EPON技術(shù)在電力通信網(wǎng)中的應(yīng)用

摘要：EPON綜合了PON和Ethernet技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，為在智能電網(wǎng)中搭建通信信息平臺(tái)提供了良好的技術(shù)保障。介紹了EPON的技術(shù)原理，協(xié)議和上下行的傳輸特點(diǎn)。并根據(jù)其特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，提出了一個(gè)在智能小區(qū)中的應(yīng)用模型，可以使得綜合建網(wǎng)成本低，易于堆護(hù)，且安全性高。
關(guān)鍵詞：EPON；電力通信網(wǎng)；無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)；接入網(wǎng)；網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

    無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)(PON)具有節(jié)省光纖資源、對(duì)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議透明的特點(diǎn)，在光接入技術(shù)中扮演著越來(lái)越重要的角色。而Ethernet技術(shù)在事實(shí)上被證明是承載IP數(shù)據(jù)包的最佳載體。而Ethernet和PON的結(jié)合，便產(chǎn)生了EPON，它同時(shí)具備了Ethernet和PON的優(yōu)點(diǎn)，正成為光接入網(wǎng)領(lǐng)域中的熱門(mén)技術(shù)。

1 EPON的原理
1．1 EPON的技術(shù)原理
    EPON(Ethernet Passive Optcal Network)——基于以太網(wǎng)的無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)。采用點(diǎn)到多點(diǎn)結(jié)構(gòu)、無(wú)源光纖傳輸，在以太網(wǎng)之上提供多種業(yè)務(wù)。在物理采用了PON技術(shù)，在鏈路層使用以太網(wǎng)協(xié)議，利用PON的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了以太網(wǎng)的接入。
    一個(gè)典型的EPON系統(tǒng)由OLT、ONU、ODN等組成。OLT(Optical Line Terminal)放在中心機(jī)房，ONU(Optical Network Unit)放在用戶(hù)設(shè)備端附近或與其合為一體。ODN(OpticalDistribution Network)光分配網(wǎng)絡(luò)由分光器和光纖網(wǎng)絡(luò)組成。無(wú)源光纖分支器，是一個(gè)連接OLT和ONU的無(wú)源設(shè)備，它的功能是分發(fā)下行數(shù)據(jù)并集中上行數(shù)據(jù)。EPON中使用單芯光纖，在一根芯上傳送上下行兩個(gè)波。
1．2 EPON的協(xié)議
    EPON是一種基于以太網(wǎng)技術(shù)的PON網(wǎng)絡(luò)，在現(xiàn)有的以太網(wǎng)MAC子層上定義了多點(diǎn)控制協(xié)議(MPCP)，對(duì)下行業(yè)務(wù)和上行業(yè)務(wù)進(jìn)行有效地接納控制、帶寬分配，維護(hù)管理等功能。與OSI的關(guān)系如圖1所示。

    EPON通過(guò)在以太網(wǎng)幀的前導(dǎo)碼中引入2字節(jié)的LLID對(duì)ONU進(jìn)行匹配，每個(gè)ONU可以分配1個(gè)或多個(gè)LLID(鏈路層ID)。每個(gè)LLID對(duì)應(yīng)OLT多點(diǎn)控制子層的1個(gè)MACsublayer(MAC子層)，此外，MPCP通過(guò)引入GATE、REPORT、REGISTER等MAC層控制幀來(lái)完成ONU的自動(dòng)發(fā)現(xiàn)、注冊(cè)和注銷(xiāo)、帶寬管理、設(shè)備監(jiān)控?cái)U(kuò)展OAM運(yùn)營(yíng)等功能。

2 EPON的傳輸原理
    為了分離同一根光纖上多個(gè)用戶(hù)的來(lái)去方向的信號(hào)，采用兩種復(fù)用技術(shù)：下行數(shù)據(jù)流采用廣播技術(shù)；上行數(shù)據(jù)流采用TDMA技術(shù)。
    在EPON下行傳輸過(guò)程中，從OLT到多個(gè)ONU下行傳輸數(shù)據(jù)的過(guò)程采用數(shù)據(jù)廣播方式發(fā)送。數(shù)據(jù)以變長(zhǎng)信息包的形式從OLT下行廣播道多個(gè)ONU。依據(jù)IEEE802．3協(xié)議，信息包最長(zhǎng)為1 518字節(jié)。每個(gè)信息包帶有一個(gè)EPON包頭，唯一標(biāo)識(shí)該信息包是發(fā)給ONU-1、ONU-2還是ONU-3。當(dāng)數(shù)據(jù)包到達(dá)ONU時(shí)，ONU通過(guò)地址匹配，接收并識(shí)別發(fā)給它的信息包，丟棄發(fā)給其他ONU的信息包。如圖2所示。有以下特點(diǎn)：1)在ONU注冊(cè)成功后，會(huì)分配一個(gè)唯一的LLID——邏輯鏈路標(biāo)記；2)OLT在每個(gè)數(shù)據(jù)包開(kāi)始傳輸之前，會(huì)根據(jù)LLID注冊(cè)列表，添加對(duì)應(yīng)的LLID，替代掉兩個(gè)字節(jié)的前導(dǎo)字符；3)ONU接收數(shù)據(jù)時(shí)，只接收與自己匹配的LLID數(shù)據(jù)包。

    在EPON上行傳輸過(guò)程中，則采用TDMA(Time Division Multiple Access)時(shí)分復(fù)用方式，每個(gè)ONU上行數(shù)據(jù)分配一個(gè)專(zhuān)用時(shí)隙，使得在數(shù)據(jù)匯合到公共光纖的時(shí)候，從ONU來(lái)的信息包不會(huì)互相干擾。如圖3所示。有以下特點(diǎn)：1)OLT在接收數(shù)據(jù)前，會(huì)比較LLID注冊(cè)列表；2)每個(gè)ONU在由OLT統(tǒng)一分配的時(shí)隙中發(fā)送數(shù)據(jù)幀；3)分配的時(shí)隙補(bǔ)償了各個(gè)ONU與OLT之間的差距，避免了數(shù)據(jù)幀碰撞。

3 EPON技術(shù)的應(yīng)用
3．1 應(yīng)用模型
    圖4提出了1個(gè)EPON接入智能工業(yè)園區(qū)的模型，考慮到在工業(yè)園區(qū)中主干道比較重要，所以采用雙保護(hù)方式。局端(OLT)與用戶(hù)(ONU)之間僅有光纖、光分路器等光無(wú)源器件，無(wú)需租用機(jī)房、無(wú)需配備電源、無(wú)需有源設(shè)備維護(hù)人員，因此，可有效節(jié)省建設(shè)和運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本。

3．2 EPON系統(tǒng)的特點(diǎn)
    EPON系統(tǒng)特點(diǎn)
    1)EPON在局域網(wǎng)的基礎(chǔ)上提供業(yè)務(wù)，消除了復(fù)雜的傳輸協(xié)議轉(zhuǎn)換帶來(lái)的成本因素；
    2)采用單纖波分復(fù)用技術(shù)，僅需1根主干光纖和1個(gè)OLT，傳輸距離可達(dá)20 km。在ONU側(cè)通過(guò)光分路器分送給最多32個(gè)用戶(hù)，因此可降低OLT和主干光纖的成本壓力；
    3)EPON具有同時(shí)傳輸TDM、IP數(shù)據(jù)和視頻廣播的能力，其中TDM和IP數(shù)據(jù)采用IEEE 802．3以太網(wǎng)的格式進(jìn)行傳輸，輔以電信級(jí)的網(wǎng)管系統(tǒng)，足以保證傳輸質(zhì)量。通過(guò)擴(kuò)展第三個(gè)波長(zhǎng)(通常為1550 nm)即可實(shí)現(xiàn)視頻業(yè)務(wù)廣播傳輸；
    4)節(jié)省光纜資源(單纖)、帶寬資源共享、節(jié)省機(jī)房投資、設(shè)備安全性高、建網(wǎng)速度快、綜合建網(wǎng)成本低；
    5)抗多點(diǎn)失效。當(dāng)PON環(huán)網(wǎng)中存在多個(gè)節(jié)點(diǎn)的多條鏈路全部中斷時(shí)，整個(gè)環(huán)上其他節(jié)點(diǎn)(包括斷點(diǎn)之間的)依然可以正常通信；
    6)EPON目前可以提供上下行對(duì)稱(chēng)的1．25 Gb／s的帶寬，并且隨著以太技術(shù)的發(fā)展可以升級(jí)到10Gb／s；
    7)點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的結(jié)構(gòu)，易于擴(kuò)展和升級(jí)。

4 結(jié)論
    電力通信時(shí)現(xiàn)代電力系統(tǒng)的重要組成部分，而電力通信與電同密不可分，由于EPON技術(shù)已相對(duì)較為成熟，在電力通信網(wǎng)中應(yīng)用EPON，可以以較小的投資成本，使電力通信網(wǎng)更先進(jìn)、更可靠，管理和維護(hù)能力也更高。