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沈阳工程学院毕业设计 第2章 EPON——以太网无源光网络
图2.3EPON下行传输帧结构
EPON在上行传输时，采用TDMA技术将多个ONU的上行信息组织成一个TDM信息流送到OLT。TDMA技术是将合路时隙分配给每个ONU,每个ONU的信号在经过不同长度的光纤（不同的时延）传输后，进入光分配器的共用光纤，正好占据分配给它的一个指定时隙，以避免发生相互碰撞干扰。EPON上行信息流的分发如图2.4所示。
图2.4EPON上行信息流的分发
连接于光分配器的各ONU发送上行信息流，经过分配器耦合到共用光纤，以TDM方式复合成一个连续的数据流。此数据流以帧的形式组成，其帧长与下行帧长一样，也是2ms，每帧有一个帧头，表示该帧的开始。每帧进一步分割成可变长度的时隙，每个时隙分配给一个ONU，用于发送上行数据到OLT。
每个ONU有一个TDM控制器，它与OLT的定时信息一起，控制上行数据包的发送时刻，以避免复合时相互间碰撞和冲突。图2.5中专门用时隙3（第3个ONU的时隙）表示传送ONU-3的数据，该时隙各有2个可变长度的数据包和一些时隙开销。时隙开销包括保护字节、定时指示符和信号权限指示符。当ONU没有数据改善时，它就用空闲字节填充它自己的时隙。EPON上行传输帧结构如图2.5所示。
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沈阳工程学院毕业设计 第2章 EPON——以太网无源光网络
图2.5EPON上行传输帧结构
2.4 EPON网络组网应用
在接入网接入方式的选择上，接入方式的选择主要由新形势下网络用户对宽带资源的高度需求和网络服务的综合接入实现方式决定：
（1）带宽需求：随着网络宽带用户数量的增加，各种宽带业务的应用，以及人们对上网业务、网络游戏、视频通信、IPTV等业务的高带宽需求对新形势下接入网所提供的带宽提出了很高的要求，因此新一代网络的最基本要求是为每个用户提供比现在高很多且要有很强的带宽扩展性能。
（2）各种网络应用的综合接入实现网络融合：下一代接入网的应用，需要支持现有网络提供的各种业务，让用户在业务使用上不会有大的变化。对于网络的建设要保证网络的兼容性，对于已经组建成规模的网络要保证在其网络架构之上完善和发展相互兼容。
就当前用户数量多，用户对新新业务的需求量大的特点，且在“光进铜退”背景下大量采用FTTB模式进行的网络建设已成规模，鉴于以上因素考虑对于接入网的组建则选择以光纤接入的方式组建。对于光纤接入方式组建的接入网络具有如下相应的优势： （1）传输容量大：光纤工作频率很高，其可开发传输容量很大。
（2）传输速度快：光纤接入能够提供100Mbps、1000Mbps的高速带宽。
（3）通信质量高：光纤介质纯度极高，中继站的数量较少，提高了通信质量。 （4）衰减小损耗低：光纤每公里衰减比大容量通信同轴电缆衰减要低很多。 （5）防干扰性能好：光纤不受电气信号和雷电干扰，保密性好。
（6）扩容便捷：在无需更换任何设备情况下能够将现有宽带业务链路升级。 （7）传输距离远：光纤连接距离可达70公里。 （8）体积小，重量轻，同时有利于施工和运输。 （9）节约有色金属：光纤本身是非金属且原料广泛。
基于光纤传输架构的网络IP化融合的发展方向，EPON接入方式则成为现时期接入网的最佳实现方式。EPON组网应用原则有以下几种： （1）光线路终端布放原则
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光线路终端布放位置一般有以3种方式：
① OLT放置于中心机房（CO，即交换机房、数据机房等现有机房），其特点为覆盖范围大，便于操作和管理，适于早期用户比较少或集中管理的场景。
②远端中心机房，其特点为覆盖范围适中，便于操作和管理，同时兼顾容量和资源。 ③户外机房或小区机房，其特点为节省光纤，但管理和维护困难，覆盖范围比较小，需要解决供电问题，一般不建议采用这种方式。OLT位置的选择，主要取决于实际的应用场景，一般建议将OLT放置于中心机房，便于维护与管理，节省运维成本，同时便于资源共享，节省资源。
（2）分光器布放方式
分光器可采用一级或多级分光，分光方式一般采用等功率方式，也可采用不等功率的方式，主要取决于地形和潜在用户分布等因素的影响。
①一级分光适用于密型布局。分光器采用一级分光时PON端口一次利用率高，易于维护，其典型应用于需求密集的城镇，如大型住宅区或商业区。
② 二级分光，适用于稀疏型布局。分光器采用二级分光时，故障点增加，维护成本高，熔接点／接头增加，分布较灵活。典型应用于需求分散的城镇，如小型住宅区或中小城市。
③ 多级分光，适用于稀疏型布局。分光器采用多级分光时，同样故障点增加，维护成本很高，熔接点／接头增加，分布非常灵活，其典型应用于成带状分布的农村或商业街。对于城市住宅小区等环境的应用，由于业务分布比较均匀，一般采用等功率分光。对于农村、矿区、沿海或河床的养殖基地、商业街等特殊环境的应用，由于业务分布极不均匀，可采用不等功率分光。
（3）分光器布放原则
① 分光器放置于中心机房，便于管理和维护，但由于光纤量比较大，网络弹性不足，实施费用比较高，没有充分发挥PON网络的优势。
②分光器放置于远端中心机房，集中分光，便于安装；网络结构比较简单：用户密度比较高时，总的建设费用较低。
③ 分光器放置于地下室，节省光缆，充分发挥了EPON的优势，建设费用很低，但管理与维护工作量较大。
（4）光网络单元布放原则
根据ONU布放的位置，可将EPON分为以下几种场景：光纤到户(FTTH)、光纤到大楼(FTTB)、光纤到节点(FTTN)等。
①FTTH方式：
FTTH即光纤到户方式,适用于用户居住比较分散且用户对带宽的要求较高的区域，如别墅区。而且开发商有积极性参与网络建设。此时组网方式一般采用从局端的OLT引出光缆到别墅区，在别墅区内一个相对中心位置放置分光器，然后通过小芯数管道光缆或新型的小芯数直埋光缆连至用户家中的ONU，可以根据用户需求在用户家中连接交换机或集线器(HUB)供多个设备连接。
②FTTB方式：
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FTTB方式适用于在单栋商务楼用户相对数量不多、带宽要求不高的场景。一般的组网方式为从局端OLT引出光缆到商务楼附近的光缆交接箱，在光缆交接箱中放置分光器，从交接箱引光缆至大楼。ONU放置在大楼交接间，通过交换机为楼内用户提供宽带上网业务。在这种情况下，建设时需要根据用户带宽需求及数量选择合理的分路比。
③FTTN方式：
FTTN方式则是带宽与投资的折衷，FTTN在满足用户带宽需要的提下，采用最新的数字用户线(DSL)技术，尽量使用长的双绞线，以提高ADSL接入复用器(DSLAM)节点的用户容量，从而减少节点数量，减少投资和维护成本。
对于EPON工程，可根据下列接光接入网常用的工程数据估算本工程ODN的传输损耗：
工程建议ODN衰耗：10～26db（一般为22dB）；单模光纤衰耗：≤0.34 dB/km； 光纤跳纤、尾纤插入损耗：0.1db~0.3db；法兰盘插入损耗：≤0.4db； 1:2分光器插入衰耗：3db； 1:4分光器插入衰耗：6db； 1:8分光器插入衰耗：9db； 1:16分光器插入衰耗：12db； 1:32分光器插入衰耗：15.5db ；
OLT光功率：接收：-1~-24db（1310nm）发送：+2～-3db（1490nm）； ONU光功率：接收：-3~-24db（1490nm） 发送：-1~+4（1310nm）；
对于OLT和ONU设备正常的收发光功率如下，在实际工程设计中要确保网络光功率衰耗值在相应设备的收发光功率范围之内。 面对小区用户宽带业务需求情况差异，本次工程初期首先为用户提供宽带上网和VOIP语音业务，同时为后期将要开展的VOIP业务和相应的数据增值业务做好准备，对于本次建成的网络将可以为用户提供足够的带宽，实现高质量的数据接入业务、VOIP业务、IPTV流媒体业务。网络要具备良好的扩展和升级能力，在未来可以有效支持三网合一的业务需求。
EPON作为一种新兴的接入网技术，非常适合光纤接入网络（FTTB/FTTH）建设，从运营商的角度来看：无源的特性可以降低建设、管理和运营成本，提高投资回报率，增加新的赢利机会；EPON网络的体系结构非常适合接入网建设，使运营商可以快速有效地开展业务并易于进行网络扩展；EPON提供的高带宽将满足用户对网络带宽日益增长的应用需求，使运营商开展多业务有可靠的网络资源保证；EPON网络的兼容性良好，可以和现有网络很好地融合；EPON在提供上述优点的同时，还具有其他FTTX技术无可比拟的经济性，可以减少投资和长期建设成本。
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