EPON承载传统铜缆业务解决方案研究

2010-06-11王继东沈成彬王成巍

电信科学 2010年8期

王继东，沈成彬，蒋铭，王成巍

（中国电信股份有限公司上海研究院上海 200122）

1 引言

随着“三网融合”的开展以及国内运营商接入网“光进铜退”步伐的持续加快，EPON网络得到了广泛的部署。作为主流运营商的综合接入平台，EPON网络已很好地承载了数据、语音、视频等业务，用户接入终端种类也越来越丰富，家庭网关、全球眼、WLAN AP等产品均可用EPON网络进行承载，光纤向用户端延伸所带来业务支撑能力的大幅提升已得到了很好的体现。

随着“光进铜退”的持续展开，一些传统的铜缆业务，如小灵通、ISDN、DDN专线以及HDSL等，目前有少部分铜缆无法退掉，并且面临老化等难题，为“光进铜退”埋下了隐患。与此同时，由于有很高等级的服务质量，这些传统的TDM业务在商业客户中仍有着较强的市场吸引力，这些驱动因素导致用EPON系统承载TDM业务的需求越来越迫切。EPON系统采用电路仿真技术承载TDM业务，可以有效地解决数据传输、时间同步、QoS保证等问题，同时通过目前业界主流传感器技术的应用，也可以解决人井盖、室内外机柜的开关以及机柜内部温度的监测问题，本文将通过分析不同铜缆业务的特点，探讨EPON承载传统铜缆业务的解决方案。

2 EPON承载小灵通信号传输解决方案

2.1 小灵通网络现状

小灵通网络主要由互联互通模块（PSTN网络侧）、接入网单元（ANU）、局端基站控制器(CSC)和远端基站(CS)组成，具体组网结构如图1所示。ANU与本地交换机可安装在同一地点，除了接口功能，ANU还提供集中的用户数据库、移动管理功能和集线控制功能。CS通过ISDN的2B+D方式连接至CSC，CSC的功能是对CS进行控制，执行信令转换、分配语音和信令时隙，它提供语音路径的集线处理功能，实现本地各CS之间的漫游切换，同时对多个CS动态分配频率和信道。CSC将CS的Q.931信令呼叫经过ANU发送到PSTN，同时将PSTN的信令广播到相应CS进行处理。其中，CSC与CS的传输距离一般控制在 3～4 km。

目前的小灵通网络主要存在3种接口：

·基站控制器CSC和CS之间采用U口连接，采用BRA信令；

·CSC和ANU之间采用E1接口连接，采用PRA信令；·ANU和PSTN之间采用V5接口连接。

目前在已建好的小灵通网络上，有的CSC到CS之间的距离过长，造成环路阻抗、线路容抗达不到小灵通系统的要求，从而引起CS工作不稳定，同时小灵通CS数据靠双绞线传输，双绞线作为铜线的一种存在，信号易受干扰，存在被雷击和被盗等各种隐患，从而造成信号不好、业务不通、业务长时间中断以及设备损坏等严重后果。

用EPON网络承载小灵通CS信号，网络建设方面，可以利用现有的EPON网络而无须再建网络，且挖出的昂贵双绞线资源可以回收，网络改造成本较低，同时也统一了网管；在接口方面，小灵通信号的以太网传输技术需要的网络接口是以太网接口，EPON设备可以提供该类接口且覆盖广泛，便于施工。

2.2 关键技术

目前，EPON系统承载TDM业务一般有两种方式：Metro Ethernet Forum制订的MEF8和IETF制订的PWE3。PWE3仿真TDM业务有两种实现技术：SAToP(structureagnostic TDM over packet)和CESoPSN (circuit emulation service over PSN)。SAToP是一种非结构化TDM电路仿真模式，封装TDM业务时不考虑TDM帧结构；CESoPSN是一种结构化的TDM电路仿真模式，根据TDM帧结构封装TDM业务。传统的基于电路交换技术的TDM业务自身含有定时信息，具有带宽固定、延时小等传输特性，在EPON系统上仿真TDM业务时，不仅要对TDM进行封装/解封装，还必须针对TDM的特点，通过TDM业务的定时与同步、QoS保证、保护等关键技术来保证其传输特征。

目前，小灵通的CSC与CS之间是通过ISDN的U口传送2B+D信号的，用EPON网络承载小灵通基站，需要解决以下几个问题：

·去掉CS和CSC之间的双绞线之后，通过EPON网络透传U口数据；

·CS和CSC之间需要实现时钟同步；

·改造之后U口的运行维护管理。

通过电路仿真技术，可以实现2B+D信号的以太网封装传输，这样就实现了U口数据到FE口的转换。采用高精度的时钟同步和恢复技术，可以有效地保证系统的稳定性和可靠性，网络时钟精度在±2 μs内，满足小灵通CS对时间同步的严格要求。当前小灵通CS维护告警通过第一个U口的2B+D中的D通道进行CS同CSC的传送，EPON网络承载小灵通CS信号后，会将CS的2B+D信号同步封装到IP报文中，并传送到CSC上，所以对于绝大多数告警在网络切换中不会受到影响。

小灵通网络与其他网络的时间与频率同步要求的对比见表1。

表1 频率和时钟同步要求

2.3 EPON承载小灵通CS方案

小灵通信号的EPON承载方案可以分以下两种情况进行考虑。

（1）ONU能够提供U口的情况

其组网模式如图2所示。

ONU把U口数据转换成IP数据包，汇聚侧ONU再把IP数据包恢复成U口数据，完成U口数据的透传。OLT设备按照外时钟输入、从上游TDM业务提取工作时钟、高精度的本地时钟等方式选取定时源，并作为OLT线路的下行发送时钟，ONU设备的电路仿真模块从下行数据包中恢复时钟，从而使CS和CSC之间保持时钟同步，且时钟满足G.823标准。ONU电路仿真模块的时钟恢复方式包括差分时钟恢复方式、自适应时钟恢复方式。

OLT从上游设备提取工作时钟流程如图3所示。

在网络运行维护管理方面，用户侧的U口状态通过软件传递到汇聚侧对应的U口，使小灵通基站控制室CSC感知不到网络变化。

（2）ONU不能够提供U口的情况

其组网需采用专门的转换设备在接入侧（CS）对小灵通CS和CSC之间U口的2B+D数据进行标准的以太网封装，且对应地在局端汇聚侧（CSC）采用转换设备，应将标准的以太网数据解析成2B+D数据，然后发给小灵通CSC对应的U口。采用该类转换封装设备可以在以太网上透明承载U口数据，同时在解析过程中可以提取网络时钟以进行频率和相位的同步。但需要注意的是，局端和远端转换设备的U口信息必须一一对应。该种情况下的组网方案如图4所示。

利用该组网方案需要考虑U口转换设备的布放位置，CSC与CS之间传输距离过长，将导致时延增大，增大小灵通通话产生回声的可能性，且汇聚侧局端设备和接入侧远端设备之间的路径不能接路由设备，所以对小灵通CS的双绞线进行EPON改造时，汇聚侧局端集中式设备位置应尽量靠近OLT，如果CSC与OLT距离过远，OLT可以考虑利用交换机或者光电转换设备通过光纤连接到CSC，以减少传输时延。同时接入侧远端台式设备尽量布放在交接箱处，靠近CS。

由于小灵通语音信号的优先级较高，EPON设备需要对U口数据转换成的IP数据包进行VLAN及QoS标记来区分该业务流，在ONU能够提供U口的情况下，由ONU对数据报文打VLAN标签并标记QoS值为7，若ONU不能提供U口，则需要接入侧远端转换设备对数据报文进行VLAN标记并进行QoS标记。

当前小灵通CS维护告警是通过第一个U口的2B+D中的D通道进行CS与CSC之间的传送。小灵通CS信号用EPON网络承载后，将2B+D数据封装到IP报文中，通过EPON网络传送到CSC上，所以在网络切换中绝大多数告警不会受到影响。但是需要重新考虑小灵通CS的外线测试，原因在于当前的外线测试是由独立的线路测试网管发起的线路测试，由CSC器完成，测试范围包括从CSC到CS之间的全部铜缆，在用EPON网络承载后，由于干线铜缆已经退掉，测试范围仅为接入ONU或者转换设备到CS的配线铜缆。对于方案一，可以在小灵通网管侧增加EPON网管客户端，并对该客户端设置告警查询和线路测试的权限；增加的客户端完成U口激活、去激活等告警，并且进行配线段（接入侧ONU到CS）线路测试。测试可以由EPON的网管发起，也可以由原小灵通维护人员通过EPON网管客户端发起，由接入侧的ONU完成。对于方案二，则需要接入侧远端转换设备完成外线测试。

小灵通建网初期80%左右的CS有UPS备电，由于UPS在户外，长时间受环境影响，目前有很多UPS都已出现故障，因此实际状况是绝大部分基站都处于无备电的情况。通过ONU或者U口转换设备连接小灵通CS后，部分ONU或者U口转换设备无备电。所以在ONU或者U口转换设备安装时，应该尽量取市政供电，还需要根据ONU或者转换设备的实际位置，对部分设备进行备电。

3 EPON承载DDN、ISDN、HDSL等业务解决方案

EPON承载DDN、ISDN、HDSL等业务的网络拓扑如图5所示。

DDN业务作为一种TDM业务，可提供专用电路、虚拟专用网（VPN）、传真等业务，目前现网的铜缆接入设备包括xDSL设备和低速率的Modem，其中，xDSL设备可提供E1和 V.35接口，Modem可以提供V.35/V.24/RJ45接口。xDSL设备在局端通过管理机框控制局端插卡和远端用户设备，局端插卡上联至DDN各类TDM/ATM的交换设备。EPON网络承载DDN业务，需要将ONU布放至商务楼，并且支持接入目前基础数据网主流接入终端。如果ONU与DDN终端设备距离很近，DDN终端设备可以直接通过V.24或V.35接口与ONU设备连接；如果ONU设备与DDN设备距离较远，DDN终端设备可以通过SHDSL方式或者通过V.24/V.35 Modem与ONU设备连接，OLT通过E1/STM-1接口将封装后的数据流透传给DDN局端设备。考虑到网络扁平化的演进方向，也可以将OLT和基础数据网TDM/ATM接入设备直联，但基于网络的安全性考虑，需要STM接口和基础数据网核心设备支持APS保护功能。

ISDN业务包括数据业务和语音业务，ISDN有B和D两种信道：B信道用于传输数据和语音信息，D信道用于信号和控制。ISDN提供两种用户接口：基本速率接口（BRI）由 2个B信道和 1个D信道组成，其中，B信道带宽64 kbit/s，D信道带宽 16 kbit/s，3个信道设计成2B+D；主速率接口（PRI）由多个B信道和1个带宽为64 kbit/s的D信道组成，我国目前采用30B+D总速率为2.048 Mbit/s的E1接口。对于基本速率接口，其网络侧接口为U口，可采用与小灵通CS相同的EPON网络承载方案，不同的是此时局端的CSC设备换成ISDN交换机；对于主速率接口，可以用带E1接口的ONU设备直接承载,OLT通过E1/STM-1接口将封装后的数据流透传给ISDN局端设备。

HDSL、SHDSL等相关技术的铜缆传输业务也可以通过EPON网络承载，HDSL、SHDSL等接入方式的用户侧端口种类比较丰富，提供了以太网端口和E1端口的接入方式，可直接用ONU接入；对于提供U口的接入方式，其承载方案可采用EPON承载小灵通CS的方案；对于其他的采用TDM传送类型的接入方式，可参考DDN专线承载方案。

EPON网络承载传统TDM铜缆业务，OLT和ONU应对转换后的数据流标记QoS值为7，使其优先级最高，并且ONU需要对转换后的数据流进行VLAN标记来区分该业务流。

4 结束语

随着“三网融合”的开展和各运营商“光进铜退”战略的持续推进，EPON网络部署规模越来越大，用EPON网络承载传统TDM铜缆业务的需求也越来越迫切，目前主流设备商的EPON设备均能提供PWE3方式仿真TDM业务，可以满足这些传统业务的时钟同步、QoS保证等要求。随着网络的不断演进和EPON技术的不断成熟和完善，EPON网络将能够承载更多的新业务和传统业务，成为统一的接入和汇聚平台。

1 IETF RFC4553，2006

2 IETF RFC5086，2007

3 IEEE802.3，2005

4 宋阿芳，奚展越，王颖.光进铜退用户端设备部署中存在的问题研究.电信科学，2009，24（10）

5 左建，任艳，欧月华.PON中无源光分路器的分析.电信技术，2009（6）

6 吴健学.低成本多业务综合接入EPON系统设计方案研究.电信科学，2009，25（4）

7 刘册.EPON系统多业务承载调度机制的研究.电信科学，2009，25（9）

8 张晋豫，杨维，刘犁.优化的EPON多播QoS DBA实现研究.通信学报，2009（2）

9 陈文.“光进铜退”下宽带业务发展策略的探讨.电信科学，2008，24（9）

10 蒋铭，沈成彬，王成巍等.基于EPON的FTTx接入网建设关键问题探讨.电信科学，2008，24（9）

11 王成巍，沈成彬，蒋铭等.PON系统中的光链路检测技术研究.电信科学，2008，24（9）

12 杜喆，沈成彬，陈文等.无源光网络的光线路相关技术研究.电信科学，2008，24（9）