EPON中E1電路仿真技術及實現方案

2019-11-04 21:22:30

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　　1 前言
　　互聯網的興起、多媒體業務的發展，導致人們對網絡容量需求的爆炸性增長。經過多年的建設，骨干網已有足夠的能力支持寬帶業務，寬帶接入的問題有待進一步解決。以太網具有使用簡單方便、價格低、速度高等優點，已被廣泛用于局域網、MAN和WAN。假如接入網也采用以太技術將形成從局域網、接入網、城域網到廣域網的全以太網結構，采用與ip一致的統一的以太網幀結構，無需格式轉換，實現各網之間無縫連接。將大大提高網絡運行效率、方便治理、降低成本。2001年7月，在IEEE802局域網/城域網（LAN/MAN）標準委員會會議上，EFM研究組（EFM的意思是“以太網第一里”，即以太網接入網）提出在現有IEEE802.3協議的基礎上，通過較小的修改實現在用戶接入網中傳輸以太網幀，制定以太網接入網標準。
　　
　　PON（無源光纖網絡）采用無源光功率分配器/耦合器，支持點到多點（P-to-MP）的用戶網絡拓撲，可提供高帶寬，具有良好的可靠性、經濟性，易于擴容和展開新業務，是光纖接入技術的發展方向。
　　
　　EPON（Ethernet over PON）融合以太網和無源光網絡(PON)相技術優勢，采用點到多點結構，無源光纖傳輸方式，在以太網基礎之上提供多種業務。目前，IP/Ethernet應用占到整個局域網通信的95%以上，EPON由于使用上述經濟而高效的結構，成為連接接入網最終用戶的一種最有效的通信方法。10Gbit/s以太主干和城域環的出現也將使EPON成為未來全光網中最佳的最后一公里的解決方案。
　　
　　2 EPON系統組成
　　一個典型的EPON系統由OLT、ONU、POS組成。
　　
　　OLT（Optical Line Terminal）放在中心機房（CO，Central Office），通常具有L2交換或L3路由功能，下行方向提供面向無源光纖網絡的光纖接口，以廣播方式向各ONU發送數據，在上行方向提供GE（Gigabit Ethernet）接口、SDH/SONNET接口及E1接口。OLT是EPON系統的控制中心，提供網絡集中和接入的功能，針對用戶QOS的不同要求進行帶寬分配、網絡安全控制和治理配置。
　　
　　ONU（Optical Network Unit）放在網絡接口單元（NIU：Network Interface Unit）四周或與其合為一體。采用以太網絡協議，在中帶寬和高帶寬的ONU中實現成本低廉的以太網第二層第三層交換功能，實現ONU對用戶數據的透明傳送。ONU支持傳統的TDM協議，通過支持E1接口來實現傳統TDM話音接入。
　　
　　POS（Passive Optical Splitter）是無源光纖分支器，連接OLT和ONU的無源設備，實現分發下行數據、集中上行數據的功能，由于是無源操作，環境適應能力強，維護簡單，POS的分支數一般為2、4、8、16，可進行多級級聯。
　　
　　3 EPON工作原理
　　在EPON中，從OLT到多個ONU下行傳輸數據的過程采用數據廣播方式發送。
　　
　　數據以變長信息包的形式從OLT下行廣播到多個ONU，依據是IEEE 802.3協議，信息包的長度最長為1518字節。每個信息包帶有一個EPON包頭，惟一標識該信息包是發給ONU-1、ONU-2還是ONU-3的。也可標示為廣播信息包發給所有ONU的或發給特定的ONU組的（多點傳送信息包）。當數據到達ONU時，ONU通過地址匹配，接受并識別發給它的信息包，丟棄發給其他ONU的信息包。例如，ONU-1接收信息包1、2、3，但只將信息包1傳輸給最終用戶1。
　　
　　EPON上行數據傳輸采用時分復用技術，每個ONU上行數據分配一個專用時隙，使得在數據匯合到公共光纖的時候，從ONU來的信息包不會互相干擾。例如，ONU-1信息包在第一個時間間隙傳輸，ONU-2信息包在第二個非重疊的時間間隙傳輸，而ONU-3信息包在第三個非重疊的時間間隙傳輸。
　　
　　4 EPON系統中的E1電路仿真
　　盡管數據業務的帶寬需求正快速增長，但現有的電路業務還有很大的市場，在今后幾年內仍是業務運營商的主要收入來源。在EPON系統中對固定比特率（CBR）的實時業務進行良好的支持，將分組交換業務與電路交換業務結合，有利于EPON的市場應用和滿足不同業務的需要。
　　
　　接入網用戶對TDM業務的需求主要是提供E1電路接口，EPON中以電路仿真方式實現E1接入。
　　
　　4.1 EPON中E1幀結構
　　
　　EPON系統最初只提供以太數據傳輸業務，采用以太幀結構。要實現E1數據傳輸，由于以太網技術的固有機制，要保證實時業務的服務質量，必須進行非凡處理。
　　
　　EPON內部OLT與ONU之間采用光纖傳輸，帶寬資源豐富，為實現多業務傳輸，并使傳輸系統處理的簡潔，可采用帶寬預留方法，設置一個開放的高速通道，專用于傳輸語音業務，以便確保POTS業務的質量。
　　
　　在EPON系統內部對傳輸的數據幀做進一步的包封，增加3字節EPON幀頭。封裝后的E1數據包，占用預定（或動態分配）帶寬，與以太數據包復用，在系統內部傳輸。
　　
　　ONU ID：用于標示區分不同的ONU，當該幀為下行幀時，幀頭中包含該幀所要到達的目的ONU的標記ID，無源ID；當該幀為上行幀時，幀頭中包含源ONU的標記ID
　　
　　幀類型：用于區分以太、E1、OAM幀。
　　
　　當為以太幀時，在數據區包封完整的Ethernet MAC幀。
　　
　　當為E1 或OAM幀時，對傳輸的E1/OAM數據包封為EPON幀。TS為時標信息，用于系統同步或測距過程、E1定時恢復；Port指明E1端口號；Data Length表明數據長度；FCS為幀校驗字段，由CRC32對除EPON幀頭以外的所有數據多項式運算得出。

　　
　　4.2 E1電路仿真實現方案
　　
　　E1電路仿真主要分為四個部分：
　　
　　（1）線路編解碼及線路時鐘恢復單元。
　　
　　主要由HDB3/NRZ編碼轉換芯片和提鐘芯片組成，完成多路204Bkb/s的HDB3線路編碼信號到NRZ數字信號的轉換，提取各信道的同步2048KHZ時鐘。
　　
　　（2）E1數據打包及重組單元：
　　
　　主要完成對多路E1業務數據進行封裝，提取時鐘同步處理，保證數據以平滑的速度將E1數據包從緩沖器輸出，消除抖動。
　　
　　（3）總線緩存及分組路由處理單元：
　　
　　完成E1分組數據包到EPON背板總線的傳輸控制和交換，緩存并處理EPON背板總線上的分組路由頭信息。
　　
　　（4）OAM控制單元：
　　
　　由CPU系統單元完成對各智能芯片的初始化控制和自檢功能，并實時實現本地網絡治理與本板之間的信息交換。
　　
　　5 結束語
　　EPON將以太網與無源光纖接入網技術結合，實現高速、遠距離寬帶接入，與現有的以太網兼容，在與WAN和LAN連接時無需復雜的協議轉換，具備許多成本和性能方面的優點。在EPON的發展上，要害的技術挑戰是增強以太網的能力，實現多業務傳輸，對固定比特率（CBR）的實時業務進行良好的支持，分組交換業務與電路交換業務結合，有利于EPON的市場應用和滿足不同業務的需要。本文對EPON系統中E1電路仿真技術進行了探討，提出了E1電路仿真實現方案。

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