EPON技术及应用

理论基础篇

第1章 数据网络基础 2

1.1 TCP/IP基础 2

1.1.1 OSI参考模型 2

1.1.2 TCP/IP协议参考模型 6

1.1.3 TCP/IP协议栈 8

1.2 IP地址与IP路由 11

1.2.1 IP地址 11

1.2.2 IP路由 14

1.3 VLAN原理 18

1.3.1 VLAN概述 18

1.3.2 VLAN的划分方法 18

1.3.3 VLAN之间的通信 20

1.3.4 802.1Q的帧结构 21

1.4 QinQ 21

1.4.1 QinQ概述 21

1.4.2 QinQ的帧结构与工作原理 22

1.4.3 QinQ实现方式 23

1.4.4 QinQ的组网 24

习题 24

第2章 EPON系统的关键技术与安全保障 26

2.1 EPON的基本原理 26

2.2 EPON的关键技术 27

2.2.1 EPON的帧结构 27

2.2.2 EPON的上下行原理 29

2.2.3 EPON的物理层 31

2.2.4 MPCP协议 33

2.2.5 ONU的自动注册 35

2.2.6 测距和时延补偿 36

2.2.7 突发发射技术 38

2.2.8 动态带宽分配 39

2.3 EPON技术与其他PON技术的比较 41

2.3.1 APON技术 41

2.3.2 GPON技术 42

2.3.3 三种PON技术的比较 44

2.4 EPON中的QoS 47

2.4.1 QoS基本概念 47

2.4.2 QoS的指标 47

2.4.3 QoS的三种模型 49

2.4.4 QoS技术综述 50

2.5 EPON的安全保障 58

2.5.1 EPON的线路保护 58

2.5.2 OLT上联口保护 61

2.5.3 ONU设备接入和认证保护 62

2.5.4 用户的认证和绑定 62

2.5.5 业务隔离保护 62

2.5.6 信息安全保护 63

2.5.7 网络安全 63

2.5.8 设备安全 64

2.5.9 系统冗余和备份 64

2.5.10 系统保护 64

2.6 EPON系统典型应用类型 64

2.6.1 EPON系统结构 64

2.6.2 光纤到路边(FTTC) 65

2.6.3 光纤到楼(FTTB) 66

2.6.4 光纤到户(FTTH) 67

2.6.5 光纤到办公室(FTTO) 67

2.7 PON系统的容量测算 68

2.7.1 单PON 口接入用户数的测算 68

2.7.2 OLT上联口带宽的测算 69

习题 69

业务配置篇

第3章 EPON设备认知 72

3.1 OLT设备认知 72

3.1.1 OLT功能 72

3.1.2 中兴OLT设备认识 73

3.1.3 华为OLT设备认知 77

3.2 ODN系列器件 78

3.2.1 MODF 78

3.2.2 光分路器 82

3.2.3 免跳接光缆交接箱 84

3.2.4 光缆接头盒 87

3.2.5 光缆分纤盒 95

3.2.6 光缆分光分纤盒 98

3.2.7 光纤光缆 103

3.2.8 光纤信息面板及适配器 110

3.2.9 综合信息箱 112

3.3 ONU设备认知 114

3.3.1 中兴F420设备认知 114

3.3.2 中兴F822设备认知 115

3.3.3 中兴9806H设备认知 116

《EPON技术及应用(高职)》是西安电子科技大学出版社出版的一本图书。

EPON作为一种新的宽带接入技术，是一个全业务提供平台，能支持数据业务，也能支持语音和视频等实时性业务。

EPON的光路设计可以使用3个波长。如果不考虑支持CATV或者DWDM业务，一般使用两个波长。在使用3个波长时，上行波长为1310nm，下行波长为1490nm，另外增加一个1550nm波长，增加的1550nm波长用来直接传输模拟视频信号。因为，当前模拟视频信号仍然是广播电视业务的主导，估计要到2015年才能完全被数字视频业务所取代，所以，目前设计的EPON系统应该既支持数字视频业务又支持模拟视频业务。原有的1490nm仍然携带下行数据、数字视频和语音业务，1310nm传输上行用户语音信号、数字视频点播(VOD)和下载数据的请求信息。

语音信号对时延和抖动要求严格，而以太网不提供端到端的分组延时、分组丢失率和带宽控制能力，因此，EPON在叠加语音信号时如何保证服务质量是一个亟需解决的问题。

1.TDM业务

目前对EPON多业务能力质疑最多的就是它传输传统TDM业务的能力。

这里提及的TDM业务包括语音业务(POTS，Popular Old Telephone Service)和电路业务(T1/El，N´64kbit/s等租用线)两大类。

EPON系统承载数据专线业务(2048kbit/s或13´64kbit/s数据业务)时，推荐采用TDM over Ethernet方式。EPON系统承载语音业务时，可采用电路交换方式或VolP方式。

今后几年内，因电路业务的市场需求仍然很大，所以，要求EPON系统既要承载分组交换业务，又要承载电路交换业务，EFM对TDM如何在EPON上承载，如何保证TDM业务的质量，在技术上没有做具体规定，但必须兼容以太网帧格式。多业务EPON(MS-EPON)采用E1 Over Ethernet技术，在以太网帧上高效解决TDM业务的适配问题，使得EPON实现多业务传送与接入，同时，MS-EPON克服了OLT与ONU之间的共享带宽争用现象，向以太网用户提供可承诺的带宽保证。

Ethernet的封装方式使得EPON技术非常适于承载IP业务的同时也使其面临一个重大的难题-难以承载语音或电路方式数据等TDM业务。EPON是基于以太网的异步传送网络，它没有全网同步的高精度时钟，难以满足TDM业务的定时和同步要求。要解决TDM业务的定时同步问题同时又要保证TDM业务的QoS等技术难题不仅要在EPON系统自身设计上做改进，同时也需要采用一些特定的技术。

电路交换方式语音业务性能指标指出，当EPON系统采用电路交换方式承载语音业务时，应满足YDN 065-1997《邮电部电话交换设备总技术规范书》和YD/T 1128-2001《电话交换设备总技术规范(补充件1)》对纯电路交换语音质量的要求。因此，目前EPON对TDM业务存在如下几方面的问题。

① TDM业务的QoS保证:尽管TDM业务占用的带宽较小，但对延时、抖动、漂移、误码率等指标都有很高的要求。这就要求不仅在上行动态带宽分配时考虑如何减小TDM业务的传送延时和抖动，也必须在下行带宽控制策略中保证TDM业务对延时和抖动等的严格控制。

② TDM业务的定时与同步:TDM业务对定时和同步的要求特别严格。而EPON本质上是基于以太网技术的异步传送网络，没有全网同步的高精度电信时钟。以太网定义的时钟精度为±100´10而传统TDM业务要求的时钟精度为±50´10。此外，在提供全网同步的电信时钟的同时，还必须尽可能周期性地传送TDM数据，以满足其抖动和误码要求。

③ EPON的生存性:TDM业务还要求承载网络必须具有良好的生存性，在发生重大故障时，能在尽可能短的时间内实现业务的可靠倒换。由于EPON主要用于接入网建设，离用户距离较近，各种应用和使用环境复杂，很容易受城市建设等不可知因素的影响，造成链路中断等事故。因此，迫切要求EPON系统能提供经济高效的系统保护方案。

2.IP业务

EPON传输IP数据分组无需协议转换，效率高，非常适合用于数据业务。

VolP技术作为一项发展中的热门技术，近些年已实现了一定范围的规模应用，是IP网络承载语音业务的一个有效手段。在EPON系统中，同样可以通过增加某些VoIP设备或功能，实现传统电话业务的接入。利用VoIP技术，只要保证EPON语音业务上/下行的延时和抖动特性，其他功能都留给用户侧的综合接入设备(IAD，Integrated Access Device)和局端的接入网关设备处理，就可以实现语音业务的传输。此种方式实现起来相对简单，可以直接移植现有技术，但需要昂贵的局端接入网关设备，建网成本较高，且会受限于VoIP技术本身的缺陷。此外，也无法提供E1和N´64kbit/s数据业务的接入。

当EPON系统采用VoIP方式承载语音业务时，应满足以下VoIP方式语音业务的性能指标要求。

① 语音编码动态切换时间<60ms。

② 应具有80ms缓冲存储能力，以保证不发生语音断续和抖动。

③ 语音的客观评定:网络条件很好时，PSQM的平均值<1.5;网络条件较差时(丢包率=1%，抖动=20ms，时延=100ms)，PSQM的平均值<1.8;网络条件恶劣时(丢包率=5%，抖动=60ms，时延=400ms)，PSQM的平均值<2.0。

④ 语音的主观评定:网络条件很好时，MOS的平均值>4.0;网络条件较差时(丢包率=1%，抖动=20ms，时延=100ms)，MOS的平均值<3.5;网络条件恶劣时(丢包率=5%，抖动=60ms，时延=400ms)，MOS的平均值<3.0。

⑤ 编码率:G.711，编码率=64kbit/s。对于G.729a，要求编码率<18kbit/s。对于G.723.1，要求G.723.1(5.3)编码率<18kbit/s，G.723.1(6.3)编码率<15kbit/s。

⑥ 时延指标(环回时延):VoIP的时延包括编解码时延、收端输入缓冲时延和内部队列时延等。采用G.729a编码时，环回时延<150ms。采用G.723.1编码时，环回时延<200ms。

3.CATV业务

对模拟的CATV业务，EPON也可以采用和GPON一样的方式承载:增加一个波长(其实这属于WDM技术，跟EPON和GPON本身无关)。

PON技术是实现FTTx最佳宽带接入的方式，EPON是结合了以太网技术与PON技术而产生的一种新的光接入网技术，它可以用于传输语音、数据和视频业务，并且兼容未来的一些新业务，EPON将以其高带宽、高效率和易扩展等绝对优势成为全业务宽带光接入的主导技术。

第1章 基础篇

1.宽带光接入的主要技术有哪些?

2.点对点光接入的技术和标准有哪些?

3.什么是PON，由哪几部分组成?

4.点对点光接入和PON技术各有什么特点?

5.主要的PON技术有哪些?

6.什么是EPON?

7.什么是GPON?

8.PON标准和技术下一步如何发展?

第2章 标准与技术篇

2.1 EPON的标准与技术

9.EPON协议的层次结构是怎样的?

10.EPON的光接口有几种，具有怎样的传输能力?

11.EPON系统对光模块有什么特殊要求?

12.什么是FEC，其主要作用是什么?

13.EPON多点控制协议的主要功能和机制是什么?

14.如何进行EPON ONU的发现和注册?

15.什么是LLID?

16.EPON系统如何进行测距和定时?

17.什么是动态带宽分配(DBA)?

18.EPON系统DBA的实现方法是什么?

19.什么是SCB?

20.IEEE标准规定的OAM的主要功能包括哪些?

21.EPON系统如何实现OAM发现?

22.EPON系统如何实现远端故障指示?

23.什么是Dying Gasp，EPON系统如何实现?

24.EPON系统如何实现远端环回?

25.EPON系统如何实现链路监视?

26.EPON系统如何实现对ONU、MIB变量查询?

27.EPON系统如何实现OAM扩展?

28.10G-EPON有哪些特点和关键技术?

2.2 GPON的标准与技术

29.GPON协议的层次结构是怎样的?

30.GPON常用的光接口有几种，具有怎样的传输能力?

31.GPON采用怎样的复用和封装结构?

32.GPON的帧结构是怎样的?

33.什么是GEM、GEM Port?

34.什么是T-CONT?

35.GPON系统DBA的实现方法是什么?

36.GPON具有哪些控制管理机制?

37.什么是嵌入式OAM?

38.什么是PLOAM?

39.什么是OMCI?

40.OMCI具有怎样的管理协议?

41.OMCI的管理实体有哪些?

42.如何实现GPON ONU的激活?

43.XG-PON有哪些特点和关键技术?

第3章 互通篇

44.为什么要实现设备之间的互通?

3.1 EPON系统的互通

45.影响EPON互通的主要问题有哪些?

46.EPON互通的进展如何?

47.如何在IEEE标准的基础上进行扩展以实现互通?

48.为实现互通，MPCP协议需怎样扩展?

49.EPON的扩展OAM可以实现哪些增强功能?

50.为实现互通，对EPON系统DBA参数的远程管理作了哪些扩展?

51.EPON系统如何实现ONU的软件升级?

52.EPON系统如何提高PON接口下行数据安全性?

53.EPON系统如何实现增强的事件通告和故障告警功能?

54.什么是动态可控多播，EPON系统如何实现?

55.EPON系统如何实现ONU认证?

56.什么是非法ONU注册的静默功能?

3.2 GPON系统的互通

57.GPON互通应重点解决哪些问题?

58.GPON OAM功能互通应重点解决哪些问题?

59.GPON OMCI互通应重点解决哪些问题?

60.GPON系统如何实现ONU的软件升级?

61.GPON系统如何实现下行数据加密?

62.GPON系统如何实现事件通告、告警和性能监视?

63.GPON系统如何实现ONU认证?

第4章 设备与系统篇

64.OLT设备有什么形态?

65.ONU设备有哪些主要类型和形态?

66.什么是SFU?

67.什么是SBU?

68.什么是HGU?

69.什么是MDU?

70.什么是MTU?

71.什么是CBU?

72.对运营级PON系统有哪些功能要求?

73.PON系统应具备哪些以太网功能?

74.PON系统应具备怎样的VLAN功能?

75.PON系统的DBA功能应满足什么要求?

76.PON系统应具备哪些QoS功能?

77.PON系统的流分类功能应满足什么要求?

78.PON系统的标记功能应满足什么要求?

79.PON系统应具备怎样的队列和调度机制?

80.PON系统如何支持限速功能?

81.PON系统应支持怎样的缓存管理机制?

82.PON系统应支持哪些多播机制?

83.PON系统如何实现分布式IGMP多播?

84.对PON系统的多播有哪些性能要求?

85.如何实现PON系统的维护管理?

86.PON系统的EMS应满足哪些要求?

87.OLT应具备哪些维护管理功能?

88.如何实现SFU/SBU的远程管理?

89.如何实现HGU的远程管理?

90.如何实现MDU/MTU的远程管理?

91.ONU应支持哪些本地管理功能?

92.PON系统应具备哪些安全与保护功能?

93.PON系统的光链路保护主要有哪几种类型?

94.PON系统如何实现对光链路的监测?

95.对PON系统有哪些性能要求?

第5章 业务与应用篇

96.PON与点对点技术的应用场景有哪些不同?

97.PON系统主要有哪几种应用方式?

98.PON系统如何应用于FTTN/FTTCab/FTTZ?

99.PON系统如何应用于FTTB/FTTC?

100.PON系统如何应用于FTTH/FTTO/FTTP?

101.PON系统能够承载哪些业务?

102.PON系统如何承载VoIP业务?

103.PON系统承载视频业务有哪些方式?

104.PON系统如何用于承载视频监控?

105.PON系统如何承载TDM业务?

106.IETF PWE3和MEF对CESoP各有哪些规定?

107.PON系统承载TDM业务应满足怎样的性能要求?

108.PON系统的TDM能力可否满足移动基站回传的要求?

第6章 测试篇

109.PON系统的测试主要包括哪些方面?

110.PON系统的功能测试主要包括哪些内容?

111.如何测试PON光接口指标?

112.如何测试PON系统的注册/激活功能?

113.如何测试OLT对ONU的认证功能?

114.如何测试PON系统的下行数据安全功能?

115.如何测试PON系统的上行带宽分配功能?

116.如何测试PON系统的基本以太网功能?

117.如何测试PON系统的VLAN功能?

118.如何测试PON系统的QoS功能?

119.如何测试PON系统的SCB功能?

120.如何测试PON系统的IGMP功能?

121.如何测试PON系统的可控多播功能?

122.如何测试PON设备的保护功能?

123.如何测试光链路保护功能?

124.如何测试PON系统的安全功能?

125.PON系统的基本性能测试主要包括哪些内容?

126.如何测试PON系统的分路比和传输距离?

127.如何测试PON系统的吞吐量、时延、分组丢失率?

128.如何进行多播性能测试?

129.PON系统的业务支持能力主要包括哪些内容?

130.PON系统的维护管理能力测试主要包括哪些内容?

131.如何测试PON系统的EMS功能?

132.如何测试OLT对ONU的远程管理功能?

133.如何测试ONU的本地管理功能?

本书全面介绍了无源光网络(PON)技术，主要包括EPON和GPON的相关知识。全书共分6章。第1章基础篇，概要介绍了宽带光接入和PON技术的基本概念、主要特点和未来发展等;第2章标准与技术篇，介绍了PON技术国际标准规定的基本原理和机制;第3章互通篇，介绍了影响PON系统互通的主要问题和相应的解决方案;第4章设备与系统篇，介绍了PON设备的典型形态、系统级应用的功能要求和关键技术;第5章业务与应用篇，介绍了PON系统的主要应用场景和业务承载方式;第6章测试篇，介绍了PON系统主要功能、性能、业务支持能力、维护管理能力等的测试思路和基本方法。