以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)淺析

1、在電力系統(tǒng)中分配電能的網(wǎng)絡(luò)稱為配電網(wǎng)，它是將高壓電變成農(nóng)業(yè)用電、商 業(yè)用電和居民用電的電網(wǎng)，由架空線或配電線路、配電所或柱上降壓器構(gòu)成。 配電自動(dòng)化系統(tǒng)（DAS，Distribution Automation System）利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)及通信 技術(shù)，將配電網(wǎng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、設(shè)備、用戶以及地理圖形等信息進(jìn)行集 成，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控及管理的自動(dòng)化、信息化。DAS主要由配電主站 系統(tǒng)、配電子站監(jiān)控系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、配電網(wǎng)現(xiàn)場終端組成。其中，現(xiàn)場終端包 括：安裝在變電站、開閉所的站內(nèi)監(jiān)控終端，即RTU（Remote Terminal Unit,遠(yuǎn) 方終端單元）；安裝在線路環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)、柱上開關(guān)

2、上的線路監(jiān)控終端，即FTU（Feeder Terminal Unit,饋線終端單元）；安裝在配電變壓器上的配變監(jiān)測終端，即 TTU （Transflrmer Terminal Unit，變壓器終端單元）。這些終端向主站傳送斷路器、負(fù) 荷開關(guān)、變壓器等配電設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，接收主站控制命令，完成開關(guān)的操作。 綜上所述，DAS需要借助有效的通信手段將控制中心的命令準(zhǔn)確地傳送到遠(yuǎn)方 終端，并將反映遠(yuǎn)方設(shè)備運(yùn)行狀況的數(shù)據(jù)信息收集到控制中心。由于DAS中遠(yuǎn) 方終端數(shù)量龐大，因此，如何合理選取通信方式來最大限度在滿足DAS的性價(jià) 比要求是值得關(guān)注的一個(gè)問題。1.EPON技術(shù)介紹1.1概述EPON（以太網(wǎng)無源

3、光網(wǎng)絡(luò)）是一種新興的寬帶接入技術(shù)，由IEEE 802.3 EFM 研究組提出，在物理層采用了 PON技術(shù)，在鏈路層使用了以太網(wǎng)協(xié)議，利用PON 的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了以太網(wǎng)的接入，因此，它綜合了 PON技術(shù)和以太網(wǎng)技術(shù)的優(yōu) 點(diǎn)，即頻帶寬、擴(kuò)展性強(qiáng)、靈活快速的服務(wù)重組、與現(xiàn)有以太網(wǎng)的兼容性、方便 的管理等一個(gè)典型的EPON系統(tǒng)由光線路終端（OLT）、光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）和無源 光分路器（POS）組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。l您據(jù)Ur圖1. EPON系統(tǒng)管理OLT放在通信機(jī)房，ONU放在配電終端設(shè)備附近或與其一體化，POS是連 接OLT與ONU的無源設(shè)備，其功能是分發(fā)下行數(shù)據(jù)并集中上行數(shù)據(jù)。OLT既 是一

4、個(gè)交換機(jī)或路由器，又是一個(gè)多業(yè)務(wù)提供平臺(tái)，可以配置多塊OLC（Optical Line Card,光線路卡），OLT與多個(gè)ONU通過POS連接，1個(gè)OLT PON端口下 最多呆以連接的ONU數(shù)量與設(shè)備密切相關(guān)，一般是固定的。在EPON系統(tǒng)中， OLT與ONU間的最大距離可達(dá)20km，支持1.25Gbit/s的對稱速率。在下行方向，IP數(shù)據(jù)、語音、視頻等多咱業(yè)務(wù)由位于局端的OLT采用廣播 方式通過ODN （Optical Distribution Network,光配網(wǎng)絡(luò)）中的1： N無源光分路 器分配到PON 口所有ONU；在上行方向采用時(shí)分復(fù)用方式，來自各個(gè)ONU的 多種業(yè)務(wù)信息互不干擾地通

5、過ODN中的1： N無源光分路器耦合到同一根光纖， 最終被送到位于局端的OLT接收端。2.關(guān)鍵技術(shù)2.1分光器技術(shù)分光器是組建EPON網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)組件，是連接OLT和ONU的無源設(shè)備， 其功能是分發(fā)下行數(shù)據(jù)，并集中上行數(shù)據(jù)。典型均分型分光器損耗見表1所列， 非均分型分光器損耗見表2所列。分路制均當(dāng)1插入損耗典型值最大允許偏羞范圍A1K23 6(1.44730.&810.71.716142.03217.72.5分路數(shù)（分路比：1分W非均分插入損耗 典亶值MB最大兄許偏羞 苑國圮KI5.2A).45(141：9113A16042：B7.9/1 20.43：76 (1/1 9(1.44：64.7Z2.

6、4().42.2多點(diǎn)控制協(xié)議技術(shù)EPON拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是樹狀結(jié)構(gòu)，由位于根部的OLT和位于枝端的多個(gè)ONU組成。 OLT可以和各個(gè)ONU互通信號(hào)，但ONU之間不能互通。因此，當(dāng)不同的ONU 向OLT發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)有可能發(fā)生碰撞，這就需要由OLT進(jìn)行全局控制，安排好各 個(gè)ONU之間有效地傳輸數(shù)據(jù)，需要一個(gè)有效的控制機(jī)制來控制OLT和ONU， 這就是多點(diǎn)控制協(xié)議（MPCP）。2.3突發(fā)工作模式EPON的點(diǎn)對多點(diǎn)的特殊結(jié)構(gòu)和時(shí)分多址的接入方式，決定了 ONU發(fā)送機(jī)工 作在突發(fā)發(fā)送的模式下，這就對激光器的響應(yīng)速度，更重要的是對發(fā)射機(jī)輸出光 功率控制電路提出了新的要求。傳統(tǒng)APC（Automatic Power

7、Control,自動(dòng)功率控 制）電路針對連續(xù)傳輸設(shè)計(jì)，其偏置電流在整個(gè)傳輸過程中恒定不變。然而在突 發(fā)模式中，激光器被不斷地打開和關(guān)閉，其偏置電流必須能快速地響應(yīng)變化，否 則很可能在直流偏置還沒有調(diào)整到指定值之前，ONU的發(fā)送已經(jīng)結(jié)束，激光器 又要關(guān)閉，直流偏置重新歸零，這將導(dǎo)致自動(dòng)功率控制回路無法正常工作。因些， 傳統(tǒng)連續(xù)模式的自動(dòng)功率控制回路無法正常工作在突發(fā)模式下。對傳統(tǒng)連續(xù)模式自動(dòng)功率控制電路進(jìn)行修改，使其能工作于突發(fā)模式下。連 續(xù)模式的自動(dòng)功率控制回路不能正常工作在突發(fā)模式下，是由于當(dāng)激光器關(guān)閉 時(shí)，直流偏置切斷；當(dāng)激光器被重新打開時(shí)，自動(dòng)功率控制回路已丟失了原來的 狀態(tài)，直流偏置呈

8、現(xiàn)不連續(xù)的變化。只要能在激光器關(guān)閉期間保持自動(dòng)功率控制 回路的狀態(tài)不變，當(dāng)激光器被重新打開時(shí)，自動(dòng)功率控制回路就能在前一個(gè)突發(fā) 間隔結(jié)束狀態(tài)的基礎(chǔ)上繼續(xù)工作，直流偏置的變化將是一個(gè)連續(xù)的過程，因而自 動(dòng)功率控制回路將能穩(wěn)定工作在突發(fā)模式下。接收時(shí)，上行數(shù)據(jù)流由各個(gè)ONU以突發(fā)形式到達(dá)OLT。由于突發(fā)信號(hào)的不確定性，0 碼和1碼在整個(gè)上行信道上的不均衡性以及每個(gè)ONU和OLT之間的不同傳輸距離等各種因 素，造成各個(gè)OLT接收到的ONU信號(hào)強(qiáng)度各不相同。在極限情況下，從最近ONU發(fā)來的 代表0信號(hào)的光強(qiáng)度甚至比從最遠(yuǎn)ONU傳來的代表1信號(hào)的光強(qiáng)度還要大。為了正確恢復(fù) 出原有數(shù)據(jù)，OLT必須根據(jù)每個(gè)

9、ONU的信號(hào)強(qiáng)度實(shí)時(shí)調(diào)整接收機(jī)的判決門限?，F(xiàn)有的突發(fā) 模式接收機(jī)分為直接耦合方式和交流耦合兩大類。2.4測距技術(shù)EPON為點(diǎn)對多點(diǎn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，采用TDMA（時(shí)分多址）技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息傳送。各個(gè)ONU 與OLT之間的邏輯距離是不相等，為了能夠精確地實(shí)現(xiàn)時(shí)隙分配，OLT需要測量它和每個(gè) ONU之間的距離。OLT需要有一套測距功能來測試每個(gè)ONU與OLT之間的邏輯距離，以 此來指揮ONU調(diào)整其信號(hào)發(fā)送時(shí)延，使不同距離的ONU所發(fā)送的信號(hào)能在OLT處準(zhǔn)確地 復(fù)用在一起。目前，EPON測距一般采用比較成熟的數(shù)字計(jì)時(shí)技術(shù)的帶內(nèi)開窗測距法，原理如圖2所 示OLT發(fā)送一個(gè)GATE信號(hào)，其中包含時(shí)標(biāo)T1，ONU在T2

10、時(shí)刻接收到GATE信號(hào)后， 將自己的時(shí)間設(shè)置為T1，并在一個(gè)固定時(shí)延（T3-T2）后，于T3時(shí)刻回復(fù)REPORT信號(hào)， 該信號(hào)包含時(shí)標(biāo)T3，OLT在T4時(shí)刻收到REPORT信號(hào)，計(jì)算出OLT和此ONU之間的距 離為C x T4 - T1 - （T3 - T2） /2。由于光纖雙向時(shí)延對等，T 2 - T1 = T 4 - T3，故OLT 與ONU之間的距離為C x（T4 - T3）2, 5。2.5動(dòng)態(tài)帶寬分配技術(shù)動(dòng)態(tài)帶寬分配（DBA）算法就是實(shí)時(shí)地（ms/us）改變EPON的各ONU上 行帶寬的機(jī)制。EPON中如虹用帶寬靜態(tài)分配，對數(shù)據(jù)通信這樣的變速率業(yè)務(wù)很 不適合，如按峰值速率靜態(tài)分配帶寬，

11、則整個(gè)系統(tǒng)帶寬很快就被耗盡，帶寬利用 率很低，面動(dòng)態(tài)帶寬分配使系統(tǒng)帶寬利用率大幅度提高。通過DBA，可以根據(jù) ONU突發(fā)業(yè)務(wù)的要求，通過在ONU之 間動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)帶寬來提高PON上行帶寬效 率。由于能更有效地利用帶寬，網(wǎng)絡(luò)管理員可以在一個(gè)已有的PON上增加更多 用戶，終端用戶也可以享有更好的服務(wù)，如用戶可以用到的帶寬峰值能夠超過傳 統(tǒng)的固定分配方式的帶寬。上行方向信道中的傳輸采用時(shí)分復(fù)用接入方式共享光 纖，各個(gè)ONU收集來自用戶的信息并以1.25Gbit/s以上的速率向OLT發(fā)送數(shù)據(jù)， 不同的ONU發(fā)送的數(shù)據(jù)占用不同的時(shí)隙。根據(jù)EPON的特點(diǎn)以及ITU-T G983建議，對動(dòng)態(tài)帶寬分配設(shè)計(jì)的具體要求 有：業(yè)務(wù)透明、高帶寬利用率、低時(shí)延和低時(shí)延抖動(dòng)、公平分配帶寬、健