CATV视频接口等用户接口。
方案二：ONU提供FE接口，下挂家庭网关实现接入。
图4FTTH模式
2.2 FTTB模式
FTTB（Fiber to The Building）光纤到楼，主要应用于综合大楼、远程医疗、远程教学及大型娱乐场所，采用光纤到楼，ONU设置在楼道内，经双绞线到户的方式实现用户的宽带接入，为商业户和企事业单位提供高速数据、电子商务等宽带业务。目前在利用EPON进行小区接入时采用FTTB+LAN的模式将是最佳方案，网络结构如图5所示。
图5FTTB+LAN模式
对于FTTB模式，业务的接入可以采取4种方案：
方案一：ONU提供FE、POTS、CATV视频接口等用户接口，采用多用户ONU集中放置；
方案二：ONU下挂Mini-DSLAM，提供数据接入；
方案三：ONU下挂IAD、二层以太网交换机，通过IAD、L2交换机实现综合业务接入；
方案四：ONU下挂小型AG，通过AG实现综合业务接入。
2.3 FTTO模式
FTTO（Fiber To The Office）是光纤到办公室。FTTO结构与FTTH结构类似，不同之处是将ONU放置在公司、政府机关、大学等终端设备处，ONU通过交换机或路由器与内部网相连。网络结构如图6所示。
商业用户的综合接入可以根据业务需求、用户规模的不同，采取不同的实施模式：如FTTO和FTTB。根据实施模式、接入方式的不同，运营商可以采取5种实施方案
方案一：ONU提供FE、POTS等用户接口，可实施FTTO模式；
方案二：ONU下挂Mini-DSLAM，提供数据接入；
方案三：ONU下挂PBX交换机或路由器等设备，提供专线接入，可实施FTTO模式；
方案四：ONU下挂IAD、二层以太网交换机，通过IAD、L2交换机实现综合业务接入。
方案五：ONU下挂小型AG，通过AG实现综合业务接入。
图6FTTO模式
3 EPON应用实例
某地区森林视频监控系统解决方案。
3.1 某地区森林视频监控系统需求
某地区在建设平安工程中认为视频监控工程主要要关注以下几点：
1）由于视频监控的图像数据量巨大，而监控室可能是分散或者要同时送往监控室和存储服务器，因此决定了视频监控解决方案必须要实现上行组播，以有效减少数据，节省带宽。
2）因为视频监控点位置分散而数量较多，要求业务的配置发放自动化，避免人工手工配置发放。
3）类似于森林监控系统光纤完全布放在野外，环境恶劣早已遭到破坏，因此要求此解决方案必须实现光纤链路检测，以有效监控光纤链路状态，减少故障定位排除时间。
3.2 某地区森林视频监控系统解决方案
图7某地区森林视频监控系统解决方案
某地采用EPON和ONU设备实现森林视频监控如图7所示。
1）局端OLT设备MA5680T部署在局端机房，采用二级分光，实现监控点的灵活布放。MA5680T满足不同视频质量的需求带宽，为组播增值业务和组播业务管理的开展提供了基础。
2）采用ONU+解码器+摄像头作为终端组合，采用挂杆方式安装。
3）局方把上行组播数据同时送往公安局的监控室和存储服务器。可以在监控室可以实时监控，同时把视频数据送往存储服务器，便于事后证据的采集。
4）通过N2000 BMS，可以实现业务的自动发放及终端管理，方便运营商的运营维护。
3.3 该方案的优点
1）节约光纤资源；
2）覆盖距离远，实现低成本的大范围覆盖；
3）中间设备（接入网中心设备到监控点之间）无需维护，无需额外电源供应；
4）带宽足够大，扩容简单；
5）不受环境噪音（电磁波）的干扰；
6）安全，不易窃听和侵入。
4 总结
随着国家“三网融合”政策及加快光纤宽带网络建设指导意见的出台，PON产业链的成熟和设备价格的大幅下降为FTTH的规模部署创造了有利条件。而EPON作为FTTH的代表技术，能够适应于几乎所有的固网宽带接入场合。同时，基于其低成本、易维护、高带宽、广覆盖、多业务、高质量的优势，EPON能够在众多应用场合提供远超出其他接入方式的服务质量，成为现阶段国内运营商规模部署FTTx的主流选择。
参考文献：
[1]陈雪、孙曙和、刘冬、盖鹏飞（译），《基于以太网的无源光网络》，北京邮电大学出版社，2007，5.
[2]郎为民、郭东生，《EPON/GPON从原理到实践》，人民邮电出版社，2010，5.
[3]阎德升，《EPON-新一代宽带光接入技术与应用》，机械工业出版社，2010，4.
[4]何岩，《EPON技术白皮书》，武汉邮电科学研究院.
作者简介：
吴静（1983-），女，汉族，湖北人，硕士，助教，安徽邮电职业技术学院通信工程系，主要研究方向：数据通信、光传输。
关键词： EPON；ONU；OLT；应用
中图分类号：TN913.7文献标识码：A文章编号：1671—7597（2011）0110111－01
1 EPON的基本原理
1.1 EPON的概念
EPON（Ethernet Passive Optical Network）以太网无源光网络，由IEEE802.3 EFM（Ethernet for the First Mile）提出，是PON技术中的一种，它将简单经济的以太网技术与PON的传输结构结合起来，从而实现了在以太网上提供语音、数据、视频等多种业务。
1.2 EPON网络结构
EPON系统网络结构如图1所示，由OLT（Optical Line Terminal） 光线路终端、ODN（Optical Distribution Network） 光分配网络、ONU
（Optical Network Unit）光网络单元组成。EPON上行波长为1310nm，下行波长为1490nm，上下行速率为1.25Gb/s，传输距离是10/20km，主要用于数据和语音业务。如果增加1550nm波长可以用来传递电视信号，则可以满足用户语音、数据和视频多业务的一线接入。
图1EPON网络结构图
1）OLT
OLT既是一个交换机或路由器，又是一个多业务提供平台，一般放在中心机房。下行方向，OLT提供面向无源光纤网络的光纤接口（PON接口）；上行方向，OLT提供了多个1Gb/s和10Gb/s的高速以太接口，并支持WDM传输。它还支持ATM、FR以及多种速率的SONET的接口标准。OLT通过支持T1／E1接口实现传统TDM话音的接入。OLT是整个EPON系统的核心部分，主要完成向ONU发送以太网数据；为ONU分配带宽；发起并控制ONU的功率控制；发起并控制测距过程，并记录测距信息以及其他相关以太网功能。
2）ODN
ODN是由无源光分路器（Passive Optical Splitter）和光纤组成的光分配网络。POS是无源设备，用于连接OLT和ONU的无源设备。由于不需电源，因此POS可以适应各种环境，其主要功能是分发下行数据和集中上行数据。一般一个POS的分光比为8、16、32、64，并可以多级连接。
3）ONU
ONU放在用户驻地侧，提供对用户业务的各种适配功能，即提供用户数据、图像和电话网络与PON的接口。EPON中的ONU主要采用以太网协议，ONU选择接收OLT发送的广播数据，并将光信号并转换成用户需要的格式；响应OLT发出的测距及功率控制命令，并作响应调整。
1.3 EPON的实现原理
1）上行传输原理
图2EPON上行传输原理图
EPON在上行传输原理如图2所示，上行传输采用TDMA传输方式。EPON上行帧以时分复用的形式由各个ONU发送的数据包组成。各个ONU发送的上行数据通过光分路器耦合进公用光纤，以TDM的方式复合成一个连续的数据流。每个ONU有一个TDM控制器，它与OLT的定时信息一起控制上行数据包的发送时刻，避免复合时数据发生碰撞和冲突。
2）下行传输原理
图3EPON下行传输原理图
EPON下行传输原理如图3所示，采用广播传输方式，所有ONU都能收到相同数据，每个ONU根据下行数据的标识信息接收属于自己的数据，丢弃其他用户的数据。
1.4 EPON的技术优点
1）低成本，易维护
EPON采用一点到多点的拓扑结构，取代点到点结构，大量节约光纤，降低管理成本；无源光网络设备取代了ATM和SDH网元，设备费用低，OLT设备费用由多用户分担，建设费用。OLT位于局端机房，易于管理维护，由于采用光纤、光分路器等光无源器件，可靠性高、维护简单。
2）高带宽，广覆盖
EPON可以提供上下行对称的1.25Gb/s的带宽，可以满足不同业务的带宽需求。EPON作为一种点到多点网络，可以利用局端单个光模块及光纤资源，服务大量终端用户，覆盖范围可达20公里。
3）多业务，高质量
EPON下行采用针对不同用户加密广播传输的方式共享带宽，上行方向采用DBA（动态带宽分配），动态地为PON中的ONU分配可用上行带宽，从而支持高速Internet接入及语音、IPTV、TDM专线甚至CATV等多业务综合接入，并保证每个用户的QoS。
2 EPON应用模型
目前，EPON以FTTB应用模式为主，FTTH模式正在开展大规模建设。
2.1 FTTH模式
FTTH（Fiber To The Home）光纤到家庭，光分路器可以设置在小区机房或者小区内的光交接箱，ONU放置在用户住宅内，为家庭用户提供各种综合宽带业务。网络结构如图4所示。对于FTTH模式，业务的接入可以采取两种方案：
方案一：ONU提供FE、POTS、CATV视频接口等用户接口。
方案二：ONU提供FE接口，下挂家庭网关实现接入。
图4FTTH模式
2.2 FTTB模式
FTTB（Fiber to The Building）光纤到楼，主要应用于综合大楼、远程医疗、远程教学及大型娱乐场所，采用光纤到楼，ONU设置在楼道内，经双绞线到户的方式实现用户的宽带接入，为商业户和企事业单位提供高速数据、电子商务等宽带业务。目前在利用EPON进行小区接入时采用FTTB+LAN的模式将是最佳方案，网络结构如图5所示。
图5FTTB+LAN模式
对于FTTB模式，业务的接入可以采取4种方案：
方案一：ONU提供FE、POTS、CATV视频接口等用户接口，采用多用户ONU集中放置；
方案二：ONU下挂Mini-DSLAM，提供数据接入；
方案三：ONU下挂IAD、二层以太网交换机，通过IAD、L2交换机实现综合业务接入；
方案四：ONU下挂小型AG，通过AG实现综合业务接入。
2.3 FTTO模式
FTTO（Fiber To The Office）是光纤到办公室。FTTO结构与FTTH结构类似，不同之处是将ONU放置在公司、政府机关、大学等终端设备处，ONU通过交换机或路由器与内部网相连。网络结构如图6所示。
商业用户的综合接入可以根据业务需求、用户规模的不同，采取不同的实施模式：如FTTO和FTTB。根据实施模式、接入方式的不同，运营商可以采取5种实施方案
方案一：ONU提供FE、POTS等用户接口，可实施FTTO模式；
方案二：ONU下挂Mini-DSLAM，提供数据接入；
方案三：ONU下挂PBX交换机或路由器等设备，提供专线接入，可实施FTTO模式；
方案四：ONU下挂IAD、二层以太网交换机，通过IAD、L2交换机实现综合业务接入。
方案五：ONU下挂小型AG，通过AG实现综合业务接入。
图6FTTO模式
3 EPON应用实例
某地区森林视频监控系统解决方案。
3.1 某地区森林视频监控系统需求
某地区在建设平安工程中认为视频监控工程主要要关注以下几点：
1）由于视频监控的图像数据量巨大，而监控室可能是分散或者要同时送往监控室和存储服务器，因此决定了视频监控解决方案必须要实现上行组播，以有效减少数据，节省带宽。
2）因为视频监控点位置分散而数量较多，要求业务的配置发放自动化，避免人工手工配置发放。
3）类似于森林监控系统光纤完全布放在野外，环境恶劣早已遭到破坏，因此要求此解决方案必须实现光纤链路检测，以有效监控光纤链路状态，减少故障定位排除时间。
3.2 某地区森林视频监控系统解决方案
图7某地区森林视频监控系统解决方案
某地采用EPON和ONU设备实现森林视频监控如图7所示。
1）局端OLT设备MA5680T部署在局端机房，采用二级分光，实现监控点的灵活布放。MA5680T满足不同视频质量的需求带宽，为组播增值业务和组播业务管理的开展提供了基础。
2）采用ONU+解码器+摄像头作为终端组合，采用挂杆方式安装。
3）局方把上行组播数据同时送往公安局的监控室和存储服务器。可以在监控室可以实时监控，同时把视频数据送往存储服务器，便于事后证据的采集。
4）通过N2000 BMS，可以实现业务的自动发放及终端管理，方便运营商的运营维护。
3.3 该方案的优点
1）节约光纤资源；
2）覆盖距离远，实现低成本的大范围覆盖；
3）中间设备（接入网中心设备到监控点之间）无需维护，无需额外电源供应；
4）带宽足够大，扩容简单；
5）不受环境噪音（电磁波）的干扰；
6）安全，不易窃听和侵入。
4 总结
随着国家“三网融合”政策及加快光纤宽带网络建设指导意见的出台，PON产业链的成熟和设备价格的大幅下降为FTTH的规模部署创造了有利条件。而EPON作为FTTH的代表技术，能够适应于几乎所有的固网宽带接入场合。同时，基于其低成本、易维护、高带宽、广覆盖、多业务、高质量的优势，EPON能够在众多应用场合提供远超出其他接入方式的服务质量，成为现阶段国内运营商规模部署FTTx的主流选择。
参考文献：
[1]陈雪、孙曙和、刘冬、盖鹏飞（译），《基于以太网的无源光网络》，北京邮电大学出版社，2007，5.
[2]郎为民、郭东生，《EPON/GPON从原理到实践》，人民邮电出版社，2010，5.
[3]阎德升，《EPON-新一代宽带光接入技术与应用》，机械工业出版社，2010，4.
[4]何岩，《EPON技术白皮书》，武汉邮电科学研究院.
作者简介：
吴静（1983-），女，汉族，湖北人，硕士，助教，安徽邮电职业技术学院通信工程系，主要研究方向：数据通信、光传输。