关于网络通信EPON技术的ODN网络规划研究.docx
《关于网络通信EPON技术的ODN网络规划研究.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《关于网络通信EPON技术的ODN网络规划研究.docx（44页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
关于网络通信EPON技术的ODN网络规划研究
摘要I
ABSTRACTII
1绪论1
1.1引言1
1.2课题研究背景1
1.3课题研究的意义2
1.4本章小结2
2宽带接入技术研究3
2.1数字宽带网络接入技术研究3
2.1.1用户环路技术（DSL）3
2.1.2基于以太网的100Base铜缆技术4
2.1.3光纤同轴混合网（HybridFiberCoax，HFC）与CableMod技术7
2.1.4无线接入技术8
2.1.5电力线接入技术（PLC）12
2.1.6光纤接入技术13
2.2无源光网络（PON）技术的发展历程14
2.3EPON、GPON技术比较15
2.4本章小结17
3基于Ethernet的无源光网络（EPON）18
3.1EPON技术原理18
3.1.1EPON系统的组成结构18
3.1.2EPON的基本原理19
3.1.3EPON的技术优势19
3.2关键技术及实现20
3.2.1上行信道复用技术21
3.2.2动态带宽分配22
3.3EPON系统支持的业务类型23
3.4本章小结24
4基于EPON技术的ODN网络规划与研究25
4.1EPON网络组网模式研究与带宽计算25
4.1.1EPON组网模式选择25
4.1.2EPON网络带宽需求规划27
4.2EPON网元设备规划30
4.2.1OLT设备规划30
4.2.2ONU设备规划31
4.3光配线网ODN网络规划33
4.3.1光分路器设置位置33
4.4本章小结35
5鹤壁电信2011年ODN网络规划36
5.1ODN规划综述36
5.1.1鹤壁光缆网结构现状36
5.1.2规划目标36
5.1.3PON网络现状37
5.2业务预测37
5.3OLT规划建设方案38
5.4接入光缆建设方案40
5.5FTTx典型场景接入方案42
5.6本章小结42
结束语43
致 谢44
参考文献45
基于EPON技术的ODN网络规划研究
摘要
近年来，随着社会信息化的快速发展，通信网络中骨干网的传输承载能力进一步增强，接入网的能力的增长远远落后于Internet流量的快速增长，因而接入网成为高效的LAN和骨干网发展的瓶颈。
基于PON技术的ODN网络由于集中了以太网设备价格低廉和光纤能够提供高带宽的优点，成为下一代接入网的最佳选择。
本论文首先从接入网的基本概念出发，对目前流行的几种宽带接入技术进行介绍，接着叙述无源光网络（PON）技术的发展历程，而后引出EPON和GPON接入技术，并对EPON和GPON技术进行比较。
第三章从PON的标准发展、EPON的技术原理、关键技术以及其所支持的业务对EPON作进一步的深入了解。
第四章从EPON的应用角度，阐述EPON的组网技术、带宽计算方法、网元以及ODN的网络规划、所能支持的业务类型。
并结合典型小区宽带接入方案，对基于EPON的FTTH技术进行分析。
文章最后针对鹤壁电信ODN规划给出了具体的设计方案。
关键词光分配网络；以太网无源光网络；光纤到户；光网络单元
ODNnetworkplanningresearchbasedontheEPONtechnology
ABSTRACT
Inrecentyears,withtherapiddevelopmentoftheinformationsociety,thecommunicationnetworkcapacityinthetransmissionbackboneenhanced,meanwhileaccessnetworkhasnotoobigimprovement.ThegrowthoftheabilitytoaccessnetworkisfarbehindtherapidgrowthofInternettraffic,andaccesstobeproductiveLANandbackbonedevelopmentbottlenecks.TheODNnetworkbasedonPONtechnologyisbecomingthebestchoiceforthenextgenerationaccessnetwork,duetotheadvantagesoflowcostandopticalfibercanprovidinghigh-bandwidth.
Inthisthesis,fromthebasicconceptoftheaccessnetwork,severalcurrentpopularbroadbandaccesstechnologyintroduction,leadstothedevelopmentofPONtechnology.ThenleadstoEPONandGPONaccesstechnologyandthecomparisonofEPONandGPONtechnology.
Thethirdchapter，fromPONstandarddevelopment,EPONtechnicalprinciples,keytechnologyanditssupportofthebusinesstohaveafurtherin-depthunderstandingofEPON.
Intheforthchapter,fromtheapplicationangleofEPON,expatiatetheperspectiveofthenetwork,bandwidthcalculation,networkelementsandnetworkplanningODN,andthetypeofbusiness.Thencombinedwithtypicalresidentialbroadbandaccesssolutions,toanalysetheFTTHtechnologyofEPON.
ThefinalchapterpresentsODNplanningofHeBiTelecom,andthespecificdesignschemeispresented.
KEYWORDSOpticaldistributionnetwork，Ethernetpassiveopticalnetwork，
Fibertothehome，Opticalnetworksunit
1绪论
1.1引言
近几年来，随着固网运营商实施业务转型，众多的运营商都在着手改造承载网，以适应这一变化。
开始改造核心网以后，接入网的带宽瓶颈问题日益突出。
虽然ADSL已经成为宽带网络当前的主流接入技术，但是如果要提供高清晰度或交互式的视频业务，ADSL则难胜其任，难尽其责。
在接入网环境中用光纤取代铜缆可带来一系列的好处：
消除电信网的带宽瓶颈、降低维护费用、易于实现业务融合和提供新业务、提高信息传输和通信可靠性、方便系统扩容、节省建设投资，等等。
接入网宽带光纤化成为必然，而PON技术因其多业务、低投资、易维护等特点，将成为未来宽带接入网的技术热点，城市ODN网络的规划变得越来越重要。
1.2课题研究背景
在宽带接入领域，目前大多数家庭都是使用ADSL技术来实现，用户的各种业务通过接入网进入核心网。
随着互联网的持续快速发展，网上新业务层出不穷，特别是近年来开始风靡的网络游戏，MSN和QQ等实时网络通信工具，使得人们对网络接入带宽的需求增加。
主流接入技术从拨号逐渐过渡到速度更快的ADSL和以太网，核心网上的可用带宽由于SDH的发展而持续增长，用户处业务量也由于Internet业务的迅猛增长而急剧增加，作为用户与核心网之间桥梁的接入网则由于入户媒质的带宽限制而跟不上骨干网和用户业务需求的发展，成为用户与核心网之间的接入“瓶颈”。
光纤接入网采用光纤作为传输媒质，具有传输容量大、质量高、可靠性高、传输距离长、抗电磁干扰等优点，是未来宽带固定接入的发展方向。
以光纤接入代替铜线接入已成为各个电信运营商的一个共识。
近几年EPON技术得到了快速发展，设备研发和生产能力不断增强，在EPON研发方面出现了一些比较领先的公司，如NokiaBroadband、格林威尔、华中理工、武汉烽火等。
EPON已经能在以太网之上提供多种业务，为商业客户提供基于语音、数据、宽带、视频等应用的解决方案。
1.3课题研究的意义
国内各个运营商积极推进光纤接入网络FTTx的实验和建设，对FTTH相关的技术标准、规划建设、业务应用、运行维护等方面进行研究和探索。
在南方，中国电信现有的接入网主要以ADSL/ADSL2+、LAN技术为主，采用大量的实线、铜缆作为接入网主要的传输媒质，建网时需要综合考虑建设成本、业务需求、技术成熟度、竞争形势等多方面的因素，适时采用“光进铜退”，最终实现FTTH。
FTTH的发展对于光通信市场的带动有着不可低估的巨大作用，FTTH的出现导致的宽带生活升值深刻影响到我们基本生活方式。
1.4本章小结
本章主要介绍了基于EPON技术的ODN网络的研究背景、研究意义，着重比较了传统的ADSL接入网和光纤接入网的不同之处，提出了实现光纤到户目标的EPON接入技术。
2宽带接入技术研究
宽带与窄带，实际上并不存在非常严格的定义，但通常是以拨号上网速率的上限56Kbps作为宽、窄带的分界，将56Kbps及其以下的接入称为“窄带”，把56Kbps之上的接入方式则归类于“宽带”。
从技术发展历程来看，采用或正在探索的宽带接入技术主要有数字用户线路（DigitalSubscriberLine，DSL）、基于以太网的100Base铜缆技术、光纤同轴混合网（HybridFiber-Coax，HFC）与CableModem技术、无线接入技术、电力线接入技术、光纤接入技术等几种。
2.1数字宽带网络接入技术研究
2.1.1用户环路技术（DSL）
数字用户线（DSL）是一种基于普通电话线的宽带接入技术，它在同一对铜线上分别传送数据和语音信号，但由于数据信号并不通过PSTN电话交换设备进行传送，从而减轻了电话交换机的负担。
同时，DSL上网无需拨号，一直在线，属于专线上网方式的一种，且使用DSL上网并不需要缴付另外的电话费。
所以，基于以上优点和特点，DSL成为传统电信固网运营商提供的主要宽带接入方式。
DSL技术分支主要包括ADSL、RADSL、HDSL、VDSL等几种。
下面对ADSL技术做详细介绍：
非对称数字用户环路ADSL（AsymmetricDigitalSubscriberLine）是数字用户线（DSL）技术的一种，ADSL在上行、下行方向的传输速率不对称。
ADSL是一种非对称的DSL技术，非对称是指用户线的上行速率与下行速率不同。
ADSL上行速率低，下行速率高，特别适合传输多媒体信息业务，如视频点播（VOD）、多媒体信息检索和其他上下行带宽需求不对称的交互式业务。
ADSL利用一对铜线，通常上行速率为512Kbps~1Mbps，下行速率为1Mbps~8Mbps，有效传输距离在3~5公里范围以内。
ADSL在一对电话线上同时传送一路高速下行数据、一路较低速率下行数据、一路模拟电话。
各种信号采用频分复用方式占用不同频段，低频段传送话音，中间窄频段传上行信道数据及控制信息，其余高频段传下行信道数据、图像或高速数据。
ADSL接入应用系统结构图如图2-1所示。
图2-1ADSL接入应用系统结构图
ADSL是目前众多DSL技术中较为成熟的一种，其优点是带宽相对较大、连接简单、投资较小，可充分利用已有电话网络的铜缆资源，因此发展很快。
ADSL系统典型的下行速率有Tl，EI，DS2（6.312Mbit/s），E2（8.448Mbit/s）。
2.1.2基于以太网的100Base铜缆技术
以太网是最初由XEROX公司在20世纪70年代研制开发的一种基带局域网技术。
数据设备公司DEC（DIGIALEQUIPMENTCORPORATION）、INTEL公司和XEROX公司在1980年共同使之形成规范。
后来，该技术被作为802.3标准为电气与电子工程师协会（InstituteofElectricalandElectronicsEngineers，IEEE）所采纳。
以太网具有简单方便、价格低、速度高等特点。
由于以太网的帧格式与IP一致，所以特别适合于传输IP数据。
以太网基本特征是采用一种称为载波监听多路访问/冲突检测（CarrierSenseMultipleAccess/CollisionDetection，CSMA/CD）的共享访问方案，它最初使用同轴电缆作为网络媒体，数据传输速率达到10Mbps。
CSMA/CD机制的主要原理是：
多个工作站都连接在一条总线上，所有的工作站都不断向总线上发出监听信号，但在同一时刻只能有一个工作站在总线上进行传输，而其它工作站必须等待其传输结束后再开始自己的传输。
图2-2以太网络拓扑图
目前，以太网的定义更多的被用来特指各种采用CSMA/CD技术的局域网。
所以，以太网是当前应用最普遍的局域网技术。
以太网很大程度上取代了其他局域网标准，如令牌环网、FDDI和ARCNET。
传统以太网的标准拓扑结构为总线形拓扑。
目前在实际快速以太网组网过程中虽然大量使用交换机（Switch）来进行网络连接和组织，达到最大程度的减少冲突和提高网络速度和使用效率的目的，从而使以太网的拓扑结构变成了星形。
但在逻辑上，其仍然使用总线形拓扑和带冲突检测的载波监听多路访问的总线争用技术。
图2-2是典型的以太网络拓扑图。
早期的以太网采用同轴电缆作为传输介质，传输速率为10Mbps。
随着技术的不断进步，目前在接入网采用最多的以太网技术是100Base铜缆技术。
其中主要包括100Base-T、100Base-TX、100Base-TZ、100Base-T4四种。
1、100Base-T
100Base-T是以太网标准的l00M版本，电气与电子工程师协会于1995年5月正式通过了快速以太网/100Base-T规范，即IEEE802.3u标准。
该标准是对IEEE802.3的补充。
100Base与10Base-T一样采用星形拓扑结构，但100Base-T包含4个不同的物理层规范，并且包含了网络拓扑方面的许多新规则。
2、100Base-TX
100Base-TX使用两对5类非屏蔽双绞线或1类屏蔽双绞线作为传输介质，其中一对用于发送数据，另一对用于接收数据。
100Base-TX采用的是4B/5B编码方式（即把每4位数据用5位的编码组来表示，该编码方式的码元利用率=4/5*100%=80%，然后将4B/5B编码成NRZI进行传输），使其可以使用125MHz的串行数据流来传送数据。
同时，100Base-TX使用MLT-3（多电平传输-3）波形法来降低信号频率，将信号频率降为41.6MHz（125/3=41.6）。
100Base-TX采用RJ45连接器，最大网段长度为100m，采用EIA568布线标准。
3、100Base一T4
100Base一T4是为了利用大量的3类音频级布线而设计的的以太网标准。
它使用4对双绞线作为传输介质，其中3对用于同时传送数据，第4对线用于冲突检测时的接收信道。
100Base—T4采用比曼彻斯特编码法更高级的6B/6T编码法，信号频率为25阳z。
100Base一T4可以使用数据级3、4或5类非屏蔽双绞线，也可使用音频级3类线缆。
100Base一T4采用RJ45连接器，最大网段长度为100m，采用EIA568布线标准。
但由于由于没有专用的发送或接收线路，所以100Base一T4不能进行全双工操作。
4、100Base一T2
随着数字信号处理技术和集成电路技术的发展，只用2对3类UTP线就可以传送100Mbps的数据，因而针对100Base一T4不能实现全双工的缺点，IEEE开始100Base一T2标准的制定工作。
100Base一T4采用2对音频或数据级3、4或5类非屏蔽双绞线作为传输介质，一对用于发送数据，另一对用于接收数据，可实现全双工操作。
100Base一T2采用名为PAM5xs的5电平编码方案，采用RJ45连接器，最大网段长度为100m，采用EIA568布线标准。
2.1.3光纤同轴混合网（HybridFiberCoax，HFC）与CableMod技术
HFC是HybridFiberCoax的缩写，是指采用光纤传输系统与同轴电缆分配网相结合的宽带传输平台。
目前，依据CATV网络的信号流向可将HFC网络分为单向HFC和双向HFC两种。
由于单向HFC只能运营广播业务，而双向HFC则可以运营各种数字业务，通常在实际工作中又把双向HFC网络称为HFC，而将单向HFC称为CATV。
故HFC网已成为利用混合光纤同轴来进行宽带数字通信的以TV网络的特指。
有线电视宽带网络图如图2-3所示。
图2-3有线电视宽带网络
CableModem作为利用有线电视网络实现高速接入的装置，实际上不仅仅是传统意义上的调制解调器，更多地是作为一种通过TCP/IP协议运行的局域网接口。
大多数的CableModem能够提供一个标准的10BaseT/100BaseT以太网接口同用户的PC设备或局域网集线器等设备相联，它集MOD阴、调谐器、加/解密设备、桥接器、网络接口卡、SNMP代理和以太网集线器的功能于一身。
它无须拨号上网，不占用电话线，可实现永久连接。
同时CableModem为网络运营服务商的局端设备和用户的Modem设备之间建立了一个VLAN（虚拟专网）连接。
在HFC系统实际应用中，由于HFC在物理层面上具有良好的带宽传输能力，所以运营商可以将传统的有线电视网络加以改造，为用户提供宽带服务。
在实际应用中，有线电视运营商采用光缆将信号传输到小区节点，再利用同轴分配网络将信号送到用户家中。
在HFC网络上，模拟信号可以直接进入用户的电视机，但同时有线电视运营商也可以采用数字调制技术和数字压缩技术向用户提供数字电视和HDTV。
在此基础上，运营商可利用CableModem的调制、加/解密等技术，使得高速数据在不同频段上传送，从而实现有线电视网络提供数据业务服务。
值得注意的是，CableModem也是一种上下行带宽不对称的技术，属于共享介质系统。
HFC有线电视上网的优点就是可以充分利用现有的有线电视网络，不需要再单独架设网络，并且速度比较快。
HFC网络的缺点就是其结构是树形的，CableModem上行10M下行38M的信道带宽为整个社区用户共享，一旦用户数增多，每个用户所分配的带宽就会急剧下降。
而且由于数据传送基于广播机制，同一个社区的所有用户都可以接收到他人发送的数据包，在网络安全性上有较大的缺陷。
2.1.4无线接入技术
无线网络是利用无线电波作为信息传输的网络，与有线网络相比两者最大的区别就在于传输信息的途径不同。
目前比较常见的无线接入技术有蓝牙（Bluetooth）、WLAN、红外技术、无线微波接入技术、WIMAX无线接入技术等等，但在宽带接入网中，应用最为广泛的是WLAN技术和WiMAX技术。
l、WLAN技术
无线局域网络（WirelessLocalAreaNetworks，WLAN）主要包含IEEE802.1la/b/g/n等标准，是目前最常见的无线网络接入技术之一。
WLAN利用电磁波在空气中发送和接受数据，而无需线缆介质。
WLAN无线联网方式己成为有线联网方式的一种主要补充和扩展，让计算机具有可移动性，能快速、方便的解决以有线方式不易实现的网络联通问题。
图2-4是WLAN网络系统连接示意图。
图2-4WLAN网络系统连接示意图
IEEE802.11是IEEE最初制定的一个无线局域网标准，主要用于解决办公室局域网和校园网中用户与用户终端的无线接入。
随着该协议的不断演进，目前已细分为802.11a、802.11b、802.11g、802.11n等无线网络协议。
802.11a作用在5.4GHz频段，最高速率为54Mbps，主要用于远距离的无线连接；802.11b工作在2.4GHz频段，最高速率为llMbps，主要用于近距离局域网连接，802.11g同样工作在2.4GHz频段，最高速率为54Mbps，而802.11n是最新无线标准，但目前技术还不成熟，其最高速率能到300Mbps。
802.n协议簇相关指标可见表2-1。
1997年IEEE802.11标准的制定是无线局域网发展的里程碑，它是由大量的局域网以及计算机专家审定通过的标准。
IEEE802.11标准定义了单一的MAC层和多样的物理层，其物理层标准主要有IEEE802.11b、a和g。
IEEE802.11标准使用两种原始数据率，分别是1Mbps和2Mbps，采用跳频展频（FHSS）或直接序列展频（DSSS）使用工业、科技和医疗（ISM）领域内的3个2.4GHz互不重叠频带，最初定义的载波侦听多点接入/避免冲撞（CSMA/CA）。
表2-1802.11协议簇
协议
频率
信号
最大数据传输率
传统802.11
2.4GHz
FHSS或DSSS
2Mbps
802.11a
5GHz
OFDM
54Mbps
802.11b
2.4GHz
HR—DSSS
11Mbps
802.11g
2.4GHz
OFDM
54Mbps
802.11n
2.4GHz或5GHz
OFDM
540Mbps（理论值）
1999年9月正式通过的IEEE802.11b标准是IEEE802.11协议标准的扩展，支持最高11Mbps的数据速率，运行在2.4GHz的ISM频段上，采用CCK的调制技术。
但是随着用户不断增长的对数据速率的要求，CCK调制方式就不再是一种合适的方法了。
这是因为对于直接序列扩频技术来说，为了取得较高的数据速率，并达到扩频的目的，选取的码片的速率就要更高，这对于现有的码片来说比较困难。
对于接收端的RAKE接收机来说，在高速数据速率的情况下，为了达到良好的时间分集效果，要求RAKE接收机有更复杂的结构，导致硬件上的不易实现。
IEEE802.1la也是在1999年正式通过的。
它工作5GHz频段上，使用OFDM（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，正交频分复用）调制技术，可支持54MbPs的传输速率。
802.11a与802.11b两个标准都存在着各自的优缺点，802.11b的优势在于价格低廉，但速率较低（最高11Mbps）；而802.11a优势在于传输速率快（最高54Mbps）且受干扰少，但价格相对较高。
另外，11a与11b工作在不同的频段上，不能工作在同一AP的网络里，因此11a与11b互不兼容。
为了解决IEEE802.11b和IEEE802.11a两个标准互不兼容的问题，进一步推动无线局域网的发展，2003年7月802.11工作组定义了新的物理层标准IEEE802.11g。
该标准与以前的802.11协议标准相比有以下两个特点：
其在2.4GHz
升级会员 