EPON系统关键技术及其在有线宽带城域网中的应用
2007-10-18
结构拓扑图如图二所示。
图二 EPON网络结构拓补图
这里核心路由器可选用华为Quidway NetEngine 80E 核心路由器或CISCO 12012核心路由器。可采用多台核心路由器作为城域网的出口路由器,它可以上连其他电信运营商的城域网网络,以便得到更加优惠的出口线路价格；向下则通过接口与汇聚层交换机相连。汇聚层需采用骨干路由交换机作为汇聚接入节点,通过两个接口上连核心路由器, 通过插入OLT板向下采用EPON技术进行用户的覆盖。
交换设备是整个宽带城域网数据平台的交换中心，必须采用高性能、高可靠性的设备。我们知道在传统的交换机中，三层交换引擎往往是整个交换机的瓶颈，无法实现大容量的线速的三层交换，而且模块和模块之间会采用总线式结构。因此，这里必须采用具有以下功能的交换设备：可以提供多种级别的冗余；既能支持总线接口也能支持网络接口；支持热备用路由器协议(HSRP)以便在发生灾难性故障时能够快速切换到备用系统；强大的管理功能，如其中的嵌入式智能代理应包括对发现协议的支持，能提供网络拓扑发现和映射服务以及虚拟主干协议(VTP )，支持动态VLAN和跨所有交换机的动态主干配置等等。可选用面向IP城域网的华为Quidway S6506R或CISCO的Catalyst6509交换机。
另外由图二可知为增强网络的维护管理必须采用网管软件。EPON的网管系统可以直接通过OLT对网络进行集中配置管理、性能管理、远程监控、故障管理、远程维护、远程在线升级、安全管理等，以完成操作维护(OAM)及网管的功能。
目前EPON网OLT设备一般均支持1:32的分光比，在网络设备选择上应考虑主流产品，这样设备的性价比会比较好。在设计EPON网时，应按照市场的扩展潜力来考虑分路数的冗余度，一般情况不要设计满32个ONU，而是应根据具体的地理布局，做一定预留。对楼群密集区，预留数量一般控制在30%左右；对于住宅区，预留数量要少一些，控制在10% 即可。EPON网络的设计和有线电视网络一样，也采取两级光分路器的树型结构。根据有线电视二级光分路器所驱动的光节点和住宅楼的具体数量设计EPON。在有线电视的一级光分路器后安装OLT设备，每路光缆占用1-2个PON口，EPON的一级光分路放在有线电视的二级光分路处，按照ONU到楼的总体目标，在有线电视光节点处设置EPON网二级光分路器，敷设光纤到其它几座住宅楼。
3.3.2 EPON系统的使用可靠性设计
EPON接入网是一种可修复系统，网络中设备的状态不但能从运行状态转移到失效状态，而且还能从失效状态转移到正常运行状态。令R(t)为系统运行了时间t时仍然正常工作的概率，即可靠度;用失效率α来表示系统从运行状态到失效状态的转移概率；用修复率β来表示系统从失效状态到运行状态的转移概率。
令t→∞，则 R（t）≈α/（α+β） (1)
这里令平均故障间隔时间MTBF= 1/α,平均修复时间MTTR=1/β，则可修复系统状态下的可靠度为：
(2)
根据式(1)和式(2)，要增加EPON系统网络的可靠度，可以降低α,增加MTBF和增加β降低MTTR。降低故障率α就是增加设备的固有可靠性，这是我们在选择设备型号和生产厂商时应该仔细考虑的因素之一。
由式(1)知我们应尽量使修复率β→∞，则R(t) →1，这主要是通过有效的网络组织和管理维护来实现。网络组织是指在EPON接入网中，对器件设备采用必要的备份和冗余，通过旁置备份、半热备份或热备份以形成并接系统，使修复时间MTTR大大减少，甚至MTTR →0，以此来保证网络的可靠性。因此未达到此目的就应减少光网络设计中的光分路器类型，降低器件的备份数量，保证备件的通用性；同时减少接入网设备的生产厂商，提高接入网设备的相互兼容性和可替代性；对一般节点采取旁置备份，对服务等级要求高的商业用户使用热备份，确保网络可靠性。
增强网络的维护管理，主要是通过网管软件提供实时动态的管理以及迅速的故障定位和检测来保证系统的可靠运行。
3.3.3 用户接入网设计
1. 以太网接入
以太网接入是广电网络提供高速接入最直接、最容易的方式。通过光纤，可以较低的费用实现每个光节点与核心节点的高速连接。在每个光节点，可以再配置以太网交换机，集团用户可以直接将自己内部网络的中心交换机与光节点的快速以太网交换机相连接，从而实现100M的独享带宽;可以在光节点的中心交换机的下级再配置10/100M的楼道交换机，并与用户的设备相连接，这样就实现了集团用户便捷、高速、低价的接入，满足客户大容量的需求。同时也可以向住宅小区的广大个人用户提供10M独享速率，满足广大个人用户的上网需要。对于有窄带接入要求的用户，可直接连至总前端路由器；对于有VPN业务要求的光节点或分前端，可通过连接交换机，提供10/100M的互联网和VPN接入功能。这是现阶段广电网络最行之有效的接入方式。具体来说，ONU安装在中间单元，通过5类线连接到其它单元的以太网交换机，再通过5类网线入户。可以提供数字电视机顶盒双向业务、宽带上网业务、IPTV业务。
2. EOC接入
EoC技术可以在同轴电缆传送标准CATV信号的同时，传送基带10Base-T以太网信号。其优点是在用户家中不需要电缆调制解调器或者其它有源设备，对用户而言，只需简单地把PC机接到墙上分线盒的RJ45插座就可以实现Internet宽带接入了。
其原理是它将其它单元的以太网交换机换成EMT设备，75-5同轴电缆有线电视信号和5类线数据信号经EMT设备转换，通过原用户的75-5有线电视同轴电缆入户，经EOC分离出电视信号和数据信号后，可正常收看有线电视，支持数据业务。实现框图如图三所示。
图三 EOC接入框图
3. CM(Cable Modem)接入
可根据当地的具体情况（如某区域无光节点）采用该方式。HFC+Cable Modem方式是HFC有线电视网络双向化改造最早采用的方式之一，采用QAM和QPSK两种数字信号载波调制方式，把原有CATV系统中的低端频段(5-40MH:范围内)用作回传，实现非对称传输，下行速率10-100Mbps，上行速率可达SMbps，用户共享带宽。这种接入方式的特点是，只需要有线电视网络的放大器和光接收机加装反向模块，外线基本不需要改动。但是缺点是用户可用带宽有限，HFC回传信道的噪声“漏斗效应，对系统的影响较为严重，系统反向调试比较复杂，厂商设备间的兼容性差。
四、 结束语
CATV宽带IP城域网的建设是一项长期艰巨的系统工程。由于CATV宽带IP网络具有其他宽带IP网络无法比拟的性能，因此，架构在有线电视网上的IP宽带网必将发挥越来越大的作用。
来源：德州市广电局
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