EPON技术在电力通信网中的应用
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摘要:EPON综合了PON和Ethernet技术的优点,为在智能电网中搭建通信信息平台提供了良好的技术保障。介绍了EPON的技术原理,协议和上下行的传输特点。并根据其特点和优势,提出了一个在智能小区中的应用模型,可以使得综合建网成本低,易于堆护,且安全性高。
关键词:EPON;电力通信网;无源光网络;接入网;网络协议
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 Optcal 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。
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(OpticalDistribution 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。
1.2 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。
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MACsublayer(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 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。
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。
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。
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。
3.2 EPON系统的特点
EPON系统特点
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1550 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10Gb/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,而电力通信与电同密不可分,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。