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EPON.docx
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EPON
EPON
PON
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定义
兴起
发展
国内研究
发展前景
补充介绍
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定义
PON(PassiveOpticalNetwork:
无源光纤网络)
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兴起
信息化进程的推进和网络应用的需求,快速推动着网络的发展。
在网络的总带宽以每半年翻一番的速度递增的急速推动下,新的网络应用和网络技术也不断地涌现。
PON技术就是顺应这股潮流而走向市场的一种质优价廉的宽带接入技术。
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发展
从整个网络的结构来看,由于光纤的大量铺设,DWDM等新技术的应用使得主干网络在几年之内已经有了突破性的发展。
同时由于以太网技术的进步,由其主导的局域网带宽也从10M,100M到1G甚至10G。
而目前大家关注,最需要突破的地方就在于连接网络主干和局域网以及家庭用户之间的一段,这就是常说的“最后一公里”,这是个瓶颈。
必须打破这个瓶颈,才可能迎来网络世界的新天地。
这就好象在一个国家的公路系统,干线和各地区干道都已经建成高等级的宽阔的公路,但通向家庭和商家的门口却还是羊肠小道,这个公路网络的效率无法有效地发挥。
然而,与主干网和局域网不同,接入网情况复杂,需求多样。
宽带接入市场才刚刚起步,市场上可供选择的接入技术众多,各有其优点和不足。
在我国,T1/E1或SONET/SDH接入在价格上,一般用户难以承受;ADSL接入由于其距离和选线率的限制使其费用偏高、用户群不易扩展;CableModem方式在网络的结构上和服务的提供上都还有一些问题,而结构的改造费用不菲,同时还受到政策因素的影响;Ethernet接入由于用户实装率过低而使得本身的成本优势荡然无存,同时由于安全和服务质量难以保证受到广泛批评。
LMDS系统作为一种无线连接的理想方式,可以作为一个很好的补充,但由于其对环境的要求使其不可能成为一种主导技术。
在这种情况下,市场呼唤新技术登场,来解决一些目前技术难以解决的一些问题,以更低的价格。
向用户提供更高的带宽,更好的服务质量。
已经有过多年发展的PON(PassiveOpticalNetwork:
无源光纤网络)正式揭开面纱,预计在今明两年内就可走向市场。
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国内研究
实际上,国内对PON的关注和研究已经有一段时间了。
在去年10月北京举办的通信展上,几家供应商展出的PON产品和理念就引起了广泛关注。
几家著名设备制造商的EPON和APON产品都已经开始推向市场,PON作为一种全新技术,引起了广大运营商、设备制造上、集成商、工程师和学生的兴趣。
同时,我们了解到,在国内一些大学里,已经把PON,尤其是EPON作为一种未来占主导地位的接入技术,进行研究和对学生传授。
无源光网络PON(PassiveOpticalNetwork):
指ODN(OpticalDistributionNetwork:
光配线网)不含有任何电子器件及电子电源,ODN全部由光分路器(Splitter:
分支器)等无源器件组成,不需要贵重的有源电子设备。
PON网络的突出优点是消除了户外的有源设备,所有的信号处理功能均在交换机和用户宅内设备完成。
而且这种接入方式的前期投资小,大部分资金要推迟到用户真正接入时才投入。
它的传输距离比有源光纤接入系统的短,覆盖的范围较小,但它造价低,无须另设机房,维护容易。
因此这种结构可以经济地为居家用户服务。
PON的复杂性在于信号处理技术。
在下行方向上,交换机发出的信号是广播式发给所有的用户。
在上行方向上,各ONU必须采用某种多址接入协议如时分多路访问TDMA(TimeDivisionMutipleAccess)协议才能完成共享传输通道信息访问。
目前用于宽带接入的PON技术主要有:
ATMPON和EthernetPON。
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发展前景
然而APON经过多年的发展,仍没有真正进入市场。
主要原因是ATM协议复杂,相对于接入网市场来说设备还较昂贵。
同时由于以太技术的高速发展,使得ATM技术完全退出了局域网。
而千兆及10G标准的推出为以太技术走向主干打开了大门,因此如何把简单经济的以太技术与PON的传输结构结合起来,自2000年始引起技术界和网络运营商的广泛重视。
同时,业界普遍认为ATMPON的很多缺点,例如缺乏视频传输能力、带宽有限、系统复杂以及价格昂贵等等,在EPON中将不会存在。
光接入网演进的首期目标是FTTB(fiber-to-the-business)和FTTC(fiber-to-the-curb)系统,然后再发展到FTTH(fiber-to-the-home),通过一个简单的平台为用户提供包括数据、视频和语音在内的全面服务。
EPON可以提供比APON更高的带宽和更全面的服务,成本却很低,同时EPON的体系结构也符合G.983标准的大多数要求。
http:
//www.PON
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补充介绍
pon无源光纤网络的英文缩写,与有源光接入技术相比,PON由于消除了局端与用户端之间的有源设备,从而使得维护简单、可靠性高、成本低,而且能节约光纤资源,是未来FTTH的主要解决方案。
随着PON成本的逐步降低,不但在FTTB/FTTC场合PON有了一定的应用市场,而且利用PON来实现FTTH在日本等发达国家也取得了很大的进展。
目前PON技术主要有APON、EPON和GPON等几种,其主要差异在于采用了不同的二层技术。
APON是上世纪90年代中期就被ITU和全业务接入网论坛(FSAN)标准化的PON技术,FSAN在2001年底又将APON更名为BPON,APON的最高速率为622Mbps,二层采用的是ATM封装和传送技术,因此存在带宽不足、技术复杂、价格高、承载IP业务效率低等问题,未能取得市场上的成功。
为更好适应IP业务,第一英里以太网联盟(EFMA)在2001年初提出了在二层用以太网取代ATM的EPON技术,IEEE802.3ah工作小组对其进行了标准化,EPON可以支持1.25Gbps对称速率,将来速率还能升级到10Gbps。
EPON产品得到了更大程度的商用,由于其将以太网技术与PON技术完美结合,因此成为了非常适合IP业务的宽带接入技术。
对于Gbit/s速率的EPON系统也常被称为GE-PON。
在EFMA提出EPON概念的同时,FSAN又提出了GPON,FSAN与ITU已对其进行了标准化,其技术特色是在二层采用ITU-T定义的GFP(通用成帧规程)对Ethernet、TDM、ATM等多种业务进行封装映射,能提供1.25和2.5Gb/s下行速率和所有标准的上行速率,并具有强大OAM功能。
在高速率和支持多业务方面,GPON有明显优势,但成本目前要高于EPON,产品的成熟性也逊于EPON
PON
目录·PON技术的发展
无源光网络(PassiveOpticalNetwork,PON)主要采用无源光功率分配器(耦合器)将信息送至各用户。
由于采用了光功率分配器,使功率降低,因此较适合于短距离使用。
PON(无源光网络)是指ODN(光配线网)中不含有任何电子器件及电子电源,ODN全部由光分路器(Splitter)等无源器件组成,不需要贵重的有源电子设备。
一个无源光网络包括一个安装于中心控制站的光线路终端(OLT),以及一批配套的安装于用户场所的光网络单元(ONUs)。
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耦合器。
PON技术的发展
APON(ATMPON)
ATMPassiveOpticalNetwork--ATM无源光网络
APON是ATM PON的简称。
ATM是一种基于信元的传输协议,近年来,被越来越广泛地应用于接入网上以提供视频广播、远程教学、以及数据通信等多种业务。
ATM技术能为接入网提供动态的带宽分配,从而更适合宽带数据业务的需要。
可以运行在多种物理层技术上,xDSL技术和PON技术均可为ATM的运行提供物理平台。
PON即无源光网络(无源的光接入网),其光配线网(ODN)上的器件全部由无源器件(光纤、无源光分路器、波分复用器等)组成,不包含任何有源节点。
在PON中采用ATM信元的形式来传输信息的,称为ATM—PON或简称APON。
这种模式建立的是一个点到多点的系统,不仅可以利用光纤的巨大带宽提供宽带服务,还可以利用ATM进行高效的带宽业务管理。
BPON(BroadbandPON)
BPON,BroadbandPassiveOpticalNetwork,宽带无源光网络。
BPON最初被称为ATM宽带无源光网络(APON),是由FSAN委员会确定,被用于ATM第二层信号传输协议的最初的PON规范。
采用APON这个术语导致用户相信只有ATM服务可以被提供给终端用户,因此,FSAN决定将上述术语扩展为宽带PON(BPON)。
BPON系统提供包括以太网连接和图像传输在内的多种宽带服务。
BPON基于ATM协议,上下行速度分别为155和622Mbps。
尽管BPON发展最早,但由于成本昂贵部署有限,随后成本低廉的EPON被大量部署。
不过,BPON后续的GPON因为速度更快、性价比更高,被不少人看好。
GPON(GigabitPON)
GPON的定义
GPON(Gigabit-CapablePON)技术是基于ITU-TG.984.x标准的最新一代宽带无源光综合接入标准,具有高带宽,高效率,大覆盖范围,用户接口丰富等众多优点,被大多数运营商视为实现接入网业务宽带化,综合化改造的理想技术。
GPON的标准
GPON最早由FSAN组织于2002年9月提出,ITU-T在此基础上于2003年3月完成了ITU-TG.984.1和G.984.2的制定,2004年2月和6月完成了G.984.3的标准化。
从而最终形成了GPON的标准族。
基于GPON技术的设备基本结构与已有的PON类似,也是由局端的OLT(光线路终端),用户端的ONT/ONU(光网络终端或称作光网络单元),连接前两种设备由单模光纤(SMfiber)和无源分光器(Splitter)组成的ODN(光分配网络)以及网管系统组成。
对于其他的PON标准而言,GPON标准提供了前所未有的高带宽,下行速率高达2.5Gbit/s,其非对称特性更能适应宽带数据业务市场。
提供QoS的全业务保障,同时承载ATM信元和(或)GEM帧,有很好的提供服务等级、支持QoS保证和全业务接入的能力。
承载GEM帧时,可以将TDM业务映射到GEM帧中,使用标准的8kHz(125μs)帧能够直接支持TDM业务。
作为电信级的技术标准,GPON还规定了在接入网层面上的保护机制和完整的OAM功能。
在GPON标准中,明确规定需要支持的业务类型包括数据业务(Ethernet业务,包括IP业务和MPEG视频流)、PSTN业务(POTS,ISDN业务)、专用线(T1,E1,DS3,E3和ATM业务)和视频业务(数字视频)。
GPON中的多业务映射到ATM信元或GEM帧中进行传送,对各种业务类型都能提供相应的QoS保证。
GPON的组网方式
目前GPON主要采用的组网方式有FTTH/O、FTTB+LAN和FTTB+DSL三种。
1)FTTH/O为光纤到户/办公室。
光纤进过分光器后直连到用户ONU,一个ONU仅供一个用户使用,带宽高,成本也高,一般针对高端用户和商业用户。
2)FTTB+LAN为光纤到楼,然后通过大容量ONU(称为MDU)将不同业务接入多个用户,因此多个用户共享一个ONU的带宽资源,每人占用带宽较低,成本也低,一般针对中低端住宅和中低端商业用户。
3)FTTB+ADSL为光纤到楼,然后以ADSL的方式将业务接入多个用户,也是多用户共享一个ONU,带宽、成本和客户群都与FTTB+LAN类似。
GPON的下行速率
GPON下行最大速率为2.5Gbps,上行为1.25Gbps,分光比最大为1:
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EPON(EthernetPON)
EPON
目录·EPON网管系统结构
·EPON网管系统的设计
·EPON网管系统的实现
·EPON接入系统特点
以太网无源光网络(EthernetPassiveOpticalNetwork,EPON)是一种新型的光纤接入网技术,它采用点到多点结构、无源光纤传输,在以太网之上提供多种业务。
它在物理层采用了PON技术,在链路层使用以太网协议,利用PON的拓扑结构实现了以太网的接入。
因此,它综合了PON技术和以太网技术的优点:
低成本;高带宽;扩展性强,灵活快速的服务重组;与现有以太网的兼容性;方便的管理等等。
由于EPON的众多优点,它越来越受到人们的青睐,即将成为宽带接入网一种最有效的通信方法。
为了保证EPON网络能够稳定、高效、准确的运行,为EPON提供一个有效的网络管理系统显得尤为重要。
在网络管理领域,随着基于TCP/IP体系的网络管理技术的不断发展,SNMP已经成为事实上的标准。
基于SNMP的EPON网络管理系统是指采用SNMP管理协议框架,对EPON网络实体的资源实现有效管理的系统。
SNMP的介绍
SNMP(简单网络管理协议)是一种基于TCP/IP的网络管理协议,它使用UDP作为传输层协议,能管理支持代理进程的网络设备。
SNMP主要包括SMI(管理信息结构)、MIB(管理信息库)和SNMP协议几部分。
SMI给出了管理对象定义的一般框架。
MIB是设备所维护的全部被管理对象的结构集合。
SNMP协议包括SNMP操作、SNMP信息的格式以及如何在应用程序和设备间交换消息。
SNMP采用代理/管理站模型进行网络管理。
SNMP有5种消息类型,分别为Get-Request、Get-Response、Get-Next-Request、Set-Request和Trap。
代理和管理站之间通过这几种消息报文进行相互通信,以获取网络设备的各种信息,从而控制网络设备的正常运行。
EPON网管系统结构
EPON系统的管理对象为1个OLT(光线路终端)和32个ONU(光网络单元)。
基于SNMP的EPON网管系统结构如图2所示。
EMS网管系统安装在工作站,与OLT设备之间通过带外网管接口(F接口)相连。
EMS网管系统和OLT、ONU设备之间采用SNMP协议进行通信,实现在EMS中对OLT、ONU的统一管理。
通信的方式有2种:
(1)轮询。
管理站每隔一段时间对所有OLT和ONU代理站的MIB进行主动查询,各代理站返回被查询的结点值。
(2)告警(trap)。
当某些指定事件发生时,代理进程向管理站发送trap报文。
管理站接收、显示告警事件,并做相应处理。
同时OLT设备和ONU设备具备本地Console接口,可以实现本地操作管理维护。
EPON网管系统的设计
EPON网管系统按照网管功能分为四大模块:
配置管理、性能管理、故障管理和安全管理。
1.配置管理
配置管理主要是组织EPON网内运转所需要的资源和数据,构造和维护网络系统的配置,识别各网元,保证网元的基本配置,监控当前配置和按照具体情况改变配置,设置系统参数,收集并存储各参数,报告与基本配置值的偏差,启动和关闭资源等。
EPON配置管理包括系统初次启动时的配置管理和系统正常运行时的配置管理。
启动时,针对EPON网络,可自动或手动生成OLT、ONU设备拓扑图,显示当前网络中各OLT、ONU设备的状态。
在网络拓扑图生成后,SNMP管理进程采用轮询的方式定期查询SNMP代理进程,收集设备信息用于更新数据库,以实现配置信息的实时性。
系统正常运行后,网管可根据需要随时手动设置其各项配置参数。
如可以设置各OLT、ONU代理的标识信息和系统信息,启用、禁用某个端口,配置各端口的工作状态,配置网桥的工作参数,配置VLAN,重启设备等。
还提供基于用户的动态带宽管理。
2.性能管理
性能管理功能对EPON网络性能进行监视、检测,采集相关性能统计数据,进行分析、诊断,从而为网络进一步规划与调整提供依据,以保证网络的业务质量。
EPON的性能管理功能分为性能监测、性能管理控制和性能统计分析。
性能监测是连续的收集OLT、ONU上与性能相关的数据,根据性能数据确定网元的性能,从而掌握设备单元因不太频繁或间断的差错导致业务质量变差的性能情况。
性能管理控制的目的是支持管理人员发出控制命令或网管软件自动发出控制命令,以改善OLT、ONU性能。
它可以设置性能管理数据采集周期、设置性能监测数据存储过滤条件,并对门限值进行管理。
性能统计分析是对收集到的性能数据做进一步的处理,以分析表或分析图的形式报告分析结果。
如计算接口利用率、接口的输入错误率、接口输出错误率、吞吐率等。
3.故障管理
故障管理功能提供对EPON网络故障监测、故障定位,保护切换与恢复,并存储故障信息供以后查询。
对来自硬件设备或路径结点的报警进行监控、报告和存储,对故障进行诊断、定位和处理,是故障管理的重要工作。
当监测到网络、设备故障或异常时,网管系统实时产生报警。
一些故障、异常是由网管程序通过查询代理站MIB发现的,而另一些是代理站通过Trap通知管理站发现的。
可以设置各种告警事件的告警等级。
不同等级的告警事件采取不同的告警指示和处理措施。
网管系统收到告警信息后,进行分析和提示,然后针对不同等级的告警,进行不同的处理。
对于严重影响网络运行的故障,需要进行故障定位和测试。
启动故障定位过程,试图从这些过程中获取相关信息。
进行故障定位后,网管系统会尽快做出响应,采取故障修复措施,使EPON网络恢复正常。
告警信息被存储到本地数据库。
可以按照告警时间、告警设备、告警等级等关键字查询历史告警信息。
根据全部告警信息,进行告警统计分析,绘制出统计图表。
4.安全管理
安全管理功能通过访问操作控制策略等方法保证管理应用程序和管理信息不被非法访问和破坏。
用户标识和鉴定,是网管系统提供的最外层的安全保护措施。
网管用户在启动程序前必须输入用户名和登陆密码,系统在核实鉴定了用户身份以后才能提供网管系统的使用权。
用户被分为3个等级,不同等级的用户设置不同的管理权限,第一级用户拥有最高管理权限,可以使用网管系统提供的所有功能;低级用户在设置参数、操作设备等权限上被限制;高级用户拥有低级用户的所有权限,并能对低级用户进行管理。
系统还提供安全日志,登陆者的所有操作将被录入数据库,以便维护和检查使用。
EPON网管系统的实现
EPON网管系统的实现包括管理站网管软件的实现和代理站软件的实现。
1.管理站网管软件的实现
管理站网管系统是为用户提供友好的交互式界面,利用SNMP协议对代理进程实现管理的控制实体。
通信模块的功能是按照SNMP协议,对网络中的代理站(OLT和ONU)发送、接收SNMP报文,从而获取或设置代理站中MIB库的相应信息。
一方面,它将上层的操作、信息封装成对应的PDU(协议数据单元),向网络中发送。
另一方面,它接收代理发给自己的PDU,并解析成上层可识别的信息,向上传递。
对应于5种消息类型,SNMP有5种类型
数据采集、处理模块负责将采集的数据分析、处理、储存或者送往上层。
对各种采集到的数据,要按照配置、性能、故障几个模块的需求进行转换,向上传送。
一些数据直接可以给上层显示使用;一些采集到的数据需要处理后,再送往上层显示。
如通过访问接口MIB,可以得到每个接口在每个时刻的总流量。
可以设置每隔一秒钟取一次值,然后计算秒间总流量差值,得到接口每秒钟的流量。
有些数据暂时不需要显示,需要储存在数据库,供以后查询使用。
显示模块是面向用户的。
它按照配置管理、性能管理、故障管理、安全管理几个模块分类,以图形化界面形式显示各项信息,并且提供人机接口,供配置使用。
本系统是在Windows环境下,用VC++6.0开发出来的。
通信模块是利用Windows提供的API函数,封装成一个SNMP类,来实现SNMP的各种操作。
按照显示模块的需要,数据处理模块采用各种算法对采集到的数据进行分析处理。
显示模块则以对话框、列表框、曲线图等形式,提供直观、方便的图形化界面,如图4所示。
2.代理站软件的实现
SNMP在代理站的实现工作主要包括代理进程软件的实现和MIB的设计与组织。
(1)代理进程软件的实现
代理进程软件实现SNMP协议,并管理MIB。
它实际上是一个执行无限循环的守护进程,在循环中,它接收管理站的SNMP请求,然后进行相应的操作,并作出响应。
同时,代理进程能够根据自身管理的MIB信息,主动向管理站发送陷阱报文(Trap),以通知管理站所管理的网络设备发生了异常事件,实现故障告警。
通常,在开发过程中使用一些软件开发包可以大大缩短产品开发周期。
ucd-snmp软件包是一个广泛使用的实现SNMP代理开发的免费软件包,它支持SNMPv1/v2c/v3,支持分布式代理的开发,支持MIB-II。
它包括SNMP协议模块和MIB管理模块,实现了SNMP代理站的基本框架。
(2)EPON设备MIB的设计与组织
OLT、ONU设备的MIB主要包括RFC1213定义的MIB-II、RFC1573定义的InterfacesMIB、RFC1493定义的BridgeMIB和根据EPON设备需要自定义的私有MIB。
MIB-II包含了基于TCP/IP网络的基本网管信息,包括系统组、接口组、IP组、ICMP组、UDP组、SNMP组等基本管理对象。
通过MIB-II,我们可以获取OLT、ONU设备运行的基本网络信息,如系统信息、端口基本信息、IP、ICMP等类型数据包的统计等,对某些对象可以配置。
InterfacesMIB是针对改善MIB-II中的接口组的不足和缺陷,发展而来的一个以定义网络接口管理对象为主的MIB。
BridgeMIB是一个定义网桥管理对象的MIB,它包括一般网桥管理信息、生成树网桥管理信息和透明网桥管理信息。
它主要对OLT设备中所具有的生成树网桥的设置、监测提供网络管理手段。
自定义MIB是针对OLT、ONU特殊管理对象和特殊功能而定义的,主要包含各OLT、ONU的特殊系统信息和带宽控制管理两部分。
特殊系统信息包括硬件系统信息和软件系统信息。
如我们的EPON系统上行是采用WDMA方式的,对于每个ONU端,对应于不同的上行波长。
把波长信息加入每个ONU的自定义MIB中,这样通过网管系统就可以查询各ONU的波长相关信息了。
带宽控制管理MIB是自定义MIB的一个重要部分,通过它,我们可以远程进行基于用户的带宽管理。
随着EPON的快速发展,为EPON设计和实现一个稳定高效和准确的网络管理系统具有重要的意义。
本文结合EPON的特点,设计和实现了一个基于SNMP的EPON网络管理系统。
目前,本系统已经基本完成,正在进行最后的测试工作。
EPON接入系统特点
Ø局端(OLT)与用户(ONU)之间仅有光纤、光分路器等光无源器件,无需租用机房、无需配备电源、无需有源设备维护人员,因此,
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