基于EPON的小区三网融合方案实现

2013-02-13余宏博孙运龙韩一石

电视技术 2013年1期

余宏博，孙运龙，韩一石

（广东工业大学信息工程学院，广东广州510006）

三网融合是指广播电视网、电信网、互联网在向数字电视网、宽带通信网、下一代互联网演进过程中，三大网络通过技术改造，其技术功能趋于一致，业务范围趋于相同，网络互联互通、资源共享，能为用户提供语音、数据和广播电视等多种服务。三合并不是意味着三大网络的物理合一，而主要是指高层业务应用的融合域，即在同一网络中可以同时开展语音、视频、数据等不同业务，在国际上通称为Triple Play。而实现三网融合的关键技术之一就是接入网技术[1]，由于我国传统铜线接入网的带宽普遍过窄，影响我国网络经济的快速发展。因此三网融合的关键在于接入网的建设与发展，而光通信的发展，保证了综合传输各种信息业务所需要的带宽和传输高质量，为“三网融合”提供了可靠平台，所以光接入网是今后接入网的发展方向。

1 EPON解决方案的优势

以太网无源光网络（EPON）[2-3]，是IEEE在2004年正式推出的标准，其相对其他类似技术的优势有以下几个方面[4]：

1）与现有的以太网兼容。EPON采用以太网的传输格式，同时以太网也是用户局域网的主流技术，二者具有天然的融合性，消除了复杂的传输协议转换带来的成本因素[5]。

2）带宽高。EPON目前可以提供上下行对称的1.25 Gbit/s的带宽[6]，并且随着以太网技术的发展可以升级到10 Gbit/s[7]。

3）前期投资成本低，后期扩容与维护简单。采用单纤波分复用技术（下行1 490 nm，上行1 310 nm），一根主干光纤和一台OLT的传输距离即可达20 km。在ONU侧通过光分路器分送给多个用户，因此可大幅降低OLT和主干光纤的成本压力，同时由于减少了光纤和光器件的使用，也降低维护成本，并且EPON采用点对多点的结构，只需增加ONU数量和少量用户侧光纤即可方便地对系统进行扩容升级[8]。

4）带宽分配灵活，保证服务质量。上下行均为千兆速率，下行采用针对不同用户加密广播传输的方式共享带宽，上行利用时分复用（TDMA）共享带宽[9]。并可方便灵活地根据用户需求的变化动态分配带宽。采用IEEE802.3以太网的格式进行传输，配合电信级的网管系统，保证传输质量。

2 组网方案

2.1 基于EPON的小区接入网组网设计

基于EPON技术的优势，本文提出了一种基于EPON的小区三网融合方案，在方案中用3个用户家庭来模拟一个小区。组网设计如图1所示，由4个主要部分组成：光线路终端（OLT）、光分路器（ODB）、掺铒光纤放大器（EDFA）和光网络单元（ONU）。

OLT提供一个光接口通过EDFA与光分路器相连，为光接入网（OAN）提供了电话网（VoIP）和互联网（Internet）两个网络的业务接口。OLT安装在端局提供了ONU所需要的业务传输方式。

ONU则通过光接口与光分路器相连，从而实现了光纤到户。光分路器则是OLT与ONU之间的传输媒介，通过光分路器实现OLT与多路ONU相连。EDFA是将通过光发射器后的有线电视网（CATV）信号放大到所需功率后与OLT下行信号耦合。

OLT上联接口分别连接互联网和电话网。从电信网线连接OLT的上联千兆接口。电信语音信号通过软交换后接入OLT的上联百兆接口中。

OLT的下行通过光纤广播到各个ONU，各ONU根据自己所属的地址码来接送信息。每个OUN通过百兆下联口直接连接计算机及语音设备。CATV信号在经过分光器转换成光信号后，再由EDFA与OLT下行信号耦合成1路信号向ONU广播。ONU通过解调后，转换成电信号接入电视机。

ONU的上行信号使用时分复用技术，传输到OLT，实现OLT与0NU之间全双工通信。

在OLT端配有网管服务器，可以对网络进行综合管理。

2.2 系统主要设备和技术指标

本方案在设备选型上采用了烽火AN5000系列PON产品。OUN采用烽火AN5006型设备，OLT采用AN5516型设备。

1）光网络单元（ONU）

ONU能实现用户端业务的接入传输和二层交换，AN5006型ONU结构见图2所示。

本设备共分为核心部分、业务部分、公共部分3个模块。

核心部分通过ODN接口与ODN用于接收和发送业务信号。复用/解复用功能下行，对接收到的混合业务信号中不同波长的信号进行分解，得到不同波长的单波信号，并通过交换功能发送到相应的端口；上行时将多个单波信号复用至1个信号。

业务部分通过用户端口将接收到的信号传送给相应的用户终端，同时将接收到的信号交给核心部分处理。本方案中的ONU设备，有1个用于传输有线电视信号的CATV接口，2个用于传输语音信号的POTS接口，4个用于传输数据信号的FE接口。

公共部分则包含电源和OAM（Operation Administration and Maintenance）模块。

本设备提供的OAM能力包括自环测试、故障监测等内容。通过OLT网管服务器可对本设备上的OAM信息进行监测。

2）光线路终端（OLT）

OLT能实现综合业务的接入和以太网的二层交换，AN5516型OLT主要部分结构如图3所示。

AN5516型OLT在本方案中有3个主要模块：上联盘、核心交换盘（主/备）和EPON接口盘。

上行EPON接口盘将EPON数据流转换成标准的以太网数据流，通过背板的10 GE总线送入核心交换盘。核心交换盘对各种业务进行存储，其中，IP数据业务以及需要通过VoIP网络传到其他设备或站点的语音业务，被转收到上联盘，通过上联光接口或电接口传送进Internet或VoIP网络中。

下行信号与上行信号的处理过程相反，从各个网络中传送到AN5516设备的业务信号被转化成EPON数据流后，再送到各个ONU。

2.3 基于EPON的小区业务接入

2.3.1 数据业务

宽带数据业务是EPON系统所能提供的最基本业务，在本方案中，所有数据业务用户均采用与运营商相同的接入认证方式接入到Internet中，在终端计算机上安装PPPOE拨号软件，通过ONU设备透传到OLT，再由OLT设备认证报文送往BAS（Broadband Access Server）设备进行认证，认证通过后，终端用户从BAS地址池中获取IP地址，通过BAS连接到Internet网络。ONU设备下行FE端口通过双绞线连接到用户个人计算机上，上行PON口与OLT互通；OLT设备上行通过GE端口与Internet网络。拓扑结构图如图4所示。

对于终端用户的带宽控制，可采用两种方式：固定宽带分配（SBA）和动态带宽分配（DBA）。其中固定宽带业务的分配方式即为每个用户设定相应的带宽上限。可以有效利用现有的网络资源和维护方式，引入较为容易，但这种方式的带宽提供欠灵活。相对于固定带宽分配，动态带宽是指OLT基于用户的业务等级协议（SLA），结合ONU的本地队列状态汇报或者业务预测动态地给ONU发布上行业务授权。其优点是实现高效的上行带宽利用率和服务质量保证，因此本方案的带宽控制采用动态带宽分配，即通过OLT端的网管服务器对ONU的优先级的设置来实现动态带宽分配。

图5为网管配置ONU优先级界面，在“优先级或COS”选项下配置优先级，优先级由低到高分为0～7共8个优先级。优先级只在带宽不足时体现，当数据流量在承载范围内时，优先级是不起作用的，系统会自动分配相应的带宽。当带宽不够使用，则起用ONU的优先级，优先级高的ONU带宽先得到满足，从而实现动态带宽分布。

2.3.2 语音业务

对于语音业务的处理，提供软交换的解决方案，OLT通过内置呼叫控制模块与软交换相连从而实现语音业务的开通，在本方案中，OLT设备通过上行FE端口与软交换系统对接，下行PON口连接到ONU设备上，ONU设备通过POTS端口连接到每一个电话机终端上。拓扑结构如图6所示。

本方案中ONU和软交换之间使用SIP协议，下行时软交换通过语音压缩算法对语音编码进行压缩处理，即对语音包以特定的帧长进行压缩编码，编码后把n个压缩的帧合成1个压缩的语音包送入处理器，处理器为语音包添加IP包头、级别和其他信息后，通过网线传送到OLT的FE端口。

OLT再将FE口接收到的IP语音包后转换成光信号，通过PON口将信号传送到分光器，以广播的方式发送到每一户的ONU设备，相应的ONU设备接收语音信号。

ONU对收到的光信号首先转换成IP语音信号，再对其进行包拆分、去IP包头，保留原始的语音信息。

上行时，ONU对接收到的语音信号进行压缩编码，再转换成光信号，通过光纤上传到OLT的PON口。

OLT内置呼叫控制模块将PON接收到的语音包通过FE端口发送给软交换，软交换再对收到的IP语音包进行包拆分，去IP包头，保留原始的语音信息后发送到传统的电话网。

本方案中软交换与EPON系统之间的连接需要在OLT网管服务器上进行配置。配置过程主要分为：NGN上联接口配置、NGN上联用户数据配置和ONU端口语音业务配置。

NGN上联接口配置如图7所示，在网管界面中核心交换盘上的“配置”选项下的“语音配置项”中选择“NGN上联接口”对OLT到软交换接口进行配置。

主要配置选项有：

1）MGC协议，选择工程上所使用的协议类型，在本方案中选择SIP协议。

2）MGC1 IP地址或域名地址，填写主用软交换的IP地址。用于和软交换通信。

3）MGC1端口号，根据对应语音协议填写对应端口号，本方案使用SIP协议对应5060端口。

4）SIP注册服务，填写SIP服务器的IP。

配置完成后和实现OLT内置呼叫模块和软交换之间接口连接，进而实现了两者之间的信息传输。

NGN上联用户数据配置如图8所示，在网管界面中核心交换盘上的“配置”选项下的“语音配置项”中选择“上联用户数据”将软交换中的用户数据配置到OLT上，从而实现两者之间的用户信息匹配。

主要配置选项有：

1）端点域名：填写软交换分配的语音网关（IAD）对应端点域名。

2）ONU协议端口：填写对应语音协议的端口号，本方案使用SIP协议为5060端口。

3）端点用户名：填写软交换分配给IAD的端点用户名。

4）SIP协议认证用户名：填写软交换分配的SIP认证用户名。

5）SIP协议认证用户密码：填写软交换分配的SIP认证用户密码。

6）电话号码：此号码为OLT与IAD之间的逻辑关系，可任意填写，但使用SIP协议时则必须与实际号码一致。

ONU端口语音业务配置如图9所示，主要配置选项“电话号码”应与NGN上联用户信令数据配置中的电话号码相对应。通过配置后，ONU可以通过OLT与软交换之间进行语音信号的通信，最终实现语音业务的开通。

2.3.3 有线电视业务

在本方案中，广电接入的数字有线电视信号接入光发射机，再将光发射机发射的1 550 nm波长的有线电视信号通过EDFA整合到EPON系统中，在EDFA至ONU之间的尾纤上透传3个波长的信号（ONU到OLT上行1 310 nm波长信号、OLT到ONU的下行1 490 nm波长信号、有线电视1 550 nm波长信号）。ONU设备将有线电视信号还原再通过CATV端口连接到电视机，如图10所示。