EPON技术在电力通信网中的应用

李涛

（渭南供电局陕西渭南714000）

无源光网络（PON）具有节省光纤资源、对网络协议透明的特点，在光接入技术中扮演着越来越重要的角色。而Ethernet技术在事实上被证明是承载IP数据包的最佳载体。而Ethernet和PON的结合，便产生了EPON，它同时具备了Ethernet和PON的优点，正成为光接入网领域中的热门技术。

1 EPON的原理

1.1 EPON的技术原理

EPON（Ethernet Passive Optical Network）——基于以太网的无源光网络。采用点到多点结构、无源光纤传输，在以太网之上提供多种业务。在物理采用了PON技术，在链路层使用以太网协议，利用PON的拓扑结构实现了以太网的接入[1]。

一个典型的EPON系统由OLT、ONU、ODN等组成。OLT（Optical Line Terminal）放在中心机房，ONU（Optical Network Unit）放在用户设备端附近或与其合为一体。ODN（Optical Distribution Network）光分配网络由分光器和光纤网络组成。无源光纤分支器，是一个连接OLT和ONU的无源设备，它的功能是分发下行数据并集中上行数据。EPON中使用单芯光纤，在一根芯上传送上下行两个波[1]。

1.2 EPON的协议

EPON是一种基于以太网技术的PON网络，在现有的以太网MAC子层上定义了多点控制协议（MPCP），对下行业务和上行业务进行有效地接纳控制、带宽分配，维护管理等功能。与OSI的关系如图1所示。

图1 MPCP与OSI的关系Fig.1Relationship of MPCP and OSI

EPON通过在以太网帧的前导码中引入2字节的LLID对ONU进行匹配，每个ONU可以分配1个或多个LLID（链路层ID）。每个LLID对应OLT多点控制子层的1个MAC sublayer（MAC子层），此外，MPCP通过引入GATE、REPORT、REGISTER等MAC层控制帧来完成ONU的自动发现、注册和注销、带宽管理、设备监控扩展OAM运营等功能[2-3]。

2 EPON的传输原理

为了分离同一根光纤上多个用户的来去方向的信号，采用两种复用技术：下行数据流采用广播技术；上行数据流采用TDMA技术[4-5]。

在EPON下行传输过程中，从OLT到多个ONU下行传输数据的过程采用数据广播方式发送。数据以变长信息包的形式从OLT下行广播道多个ONU。依据IEEE802.3协议，信息包最长为1 518字节。每个信息包带有一个EPON包头，唯一标识该信息包是发给ONU-1、ONU-2还是ONU-3。当数据包到达ONU时，ONU通过地址匹配，接收并识别发给它的信息包，丢弃发给其他ONU的信息包。如图2所示。有以下特点：1）在ONU注册成功后，会分配一个唯一的LLID——逻辑链路标记；2）OLT在每个数据包开始传输之前，会根据LLID注册列表，添加对应的LLID，替代掉两个字节的前导字符；3）ONU接收数据时，只接收与自己匹配的LLID数据包。

图2 下行为广播式Fig.2Downlink using broadcast mode

在EPON上行传输过程中，则采用TDMA（Time Division Multiple Access）时分复用方式，每个ONU上行数据分配一个专用时隙，使得在数据汇合到公共光纤的时候，从ONU来的信息包不会互相干扰。如图3所示。有以下特点：1）OLT在接收数据前，会比较LLID注册列表；2）每个ONU在由OLT统一分配的时隙中发送数据帧；3）分配的时隙补偿了各个ONU与OLT之间的差距，避免了数据帧碰撞。

图3 上行采用TDMA时分复用方式Fig.3Uplink using TDMA mode

3 EPON技术的应用

3.1 应用模型

图4提出了1个EPON接入智能工业园区的模型，考虑到在工业园区中主干道比较重要，所以采用双保护方式。局端（OLT）与用户（ONU）之间仅有光纤、光分路器等光无源器件，无需租用机房、无需配备电源、无需有源设备维护人员，因此，可有效节省建设和运营维护成本。

图4 在智能工业区的应用模型Fig.4Application model in intelligent industrial zone

3.2 EPON系统的特点

EPON系统的特点

1）EPON在局域网的基础上提供业务，消除了复杂的传输协议转换带来的成本因素；

2）采用单纤波分复用技术，仅需1根主干光纤和1个OLT，传输距离可达20 km。在ONU侧通过光分路器分送给最多32个用户，因此可降低OLT和主干光纤的成本压力；

3）EPON具有同时传输TDM、IP数据和视频广播的能力，其中TDM和IP数据采用IEEE 802.3以太网的格式进行传输，辅以电信级的网管系统，足以保证传输质量。通过扩展第三个波长（通常为1 550 nm）即可实现视频业务广播传输；

4）节省光缆资源（单纤）、带宽资源共享、节省机房投资、设备安全性高、建网速度快、综合建网成本低；

5）抗多点失效。当PON环网中存在多个节点的多条链路全部中断时，整个环上其他节点（包括断点之间的）依然可以正常通信；

6）EPON目前可以提供上下行对称的1.25 Gb/s的带宽，并且随着以太技术的发展可以升级到10 Gb/s；

7）点对多点的结构，易于扩展和升级。

4 结论

电力通信时现代电力系统的重要组成部分，而电力通信与电网密不可分，由于EPON技术已相对较为成熟，在电力通信网中应用EPON，可以以较小的投资成本，使电力通信网更先进、更可靠，管理和维护能力也更高。

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