网络改造（EPON技术）教学案例

2014-08-27刘国强

职业教育研究 2014年8期

关键词：光纤

刘国强

摘要：EPON技术作为国家“863”计划项目之一，是解决“三网融合”和网络传输“最后一公里”的先进传输技术，被行业广泛应用，具有良好的发展前景。经调研，在网络公司从事EPON施工的员工主要是技能型人才，不需要深奥的理论知识，中职生也能胜任。因此，中职计算机网络专业课程开设EPON是非常必要的，结合网络综合布线技术课程，让学生尽早地、更全面地学习光纤传输网络技术，可以缩短与企业要求的距离。

关键词：网络改造；EPON技术；光纤

中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1672-5727（2014）08-0077-05

案例背景

EPON（以太网无源光网络）是一种新型的光纤接入网技术，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。广东某宽带网络服务有限公司在新增的网络服务片区使用了EPON光纤接入网技术，而在旧的网络服务片区仍沿用双绞铜缆从服务站机房到用户楼宇机柜技术。

EPON改造的目的：一是简化网络，节约成本；二是易于网络维护与管理，减少维护成本；三是EPON是一种强大的传输技术，广泛应用于电力通信系统，为“三网融合”和网络传输“最后一公里”（FTTH）做出大的贡献，非常胜任大量下行数据的传输，存在很大的发展空间，网络稳定性能较好，发展前景看好。

案例描述

本案例网络升级的服务点位于广州市海珠区江南东路天汇大厦后面的居民住宅小区的服务站。升级内容是将原有带宽100MHz的光纤收发器更换为1000MHz的EPON ONU终端。EPON的局端OTL已经在服务站部署好，并已经过一周的测试，基于PON设备的FTTB光缆网络ODN已经开展敷设。此次运维部运维专员的任务是使用ONU终端替换楼宇上的接入设备，用户家庭到楼宇接入设备沿用原来的双绞铜缆；视服务站网络应用情况，服务站也会使用无源分光器（或ONU）；回收机柜上的光纤收发器。

更换设备需要按一定的流程操作，目的是减少断网时间。原网络已经在铜缆到楼宇接入点，因此更换时先将敷设好的服务站到楼宇接入点光缆ODN局端接入OTL，在楼宇接入点视级联情况使用无源分光器（或ONU）接入ODN，最后将ONU接入本楼宇用户网络（双绞线铜缆）。

由于网络的升级改造不可避免断网，尽管是短暂的断网，也需要选择合适的工作时间，例如股市休市时间、非休息日等，最合适的时段应该是深夜到次日凌晨。

案例教学

（一）知识环节

光纤传输网络没有应用EPON技术的光纤网络使用双芯光纤连接服务站和楼宇两端的交换设备，如果两端交换设备没有光纤接口，则需要使用光纤收发器实现光电转换。拓扑图如下页图1所示。

EPON光纤网络使用EPON技术的光纤网络，主干光网ODN使用单芯单模光纤，从OLT开始，使用无源分光器实现逐级1分64个节点（或1分32个节点）传输，节点数量由带宽和光功率决定，常用1分32个节点，一直延伸到用户端ONU（或ONT），传输距离可达20KM。常见网络拓扑图如图2所示。

EPON技术介绍 EPON在物理层使用PON技术，实现无源传输，在链路层使用以太网协议，实现以太网接入，采用载波侦听多址访问/冲突检测（CSMA/CD）协议实现数据下行传输，而采用全双工的点到点传输模式实现数据上行传输。EPON光网络由局端OLT、光分配网络ODN和用户端ONU组成，无需租用机房，也无需配备电源，因此，能有效节省建设初期和运营维护成本。EPON参考结构如图3所示。EPON技术使用单根光纤，采用波分复用技术实现上下行对称传输（下行波长1 490nm，上行波长1 310nm），目前传输带宽可达1.25Gbps，并有望达到10Gbps。2009年，在中国FTTH高峰发展论坛上，中兴通讯发布了全球首台“对称”10G EPON设备样机。在数据下行传输方向，OLT发出的以太网数据报以广播的传输模式，经过一个1︰n（n∈{4，64}）的无源光分路器传送到每一个ONU，ONU则有选择地提取数据。此时每个ONU共享同一传输媒质。而在数据上行传输方向，由于无源分光器的方向特性，任何一个ONU发出的数据包只能到达OLT，而不能到达其他的ONU，与OLT组成点到点的传输，由于OLT下属所有的ONU都属于同一个冲突域，为了避免数据冲突，使用时分复用（TDMA）共享带宽。EPON的传输特性，使其具有同时传输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 550nm）即可实现视频业务广播传输，是“三网融合”的优胜解决方案。

1. OLT。Optical line terminal（光线路终端），常用于连接光纤干线的终端设备，以设定的带宽向ONU以广播方式发送数据，发起并控制测距过程，并记录测距信息。支持IP业务、传统的TDM业务和视频广播业务等多业务传输。下联传输半径20KM，适应多种工作环境，为用户提供FTTx系列解决方案。OLT除了提供业务汇聚的功能外，还是集中网络管理平台，通过OLT可以实现基于设备的网元管理和基于业务的安全管理和配置管理。配合使用格林威尔Uniview DA等网络管理平台，不仅可以监测、管理设备及端口，还可以进行业务开通和用户状态监测，而且还能够针对不同用户的QoS/SLA要求进行带宽分配。图4所示是华为的MA5680T，背板交换容量达到3.2Tbit/s，主控板的双向交换容量高达480Gbit/s，可以实现最大20km的接入能力。

2. ODN。ODN是使用PON设备的FTTx光缆网络，为OLT与ONU之间提供光传输通道。从功能上分，ODN从局端OLT到用户端ONU/ONT可分为馈线光缆子系统、配线光缆子系统、入户线光缆子系统及光纤终端子系统四个部分，其中入户光缆段是ODN实施中最困难的部分。ODN网络建设成本是整个光网最高的部分，约占总体投资的50%～70%，是FTTx投资的重点。对于EPON的FTTx，ODN是管理的难点。首先，ODN物理拓扑采用P2MP，节点多，网络管理复杂；其次，光纤容易受损。因此，对ODN进行高效的建设、运营和维护至关重要，需要一套智能、准确的管理解决方案，确保ODN网络得到充分利用，以有效保护长期投资。华为提出了iODN（智能ODN）解决方案。在iODN解决方案中，ODN产品新增了光纤标识管理、端口状态收集、端口查找指示、可视化工具PDA等智能特性。iODN解决方案可以实现ODN光纤连接信息的自动录入和管理，保证存量系统信息的准确无误和及时同步。同时，通过PDA的可视化软件及iODN设备上的智能LED指示，可以实现光纤自动化查找、精确操作，极大地提高运维效率，实现ODN网络的高效运营和维护。此外，基于iODN架构，在存量系统基础上可以开发出多种增值应用，实现施工、运维全流程自动化。

3. ONU。Optical Network Unit光节点，ONU分为有源光网络单元和无源光网络单元。一般将装有包括光接收机、上行光发射机、多个桥接放大器网络监控的设备叫做光节点。图5所示的 EchoLife HG8245是华为FTTH解决方案的高端网关型家庭侧设备，通过GPON/EPON技术实现家庭/SOHO用户的超宽带接入。HG8245提供2个POTS语音接口、4个以太网接口和WiFi接口，可通过高性能的转发能力有效保障话音、数据和高清视频的业务体验，为FTTH部署提供理想的终端解决方案和面向未来的业务支撑能力。图6所示是华为公司SmartAX MA5628，提供2个GPON/EPON的网络接口、4个GE/FE和4个E1的用户接口，适用于桌面应用、楼道安装、机柜安装等多种应用场景，满足客户的专线建设。应用MA5628的典型组网如图7所示。

（二）实操环节

网络改造设计方案学校目前从网络中心机房到各楼宇的建筑群子系统使用双芯多模光纤连接，各楼宇一楼设置了汇聚点，在各楼层设置接入点为楼层用户提供网络接入。

1.调查校园网络情况，绘制校园网络拓扑图。任务分析：根据课时情况，可以选择校园网络的一部分，如从网络中心机房到2～3栋楼宇的网络进行实践教学。并根据课程授课情况，设计的链路除了网络中心机房经楼宇汇聚点到楼层接入点外，其他链路可以有所增减，目的是得到EPON改造的可行网段，如图8所示为校园网拓扑图的一部分。

2.根据绘制得到的校园网络拓扑图，设计应用EPON技术的网络拓扑。任务分析：对“任务一”绘制的校园网拓扑图进行EPON技术改造，根据应用EPON的起始位置，一般会得到两种设计方案，如图9、图10所示的两种设计方案。

3.分析网络拓扑，选择最优设计，制定改造方案。任务分析：对设计结果进行优劣情况分析，如图9所示为EPON光纤网一，设计虽然最大可能地利用了EPON技术，但会导致“瓶颈”现象（需要分析“瓶颈”的位置、有没有解决方案等）。如图10所示为EPON光纤网二，网络中心与楼宇仍然采用原来的设计，避免了图9的“瓶颈”问题，将EPON技术应用在接入层，这是比较理想的应用方案（加以适当修改，能使用EPON很好地实现FTTH光纤到户）。根据设计方案进行设备选型并进行预算（最大化地了解EPON设备情况），完成表1的填写，根据课程授课要求，可以将表1内容扩充为校园EPON光网的材料预算表。

模拟实施网络改造（1）网络搭建。根据校园原有的非EPON光网络拓扑（如图 8所示），运用网络综合布线技术相关知识在VCOM实训墙上进行模拟搭建，要求使用光纤网络实现传输（楼宇搭建教学楼部分）。当前项目的搭建规范按综合布线工程相关规范（如GB50311-2007）的要求进行施工。如果本案例应用在网络综合布线技术课程的授课，可以在此阶段使用当前的项目，进行网络综合布线技术的系统教学。如果光网络的搭建已经学习过，本案例可以作为知识的回顾，或者在光网络搭建学习中应用本案例。搭建完成后要求进行网络连接性测试以及光损耗测试，损耗值应小于25dB（因接收机的灵敏度和发射机的光功率大小制约）。（2）更换升级。非EPON光网络搭建完成后，进入EPON改造，对更换OLT等EPON光网设备过程进行计时，以此衡量升级改造时间。这在实际项目改造中，将会导致该片区用户断网，如果更换不顺利、准备不充分，可能会导致超过预算的断网时间，降低用户的信赖度。改造完成后要求进行网络连接性测试以及光损耗测试，损耗值应小于25dB。（3）改造评价总结。经过EPON光网的改造后，要及时进行评价与总结，评价内容可以是网络综合布线技术的知识与技能的应用情况、模拟布线方案的设计与施工的完善程度、团队协作情况等。要讨论EPON技术的发展优势，并进行改造经验的总结与交流，参考广东某宽带网络服务有限公司的网络规模，对案例进行扩展学习。

（三）GPON学习引入

在学习EPON技术之后，可以进入GPON的学习。GPON类似于EPON，EPON的标准是IEEE802.3ah，GPON的标准是ITU-T的G.984.3，而且EPON是我国“863”重大项目之一，技术发展前景广阔，但在业界学习GPON也是很必要的。

有了EPON的基础之后，学习GPON的最好方法是进行对比学习，对比的因素有技术指标、工程及制造成本、发展成熟和稳定程度以及可传输的业务类型和安全性等。

案例分析

（一）兴趣吸引

“提出案例”的出发点是兴趣引入，以案例的真实性和可行性吸引学生的注意力。在案例中提出的某网络公司某服务站的网络改造、升级源于生活，直观易于理解，但又远离学生，易于唤起学生的好奇心，唤起学生了解企业工作的需求。

对于网络改造，案例的服务站不能给学生提供实践机会，可从学生身边入手，使用身边的校园网进行项目学习，也有助于学生理解，并能得到及时的实践。在学习上，首先需要充分提出疑问，激发学生学习案例涉及的理论知识。理论知识的学习要注意深度，能为案例所用，有一定的了解之后再适当加深，以利于学生的后期发展。其次，应注意根据事情的发展规律，逐步安排案例各个步骤的出现，以利于学生循序渐进地逐个学习。

（二）实践学习

案例的重要特色之一就是实践能力的学习。通过案例，可以学习网络调查，绘制拓扑图，分析网络利弊之处，分析传输“瓶颈”，利用新学的EPON知识进行网络改造，能分析出改造的关键环节，了解网络设备并进行合理的设备选型，进行网络的模拟搭建、改造等。

在设计能力上，可锻炼学生通过实地调查绘制网络拓扑图并进行分析，提出改造方案。结合综合布线技术知识，可以要求绘制综合布线系统图、施工平面图、端口对照表等，如此可将案例提升到一个完整的项目。

在施工能力上，可锻炼学生在模拟墙上进行布线施工，按综合布线技术知识，涉及工作区、配线子系统、干线系统、建筑群子系统、设备间的安装施工以及管理子系统的实现等。具体有信息插座、槽管安装、机柜及设备安装、缆线敷设及端接、布线系统测试等内容。

（三）总结体会

案例的教学目的是网络改造。首先，需要理解改造的原因以及经过改造后实现的功能等，EPON技术仅仅是改造的技术手段。因此，从学生能力培养的角度上看，发现问题、分析问题和解决问题是非常重要的学习内容，掌握一定的理论基础是必要的。其次，EPON的改造实施体现了技能训练，从网络搭建到EPON技术应用，可训练学生的实操技能。

在“案例背景”方面，我们提出了案例的改造目的，通过改造，可以从器材成本、维护和管理成本、稳定性等方面评价改造的成果。

简化网络，节约成本从综合布线技术的角度看，从服务站（相当于CD）到各楼宇（相当于BD）链路使用EPON技术，特别是居民宽带接入，并不是楼宇所有的用户都使用同一宽带服务公司的网络，也许仅有几个用户。因此，使用EPON技术的分光器可以方便地将分散于多个楼宇的用户接入网络，并能很好地胜任FTTH的传输。使用EPON技术降低成本，比较突出的作用是使用无源分光器替代了交换设备，调查研究表明，EPON技术能有效地降低成本。

易于网络维护与管理，减少维护成本首先，EPON技术的ODN使用无源分光器，无需考虑散热问题，便于工程施工，更利于后期的维护与管理。其次，网络稳定性也将会得到提升，减少维护量。EPON技术虽然是新的知识点，但通过EPON应用的案例，让学生直观地体验EPON技术的应用，从搭建传输网络中学习EPON，有利于新知识的学习和掌握。

参考文献：

[1]华为技术有限公司.iODN-华为解决方案[CP/OL].[2013-05-06].http：//www.huawei.com/cn/solutions/broad-

er-smarter/hw-083284-fttx-iodn-odn.htm.

[2]李雪松，傅珂，柳海.接入网技术与设计应用[M].北京：北京邮电大学出版社，2009.