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无源光以太网——最新的宽带接入技术

2/14/2005来源:光纤通信人气:7766

徐林 迟楠 编译


  无源光以太网(Ethernet PON)的开发是由Alloptic等新公司推动的,发起原因是ATM PON标准不适合本地环,缺少视频传输功能、带宽有限、结构复杂、造价昂贵。随着快速以太网、G比特以太网和10G以太网逐渐成为主流,Alloptic坚信Ethernet PON会消除WAN/LAN连接中ATM和ip之间的协议转换。
  Alloptic公司最初开发了FTTB和FTTC,长期发展策略是实现数据、视频和话音在单一平台FTTH上传输。Ethernet PON比APON具有更宽的带宽、更低的费用和更宽的业务功能,其结构也与很多G.983建议相似。
  在2000 年12月,一些IEEE赞助的以太网供应商小组(EFM研究组)放弃了他们原有的标准化工作,新的研究组致力于开发接入网市场广泛使用的以太网协议标准。包括3Com、Alloptic、Aura Networks、CDT/Mohawk、Cisco、DomiNet Systems、Intel、WorldCom和World Wide Packets等69家公司加入了这个研究组。

  Ethernet PON的优势

  Ethernet PON的经济学考虑非常简单,光纤是传输数据、视频和语音业务最有效的媒介,能提供无限的带宽。但是将每个用户与端局之间实现点对点光纤连接,在光纤的两端安装有源电设备,在端局实现所有光纤连接的管理,其费用巨大,无法承受。Ethernet   PON克服了点对点的弊端,转而采用点对多点拓扑,不需要诸如再生器、放大器和激光器等电子器件,减少了端局使用的激光器数量。
  点对点光纤技术适用于城域网和长距离应用,Ethernet PON适用于接入网的特殊要求。Ethernet PON比其他接入网技术更为简单,效率高,费用低。Ethernet   PON将光纤延伸到最后一公里,从而获得高效、高可扩性、低维护费用、端到端的光网。
  Ethernet PON最大的优越性在于允许运营商放弃复杂昂贵的ATM和SONET器件,从而使网络大为简化。传统的电信网使用多层结构,IP over ATM、SONET 和 WDM。这种结构的网络要传输IP业务,需要使用ATM交换机来构成虚链路,使用分插复用器和数字交叉连接设备管理SONET环和点对点的WDM光连接。

  Ethernet PON结构

  光网络单元(ONU)取代了用户侧SONET分插复用器和路由器;光线路终端(OLT)取代了端局的SONET分插复用器和ATM交换机。
  这种结构有几个好处:第一、前端的关键设备和维护费用比SONET和ATM低。第二、Ethernet PON的开发不需要复杂的硬件,也不需要户外的电子设备,在开发上比SONET/ATM容易。第三、这种网络结构很灵活,可以实现快速业务重构。第四、允许多层安全保证,例如封闭的用户群VLAN,还可以支持VPN、IPSec和隧道。第五、运营商可以在Ethernet   PON结构上开发宽带和灵活的业务。包括传输可以在1-100Mb/s最高到1Gb/s范围内变换的带宽、防火墙管理等增值业务,支持话音业务、VPN和Internet接入。
  Ethernet PON的无源器件位于光分布网络中,包括单模光纤光缆、无源光分束器/耦合器、连接器和接头。光线路终端和多个光网络单元位于PON的终端。光信号通过PON下行传输时,经过分束器分发到多条光纤,上行信号由分束器/耦合器合并到同一根光纤中。无源光网络利用光纤点对多点树,在树枝上连接用户。PON也可以使用保护环结构来实现商业应用,对于校园网和多个租用用户群则可以使用总线结构。
  光网络单元提供用户数据、图像和电话网络与PON的接口。ONU的基本功能是接收光信号,并将其转换成用户需要的格式(以太网、IP多播、POTS、T1)。Ethernet PON一个特有的性能是ONU除了接收光信号并进行转换之外,还提供第2、3层的交换功能,允许企业业务在ONU内部实现路由。Ethernet PON还可以利用第3个波长来传输图像业务。
  由于ONU位于每个FTTB和FTTH应用的用户位置,其费用将由多个用户共同分摊,ONU的设计和费用是建造Ethernet PON系统的关键因素。通常ONU的费用占FTTB的70%,在FTTH中,ONU的成本占接近80%。

  Ethernet PON怎样工作

Ethernet PON与ATM PON的关键区别在于Ethernet PON数据是通过不定长的数据包传输,Ethernet PON数据包长度依照IEEE 802.3以太网协议,最长可达1518字节,而ATM协议规定的数据包长度为固定长度53字节,其中48字节信息段,5字节信头。定长的ATM PON传输IP业务比较困难,效率也低。IP数据分段为不同长度的数据包,最高为65535字节。用ATM PON传输IP业务必须将IP包拆为48字节的段,在每段前面加上5字节的信头。这个复杂过程会造成时延,而OLT和ONU也会增加额外的成本。另外,每48字节的数据段就消耗掉5字节的信头带宽,而以太网是专为IP业务开发的,相对于ATM来说可以节省巨大的信头开销。
  在Ethernet PON中从OLT侧发到多个ONU的下行数据流的传输过程与从多个ONU发往OLT的上行数据流传输过程有本质的区别。
  下行数据采用广播方式从OLT发给多个ONU,根据IEEE 802.3协议,这些数据包是不定长的,最长为1518字节。每个包携带的信头唯一地标识了数据所要到达的特定ONU,此外有一些包发给所有的ONU,称为广播包,还有一些包是发给一组ONU的,称为多播包。数据流通过分束器后分为3路独立的信号,每路信号都含有发给所有特定ONU的数据包。当ONU接收到数据流时,只提取发给自己的数据包,将发给其他ONU的数据包丢弃。
  显示上行数据流采用时分复用技术,每个ONU都分配一个传输时隙。这些时隙是同步的,因此当数据包耦合到一根光纤中时,不同ONU的数据包之间不会产生干扰。例如,ONU-1在第1个时隙传输数据包1,ONU-2在第2个没有被占用的时隙传输数据包2,依此类推。


  服务质量

  Ethernet PON使业务提供者能够采用一个很廉价的平台提供多种增值业务,这也是Ethernet PON在费用和性能方面的优势。但是Ethernet PON投资者面临一个关键性的技术挑战,即提高Ethernet PON传输实时话音的能力,同时使IP图像业务采用一个简单平台传输,这个平台应当有和ATM或者SONET相同的服务质量和同样简单的管理。
  Alloptic从多方面解决了这个问题。首先是类似DIFFSERV和802.1p为不同服务质量要求的信号设置不同的优先级,保证信息包按照优先级进行传递。另一个技术称为保留带宽,为POTS等需要保证响应时间的业务提供高速通道,避免这类业务与数据业务之间的竞争。
  ATM和SONET可以有效提供的性能包括:(1)实时业务需要的质量和可靠性;(2)有效管理网络资源的统计复用;(3)在用户间有效分配带宽的多业务传输;(4)构造、管理、操作网络业务的工具;(5)全系统备份和恢复。
  Alloptic的Ethernet PON针对以上每一项都提供相应的基于Ethernet和IP技术的业务或者功能。有时需要开发新技术,新技术并不是在文字上一行一行与ATM或者SONET标准和性能充分对应。
  这些技术使Ethernet PON可以提供与SONET/ATM解决方案同样的可靠性、安全性和服务质量。

  Ethernet PON的未来

  Ethernet PON还处于商业开发的起始阶段,预计在2001年实现初期应用。尽管ATM PON在市场上略微领先,但目前的趋势是数据业务快速增长和快速以太网、G比特以太网的地位提高,都倾向于Ethernet PON。以太网最后一公里研究组开发标准的工作已经起步,促进对FSAN最初的APON标准的升级。
  通信产业已经为主角的转换准备了舞台,结果将出现完全基于广泛使用的光纤和以太网技术的设备。这种光IP以太网结构将会成为在单一网络中捆绑传输话音、数据和图像业务的主要方式。同时,这一技术会产生新的合作和战略伙伴,内容提供商、业务提供商、网络运营商和设备制造商都将使用Ethernet PON这种前所未有的方式传输通信业务。
摘自《通讯世界》2001.8期