关于EPON接⼊⽹络的应⽤和维护论⽂
重庆邮电⼤学⾼等函授
本科毕业设计（论⽂）
设计（论⽂）题⽬：EPON接⼊⽹络的应⽤和维护
⼊学年⽉ 2010年3⽉
姓名尔玛依甲
学号
专业通信⼯程
所属科站四川
指导教师
完成⽇期 2012 年 2 ⽉ 27 ⽇
摘要
近年来，⾻⼲⽹的能⼒进⼀步增强，与此同时接⼊⽹⽅⾯却没有⼤的改进。接⼊⽹的能⼒的增长远远落后于Internet流量的快速增长，因⽽接⼊⽹成为⾼效的LAN和⾻⼲⽹发展的瓶颈，⼜被称为“最后⼀公⾥”。EPON由于集中了以太⽹设备价格低廉和光纤能够提供⾼带宽的优点，成为下⼀代接⼊⽹的最佳选择。 以太⽹⽆源光⽹络（Ethernet Passive Optical Network：EPON）是⼀种新型的光纤接⼊⽹技术，是当今世界上新兴的覆盖最后⼀公⾥的宽带光纤接⼊技术，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，采⽤PON的拓扑结果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。中间采⽤光分路等⽆源设备，光纤接⼊各个⽤户点（ONU），更多地节省光缆资源，并具有带宽资源共享、节省机房投资、设备安全性⾼、建⽹速度快、综合建⽹成本低等优点。因此⽆论是在技术优越性和运营效率⽅⾯来说，EPON都具有其不可替代的优势。EPON技术在⽇本、欧美等发达国家已经在⼤规模的应⽤，中国的电信运营商为了在新的竞争环境中处于不败之地，也正在⼤规模的推⼴使⽤EPON接⼊⽹技术。特别是在中国信息产业迅速发展的今天，相信EPON技术将会得到更加充分的推⼴和使⽤，将会在以后的宽带IP接⼊中发挥⾄关重要的作⽤，⼀定将越来越多的得到应⽤。
论⽂⾸先介绍了基于Ethernet的⽆源光⽹络，总结了⽬前主流的FTTx技术，PON等标准现状，并简要描述了EPON的实现原理、关键技术和技术优势。从技术⽅⾯和业务⽅⾯总结了EPON技术的设备和业务形式。着重讲述和分析了EPON 技术在⽤户接⼊⽹中的应⽤和实施，以及EPON在⽇常中的维护⽅式⽅法，如何对⼀些基本故障的排除和解决，为⽤户的使⽤解除后顾之忧。 关键词：EPON，FTTx，接⼊⽹
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⽬录
第⼀章绪论 (1)
1.1EPON来源 (1)
1.2EPON的技术进展与标准化情况 (2)
第⼆章EPON基础知识 (6)
2.1EPON技术的起源 (6)
2.2EPON技术的特点 (6)
2.3EPON技术的原理 (8)
2.4EPON技术的应⽤ (10)
第三章EPON设备介绍 (13)
3.1EPON的⽹络结构 (13)
3.2OLT设备 (14)
3.3ODN设备 (15)
3.4ONU设备 (16)
第四章EPON业务开通 (18)
4.1EPON业务开通流程 (18)
4.2EPON业务开通配置基本要求 (21)
4.2.1 宽带业务开通配置基本要求 (21)
4.2.2 V oIP业务开通配置基本要求 (21)
4.2.3 视频业务开通配置基本要求 (24)
第五章EPON⽇常维护与故障处理 (26)
5.1故障处理流程和⽅法 (26)
5.2常见故障诊断与处理 (28)
5.2.1 宽带业务常见故障诊断与处理 (28)
5.2.2 语⾳业务常见故障诊断与处理 (30)
5.2.3 IPTV业务常见故障诊断与处理 (31)
5.3EPON⽇常维护 (32)
结束语 (35)
参考⽂献 (36)
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第⼀章绪论
1.1 EPON来源
光纤接⼊技术是⾯向未来的光纤到路边(FTTC)和光纤到户(FTTH)的宽带⽹络接⼊技术，利⽤光纤作为传输媒质，具有传输容量⼤、质量好、可靠性⾼、抗⼲扰能⼒强、传输距离远等优点，是宽带接⼊的发展⽅向。光纤接⼊⽹从技术上可分为两⼤类：即有源光⽹络(Active Optical Network，AON)和⽆源光⽹络(Passive Optical Network，PON)。光纤越来越靠近⽤户是接⼊⽹的必然选择，FTTH是最终⽬标。
光纤到户FTTH是光纤及终端设备同时进⼊家庭；实现语⾳、数据、图象业务的整合；以光纤到户⽆限带宽同时满⾜⽤户对语⾳、数据、图象的需求的三⽹合⼀终极解决⽅案。
FTTH这个名词仅仅界定了“光纤到户”，具体采⽤什么样的拓扑结构、⽤什么⽅法实现多业务的接⼊都没有界定，因此⽬前有很多种技术都可以实现光纤到户F1TH。
从拓扑结构上看，FTTH可以分为点到点(以下简称P2P)和点到多点(以下简称P2MP)两种。最常见的P2P的光纤接⼊技术就是我们所熟悉的使⽤光纤收发器的以太⽹接⼊，这种⽅式采⽤成对的光收发模块；P2MP的光纤接⼊技术有⼀个专⽤的名词叫做PON(⽆源光⽹络)，根据封装协议的不同，主要有BPON(APON—ATMPON)、EPON(Ethernet PON)、GPON(Gigabit PON)等，所有的PON技术有相同的⽹络拓扑结构，即树型结构。
⽆源光⽹络(PON)⾃从在20世纪80年代被采⽤⾄今已经历经⼏个发展阶段，电信运营商和设备制造商开发了多种协议和技术以使PON解决⽅案能更好的满⾜接⼊⽹市场要求。起初PON标准是基于ATM的，并由1TU/FSAN定义了相应G，983建议，即APON。然⽽，由于数据业务的爆炸式增长，ATM技术暴露出效率不⾼、协议复杂等弱点，且成本过⾼，因此并未得到⼤规模的应⽤。在这种背景下，两个颇为引⼈注⽬的新的PON标准孕育⽽⽣，其中⼀个是由ITU/FSAN负责制定⽤来替换APON标准的Gigabit PON(GPON)标准，另⼀个是由IEEE802.3ah ⼯作组负责制定的Ethernet PON(EPON)标准。
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2000年12⽉，IEEE成⽴了802.3EFM(EFM——Ethernet in the First Mile，第⼀英⾥以太⽹即以太⽹接⼊⽹)⼯作组，开始了EPON的技术标准化⼯作。以太⽹(Ethernet)技术经过20年的发展，以其简便实⽤，价格低廉的特性，⼏乎已经完全统治了局
域⽹，并在事实上被证明是承载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的⽐例不断攀升，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、城域⽹甚⾄⾻⼲⽹上渗透。⽽以太⽹与PON的结合，便产⽣了EPON。
EPON（以太⽹⽆源光⽹络）同时具备了以太⽹和PON的优点，正成为光接⼊⽹领域中的热门技术。是成熟度最⾼、发展最快的技术之⼀。图1-1简单展⽰了EPON系统组⽹的基本形式。
图1-1 EPON系统组⽹基本形式
1.2 EPON的技术进展与标准化情况
EPON国际标准IEEE802.3ah⾃2004年颁布以后，随着宽带接⼊市场的发展得到了⼤规模商⽤，根据RHK公司统计数据，从2007年第l季度开始。EPON 在
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各种FTTX接⼊技术所占的市场份额中，快速增长并⼀直处于绝对领先的地位，特别是在2008年，国内运营商选择EPON作为光进铜退的解决⽅案，进⼀步确⽴了EPON在光纤接⼊市场的统治地位。随
着视频等新业务的不断发展，⽤户对带宽的需求也在不断增加，EPON技术要继续满⾜⽤户的需求也在不断发展，本⽂对EPON技术的最新发展情况进⾏了介绍和分析，说明了EPON技术在今后FTTX 发展的趋势和主导地位。
⽬前，EPON的产业联盟已经吸引了众多⼚商的积极参与，从核⼼芯⽚、光模块到系统，EPON的产业链已经⽇趋成熟。中国技术⼈员积极制订适合中国发展需求的EPON系列相关⾏业标准。⽬前，已经发布的标准有：YD/T 1475-2006接⼊⽹技术要求——基于以太⽹⽅式的⽆源光⽹络(EPON)，2006年6⽉发布；YD/T 1531-2006接⼊⽹设备测试⽅法——基于以太⽹⽅式的⽆源光⽹络，2006年12⽉发布。
IEEE标准组织在2006年3⽉成⽴了10Gb/s EPON物理层讨论⼩组，2006年9⽉正式命名为IEEE802.3av⼯作组，研究⽐EPON 更⾼的带宽需求的标准。
10G EPON标准在制订和讨论过程中受到了众多⼚商的关注和⽀持，标准进展⾮常顺利，⽬前IEEE802.3av标准已经完成了标准的全部制定⼯作，并完成了标准草案D3.2版本的讨论和投票，主要技术内容都已经确定。标准⼯作完全按照计划进⾏，并于2009年9⽉正式发布。
随着10G EPON标准主要技术内容的确定，虽然⽬前标准还未正式发布，EPON的MAC芯⽚⼚商，包括Teknovu8、PMC-Sierra等都已经开发并逐步推出符合10G EPON标准的OLT和ONU芯⽚：光模块
⼚家已经可以提供10GEPON 的光模块，设备制造⼚商也开始设计10G EPON设备，中国电信在2009年5⽉份组织10GEPON芯⽚级互通测试。可见10GEPON的产业链已经准备就绪，随着10GEPON标准的正式颁布，10G EPON设备在2009年底将会迅速推向市场，在2010年取得规模商⽤。
10G EPON和EPON相⽐，除了带宽增加外。还有以下⼀些技术特点。如标准类型的增加，与EPON相⽐，类型中增加了不对称的情况，同时还增加了⾼功率模式(分路⽐⼤于1：32，传输距离⼤于20km)，令标准的适应范围更⼴，可以满⾜更多的应⽤需求。另外在功率预算、波长分配和编码⽅式上也有很⼤的改变。编码⽅式的改变令EPON在和GPON的技术对⽐中。不再有传输效率上的差距，以前⽀持GPON技术的⼈们总是认为EPON在传输TDM业务时，20％的开销浪
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费了带宽资源，有效传输效率低。10G EPON通过编码⽅式的改变解决了这个问题，令EPON技术更有优势。
10G EPON技术有⼀项出众的特别之处在于它可以与现有的EPON技术实现⽆缝兼容，与之共存。10G EPON标准制定过程中，花费时间最长，讨论最多的就是如何保证与现有EPON的兼容和共存。因为EPON设备已经得到⼤规模的部署和应⽤，如果需要完全替换现有EPON设备，就会严重影响10GEPON的推⼴和使⽤。
10G EPON标准很好地解决了这⼀问题。图1-2中显⽰了在传输过程中，10G EPON的OLT能够和两种ONU(对称和不对称)通信。同时也能够和原有EPON的ONU通信。
图1-2 10G EPON系统传输
IEEE的EPON标准定义的传输速率是1Gb，这使EPON在与GPON技术对⽐中，传输速率上有⼀定的差距。针对这个问题，中国通信标准化协会传送⽹与接⼊⽹技术⼯作委员会接⼊⽹⼯作组通过⾃主创新，制订出2G EPON标准：《接⼊⽹技术要求——2Gb/s以太⽹⽆源光⽹络(2G EPON)》。标准分两部分：第⼀部分，兼容模式：第⼆部分，共存模式。
由于10G EPON标准已经同2G EPON发布时间相近，2G EPON的⽣命周期应该是在10G EPON设备成熟、价格降低到可接受程度之前，同时需要保证在成本上与现有EPON基本相同，因此共存模式在实际产品实现上，难以得到芯⽚和光模块⼚商的⽀持，应⽤前景较⼩。因此这⾥就不在详细介绍2G EPON标准的详情。
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⽤户对带宽需求的持续增长是长期发展趋势，随着3G⽹络开始部署，移动宽带接⼊技术对固定宽带接
⼊必然会形成⼀定的竞争和威胁，固定宽带接⼊要想在竞争中占据优势，必须向⾼带宽、低成本的⽅向发展：光纤接⼈⽆疑成为固定宽带接⼈的发展⽅向，其中EPON以成本较低、实⽤性强的特点占据的⽬前的市场的主流地位。可以预见EPON技术和产品将不断发展，在今后⼏年中成为光纤接⼊的最好选择，占据市场的绝对优势。
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第⼆章EPON基础知识
本章将按照EPON技术的特点，深⼊浅出的介绍EPON技术的相关基础知识。简要论述EPON技术的实现原理和通信原理，最后介绍EPON技术在现阶段试验领域和商业环境中的应⽤。
2.1 EPON技术的起源
PON系统在90年代初就出现了，1996年ITU T完成了对G.982的标准化，主要对2Mbit/s以下接⼊速率的窄带PON系统进⾏定义。与此同时，以ATM为基础的FON(APON)发展迅速，1998年1TU-T正式通过了G.983.l建议，对APON系统进⾏了详尽的规范，1999年ITU-T⼜推出了G.983.2建议，即APON的光⽹络终端(ONT)管理和控制接⼝规范。ITU(the International Telecommunication Union)和FSAN(Full Service Access Network)联盟采纳了ATM标准，把它作为在PON第⼆层的帧封装标准，能为商业⽤户
、家庭⽤户提供包括IP数据、视频、⾳频等综合业务，形成了APON的标准(⽂档号ITU-T Rec G.983)。2001年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。
为更好的适应TP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，2004年IEEE 802.3 EFM⼯作组发布了EPON 标准IEEE 802.3ah，2005年并⼊IEEE 802.3 ah-2005标准。EPON可以⽀持1.25Gbps 对称速率，速率还能升级到10Gb/s。EPON产品得到了很⼤程度的商⽤，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。EPON利⽤PON(⽆源光⽹络)的拓扑结构实现以太⽹的接⼊，它基于⾼速以太⽹平台和TDM时分MAC(Media Access Control)媒体访问控制⽅式，能够提供多种综合业务的宽带接⼊，是成熟度最⾼、发展最快的技术之⼀。
2.2 EPON技术的特点
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以太⽹⽆源光⽹络(Ethernet Passive Optical Network：EPON)是当今世界上新兴的覆盖最后⼀公⾥的宽带光纤接⼊技术．中间采⽤光分路等⽆源设备，单纤接⼊各个⽤户点(ONU)，更多地节省光缆资源，并具有带宽资源共享、节省机房投资、设备安全性⾼、建⽹速度快、综合建⽹成本低等优点。⼀
个典型的EPON系统由OLT、ONU、POS组成。OLT(Optical Line Terminal)放在中⼼机房(CO，Central Office)，ONU(Optical Network Unit)放在⽹络接⼝单元(NIU：Network Interface Unit)附近或与其合为⼀体。POS(Passive Optical Splitter)是⽆源光纤分⽀器，是⼀个连接OLT和ONU的⽆源设备，它的功能是分发下⾏数据并集中上⾏数据。
EPON的关键技术包括：
1、动态带宽分配
动态带宽分配算法就是实时地(ms/us量级)改变EPON的各ONU上⾏带宽的机制。EPON中如果⽤带宽静态分配，对数据通信这样的变速率业务很不适合，如按峰值速率静态分配带宽，则整个系统带宽很快就被耗尽，带宽利⽤率很低，⽽动态带宽分配使系统带宽利⽤率⼤幅度提⾼。通过DBA，就可以根据ONU突发业务的要求，通过在ONU之间动态调节带宽来提⾼PON上⾏带宽效率。由于能更有效地利⽤带宽，可以实现在⼀个已有的PON上增加更多⽤户，⽤户可以⽤到的带宽峰值甚⾄可以超过传统的固定分配⽅式的带宽。
2、上⾏信道复⽤技术
时分多址复⽤(TDMA)⽅式是⽬前主要的实现⽅式，可以采⽤固定时隙的时分多址复⽤、统计时分多址
复⽤、随机接⼊等⽅式。固定时隙时分多址复⽤⽅式不⾜之处有：当其中有的时隙未⽤时，还是占⽤⼀样的带宽；对⾼突发率业务适应⼒不强；ONU需要同步等；随机接⼊⽅式没有确定的接⼊时间；⽽统计时分多址复⽤可以克服前两者的不⾜，所以⼀般都选择采⽤统计时分多址复⽤。上⾏信号传输在ONU被分配到的时隙⾥发送以太⽹帧，统计复⽤通过提供的数据量的⼤⼩来改变时隙⼤⼩的⽅法来实现。
3、OLT的测距和延时补偿技术和ONU即插即⽤技术
由于EPON的上⾏信道采⽤TDMA⽅式，多点接⼊导致各ONU的数据帧延时是不同的，因此必须引⼊测距和时延补偿技术以防⽌数据时域碰撞。此外，由于上⾏信道采⽤TDMA⽅式，⽽光纤传输时延可达0.1ms(105个⽐特的宽度)，为避免OLT接收侧的数据碰撞，必须利⽤测距和时延补偿技术实现全⽹时隙同步，使数据包按DBA算法的确定时隙到达，并⽀持ONU的即插即⽤。
4、突发信号的收发
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由于OLT接收到的信号为各个ONU的突发信号，OLT必须能在很短的时间内实现相位的同步，进⽽接收数据。要求在ONU和OLT中使⽤⽀持突发信号的光器件，现有的⼤部分光器件还不能满⾜这⼀要求，
少数突发模式的光器件也只能⼯作在155M的速率上，⽽且价格昂贵。为了实现突发模式，在收发端都要采⽤特别的技术。光突发发送电路要求能够⾮常快速的开启和关闭，迅速建⽴信号，因⽽传统的电光转换模块采⽤的加反馈⾃动功率控制将不再适⽤，需要使⽤响应很快的激光器。⽽在接收端，由于来⾃各个⽤户的信号光功率是不同的且是变化的，所以突发接收电路必须在每次收到新的信号时调整接收电平(门限)。突发模式前置放⼤器的阀值调整电路可以在⼏个⽐特内迅速建⽴起闭值，接收电路根据这个门限正确恢复数据。
5、安全性和传输质量
由于EPON的服务对象是家庭⽤户和⼩企业，业务种类多，需求差别⼤，计费⽅式多样，⽽利⽤上层协议并不能解决EPON中的数据链路层的业务区分和时延控制。因此，⽀持业务等级区分是EPON必备的功能，EPON需要在以太⽹的能⼒下，保证实时语⾳、IP语⾳、视频等多业务的传送，并且实现与SDH和ATM 同样的服务质量，易于管理。
EPON技术较其它⼀些接⼊⽹技术的特别之处可以简单总结如下：
1、与现有以太⽹的兼容性
以太⽹技术，是迄今为⽌最成功和成熟的局域⽹技术。EPON只是对现有IEEE802.3协议作⼀定的补
充，基本上是与其兼容的。考虑到以太⽹的市场优势，EPON与以太⽹的兼容性是其最⼤的优势之⼀。
2、⾼带宽
根据⽬前的讨论，EPON的下⾏信道为百兆/千兆的⼴播⽅式，⽽上⾏信道为⽤户共享的百兆，千兆信道。这⽐⽬前的接⼊⽅式，如Modem、ISDN、ADSL甚⾄ATM PON(下⾏622/155Mbps，上⾏共享155Mbps)都要⾼得多。
3、低成本
⾸先，由于采⽤PON的结构，EPON⽹络中减少了⼤量的光纤和光器件以及维护的成本。其次，以太⽹本⾝的价格优势，如廉价的器件和安装维护使EPON 具有ATM PON所⽆法⽐拟的低成本。
2.3 EPON技术的原理
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EPON 采⽤的是点到多点的拓扑结构，取代点到点结构，⼤⼤节省了光纤的⽤量和管理成本，上⾏采⽤时分多址接⼊(TDMA)⽅式以实现双向的数据传输，下⾏则采⽤⼴播⽅式。EPON 技术将以太⽹技术和PON 技术相结合，其⽬标是以简单的⽅式实现点到多点的⾼速以太⽹光纤接⼊。EPON 在保留传统以太⽹体系结构的基础上定义了新的应⽤于EPON 系统的物理层(主要是光接⼝)规范、MAC 多点控制协议(MPCP)以及运营维护和管理(OAM)机制，以实现在点到多点⽆源光⽹络中的以太⽹帧的时分多址接⼊。
EPON 由光纤线路终端、光分配⽹络(ODN)和光⽹络单元组成，采⽤的是树形拓扑结构，EPON 系统参考基本配置结构如图2-1所⽰。
图2-1 EPON 系统参考配置
⼀套典型的EPON 系统由OLT 、ONU/ONT 、POS/ODN 组成。
1、OLT(Optical Line Terminal)
OLT 放在中⼼机房(CO ，Central Office)，它可以是⼀个L2交换机或者L3路由器。在下⾏⽅向，它提供⾯向⽆源光纤⽹络的光纤接⼝；在上⾏⽅向，OLT 提供了GE(Gigabit Ethernet)接⼝、10Baes-T 、100Base-T 、10GBase-X 等接⼝标准，OLT 通过⽀持E1接⼝来实现传统的TDM 话⾳的接⼊。
2、ONU(Optical Network Unit 光⽹络单元)/ONT(Optical Network Termination 光⽹络终端)
ONU/ONT(区别为ONT 直接接⼊⽤户⽹络，ONU 与⽤户之问还有其它的⽹络连接)放在⽤户驻地侧CPE(Custom Premier Equipment)，EPON 中的ONU 主要采⽤以太⽹协议，实现ONU 对⽤户数据的透明传送。OLT 到ONU 之间可实现⾼速的数据转发。
3、POS(Passive Optical Splitter 光分离器)/ODN(Optical Distribution Node 光分配节点
