EPON

2000年11月，IEEE成立了802.3EFM(Ethernet in the First Mile)研究組，業界有21個網絡設備製造商發起成立了EFMA，實現Gb/s以太網點到多點的光傳送方案，所以又稱GEPON（GigabitEthernet PON）。EFM標準IEEE802.3ah； ^[2] 

EPON 就是一種新興的寬帶接入技術，它通過一個單一的光纖接入系統，實現數據、語音及視頻的綜合業務接入，並具有良好的經濟性。業內人士普遍認為，FTTH 是寬帶接入的最終解決方式，而EPON 也將成為一種主流寬帶接入技術。由於EPON網絡結構的特點，寬帶入户的特殊優越性，以及與計算機網絡天然的有機結合，使得全世界的專家都一致認為，無源光網絡是實現“三網合一”和解決信息高速公路“最後一公里”的最佳傳輸媒介。 ^[2] 

無源光網絡（PON）的概念由來已久，它具有節省光纖資源、對網絡協議透明的特點，在光接入網中扮演着越來越重要的角色。同時，以太網（Ethernet）技術經過二十年的發展，以其簡便實用，價格低廉的特性，幾乎已經完全統治了局域網，並在事實上被證明是承載IP數據包的最佳載體。隨着IP業務在城域和幹線傳輸中所佔的比例不斷攀升，以太網也在通過傳輸速率、可管理性等方面的改進，逐漸向接入、城域甚至骨幹網上滲透。而以太網與PON的結合，便產生了以太網無源光網絡（EPON）。它同時具備了以太網和PON的優點，正成為光接入網領域中的熱門技術。 ^[3] 

EPON就是一種新興的寬帶接入技術，它通過一個單一的光纖接入系統，實現數據語音及視頻的綜合業務接入，並具有良好的經濟性。業內人士普遍認為，FTTH是寬帶接入的最終解決方式，而EPON也將成為一種主流寬帶接入技術。由於EPON網絡結構的特點，寬帶入户的特殊優越性，以及與計算機網絡天然的有機結合，使得全世界的專家都一致認為，無源光網絡是實現“三網合一”和解決信息高速公路“最後一公里”的最佳傳輸媒介。 ^[3] 

EPON系統有兩種類型：一種是使用2個波長的系統；另一個是使用3個波長的系統。 ^[4] 

對於2個波長的系統，其下行使用波長為1510 nm，傳送下行語音、數據和數字視頻業務；上行使用波長為1310nm，傳送上行語音以及視頻點播和下載數據的請求信號。這種系統的雙向傳輸速率均為1.25 Gb/s，即使OBD的分光比為32，也可以傳輸20km。 ^[4] 

對於3個波長的系統，除下行使用波長為1510 nm，上行使用波長為1310 nm外，又增加了一個下行1550 nm(1530～1565 nm)波長的傳輸窗口。新增窗口用於傳送下行CATV業務或者DWDM業務。CATV業務既可以是模擬視頻信號，也可以是MPEG-2的數字視頻信號。這種系統的分光比為32時，可以傳輸18 km。 ^[4] 

EPON位於業務網絡接口到用户網絡接口之間，通過SNI與業務節點相連，通過UNI與用户設備相連。EPON系統主要由光線路終端(OLT)、光配線網絡(ODN)和光網絡單元組成。 ^[4] 

在EPON系統中，OLT既是一個交換機或路由器，又是一個多業務提供平台，它提供面向無源光纖網絡的光纖接口。按照以太網向城域網和廣域網發展的趨勢，OLT將提供1 Gb/s和10 Gb/s的以太網接口。除了支持傳統的語音、普通電話線和其他類型的T1/E1接口外，OLT還支持ATM、FR以及OC3/12/48/192等速率的SONET連接。EPON中的OLT根據需要可以配置多塊光線路卡，與16～64個ONU連接。在EPON中，從OLT到ONU距離最大可以達到20 km，若使用光纖放大器(有源中繼器)，距離還可以擴展。 ^[4] 

EPON中的ONU採用了技術成熟的以太網絡協議，可以實現成本低廉的以太網第2層、第3層交換功能。這種ONU可以通過層疊來為多個最終用户提供共享高帶寬。在通信過程中不需要協議轉換，就可實現對用户數據的透明傳輸。ONU也支持其他傳統的TDM協議，而且不增加設計和操作的複雜性。 ^[4] 

EPON中的OLT和所有的ONU都由網元管理系統管理，由網元管理系統提供與業務供應商核心網絡的運行接口。網元管理範圍涉及故障管理、配置管理、計費管理、性能管理和安全管理等。 ^[4] 

1．下行數據流採用時分複用(TDM)技術

在EPON信號的傳輸過程中，下行數據採用廣播方式從OLT發給多個ONU，根據IEEE802．3協議，這些數據包的長度是不定的，最長的可以達到1518個字節。在每個數據包當中都有着各自的目的地址信息，也就是説每一個包攜帶的信頭表明數據是給ONUl、ONU2還是ONUn。此外，有一部分包可以是發給所有的ONU，稱為廣播包，還有一些發給特殊的一組ONU，稱為組播包。數據流通過分光器後分為n路獨立的信號，每路信號都含有發給所有特定的數據包。當ONU接收到數據流時，各個ONU根據特定的地址信息提取出發給自己的數據包，丟棄那些地址信息與自己不同的數據包。 ^[5] 

2．上行數據流採用時分多址接入(TDMA)技術

在EPON信號的傳輸過程中，上行數據釆用時分多址接入方式從多個ONU發給OLT。每個ONU都分配一個傳輸時隙，這些時隙是同步的，因此當數據包耦合到一根光纖中時，不同ONU不會產生干擾。例如，ONUl在第1個時隙傳輸數據包1，ONU2在第2個沒有佔用的時隙傳輸數據包2，ONUn在第n個沒有佔用的時隙傳輸數據包n，這樣可以避免傳輸衝突。 ^[5] 

EPON採用點到多點結構以及無源光纖傳輸方式，在以太網之上提供多種業務。EPON技術融合了低成本、高帶寬的以太網設備和低成本的光纖網技術，相對於其他接入技術而言具有獨特的優勢，主要體現在以下幾個方面。 ^[6] 

EPON採用了以太網技術，而以太網技術是迄今為止最成功、最成熟的局域網技術，可以説是用户局域網技術的主流。由於EPON只是在現有IEEE 802.3協議的基礎上，通過較小的修改和補充實現在用户接入網中傳輸以太網幀，因而EPON基本上與以太網技術桐兼容。使用以太網作為接入網，不僅成本低，而且通用性好，避免了複雜的傳輸協議和格式轉換，效率高，管理簡單。 ^[6] 

EPON系統顯著減少了光纖、光收發模塊、中心局設備的數量。由於光電子器件的成本不斷降低，EPON的每線設備接入成本已可與ADSL、CM相比，特別是目前光纖的價格比電纜還低，這些條件成為FTTH發展的基礎。同時，EPON的基礎是以太網，而以太網的相關器件、設備價格最低。用EPON作接入網，成本低、通用性好，免去了IP數據傳輸的協議和格式轉換．效率高，管理簡單。另外，局端(OLT)與用户(ONU)之間僅有光纖、光分路器等無源光器件，無需租用機房、無需配備電源、無需有源設備維護人員，因而，可有效節省運營維護成本。 ^[6] 

EPON目前可以提供的下行傳輸速率為1. 25 Gb/s，單波長上行速率為125Mb/s，並且隨着以太網技術的發展可以升級到1GB/s．這比目前使用的接入方式都要高得多，可以滿足寬帶上網、視頻點播、在線遊戲、可視電話、數字高清電視等各種業務的帶寬需求，充分滿足接入網客户的帶寬需求，並可方便靈活地根據用户要求的變化動態分配帶寬，從而可以作為用户的終極接入方式。 ^[6] 

光纖損耗低、頻帶寬，傳輸距離可以達到20 km，避免了傳統傳輸介質（如雙絞線、五類線、電纜等）的距離瓶頸問題；整個光傳輸通道為光纖和無源光器件，可以有效避免電磁干擾和雷電影響，保證信號傳輸質量；採用無源光纖線路設計，故障點比較少，用光纜代替銅纜，還可以解決城市地下通信管道擁擠的問題。 ^[6] 

測距技術是TDMA方案中的一個關鍵問題，它實質上是上行信號的同步問題。由於各ONU距OLT的光纖路徑不同和各ONU元器件的不一致性造成OLT與各ONU間的環路時延不同，而且由於環境温度的變化和器件老化等原因，環路延時也會發生不斷的變化。因此必須引入測距技術對上述原因引發的時延差異進行補償，以確保不同ONU所發出的信號能夠在OLT處準確地按時隙複用在一起，避免由於上行時隙間的不同步而導致在OLT上發生信號碰撞的現象。EPON中採用的同步技術是絕對時標(ATS)技術，包括ATS的插入和提取等。 ^[5] 

OLT有一個本地時鐘計數器，該計數器對時間顆粒計數。當OLT發送MPCP幀時，它就將本地時鐘計數器的值，即絕對時鐘插入到其時間標籤域中。ONU中也有一個本地時鐘計數器，這個計數器也是對時間顆粒計數。但是，ONU無論何時接收到OLT發送的MPCP幀，都要將這個幀所攜帶的新的時間標籤值來刷新自己的本地時鐘計數器的值。當ONU發送MPCP幀時，它也要將自己的時鐘計數器的值映射到時間標籤域中。OLT將對接收到的ONU的時間標籤進行檢查。時間標籤測距法就是運過時間標籤在OLT與ONU之間的傳遞，計算接收的時間標籤值和OLT本地時鐘的之間的差來得到ONU的RTT值。OLT只要接收到了ONU的MPCP幀，就要進行測距。 ^[5] 

與所有采用TDMA技術的PON一樣，EPON中也面臨着上行信號的突發發送和接收的問題。由於不同的ONU到達OLT的距離不相等，以及每一個ONU的光模塊發出的光信號的強度不同，造成了OLT的接收機接收到的信號功率在每一個時隙都不相同，導致OLT容易產生誤判。 ^[5] 

由於EPON下行是一個共享網絡，因此用户安全也是EPON中比較受到關注的一個問題。為了確保用户數據的安全，目前主要採用兩種方式，一種是為每個ONU分配唯一的LLID(邏輯鏈接標識)，另外一種是採用AES128加密技術對用户數據進行加密，ONU將定時產生新的密鑰，併發送到OLT，OLT根據一定算法將ONU產生的密鑰轉換成真正的加密圖樣，對下行數據流進行加密。 ^[5] 

GPON和EPON各有千秋，適用範圍各有不同，應用場景也有重疊的地方，展望未來的寬帶接入市場也許並非誰替代誰，應該是共存互補。對於帶寬、多業務，QoS和安全性要求較高以及ATM技術作為骨幹網的客户，GPON會更加適合；而對於成本敏感，QoS和安全性要求不高的客户羣，EPON成為主導。 ^[2] 

在住宅用户FTTB應用方面會產生重疊，都能滿足寬帶提速應用需求；在FTTH應用場景下，特別是在全業務運營場景下GPON更具優勢（更高的帶寬能力：2. 00倍於EPON下行帶寬，1.37倍於EPON上行帶寬；更高的分光比1：128），組網成本比EPON更低。 ^[2] 

實際上，在建網和組網的過程中，GPON和EPON的建設模式並沒有太大區別，只不過是運營商在寬帶接入上面臨的技術選擇而已。從當前看來，GPON的業務提能力與EPON基本一致，目前還沒有出現GPON能做，而EPON做不了的業務接入。 ^[2] 

由於技術特點不一樣，EPON和GPON技術實際是兩個不同的市場應用，EPON技術比較適合互聯網接入的應用類型，GPON技術比較適合全業務運營和三網融合的應用類型。從商業角度看，這其實是兩個細分市場，不過從終端用户角度看，不管是EPON、GPON，其實對用户都是不可見的，尤其是FTTB建設模式，用户家裏的終端設備，只看到了以太網接口和電話接口，不需要考慮GPON和EPON的事情。 ^[2]