EPON标准分析

EPON标准分析
随着宽带业务的快速发展，EPON技术在标准领域的进展也日新月异，深入了解EPON 技术标准进展，对企业战略决策和探寻符合自己情况的接入网建设模式具有重要的参照意义。


EPON是英文Ethernet Passive Optical Network的缩写，简称以太网无源光网络。是一种无源光网络技术，主要解决光纤部分的连接，光纤到楼、到小区、到 户，利用EPON技术可以大量节省光纤、设备等的投入；由于釆用无源分光器，减少网络层 级、降低故障率。EPON技术已获得网络运营商的认可，随着成本的降低，将得到大规模应用。

    为了满足用户带宽增长的要求，实现接入网的高速化、宽带化和智能化，各种接入技术 层出不穷，如LAN、数字用户线(DSL, Digital Subscriber Line).电缆调制解调器(CM, Cable Modem)电力线通信(PLC, Power Line Communication)等，然而被认为最有前途的 是光接入技术，无源光网络(PON)具有易维护、高带宽、低成本等优点，是通过单一平台 综合接入语音、数据、视频等多种业务的理想平台。

EPON产生背景
无源光网络自20世纪80年代以来经过几个发展阶段，起初人们认为将ATM技术与PON 技术相结合的APON/BPON技术是实现综合接入的理想模式，但由于数据业务爆炸式增长， ATM技术暴露出效率不高、协议复杂等弱点，因而未能大规模应用。在这种背景下，两个引 人注目的PON新标准出台，其中一个是由ITU/FSAN负责制定用来替换APON/BPON标准 的GPON标准，另一个是由IEEE 802.3ah工作组负责制定的EPON标准。
2000 年 12 月，IEEE 成立了 802.3 第一英里以太网(EFM, Ethernet in the First Mile)工 作组，开始了 EPON技术的标准化工作。以太网技术经过20年的发展，以其简便实用、价 格低廉的特性，几乎完全统治了局域网，成为承载IP数据包的最佳载体，随着IP业务在城 域和干线传输中所占比例不断攀升，以太网也在通过传输速率、可管理性等方面的改进，逐 渐向接入网、城域网甚至向骨干网渗透，而以太网与PON结合便产生了 EPON,它同时具备 PON和以太网的优点，成为光纤到户(FTTP, Fiber to the Premises) /FTTH领域中的热门技 术。我国EPON的市场驱动力主要来源于4个方面。

一是政策的推动。我国部分地方政府希望借推进FTTH来带动本地的光电子产业，进而 助力经济发展。此外，2008年奥运会的承办和即将到来的2010年世博会也对光接入技术在 我国的发展起到积极的促进作用。
二是业务需求的驱动。高带宽和以IP为主导的业务应用是EPON主要的市场驱动力，如 高端客户的超高速上网，IP电视（IPTV , IP Television） /三重播放互动流媒体业务，高质量 视频监控业务（如治安监控、交通监控等），长距离宽带接入（如村村通工程、专网应用等） 等，而且下一代网络（NGN, Next Generation Network）的发展使通过IP接入提供语音业务 成为趋势。预计未来三年家庭用户的带宽需求有望增至20〜30Mbit/s。
三是市场竞争的驱动。我国电信市场的竞争日趋激烈，在市场竞争过程中，缺乏传统铜 缆接入资源的运营商可以利用光接入这一有力武器向客户提供差异化服务，而且通过光纤占 领接入网市场可以占据未来竞争的制高点。与房地产商合作部署光接入线路将成为运营商推 动“光进铜退”的重要契机。
四是降低成本的驱动。随着铜缆价格的攀升和被盗现象的频发，对于运营商来说，光缆 取代铜缆有着越来越大的吸引力，而且PON的应用能有效降低运维成本，降低电耗，节省管 道与设备空间。

EPON主要特点
EPON釆用点到多点结构，无源光纤传输方式，在以太网之上提供多种业务。EPON技 术融合了低成本、高带宽的以太网设备和低成本的光纤网技术，相对于其他接入技术具有独 特的优势，主要体现在以下几个方面。
1. 兼容性好
EPON采用了以太网技术，而以太网技术是迄今为止最成功、最成熟的局域网技术，可 以说是用户局域网技术的主流。由于EPON只是在现有的IEEE 802.3协议的基础上，通过较 小的修改和补充实现在用户接入网中传输以太网帧，因而EPON基本上与以太网技术相兼容。 使用以太网作为接入网，不仅成本低，而且通用性好，避免了复杂的传输协议和格式转换， 效率高，管理简单。
2. 建设和维护成本低
EPON系统显著减少了光纤、光收发模块、中心局设备的数量。由于光电子器件的成本 不断降低，EPON的每线设备接入成本已可与ADSL、CM相比，特别是目前光纤的价格比 电缆还低，这些条件成为FTTH发展的基础。同时，EPON的基础是以太网，而以太网的相 关器件、设备价格最低。用EPON作接入网，成本低、通用性好，免去了 IP数据传输的协议 和格式转换，效率高，管理简单。另外，局端（OLT）与用户（ONU）之间仅有光纤、光分 路器等无源光器件，无需租用机房、无需配备电源、无需有源设备维护人员，因而可有效节 省运营维护成本。
3. 带宽高
EPON目前可以提供下行传输速率为1.25Gbit/s,单波长上行速率125Mbit/s,并且随着 以太技术的发展可以升级到lOGbit/s,这比目前使用的接入方式（如ADSL, CM,甚至APON）
都要高得多，可以满足宽带上网、视频点播、在线游戏、可视电话、数字高清电视等各种业 务的带宽需求，充分满足接入网客户的带宽需求，并可方便灵活地根据用户需求的变化动态 分配带宽，从而可以作为用户的终极接入方式。
4. 接入可靠性高
光纤损耗低、频带宽，传输距离可以达到20km,避免了传统传输介质(如双绞线、五 类线、电缆等)的距离瓶颈问题；整个光传输通道为光纤和无源光器件，可以有效避免电磁 干扰和雷电影响，保证信号传输质量；釆用无源光纤线路设计，故障点比较少，用光缆代替 铜缆，还可以解决城市地下通信管道拥挤的问题。
5. 服务质量保障好
EPON中采用的接入控制技术可对用户或业务带宽进行灵活分配，服务有保障。对带宽 的分配和保证都有一套完整的体系。EPON可以通过区分服务(DiffServ, Differentiated Service)> 优先级队列(PQ, Preference Queue)、加权公平排队算法(WFQ, Weighted Fair Queuing)>加权随机早期检测(WRED, Weighted Random Early Detection)等来实现对每个 用户进行带宽分配，通过多逻辑链路标识(LLID, Logical Link Identification)技术和以太网 优先级机制对业务进行保障，并保证每个用户的QoS。
EPON系统可能承载的业务类型包括IP业务、TDM业务和CATV业务等，其中TDM业 务包括语音业务和数据专线业务(2 048kbit/s或nx64kbiVs数据业务)。EPON系统应具有承 载IP业务的能力，可选支持TDM业务和CATV业务。
EPON标准分析
随着宽带业务的快速发展，EPON技术在标准领域的进展也日新月异，深入了解EPON 技术标准进展，对企业战略决策和探寻符合自己情况的接入网建设模式具有重要的参照意义。
1. 国际标准
随着因特网的快速发展和以太网的大量应用，针对APON标准过于复杂、成本过高、在 传输以太网和IP数据业务时效率低等问题，2000年12月，来自80多家公司的200多名专 家组成了 IEEE第一英里以太网特别工作组，提出了 EPON的概念，并致力于研究以太网在 用户接入网中应用的问题，包括研究如何支持3种接入网拓扑以及相应的物理层：铜缆以太 网(EoVDSL),在750m上传输10Mbit/s；点到点光纤以太网，在最长10km上传输1 000Mbit/s； 点到多点光纤以太网(EPON),在最长10km上传输1 000Mbit/s。此外，该工作组还将定义 以太网的运行、管理、维护(OAM),使它具有远端故障显示、远端环回和链路监测等功能。 2001年9月，这个研究组正式成为IEEE的第一英里以太网联盟(EFMA)。
第一英里以太网联盟是一个支持基于IEEE 802.3的EFM (第一英里以太网)标准化的业 界组织。EFMA的成员包括终端制造商、系统集成和通信运营商等，EFMA的主要目标是： 支持由IEEE 802.3ah制定的第一英里以太网标准；致力于集中技术资源促进关于技术规范的协调和统一；促进业界了解、接受和推动第一英里以太网技术和产品；协调各个设备制造商 相互协作，鼓励和推动彼此之间的合作。

在IEEE 802.3协议框架内，制定EPON标准是EFMA最重要的任务之一。EFMA制定 EPON标准的基本原则是尽量在IEEE 802.3体系结构内进行EPON的标准化工作，最小程度 地扩充以太网MAC协议。为了加速EPON的标准化工作,EFM计划将其工作重点放在EPON 的MAC协议上，其余将主要参照ITU-T G.983建议，因为G.983并不排除非ATM协议，并 留有较大余地，因而G.983的大部分现有内容都可以被有效引用，从而能以最快速度完成有 关EPON的标准并投入商用。

在制定EPON标准的过程中，EFM工作组又划分为物理媒质相关子层（PMD, Physical Medium Dependent）、点到多点（P2MP, Point to Multi-Point）和 OAM 3 个小组分别研究 EPON 物理层（特别是光接口）规范、点对多点的控制协议和OAM。PMD小组的研究成果是定义 了两种 EPON 的光接口： 1 000Base-PX10-U/D 和 1 000Base-PX20-U/D,分别指工作在 10km 范围和20km范围的EPON光接口； P2MP小组的研究成果是定义了多点控制协议（MPCP, Multi-Point Control Protocol）,使EPON系统具备了下行广播发送，上行TDMA （时分多址接 入）的工作机制；OAM小组的工作成果是定义了可选的OAM层功能，力图在EPON系统 中提供一种运营、管理、维护的机制，使其具有符合电信应用要求的接入网的特性。
EPON是利用PON技术与以太网的结合，在PON的拓扑结构下实现以太网的接入。其 协议标准是在IEEE 802.3的基础上经过修改实现的，称为IEEE 802.3aho 2004年6月24 H, 旨在促进互联网家庭应用的团体EFMA宣布，IEEE标准化委员会一致通过了釆用以太网协 议连接服务供应商与用户的新标准规范——IEEE 802.3aho EPON不采用昂贵的ATM设备和 SONET设备，能与现有的以太网相兼容，大大简化了系统结构，成本低，易于升级，且它的 以太帧非常适合传输IP业务。
IEEE 802.3ah是一种与EFM技术有关的以太网协议，它采用铜缆或光纤连接，主要内容 包括单模光纤上的点到点（P2P, Point to Point）以太网（传输速率为100—1 000Mbit/s，传 输距离不小于40km）、单模光纤上的点到多点（P2MP） EPON （传输速率为1 000Mbit/s,传 输距离不小于10km）、基于DSL技术的铜缆以太网（传输速率为10Mbit/s,传输距离不小于 750m）、网络的OAM等，其最终目标是为家庭用户提供宽带接入服务。

EPON就是将信息封装成以太网帧进行传输的PON。EPON 一般其下行釆用TDM广播 方式，上行釆用TDMA （时分多址接入）方式，而且可以灵活地组成树型、星型、总线型等 拓扑结构（典型结构为树型结构）。由于以太网相关器件价格相对低廉，并且对于在通信业务 量中所占比例越来越大的以太网承载的数据业务而言，EPON免去了 IP数据传输的协议和格 式转化，效率高，传输速率达1.25Gbit/s,且有进一步升级的空间，因此，EPON受到了普遍 关注。

2006 年 9 月，IEEE P802.3av 工作组开始起草基于 1GEPON（IEEE 802.3ah）的10G EPON标准。该标准历经了 3年20次会议的研讨后，现在已经终于走到最后阶段。2009年6月8〜 9 H, 10G EPON标准中间会议在上海举行，会议上EPON产业链各领域技术专家就标准提 案达成一致意见，标志着10G EPON标准的最终稳定和成熟。
10G EPON标准会议是IEEE第一次在中国举办的802.3av会议，也是10G EPON标准发 布前的最后一次修订会议，此次会议的讨论结果将合入draft 3.3.1,经过标准工作组全体成员 的确认后最终形成draft 3.4,于6月底提交802.3标准工作组审阅。预计2009年9月10G EPON 标准将正式对外发布。

 2. 国家标准
EPON在国内的通信行业标准主要由中国通信标准化协会（CCSA, China Communications Standards Association）的 TC6（传送网与接入网）技术工作委员会（TC, Technology Committee） 的接入网工作组负责起草。目前，已经完成的EPON国家标准包括《接入网用单纤双向三端 口光组件技术条件 第2部分：用于基于以太网方式的无源光网络（EPON）光网络单元 （ONU）的单纤双向三端口光组件》、《接入网技术要求一基于以太网方式的无源光网络 （EPON）》、《接入网设备测试方法——基于以太网方式的无源光网络（EPON）》、《基于以太 网方式的无源光网络（EPON）网络管理接口技术要求》、《接入网用单纤双向三端口光收发 一体模块技术条件 第2部分：用于基于以太网方式的无源光网络（EPON）光网络单元 （ONU）的单纤双向三端口光收发一体模块》、《接入网技术要求——EPON系统互通性》、 《接入网设备测试方法——以太网无源光网络（EPON）系统互通性》和《接入网技术要 求——EPON/GPON系统承载多业务》等8项标准，详细信息如表2-1所示。国内的EPON 标准草案主要参考了 EPON国际标准，并结合国内的实际应用需求对相关内容进行了修改， 同时还增加了对EPON系统的系统互通性、接入网设备测试方法、业务接口类型、系统功能 与网管、承载业务等方面的规范。