湖畔人家小区EPON光纤接入网规划设计

　摘要

随着现代信息技术的不断更新升级，人们对电信业务的带宽、业务、简洁、多样的要求也越来也高。伴随着骨干网的能力越发增强，与此同时接入网却没有多大进步。如此，由骨干网络到用户终端之间的几百米或者几公里组成的接入网，因此而被形象地称为”最后一公里”。由于骨干网基本采用光纤结构，传输速度非常快。因此，这”最后一公里”便必然成为了制约整个网络系统的瓶颈。这使得改进接入网已经到了十分关键的时刻。

本文简要介绍了关于EPON的一系列基础知识和以EPON为接入方式的小区接入网规划。本着实用的原则，综合考虑设备选型、ONU位置、IP地址分配、实现其可运营性，并选定一个小区，进行完整的光纤接入网设计，达到学有所用的目的。

　关键词：EPON，ONU，FTTH，PON，OLT

一绪论

　　（一）研究背景及目的

基于光纤的无线接入网具有传输距离长、容量大、抗干扰能力强、衰减小、质量轻等优点，将成为未来宽带网络的发展趋势。

EPON（Ethernetwork,EPON）是一种基于以太无源光网络（EPON）的新型光纤接入技术，该技术通过无源光纤进行点对点的拓扑结构和无源光纤的传送来实现各种服务。该方案将PON（PON）技术应用于物理层，并在链路层应用以太（Ethernet）协议，结合无源光（PON）的拓扑，来完成以太（Ethernet）的访问。

自从2004年6月EFMA（EFMA）公布EPON技术标准IEEE802.3 ah后，EPON技术得到了迅速发展，到现在为止，有关的芯片和装置已经非常成熟。业界普遍认同FTTH是目前最好的宽带访问模式，而EPON则是未来被广泛接受的一种宽带访问模式。

IEEE于2001年就已经对EPON技术进行了探讨。近年来，随着亚洲各国（如中国，日本，韩国）对EPON标准的不断完善、网络规模部署和系统测试验证，EPON技术已在亚洲获得了较好的推广和推广，并推动了相关产业的快速发展。

随着国家的大力扶持，以及不断加剧的市场竞争，EPON技术得到了迅速的发展。伴随着国内IP业务的日益增多，以及国内电信运营市场的逐步开放，不管是传统电信运营商，还是新兴运营商，都将IP业务的电信基础网作为自己的目标，以保证自己在新的竞争环境中立于不败之地。

在中国南部地区，目前的接入网络以ADSL/ADSL2+和LAN技术为主，接入网络时必须使用许多实线和铜缆作为介质，这增加了网络建设的费用，也增加了网络服务的服务质量。

论文以襄阳宜城移动通信公司的“湖之家”为研究对象，以EPON技术为架构核心，在网上学习、参考文献的基础上，对“湖之家”进行了一次现场调研，并对该“湖之家”进行了详细的规划与设计。尽量处理上述问题。

（二）光纤接入技术

1光纤接入技术概述

接入网络也被称作FITL(Fiber Subscriber Loop,FITL)，其光学线路端子（OLT,Onloop Loop）既可以位于开关（switch）中，也可以位于远端。其光网元（0 NU）位于客户方，并通过纤维将光线路端子和光网元相连。0 NU与客户之间的联系有很多种，一个ONU可以实现多个客户之间的联系。光纤接入网FITL按照与客户的距离，有光纤到户（FTTH）、光纤到大厦（FTTB）、光纤到路边（FTTC）等几种形式。根据有无供电情况，可将其分为两种类型：无源光网络（PON）与有源光网络（AON）。

在本文中，本文主要探讨的是无源光网络，因此对有源光网络的研究将不再赘述。无源光网络是一种点对多点的光纤访问技术，它包括了局方的光线路终端OLT，它是一种基于OLT的多个节点的光纤访问。

ONU（Output Network Unit）和ODN（Output Network Unit）构成，ONU（Output Network Unit）是光分配网。其通常采用TDM广播方式，上行采用时分多址（TDMA）方式，并能灵活地构成星型、树形、总线型等拓扑。所谓“无源”，就是在ODN中，不使用任何有源的电子设备，只使用光分路器（Splitter）等无源设备，所以它的维修费用相对较少，而且不会受到雷电、磁场等环境因素的影响。

由于以光纤为传输介质，光接入网具备了传送距离长、传送容量大、抗干扰能力强、损耗小、质量轻等优点，它是有线宽带接入技术的一种完美解决方案，它代表了宽带接入网的发展趋势。

　2光纤接入技术的研究意义

伴随着因特网的迅速发展，我们国家已经步入了一个信息交流大爆发的网络型社会，我们的学习、工作和生活都离不开网络，而光纤在传输带宽上有着巨大的优势。通过几年来的发展，传输网络、光纤通信网络、交换网络等都已基本完成，而接入网络的发展相对滞后。要想提升服务的容量、质量和速度，充分挖掘和使用网络资源，就需要打破这个“最后一公里”，最大化地提升服务的“最后一公里”的传输效率。

当前，我国DSL访问的速率大约为1 Mbit/s或2 Mbit/s，用来进行宽带上网好像已经可以了，但用来传输电视节目显然是不合适的。按传统的H.264格式，一条线上的SDTV节目为2兆比特/秒，再算上资料存取服务，存取频宽为4兆比特/秒。因此，提高接入网络的传输率问题变得更为迫切。

随着国家经济的快速发展，各个城市的快速发展，光纤通信再次受到了重视。要从整体上提高我国信息化建设的安全性、层次性和质量，研究接入网络是核心，FTTH是核心。对电信运营商来说，FTTH是一个与网络和服务变革密切相关的一个关键领域，通过EPON模式来实现FTTH的接入，具有其独特的优点。

（三）EPON技术介绍

　　1EPON技术概述

PON（无源光纤网络）是一种不包含任何电子器件和电子电源的光布线网，它拥有节约光纤材料、对网络协议透明等优势，是一种被电信维修部门长久以来所期盼的技术，在光接入网中起到了非常关键的作用。同时，经过二十年的发展，以太网（Ethernet）技术以其实用方便，成本低廉等优点，几乎已经彻底主宰了局域网，并被证实是承载IP数据包的最佳载体。因此，EPON（Ethernet）和PON（PON）相融合，就出现了EPON(Ethernet Policy Network,EPON）无源光网络。它利用在网络中使用高性价比的以太端口以及可靠性高、成本低的无源元件，能够很容易的实现EPON的具有高成本且具有高带宽的性能。EPON因其兼具了EPN和PON两种特性而在未来的光接入网中得到广泛应用。

伴随着IP业务的持续发展，相关组织提出了EPON的概念，也就是在与APON相似的结构和G.983的基础上，试图保留其精髓，也就是物理层PON，而以以太网取代ATM作为链路层协议，形成了一个可以提供低成本、大带宽和强大服务能力的新型接入技术——EPON。

以太无源光网络（EPON）是一种全新的光纤通信技术，是目前突破“最后一公里”技术瓶颈的一项重要技术。该系统具有点对多点的拓扑结构，无源光纤传送和基于以太网的各种服务。该方案将PON技术应用于物理层，并将其应用于无源光网（PON）中，并将其应用于以太网（Ethernet）中，进而将其应用于以太网。所以，它将PON技术与以太网技术的优势结合在一起。

　2EPON系统概述

以太无源光网络为单纤光接入网，其拓扑构造为：P2MP（Point to multipoint）架构。

构形可以是树形，也可以是星形。在EPON中，光分配网ODN和用户端ONU三个部分组成了EPON。

下面是EPON的体系结构和OSI与EPON的体系结构之间的关系：

图1-1EPON系统模型

　　图1-2 EPON协议分层与0SI模型的关系

　　3EPON系统各部分功能

光线路终端（optical line terminal,OLT)：通过广播将以太网络数据传送给ONU；启动和控制该测量处理，并对测量的信息进行记录；对ONU电源和ONU登录进行控制；对ONU进行带宽配置，即对ONU传输窗的尺寸以及传输的时刻进行了控制。

ODN(On-distribution network)：分布下行链路方向的资料，并对上行链路上载的资料进行中央处理。该被动式分束器可以将一条进入该通道的光学讯号按照不同的比例分成不同的光学能量，并且将该分成后的多个讯号输出。

光学网络部件（ONU)：对由OLT发送的电源控制与距离测量指令做出反应，并对指令进行调节；缓冲属于该使用者的Ethernet资料，并在由OLT指派的传送视窗中传送上行资料。

　4EPON信号传送原理

EPON采用波分复用（波分复用）技术，在单根光纤上进行双向通信.EPON采用两种多路传输方式来实现对用户的上行和下行信号的分离。

该系统的下行链路以1490毫米为基准，利用了下行链路的传输信号。每个ONU都接收自己的数据作为下游的数据识别信息的函数，并且放弃其他的数据。

图1-3下行方向信号传输原理

　　上行链路的传输为TDMA模式，上行链路的传输波长为1310 nm。通过OLT来中央地控制每个ONU发射的时刻和发射的长度。

图1-4上行方向信号传输原理

　　（四）FTTH技术概述

虽然目前，移动通信的发展非常迅速，但是，因为它的带宽很难提升，终端的尺寸也很小，以及有限的显示屏幕等原因，所以，人们对具有更强大功能的固定终端仍有需求。随着信息化程度的不断深入，对网络服务质量要求的不断提升，使其得到了迅速的发展。

FTTH（光纤入户）指的是将光纤与终端设备一起进入家庭，即将光网络单位（0 NU）安装到客户家中，以达到对数据、图像、话音服务的集成。光纤存取系统是与使用者关系最为密切的一种。FTTH技术的优势在于提高了网络对波长，速率，数据格式，协定等方面的透明化，能使网络具有更大的网络带宽和更多的灵活性。特别是它不需要太多的环保及电力供应，方便了设备的安装及维修。“光纤入家”技术最大的优点就是其巨大的频带宽度，是目前“最后一米”技术发展中最好的技术。

按照光纤深入用户的程度，可划分为FTTC（光纤到路边）、FTTZ（光纤到小区）、FTT0（光纤到办公室）、FTTF（光纤到楼层）、FTTH（光纤到用户）等。

在此，我们将重点放在FTTH上，其他方法就不多说了。

从网络的角度来看，FTTH可以划分为P2P（Point-to-point-policy）和P2MP（Pointto-multiple）两类。根据包装协议的差异，FTTH可以被划分成BPON,EPON,GPON等类型，这些PON技术的网络拓扑结构都属于树型结构。

（五）本文主要内容及安排

在简单地对光接入网技术及其基础理念进行了简单地阐述之后，在引进了EPON技术的基础上，结合具体的计划与设计，对“湖滨家庭”小区进行了一次光学接入网的规划与设计，从而使得“湖滨家庭”小区能够实现其预定的接入目标，并且能够满足小区用户对服务的基本要求。IP地址的合理配置以及对网络的有效防护是EPON业务进行有效操作和维持的前提条件。这项规划设计能够为湖滨人家小区的接入改善提供可靠的理论和实践基础，从而增强用户对数据业务的认知程度，从而提高用户的满意度。

　二光纤接入网的基本概念

　　（一）光纤接入网的优势

光接入网络采用光纤作为基本传送媒体的一种接入网络，其特点是：

1、光纤带宽较大，能适应将来更多的服务需求。

2、光纤不受电磁波、雷电等因素的干扰，抗干扰性能良好。

3、光纤的使用寿命很长，达到50年以上。

4、小的衰变。

5、体积小，自重小，使用方便。因此，由于其带宽大，损耗小，质量轻，抗干扰能力强，性能稳定，原材料丰富，得到了广大用户的认可。尽管它的价格比铜丝要高，但是由于它的技术越来越成熟，它的价格也在不断地下降，这极大地提高了它普及的可能性。

（二）光纤接入网结构

OLT与ONU构成了一个由光线路终端（OLT）与ONU（Output network interface）相关的用户端口功能与服务端口功能（SNI）相关的服务端口功能，并具有集线、电路模拟与路径选择等关键功能。它由光线路端（OLT）与服务端（OLT）和客户（ONU）两部分组成，而一条光线路端（OLT）往往带有多个ONU，从而达到节省费用的目的。

图2-1光纤接入网模型

　　光线路终端器OLT的作用是为接入网和局域网交换数据提供一个介面，并以光学传送的形式与顾客端的光学网路元件进行通讯。它的主要工作包括：1。通过对ONU进行广播传输。2、对该测量处理进行初始化和控制，并对该测量信息进行记录。3、将带宽配置给ONU。该系统可以实现对交换器的切换操作与使用者访问的隔离，同时也可以实现对使用者及使用者的监视与维护。至于地点设定，则与当地开关一同设定在交换局的末端或远端。

光学网路分发装置ONU，其作用是为它的接入网提供使用者端介面。其工作包括：1、有选择地接收OLT发送的广播数据。2、对OLT发送的距离和电源控制指令做出响应，并根据该指令进行适当调节。3、缓存用户的Ethernet数据，以及在由OLT指定的传输窗中传输到上游的信息。ONU不仅能够访问各种不同的用户终端，而且还具备了光电变换和相关的维修、监测等功能。ONU的主要作用是终止OLT传输的纤维、对光学信息进行处理和向多个客户提供服务。ONU在其终端为光学界面，在其终端为电子界面。

这样，0 NU就起到了将光电讯号互相变换的作用。但在语音处理过程中，仍然可以实现对语音进行数字与模拟的交互变换。ONU可以经常被放在靠近使用者的地方。

　（三）光纤接入网的分类

从技术角度来看，光纤接入系统可以划分为有源光与无源光两类，而有源光系统又可以划分为PDH与SDH。EPON是一种基于EPON的无源光网，在此我们将不再详细介绍EPON的有源光网。

所谓无源光网，即OLT与ONU间为ODN，即OLT与ONU间为ODN，无需有源电子器件。PON也就是无源光网络（无源的光接入网）被划分成了APON、EPON和GPON等几种类型，其中EPON是将以太网技术与PON技术进行了完美的融合。

根据网络的拓扑，光纤接入网络可以分为：环形型、总线型、星型或其混合型，还有一些点到点的应用。

总线式：以光缆为公用总线，各个用户端之间由耦合器直接联接到总线上。它具有共用骨干光缆、节约了线路的投入、易于增加和删除、各个客户之间的相互影响等特点。但是，它也有一些不足之处：有可能产生大量的损失，对接收端的动态范围有很大的需求，并且严重依赖于主要的光纤。其构造为串联构造。

环状结构：是指由多个光纤链路组成的一种网络架构，由多个结点共用一条光纤链，并由多个结点连接起来，形成一个闭合的环路。该体系架构的优势在于，在不需要任何外部介入的情况下，网路就能在相对较快的时间里，从发生了错误的错误后，将传送的资料重新复原，也就是：网路可以自我修复。

星型架构：由一个星型耦合器，把各个使用者终端机之间的资讯以一个星型耦合器（设在终局机上）完成。该方案无损失积累、容易更新、扩展、互不影响、服务自适应等特点。但其不足之处在于：需要大量的光导纤维，对中心结点的可靠度有很高的要求。星状结构可以划分为单一星状结构、主动星状结构和被动星状结构。这是一种并联构造。

根据光纤到达的位置，光纤接入网可以被划分成：光纤到户（FTTH)，光纤到路边（FTTC)，光纤到大厦（FTTB)，光纤到办公室（FTTO）。三种最常见的方式分别是：FTTH（Fiber Tree High）、FTTB（Fiberty Tree Bridge）和FTTC。

FTTH是指将光纤网络单元安装到住户家中，向住户提供一体化的宽带服务。FTTH网络是未来光纤接入网络的发展方向，然而，因为每个客户都要配置一套独立的ONU，所以它的造价很高，所以现在还不能很好地实现。

FTTB就是在建筑物中安装ONU的配电盒.它的主要用途是在远程医疗、远程教育、综合大楼及大型娱乐场所，为大中型企业、企业及商业用户提供高速数据、电子商务等宽带业务。

而FTTC则把ONU(Only network unit,ONU）设在道路两旁，即客户的住所，将ONU发出的电信号转送给客户。它的业务是面向居民的宽带业务。电视信号通常采用同轴线传输，而电话信号则采用双绞传输。

（四）接入网的拓扑结构

ODN的基础架构：按照光分路器（OBD）的联接模式，OBD可以分为多种架构，其中以星、树两种架构最为常见。

对于星式的架构：即ONU和OLT的架构是以点对点的方式进行的。即，在ONU与OLT之间不存在光分路器（optical dispatcher,OBD）的情况下，将ONU与OLT直接相连。在OLT和ONU的光链路上，通常采用一条或者两条的形式。

图2-2星型结构

　　就树形构造而言，树形构造有两种类型：

1、OLT和ONU的结构为一对多，即一个OLT与多个ONU相连，其间还隔着一个POS机。这种架构有一个好处，那就是它的跳数比较小。由此，降低了光纤传输线的损耗，降低了光纤传输线的失效率。而且，该系统的数据处理也很方便。而弊端则是光纤分流后的光缆数目较多，对管线的要求非常高。

图2-3典型树型结构

　　2、而在使用两个或更多个光学分流装置时，将它们以级联接起来，则形成了第2种树状构造。

本发明的优势在于，因为光分配器的设置较为离散，从而降低了对管线的要求，特别适合在用户较为离散的小区。但其不足之处在于：跳接点增多，线的衰减增大，失效率提高，而且对数据的处理也提高了难度。

图2-4多级联树型

　　该小区的拓扑是一种典型的树状结构。

　三湖畔人家小区本地网网络结构和运行数据

　　（一）湖畔人家小区本地平面图及局所位置

该项目座落在襄阳宜城市的情侣路上。该社区共12幢住宅，包括6幢1字形住宅和6幢U字形住宅。在这些住宅中，1字形住宅小区有4户，U字形住宅小区有12户。两栋楼都是六层楼，每个三个家庭。这样算下来，这个小区一共有96栋楼，6×3×96，一共有1728户。

下面是湖滨家庭的详细规划和办公地点：

图3.1湖畔人家小区平面图

　　（二）本设计所涉及范围的用户群状况

因该小区建筑密度大，住户多，以一般住户为主。要求有很大的网络覆盖率。住宅楼等用户密度较高的地区，具有较大的网络覆盖面积和较多的接入数量，这就要求有一个强大的网络核心来为其提供充足的功率。同时，因为访问单位数目庞大，其管理工作十分繁琐，所以对访问单位的性能提出了更高的要求，即对访问单位的性能提出了更高的要求。除此之外，装备的安全问题也是重中之重。所以，在建造湖滨人家的网络时，需要多方面的考虑。

　（三）现行用户接入方式及接入业务状况

目前，小区中的用户访问模式是一种基于铜电缆的宽带访问模式。铜线宽频存取技术又称为xDSL技术，它是指各类DSL（数字订阅线）数字使用者线（Digital Subscribe Line，数字使用者线）的统称，它包含了ADSL不对称的使用者数字回路（HDSL higital bit rate）、VDSL Higital Bit rate high的使用者数字回路（video Design line）。

因为目前该小区的接入是ADSL，所以这一章仅对ADSL的接入进行了简单的介绍，其它的就不做了。

在DSL网络中，ADSL是一种较为成熟的DSL网络，在一般家庭中应用最为广泛。它具有较大的频宽，简单的连接和低的成本。ADSL是一种以家庭为主体的通信方式，利用频分多路技术将一般的电话线路分为三条不同的通道，分别为电话、上行和下行。在一组电话线路中，它可以传输一条高速下行线路，一条低速下行线路，以及一条类比线路。各种信号采用的是频分多路的方法，它们占据了不同的频带，其中的低频带传输语音信号，而在中间的窄频带则是传输上行信道数据和控制信息，剩余的高频带则是传送下行信道数据和图像。如此一来，他们就不会受到任何影响。即使是一边打着电话，一边看着网络，也不会对网络的速度和质量造成什么影响。一般地，ADSL能够提供至多3.5 Mbps的上游速率，以及至多24 Mbps的下游速率，而不会对普通的电话通信造成干扰。

ADSL技术使各种格式的数据、视频信号和语音能够通过铜线从局端传送到客户终端，它能够实现高速因特网/内网接入、视频点播、在线业务、电视信号传输等。但是其不足之处在于其覆盖范围小，而且在高速率的情况下，通常会出现不均匀性，而在高速率的情况下，上行链路的数据传输速率又比较慢。

ADSL是一个ATM（Asynchronous Transport Mode）的异步传送方式。在电讯服务供应商一方，每个开启ADSL服务的电话线都必须与DSLAM(Digital Subscriber Access Multiplexer）相连。而在客户方面，则要求客户通过ADSL（因为它与常规的调制解调（modem))接口，又被称作“猫”（modem))来接入电话线。因为ADSL采用的是高频信号，因此在两端还要采用ADSL信号分离器（Demultipexer)，将ADSL数据信号与一般音频电话信号分开，避免在通话过程中产生噪声干扰。

在实际中，ADSL因受发送高频信号的制约，要求通信服务提供商与客户端的通信距离不大于5 km，即客户的电话线路与电话局的通信距离不大于5 km。

因此，在DSL系统中，ADSL系统具有带宽大，投资少，连接简单等特点，发展迅速。但是在技术层面上，对于宽带服务而言，ADSL技术仍然是一个过时的技术。

（四）业务发展预测

自从2004年6月EFMA（EFMA）公布EPON技术标准IEEE802.3 ah后，EPON技术得到了迅速发展，到现在为止，有关的芯片和装置已经非常成熟。业界普遍认同FTTH是目前最好的宽带访问模式，而EPON则是未来被广泛接受的一种宽带访问模式。

随着国家的大力扶持，以及不断加剧的市场竞争，EPON技术得到了迅速的发展。伴随着国内IP业务的日益增多，以及国内电信运营市场的逐步开放，不管是传统电信运营商，还是新兴运营商，都将IP业务的电信基础网络作为自己的目标，以便在新的竞争环境中立于不败之地。虽然在2000年的时候，就有了EPON的国际标准，但商业网络的建设，却没有任何规律可循。目前，中国电信业者EPON所采用的标准，已是我国EPON系统在EPON系统中应用的一个重要参考标准。中国电信于2005年做出了采用EPON技术的决策，并与中兴、烽火等厂商共同探讨了EPON技术在网络建设上的应用。在公开的工业应用规范的保障下，我国EPON产业的发展将更加有章可循。华为，烽火，中兴等主要的装备厂商纷纷发布了适用于中国网络建设的解决方案，其EPON的销量也已突破了上千万线路。自窄带技术发展至今，一直被欧美厂商垄断的生产模式，在PON占统治地位的宽频领域，已发生了变化。像华为，中兴这样的制造商对这种变化做出了贡献。

10 GEPON是新一代PON技术，它与EPON兼容，具有较大的宽带带宽和较高的分光比，且与EPON网络管理统一后可以平稳地进行网络更新，是新一代PON技术发展方向。这不仅能使人们更好地利用现有的资源。

有网络可以将速度提升到10倍，还可以与我国电信运营商的宽带规划相融合，支持国内电信运营商中远期规划目标的实现，支持运营商在IDC业务和家庭客户业务方面的不断拓展。

所以，在下一代PON的竞争中，10 G EPON获得了很大的发展空间，而且因为它具有自己的独立知识产权，还具有很好的可扩展性和兼容性，所以它在将来有着很大的市场潜力。

（五）建设接入网的可行性和必要性

　　1成熟的EPON技术

当前，EPON技术已趋成熟，其表现为：通过各方标准的制定，运营商设备商的拓展，EPON的芯片与光模块的性能的成熟，以及在中国电信的主导下，EPON的晶体管与系统管的互联同时，EPON的市场也越来越大，市场上的竞争也越来越激烈。随着装备费用的降低，其在符合操作要求的情况下，在城乡一体化方面的应用是有可能的。

　2用户需求分析

湖滨人家小区共有12幢住宅楼96个单元，共6*3*96=1728户，为了满足小区用户的新需求，需要开设的业务包括：宽带业务和普通电话业务。因为湖滨家庭住宅区建筑密度大，住户多。要求有很大的网络覆盖率。住宅楼等用户密度较高的地区，具有较大的网络覆盖面积和较多的接入数量，这就要求有一个强大的网络核心来为其提供充足的功率。同时，因为访问单位数目庞大，其管理工作十分繁杂，所以对访问单位的性能提出了更高的要求，即对访问单位的性能提出了更高的要求。除此之外，装备的安全问题也是重中之重。所以，在进行湖滨人家的网络建设时，需要进行多方面的考量。

FTTH是一种具有高带宽、高QoS（QoS）保障的综合性的访问方式，它还可以携带诸如Ethernet/IP业务、话音业务等各种业务：

图3-2 EPON提供的用户三种业务类型

　　1、数据服务：能够为用户提供4 M的宽带，能够在较长时间内，以Ethernet/IP为基础的数据服务需求，例如用户上网访问，文件下载，网络游戏等。

2、话音服务：能够向使用者提供话音服务，其中包含了使用VOIP（将模拟声音信号数字化，并以数据分组形式在IP数据网上进行即时传送）的软式切换电话话音，也有使用64 kbit/s的传统电话机的多种增值服务和模拟64 kbit/s的线路模式的话音。从通信技术的发展方向来看，在FTTx技术的支撑下，软交换机将是一种最后的解决方案。

3、视频服务：目前为客户所使用的视频服务为CATV，但目前已转向数字视频服务，因国家政策原因，通信网络公司对该服务并不感兴趣。他们关注的是网络电视服务。在IPTV中，接入网要为IPTV提供信息传输的渠道，而IPTV服务是否能够实现的关键就在于其带宽和渠道的QoS保障能力。总而言之，EPON主要提供语音、数据等服务。

　四湖畔人家小区EPON光纤接入网规划设计方案

　　（一）接入网网络结构的设计

在湖滨人家的网络架构中，中央机房安装了OLT，并将25条光缆从其中抽出，其中一条连接到网络端，另外24条则是经由PON口连接到各个建筑物的一级无源分光器。因为该小区采用的是一种主干冗余保护，为了确保网络的安全性，OLT与每个POS之间有两条不同线路的光缆，因此OLT与POS之间的总电缆数量是24条。

因为“湖滨人家”是由6栋“一”字形住宅和6栋“U”字形住宅构成的。根据建筑物的构造，使用的方法也各不相同。

这个小区的接入网络是这样的：

图4-1湖畔人家小区接入网网络平面图

　　在“一”字形建筑中，以一楼居民为对象，采用OLT将2条3芯光纤电缆引入1栋一楼走廊，并将其与走廊梯位配线箱中3台2:32的分光机相连。3组2:32的光路又将4条18芯光纤电缆引至各幢大楼各层的地面布线箱中的ONU上。

针对“U”字形建筑，以12栋居民为对象，采用OLT将2条7芯光纤电缆引入12栋1楼走廊，并将其与走廊梯位配线箱中的7台2:32分光管相连。七组2:32的光路又分别引出12条18芯电缆，分别于各幢各层之地面布线箱中之ONU上。

值得一提的是，不管是一字型或U字型楼房，每家的ONU都置于楼层的楼层配线箱内，ONU与用户室内信息点的距离不能大于100米。

　（二）设备选型

　1OLT选型

(1)AN5116-2装置

OLT选择了AN5116-02，即武汉烽火技术股份有限公司：

1、14个U(4.445厘米1 U,62.23厘米16）的子框架。

2、中间板构造，两面插牌，可提供主机和备用的防护。

3、480毫米×621.5毫米×406.5毫米（长、高、深）的副框架，全套40公斤。

4、本装置的前部设有16块PON服务插槽，后部设有7块GE资料服务上联口，V5话音上联口，并设有CATV,STM—1等服务存取。

5、单板上设有2个PON接口，可以以1:32的分流比例访问64个ONU；一个盒子可以访问1024个ONU。

图4-2烽火OLT AN5116-02

　　(2)前视图AN5116-2

每个子框的前面都有20个凹槽。从左到右，以1-20为序，1-8、11-18号槽位为EC2卡或TDM卡槽位，9、10号槽位为GSWC卡槽位，19、20号槽位为AC16卡或VoIP卡槽位。上部为风机组，下部为导流板。在风机的面板上，有两种灯光，绿色代表风机运行状态，红色代表风机报警状态。

图4-3 AN5116-02前视图

　　（3）AN5116-02后视图

在此，第29个插槽位置是GUP7或GUPE7插槽位置，与装置前面的GSWC插槽位置相对应。39的插槽位置是16E1的插槽位置，与AC16的数字19和数字20相一致，或者与前面的VoIP卡插槽位置相对应。其他的凹槽都是空白的，可以用来安装伪面板。另配有两个-48 V供电插头和报警插头。

图4-4 AN5116-02后视图

　　（4）AN5116-02机架结构

AN5116-02装置使用-48 V的DC供电，在支架上安装有PDP配电装置。2个子框架可以用于2.0 m高的支架，3个子框架可以用于2.2 m和2.6 m高的支架。

图4-5 AN5116-02机架结构

　　（5）AN5116-02支持及上联

1、AN5116-02单字段可以插入16个EC2卡，以实现三种服务的语音、数据、图像的回放。

2、AC16卡为用于对声音类型服务进行访问的声音服务控制单元；可以被划分成两类，分别是V5和VoIP语音处理卡：V5卡可以在V5协议的基础上，支持PSTN语音传输，而VoIP卡则可以在软交换的情况下，支持NGN语音传输。

3、GUP7(10/100/1000/1000base-T端口3个，1000base-SX端口4个）、GUPE7(10/100/1000base-T端口7个）和16E1(16E1）等各种类型的上联口，可以对各种服务进行上联接，大大便利了用户的网络。

4、将STM-1（155 M）光学接口用作传输E1信号的上游端口，以用于对E1服务进行访问。

（6）AN5116-02单盘配置

　2ONU选型

选择武汉烽火公司AN5006-04

由于在实现小区PON访问时，采用了FTTH方式，因此，我们将选用烽火公司的AN5006-02/03/04/05装置，见下图：

图4-6 AN5006系列ONU

　　（1）对虚拟局域网的支持

对IEEE802.3 QVLAN的支援，使用者可以在不改变布线架构的前提下，改变网路的配置，以灵活地设定虚礼区域网，分割其逻辑架构，降低组网费用，使网路架构得到最大程度的优化。

（2）对多播服务的支持

该方案通过对IGMPSNOOPING协议的支持，实现了多播的灵活性和可控性。

提供优质服务保证，可设定高优先权的报文。

（3）对VBAS,DHCP Optical 82的支持。

UPS:AN5006-02:1*GE+1*FE+1*射频（CATV界面）（任选）AN5006-03:4*FE+1*射频（任选）

AN5006-04:4*FE+2*POTS+1*射频（任选）：

2×FE+2×POTS+1×RF（任选）

IEEE802.3 ah的网络标准

使用4个优先权排队，对802.1 P,PORT,MAC,TOS,DIFFSERV等模式进行QoS的支持

（4）对802.1 Q虚拟局域网及以端口为基础的支持

在一个端口上进行的入口和出口的带宽控制：4 k

对IGMP的支持

MAC位址：64位MAC位址大小在ONU的各个Ethernet端口上

200*170*45 mm

供电：交流220伏，50-60赫兹，全负荷消耗：AN5006-02<7瓦；<10 WA.5006-04<18 W；<15 W的AN5006-05；

工作环境：0摄氏度至45摄氏度

适用范围：适用于光纤到户方式，视频监控，网吧接入等。该项目共有1728个ONU。此外，ONU还设有FE和POTS两个端口，它们分别与五级线和双绞线连接，并经由RJ45和RJ11连接到计算机和电话上。

　3无缘分光器选型

选择了烽火FN60000型2:32型光源。

图4-7无源分分光器

　　（三）ONU位置的设置

公用事业单位设在住宅楼各层的配线箱中，确保每家一台。因湖上人家是一个拥有1728户居民的社区。不管是直角或U形，总共需要一千七百二十八个ONU，一共六层，一层三个。下面是单元1号楼内部的线路构造：

图4-8湖畔人家小区FTTH(到门口)一字楼内布线

　　关于楼内布线，主要是：OLT到POS的光缆数量，一字楼3芯2根，U形楼7芯2根。2:32从一个分支到另一个分支的电缆数量为32,1号分支为4条18线，U型分支为12条18线。在湖滨人家，一共需要12根3芯电缆，12根7芯电缆，96根18芯电缆。

（四）OLT容量的计算

该小区的宽带的总容量按照用户的数量来考虑，按照式的带宽的计算公式；

Update Banner=User*最大并发速率*每个User band*User Browser特征值

建议：最大并行度70%。使用者的阅览速度：25%。湖滨家庭共有1728个家庭，每个家庭都要保证4个月的收入。那么，1728×70%×4 M×25%=1210 M，即蜂窝的总带宽为1210 M。PSTN服务，占用的带宽非常少，可以暂时不进行运算。

（五）光功率分配计算过程

要对ODN在访问时的信道损失进行分析，以确保每个用户都能得到相应的服务。

光学信道损失的计算方法是：

信道损失=光导纤维衰减+光导纤维插入损失+活节连接损失+死节连接损失+剩余损失。该小区采用G.652光纤。它的最大衰减率为0.4分贝/公里。

表4-2 G.652光纤性能及应用

为了保证每一个ODN的用户能够获得正确的业务，需要对ODN接入过程中的通道损耗进行分析。

光通道损耗可以通过以下方式来计算：

通道损耗=光纤损耗+光纤损耗+光纤损耗+活节损耗+死节损耗+残余损耗。本单元使用了G.652纤维作为传输介质。其最大衰减量为每千米0.4分贝。

　（六）光纤光缆技术指标

　　1光纤光缆部分

该项目采用的是G.652纤维.

几何尺寸：G.652光纤在1310 nm波长区域的模场直径标称值在9-9.5 nm之间，偏差低于10%，模场同心度误差低于0.5 um，光纤的包层直径都是125+2 um。

在1310纳米波段，在1550纳米波段，在3 dB/千米以下，在3 dB/千米以下。

色散系数：该G.652纤维具有1330~1324纳米的零色散，其最大的色散速率为0.093皮秒/（纳米/米），而在1288~1339纳米的范围内不超过3.5皮秒/（米/米/米）。

在1550 nm的波段，G.652光纤的弯曲损失超过1 dB，而在客户网络使用的条件下，其弯曲损失的要求更高。

截止波长：22 m长度的光纤，其有效截止波长不超过1260纳米。纤维拉力：纤维拉力不应低于5 NB，对于客户纤维拉力不应低于8 NB

停了下来。待测的驻留时间至少为1秒。皮线电缆的最大容许短时间内的最大张力是100牛顿，长时间内的最大容许工作张力是20个。

　2皮线光缆部分

皮线光缆性能

●皮线光缆机械性能

●光缆的全部光纤都不断裂；

●防护套无目力可见的裂纹；

●护套内缆芯的各个元件无目力可见的损坏；

●试验后的光纤无残余附加衰减：

●光纤的弯曲半径、拉力和压扁力符合下表的规定：

(1)在上述表格所述的容许张力下，电缆中的纤维变形不大于0.3%，纤维的额外损耗不大于0.10 db；

(2)在上述表格所述的容许挤压压力下，光缆的额外损耗低于0.10 db。

●皮线光缆环境性能

在-30℃，+700℃下，在8个小时内，电缆的衰减相对于20℃下，相差不超过0.1 bd。

3G657A皮线光缆技术参数

（七）IP地址分配

　1IP地址概述

IP地址包括了很多内容，例如建立IP地址的计算，IP地址的类型，IP地址的公开与私人IP地址。

IP地址可以被分成两种类型，一种是IPV4（IP第四版），另一种是IPV6（IP第六版）,32位的

目前，IPV4地址是最常见的一种地址类型，它在理论上拥有的主机地址大概有40亿个左右。然而，由于IPV4地址不能被全世界的用户所分配，于是就引申出了IPV6类型的IP地址。IPV6采用的是128位编码，这样就可以大大地为全世界的用户分配IP地址。目前，许多高校和一些主要组织已经采用了IPV6的网络地址密码。不过，IPV4的地址仍然用于EPON通信网中。

在IPV4的应用中，IP地址被划分为各种类型，即“类”，以便能够适应各种大小的网络的需要，便于对它们进行归类。

给类分配IP地址被称作是“有类编址”，在早期internet中，类是由互联网编号指派机构（IANA）确定的，每个IP地址都可以被划分成网络ID和主机ID。另外，在每一个地址开始的比特或比特序列可以决定一个地址的类别。

图4-10 IP地址的分类

　　2A、B、C类地址研究

类别A的地址仅仅使用32个数字中的前8个二进制数字作为网络地址，而剩余3个二进制数字作为主机地址。A级地址的首个比特总是“0”，因此最少可以被代表的数字是0(1000000)，而最多可以被代表的数字是127(01111111）。但是，必须全部为0（00000000）和1(11111111)，这些都不能作为网络地址使用。一个32比特的位址，其首个二进制八比特是从1到126的数值，那么这个位址就是A级位址。

B级的位址是由32开头的两个二进制八位数字组成，用于代表网路位址，而剩下的两个数字组成的数字则用于代表主机位址。类别B的位址，将首个二进制八位数字以10开始，可以确保类别B和类别A之间有一个最大的隔断。第一个二进制8的剩余6表示可以用1和0进行填充。这样，类别B的地址最少可以代表1000000（十进位128)，而最多可以代表的最多可以代表191（十进位191）。若一个位址的前八个二进制数字是128至191，那么这个位址就是类别B位址。图5至10中显示了IP地址的范围

在C类的IP地址分配方面，我们采用了A、B类IP地址的分配方法，所以在得到第一个二进制八位数中，包括192到223之间的数，即它是为C类地址。

3公有和私有IP地址

这些网络装置之间的相互联系是在因特网上进行的，而其他的网络是专用的。学习如常

在学校宿舍里，使用的是一种傻瓜式的TP-link路由器网络，在这种情况下，从内部主机获得的IP地址就是一个私有IP地址，而这个私有IP地址是无法被路由到公共网中的，接下来，我们将对公共IP地址和私有IP地址进行详细的介绍。

(1)公用IP位址

因特网的稳定与否，在很大程度上依赖于其唯一的公共网址。为了保证一个地址的唯一，有必要采取一些措施。这个制度原本是由因特网网信息中心（Internet Network Information Center）的一个机构实施的，但该机构随后演化为IANA，对IP地址的剩馀进行严格的控制，以保证公共地址不会被复制。复制后，因特网就会变得不稳定，从而影响到因特网向具有复制地址的网路传递资料包的能力。而要获得一个IP或一个地址，则需要与互联网服务供应商（Internet Services Provider,ISP）进行接触。

伴随着Internet的迅速发展，公有地址已经被用光，所以在之后，就有了一些技术可以用来解决此类问题，比如网络地址转换（Net）、IPV6，具体内容见图4-12公有IP地址：

图4-12公共IP地址

　　（2）私有IP地址

虽然因特网上的主机要求IP在全世界都是独一无二的，但对于没有接入因特网的私人主机来说，只要它在因特网上是独一无二的，那么它就可以被任意使用。但因为很多私人的和公共的都是并存的，所以使用“任意地址”是被禁止的。

在RFC1918文件中，有人提出了为专用网络快速预留可用IP地址空间的建议。如果一个私人网路要求一个IP来支援一个应用程式或大型机，但是不能与因特网相连，只需一个指定为私人目的的位址即可。

这些IP地址中有3个（A类1个，B类16个，C类256个）是专门为私人内部使用的，这个区域的IP地址不能在Inerter骨干线路上使用。互联网路由器被构造为放弃私人地址（也就是说，它不会被传送到公共网络中）。

关于EPON中的IP地址，我们在OLT和ONU的访问端使用公有IP地址，来为设备进行号码或对IP地址进行配置。也可以是从ONU一端到用户端，我们使用动态的IP地址。当一个使用私人地址的网络要与Internet相连时，它就需要将私人地址转化为公共地址，这个转化程序可以是NAT，而执行NAT的网络设备一般是路由器（router）。

图4.12私有IP地址

　　4小区用户IP地址分配

针对该客户在为该客户指定IP地址时，我们将采用位于该客户电脑中央计算机内的武汉烽火公司生产的AN5116-020LT,AN5116-02的主要性能及所提供的服务，上述均已提及。由于这个单元是用来做试验用的，我们给这个单元指派了一个C级的位址。因为有1728个单元的使用者，因此，7个C级的位址（1个C级的位址，可供给254个主IP位址）是必须的。

另外，在BAS中，IP位址的配置是一个重要的函数。使用者的个人计算机PPPOE拨出号码，通过PON，抵达BAS，由BAS选择一个IP，并指派使用者的个人计算机。就可以将用户名和密码发送到认证服务器，在认证服务器对其进行了验证之后，用户就可以正常地上网了，这就是PPPOE拨号成功的整个流程。在这个流程当中，PON只是作为一个传输通道，并不会参与IP分配。

（八）网络保护方式的选择

在某些关键场合，对接入网络提出了迅速切换保护的需求。这样PON就可以实现各种不同的线路备份，冗余。根据接入网络的具体使用情况，采取了相应的保护切换策略。冗余既可以是整个PON的，也可以是某个部分的，然而，在通信的高要求和高成本的时候，我们选择的是低成本高效率的冗余，而如果要将整个PON来进行冗余，成本会非常高，以下将列举出4种类型的网络保护拓扑方式来进行对比，对比哪一种方案最佳，如下所示：

　　在实际应用中，我们使用Uc来描述设备c的不可获得度，Ug来描述相关设备的不可获得度。Uc与Ug各自与装置或装置组的失效时间相对应。通过骨干网，OLT发射器和接收器来确定

将分支光纤与ONU的发射机、接收机等构成一个分支群，并将其作为一个单独的光分路单元。

在此，Uolt Tx是指OLT发送器的无效，Uolt Rx是指OLT接收器的无效，utrunk是指骨干网的无效。

在此，UonuTx表示ONU的发送端不能使用，uonuRx表示OnU的接收端不能用，ubranch表示分支光纤。由于数据是双向的，因此，将发送与接收放在一起。

如图所示，这棵树对PON提供了一个完整的“树”形纤维网络的备份。该架构不会像分支保护、主干保护以及分支均衡保护机制一样受到额外分支树的影响。它的一个主要优势在于：在通常的条件下，可以同时使用主、备份部件进行传输，即使PON的传输能力提高一倍。其中，树形防护方法在光缆数目、接收端数目等方面与主、支两路防护方法相当，但其不可用性较主、支两路防护方法高。

EPON系统所处的环境是不一样的，我们应该根据不同的情况，采取不同的防护倒换策略，这样才能保证网络的安全，降低网络的开销。

（九）网同步的设计

在实际的网络操作过程中，每个人都面临着各种不同的信息与服务的同步问题。若资料的异步或服务的不同步，则会导致使用者对服务的需求及资料的抵达而导致时延，IP宽度上网之服务时延是可以容许的，而EPON中运作CATV或POTS服务（话音）之时，则是不可容许的，或仅为极小之数。

在目前的社会上，三网合一都是使用或大部分使用EPON这一载体技术，因此，EPON技术的同步、OLT与ONU的时钟同步是光网络技术的核心；所以，接下来，我们就来探讨一下OLT和ONU之间的时钟同步问题。

EPON的上行链路为多点对点网络，且以TDMA模式进行资料传送，为了避免0 NU上行链路发生资料传送冲突，必须使ONU端的时钟与OLT端的时钟保持一致。

在EPON中使用了一个用于实现系统同步的时钟标记。OLT、ONU都有一个同频的系统时钟，OLT以一定的时间将当前OLT的时钟数值（时间标签值）发给每个ONU,ONU在接收到该时间标签后，用此标签值来刷新ONU的当前时间标签，从而确保了ONU以滞后于OLT一定的时间与OLT在时间上时同步。不过，这样的计时计数会有一些错误，并不会对系统的同步产生什么影响。

在T1的时候，OLT发出T1的时间标记，ONU接收该T1后，将以T1代替其自身的时钟计数，在T2的时候，该ONUs接收该T2后，也将以T2代替其本身的时钟计数。下行时间标记被封装在OLT发给ONU的GATE MAC控制中，该GATE MAC控制包括ONU发送起始时间和终止时间（下行MPCP帧有GATE、REGISTER两种），并用它来对OLT与ONU的系统时钟同步进行控制。

　五结论

在此基础上，对该小区的用户数量及服务需求做了详尽的调研。目前，随着对河滨家庭小区带宽的不断提高，对宽带和手机服务的需求量也越来越大。该方案使用的是一种被动式光纤访问技术。

采用了已有的EPON技术，并进行了详尽的规划与设计。目前，该系统已实现了预定目标，能够较好地解决该系统对网络服务的一些基本要求。IP地址的合理配置以及对网络的有效防护是EPON业务进行有效操作和维持的前提条件。所以，该计划的实施，能够为改善湖滨人家的网络接入，提供坚实的理论和实际基础。

　参考文献

[1]蒋雯雯.光纤接入网的发展及应用[J].数字技术与应用,2022,40(11):52-54.

[2]雷通.哥斯达黎加光纤接入网建设方案[J].中国新通信,2022,24(22):1-3.

[3]唐欢.对有线通信的光纤接入网技术的研究[J].长江信息通信,2022,35(07):183-186+191.

[4]谈宇华.关于广电高速网的升级改造[J].广播电视网络,2022,29(05):66-68.

[5]王碧霄.量子密钥分发与经典光通信共纤传输的实验研究[D].中国科学技术大学,2021.

[6]张轶.光纤接入网技术在配电网自动化中的应用[J].智能城市,2021,7(18):165-166.

[7]王宾.铁路通信工程光纤接入网技术的应用[J].电子测试,2021,(14):116-117+122.

[8]王晓雯,刘月明,吴宸雨.有线通信光纤接入网技术的研究探析[J].电脑编程技巧与维护,2021,(06):154-155.

[9]金拥政.通信工程光纤接入网技术的应用[J].电子技术与软件工程,2021,(10):7-8.

[10]关柏宇,段长佐,刘柏.浅谈铁路通信工程中光纤接入网技术的应用[J].中国新通信,2021,23(08):11-12.

[11]薛海龙,白雪婧.工业厂区GPON光纤接入网工程改造设计[J].智能建筑电气技术,2021,15(02):64-66.

[12]王晓华.基于多载波调制光纤接入网的传输性能优化方法[J].机械与电子,2021,39(03):24-28.

[13]王云,师伟,袁亮明.有线通信的光纤接入网技术应用研究[J].中国新通信,2021,23(03):5-6.

[14]王展飞.有线通信的光纤接入网技术研究[J].信息记录材料,2021,22(01):181-182.

[15]孙佃亮.有线通信的光纤接入网技术及应用[J].中国新通信,2020,22(22):21-23.

　致谢

在本文即将完成之际，衷心感谢在我所有工程硕士学习阶段曾经给予无私关怀和帮助的老师们和同学们。

在我的工程硕士论文准备阶段，教授给予我悉心的指导，从论文选题、构思、材料收集、审核把关等方面提供了许多的帮助，老师的谦虚谨慎、严谨务实的治学态度令我受益匪浅，并将激励我在今后的学习、工作中更加努力和勤奋。

通过这次毕业论文的写作，我学习了很多大学生涯难以学到的实用知识和技能。EPON接入是通信行业的热门技术，它的实用性是我的毕设研究更加有意义。虽然，对于EPON接入网有很一定的了解，但没有我的老师帮助，也没有今天我所取得的成绩。在此感谢我的导师的耐心指点和无私帮助。

最后，对审阅论文和答辩的各位专家、老师表示诚挚的谢意!