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1、附件l：论文模版保密类别_ 编 号_中国传媒大学南广学院本 科 毕 业 论 文基于EPON技术的移动网络改造学 院 传媒技术学院专 业 电子信息工程班 级 09电信姓 名 学 号 指导教师 中国传媒大学南广学院2011年11月1日摘 要如今，更多师生关注多样化、个性化的通信服务，宽带服务的需求已经上升到了一个新的台阶。随着IPTV视频组播、点播业务的全面展开，对接入网提出了更高的带宽需求。现有宽带接入方式，如xDSL，已越来越不能满足师生高带宽、多业务接入的需求。随着光接入技术的发展，光纤到户的综合成本比以前有大幅度下降。目前进行FTTH技术和业务的试验条件已经具备。本文主要讨论了太原移动EP
2、ON的FTTH工程设计方案，对工程涉及的试验业务、网络结构、学院布线、带宽设计、IP地址规划、VLAN划分、设备特性、ODN设置等进行了详细的描述，并对该工程采用EPON的FTTH技术进行了详细的分析。关键词：FTTH ；EPON ；IPTV；方案设计；接入技术分析。ABSTRACTNowadays, more customers are concern with the diversity and personality of the communication service, the requirement for wide band service has been improved
3、to a new stage. With the development of IPTV broadcasting, video on demand, more and more bandwidth of the access network is required. The existing wide band access methods such as xDSL could not satisfy the customers need for higher speed and multi-service. The overall cost of fiber to the home has
4、 been declined greatly with the development of optical accessing technology, and nowadays the conditions of FTTH technology and service test have been formed. This paper discusses the EPON FTTH engineering design scheme of Foshan CNC. We gave detailed description in the test business, network struct
5、ures, area cabling, bandwidth designing, IP address planning, VLAN partition, equipment characters and setup of ODN in the engineering, and analyze FTTH technology based on EPON in this scheme. The test engineering is a good foundation for large-scale commercial project of Foshan CNC.Keywords：FTTH ；
6、EPON ；IPTV；Program of design ；Analysis of access technology. 目 录 中文摘要IABSTRACTII绪 论1一、 DWDM的基本原理2（一）DWDM的基本原理5（二）传输媒介与DWDM7（三）光放大器与DWDM9（四）DWDM的优越性10二、DWDM关键技术与组网11（一）DWDM的关键技术12（二）DWDM的组网13三、DWDM在OptiSystem中的仿真设计15（一）OptiSystem软件介绍17（二）DWDM在OptiSystem中的仿真链路设计19（三）基于OptiSystem实验的DWDM发送端参数分析21（四）基于Op
7、tiSystem实验的DWDM信道部分参数分析24四、3210Gbit/s南京至上海DWDM传输系统设计30（一）设计案例分析35（二）系统基本参数的选择37（三）南京至上海城域网传输系统链路模型39结 论45参考文献47后记49 绪 论近几年来，随着电信技术的进步、电信管制体制改革以及电信市场逐步开放，师生对宽带业务的需求已不仅仅是通信功能，而是更高级的娱乐功能、教育功能、医疗功能等。简单说是3C综合需求，即通讯、消费电子和电脑应用的集中。师生更希望得到丰富多彩、独具个性的内容和应用。另一方面随着IPTV视频组播、点播业务的全面展开，对接入网提出了更高的带宽需求，标清IPTV带宽至少需要2M
8、bps以上，高清IPTV 带宽至少需要6到8Mbps以上。如果一个家庭拥有多个IPTV终端，这时需要的带宽将成倍增加。目前现有的宽带接入方式，如xDSL接入，已越来越不能满足师生高带宽、多业务的需求。随着光接入技术的不断发展，光收发模块、OLT（Optical Line Terminal,光线路终端）和ONU（Optical Network Unit,光网络单元）的设备成本不断下降，目前实现光纤到户的综合成本比以前有大幅度的下降。光纤到户逐渐成为国内外通信行业的热点，可以预见在不久的将来，光纤到户将会成为师生接入的重要手段，而EPON（Ethernet Passive Optical Netw
9、ork,以太无源光网络）正逐渐成为FTTH的热点解决方案。考虑到当前FTTH 在技术方面尚不如ADSL/ADSL2+成熟，综合成本还很高，因此，FTTH 尚未达到大规模商用的阶段，但进行技术和业务试验的条件已经具备。 一、EPON和FTTH技术分析 (一) FTTH的解决方案FTTH有着MC(Media Converter，媒体转换器)及PON (无源光网络)两项技术。MC主要用来取代传统以太网络所使用的铜线，采用点对点(Point to Point, P2P) 的网络拓扑方式，将100Mbps的服务通过光纤传送到师生家中。PON的架构主要是将从光纤线路终端设备OLT下行的光信号，通过一根光纤
10、经由光分路器Splitter无源器件，将光信号分路广播给各光师生终端设备ONU/T，大幅减少网络机房及设备维护的成本，更节省了大量光缆资源等成本，而成为FTTH最新热门技术。用光纤连接师生，主要有两种方案：点到点的FTTH解决方案和点到多点（EPON的FTTH解决方案和GPON的FTTH解决方案）。1. 点到点的FTTH解决方案FTTH点到点结构是从中心局站到每个师生都用一个根光纤。方案图如图1-1所示： 图1-1点到点方案点到点系统的优势：避免了复杂的上行同步技术和终端自动识别技术，上行的全部带宽可被一个终端所用，利于带宽扩展。点到点系统劣势：设备和光纤成本很高。2. 点到多点的解决方案FT
11、TH点到多点结构是把从中心局站出来的光信号分路并分配到多条光纤上进行传输。图1-2点到多点方案点到多点系统的优势：有着明显的成本优势，大大降低了光收发器的数量和光纤数量，并降低了中心局所需的设备机架空间。EPON方案和GPON方案均属于点到多点：1）EPON的FTTH的解决方案：网络核心设备是光纤交换机，安装在局端或学院接入机房。光纤交换机通过1000M/100M速率与Internet网络边缘路由器或汇集交换机相连，实现学院网络接入Internet。光纤交换机通过光纤和点对点的方式以双工100M速率与放置在师生家中的光网络单元相连，实现师生通过光纤接入Internet光纤交换机与光网络单元的链
12、接。其选择单纤双向方式。解决方案如图1-3：图1-3 EPON方案 2）GPON的FTTH解决方案GPON继承了G.983的成果，具有丰富的业务管理能力。GPON具有覆盖任何出现的新业务的适配能力，包括数字视频、存储网络、电子商务等。GPON具有面向未来的、可升级的多业务环境，能为将来的业务提供清晰的转移路线。而不需要中断和改变现有的GPON设备，也不需要以任何方式改变其传输层。己的数据帧。(二) EPON帧结构EPON下行传输帧结构如图1-6：图1-6 EPON下行传输帧结构由一个被分割成固定长度帧的连续信息流组成，其传输速率为1.25Gb/s，每帧携带多个可变长度的数据包（时隙）。含有同步
13、标识符的时钟信息位于每帧的开头，用于ONU与OLT的同步，每2ms发送一次，同步标识符占1个字节。按照IEEE G.802.3组成可变长度的数据包，每个ONU分配一个数据包，每个数据包由信头、可变长度净负荷和误码检测域组成。EPON上行帧结构如下图1-7：图1-7 EPON上行传输帧结构连接于光分配器的各ONU发送上行信息流，经过光分配器耦合到共用光纤，以TDM方式复合成一个连续的数据流。此数据流以帧的形式组成，其帧长与下行帧长一样，也是2ms，每帧有一个帧头，表示该帧的开始。每帧进一步分割成可变长度的时隙，每个时隙分配给一个ONU，用于发送上行数据到OLT。实验中，MetroCor和SMF-
14、28都具有较好的工作性能都较好，我们在南京至上海城域网传输链路中可采用MetroCor光纤或者SMF-28光纤。(三) EPON工作原理EPON是一种采用点到多点结构的单纤双向光接入网络，其典型拓扑结构为树形。EPON系统由局侧的OLT、师生侧的ONU和ODN（Optical Distribution Network，光分配网络）组成，为单纤双向系统。OLT位于网络侧，放在中心局端，它可以是一个L2交换机或L3路由器，提供网络集中和接入，能完成光/电转换、带宽分配和控制各信道的连接，并实时监控、管理及维护功能。ONU位于师生侧，采用以太网协议，实现以太网第二层第三层交换功能。PLT与ONU之间
15、通过无源光分路器连接，光分路器用于分发下行数据和集中上行数据。除了终端设备，EPON中无需电器件，因此是无源的。EPON的工作原理如图1-4和图1-5所示：图1-4 EPON上行工作原理上行方向使用TDMA（Time Division Multiple Access，时分多址接入技术），多个ONU的上行信息组成一个TDM信息流传送到OLT。上行方向通过TDMA方式进行业务传输，ONU根据OLT发送的带宽授权发送上行业务。图1-5 EPON下行工作原理在下行方向，OLT将数据以可变长度的数据包广播传输给所有在EPON上的ONU，每个包携带一个具有传输到目的地ONU标识符的信头。当数据到达ONU时
16、，由ONU的MAC层进行地址解析，提取出属于自己的数据包，丢弃其他的数据包。下行方向的光信号被广播到所有ONU，通过过滤的机制，ONU仅接收属于自（四）EPON技术特点1）可有效节省建设和运营维护成本。2）消除了传输协议转换带来的成本因素。3）可大大降低OLT和主干光纤的成本压力。4）可方便灵活地根据师生需求的变化动态分配带宽。5）充分保护运营商的投资。6）辅以网管系统，来保证传输质量。7）该系统除提供两个波长业务外，还提供CATV业务。（五）EPON的FTTH技术与xDSL技术、LAN技术主要性能指标比较EPON的FTTH技术无论是在最大带宽还是传送距离上都都明显优于xDSL和现有的LAN技
17、术，其性能指标比较见表1-1：表1-1 EPON的FTTH技术与xDSL、LAN技术性能比较采用技术ADSLADSL2+VDSLVDSL2LANEPON链路性质不对称不对称对称不对称对称不对称对称对称带宽(最大值)上行640k1M26M6.4M100M小于100M多师生共享带宽，一般平均4M/户多师生共享GE带宽，保证30M/户，可灵活配置下行6.144M25M52M大于100M最佳传输距离1km以内0.3km以内1km以内0.1km以内5km从上表可以看出EPON的FTTH传输距离长，可以大大节省接入点机房数量及机房配套设施，并且还可以满足真正意义上的“三网合一”的带宽需求。（六）EPON是
18、FTTH的最佳解决方案以光纤为传输介质的FTTH在带宽方面的巨大优势使它成为未来网络接入发展的最终目标。无源光网络（PON）技术因其节约线路资源、运维便捷、设备预期成本较低等多方面的优势而被认为是FTTH的终极解决之道。ATM无源光网络(APON)、以太网无源光网络(EPON)和吉比特无源光网络(GPON)是目前PON领域中存在的三种技术体制。由于当前ATM技术整体发展受阻，ATM在国内逐渐退网，因此APON在国内未获发展。EPON和GPON谁将主导FTTH大潮并成为FTTH的最佳解决方案，只有从技术和产业链的成熟度以及是否符合国情的角度出发才能得到正确的答案。二工程方案设计（一）系统总体方案
19、本次试验地点选在中国传媒大学南广学院移动宿舍楼，试验业务主要为IPTV、CATV和宽带高速上网。在此项目中，ODN（光分路器）采用1：32的分路比，一次分支，经过二级分纤盒，再通过室外光缆配线箱连接到师生家中，以方便后期施工与维护。考虑整体解决方案的性价比，CATV业务中的电视信号采用一个独立于 EPON的子系统来实现（即采用基于1550 nm窗口的PON系统传送电视信号至师生）。EPON系统OLT主设备单子框具有16个线卡槽位，每个EPON卡提供两个EPON接口，故单子框满配能提供32个EPON接口。中国传媒大学南广学院移动宿舍区共计师生56户，按照1：32的分路比计算共需2个EPON接口，
20、因此需采用一台EPON主系统设备，仅需在主系统设备上插1块EPON接口卡即可。如果南广学院移动宿舍楼实验需要扩展，仅需增加EPON接口卡即可完成扩容。在此方案中，师生采用两根光纤进行连接，一根传输数据和语音，另一根传输CATV电视信号。特别要注意的是，在采用双纤方案时，1：32分路器的数量要加倍。上述两种方案都能实现光纤入户和“三网融合”。单纤方案能在一根光纤上传送所有业务。双纤方案由于减少了合波/分波器件，所以造价较低，不过光缆的敷设成本增加了。但是，由于双纤方案不仅可降低项目总体投资，而且CATV电视信号是单纤单独传输，便于未来运行维护，因此本项目决定采用双纤方案。EPON主系统设备采用V
21、5接口连接到C&C08程控交换机，按照1：4的集线比，仅需1个E1物理接口上连即可（1304120，师生数56）。EPON主系统设备网络侧数据接口提供4个GE接口（光/电可选），且该设备支持级联、TRUNK（端口汇聚）和STP（生成树协议）。考虑到FTTH应用的带宽以及网络安全，本次工程采用两个GE接口TRUNK连接到太原城域网。网管采用带外传输（采用经过协议转换器转换为G.70接口通过SDH上传）到太原移动网管中心，由其统一管理。（二）学院布线FTTH光纤布线系统目前尚无设计和施工标准，大体上可沿用综合布线系统几个子系统进行设计实现。1. 工作区子系统工作区子系统是一个从信息插座延伸至终端设
22、备的区域。工作区布线要求相对简单,这样就容易移动、添加和变更设备。该子系统包括水平配线系统的信息插座、连接信息插座和终端设备的跳线以及适配器。2. 配线子系统配线子系统由光纤插座( 或ONU光口插座)、配线光缆、光配线设备和光跳线等组成。它处于二级分纤盒和工作区之间，一端接在 ONU光口插座或光纤插座上，另一端接在二级光分纤盒上，将干线子系统线路延伸到师生工作区。3. 干线子系统干线子系统由光配线设备、主干光纤、光跳线等组成。它连接设备间（通信室）或入口设备，是建筑物或学院内光网络系统的中枢。主干光缆的一端接于设备机房的主配线架上，另一端通常接位于分支点的光缆交接箱内光纤配线架或无源分光器。本
23、次工程的数据楼至移动宿舍楼之间的光纤属于干线系统。4. 设备间子系统设备间子系统包括 FTTH网络的主干光纤配线设备和OLT等，本工程的设备间有两间。一间设在数据楼，另一间设在移动宿舍楼的电信设备机房。配线设备主要有ODN网络侧终端2.2m光配线架（ODF）三个，2m网络设备机柜（OLT机柜）一个。（三）光功率计算在实验的设计阶段光功率计算主要是其预算，主要预算通道中的光损耗和各个接头的损耗，由此算出整个通路中的总损耗，从而得出光发射模块需要发出多大的功率，光接受模块就可以接受到，为整个光通道和两端的收发模块能否正常工作打下了理论基础。光通道链路模型如图2-5：图2-5 光通道链路模型1. 语
24、音数据光通道损耗估算本项目采用最坏值法进行计算。最坏值法是以所有光通道中的光元件损耗值迭加起来作为ODN光通道的光损耗，这些损耗值都应该是系统寿命终了前处于允许工作范围内任意点的数值。这样设计的系统显然是十分安全的。最长片区主干光缆按4km计算，从室外光交接箱到师生家最长配线光缆按照1km计算；从OLT的PON口到ONU的PON口, 光通道经过一个1：32分光器, 14个法兰盘, 最大损耗见表2-4。光通道最大损耗为28.7dB,在建议的ODN衰耗之内，可以保证数据和语音光信号可靠传输。 表2-4光通道最大损耗主干光纤光分路器（1：32）法兰盘接入光缆光缆熔接点合计单位损耗0.5dB/km18
25、dB/只0.5dB/只0.5dB/km0.2dB/只数量4km1只14只1km6只实际损耗2dB18dB7dB0.5dB1.2dB28.7dB2. CATV光功率预算EDFA的发射光功率22 dBm，经过ODN后，接收光功率为2228.76.7dBm，ONU的CATV光信号接收范围是510 dBm，可以保证可靠接收。由于 EDFA的光信号接收范围为010dBm（建议3 dBm），因此学院机房接收的1550nm光信号的光功率要求在3dBm左右。（四）ODN设置PON网络的特点是支持无源分光，实现点到面的传输，大大降低了光缆的消耗，节省了工程投资，为光纤到户的快速实施提供了有利条件。ODN网络可根
26、据实际需要选择多级分光，一般为1、2级分光，本工程为一级分光，其ODN结构如图2-6所示。图2-6 ODN网络图三工程实现（一）设备选型及特性本次试验工程涉及到的设备包括：OLT设备 ZXPON C200、ONU设备 D500、STB设备B500。1. OLT设备放置在端局的EPON-OLT设备采用ZXPON C200，它同平台支持EPON与GPON，完善支持多业务。其单框支持20PON接口，V2.0将支持40PON接口，每槽位背板4GE带宽，无阻塞交换，最大8GE或者10GE上联，其有强大的组播支持能力：1000个组播组（适合本试验的IPTV业务）。它支持完善的DBA功能，提供最小保证带宽、
27、最大允许带宽；支持ONU动态发现、自动注册和动态测距（适合光纤接入技术）；支持VLAN隔离技术，适合本实验前期的设计；支持SNMP网管、CLI网管，符合已有的网管系统。由于试验工程中整栋楼的只有56户,而C200设备最大能支持640个ONU，因此整个实验网只要1台 OLTC200就够满足使用与扩容要求。2. ONU设备本次试验中的FTTH的家用EPON终端使用ZXV10 D500。D500提供一个PON接口（SC/PC）、四个FE接口、一个POTS接口和一个CATV射频接口（RF），线路端的数据传输速率：1.25Gb/s(上下行对称)，而师生端的接口速率为正常的10M/100M自适应，传输距离
28、为0至20km(MAX)，其技术指标完全符合本次试验的业务需求和技术要求。3. STBZTE提供IPTV的全面解决方案，本次实验工程建议采用ZTE的机顶盒，具体型号是B500。B500提供齐全的接口，完全符合本次试验的业务需求，并且支持视频点播、CATV、IPTV、网络浏览、对TV定制的网页等业务需求。（二）光缆布放设计1. 光缆布放及纤芯选择本工程ODN网络采用“二级汇聚”结构，配有主干光缆、配线光缆、师生尾纤三个部分，光缆的纤芯选择除满足师生容量需求外，还应与分纤盒的纤芯容量相一致，即二者设计时应统一考虑。当ONU在梯间安装时，由于与分纤盒处于相邻或同楼层，故师生尾纤长度较短，一般小于10
29、米。当ONU在室内安装时，应预足长度。尾纤在走廊内布放时必须采取一定的保护措施，如用槽管保护敷设等，布线应规范，师生室内可不需专门布线，师生使用时自行放至室内ONU或其他终端。2. 光缆选型及主要技术指标光缆拟采用符合ITU-T G.652 B类建议GYTA金属加强构件、松套层绞式、铝聚乙烯粘结护套通信用室外光缆，其工作波长为1310nm和1550nm。其宏弯损耗比较小（以30mm的弯曲半径松绕100圈后，在1625nm波长上测得的弯曲附加衰减小于0.5dB），远远在本次试验的功率损耗预算内。3. 光缆线敷设安装及施工要求光缆线路工程施工标准和要求，执行原邮电部光纤数字传输系统工程施工及验收暂
30、行技术规定和中华人民共和国国家标准通信线路防机械损伤间距标准。本工程光缆的敷设安装方法，根据敷设地段的环境条件，在保证光缆不受损伤的原则下，可采取人工或机械敷设方式。光缆线路端别：局向为A端，师生侧为B端。光缆敷设安装的最小曲率半径应符合下列规定：敷设过程中应不小于光缆外径的20倍。安装固定后应不小于光缆外径的10倍。光缆布放时及布放后，其所受张力、侧压力不应超过光缆所能承受的允许值。（三）性能和实现1. IPTV业务处理流程直播IPTV业务处理流程是由系统服务器发布频道信息，经由IPTV业务传送网、EPON系统到运营管理平台。师生端STB从运营管理平台获得频道信息并选择其中某个频道，然后从服
31、务器获得频道组播地址，加入对应组播，EPON系统复制流媒体到STB，但对于点播IPTV，EPON系统只起透传功能，CDN网络直接向STB提供服务信息。直播流程图如图3-1所示，点播流程图如图3-2所示图3-1 直播IPTV业务处理流程图图3-2点播IPTV业务处理流程图2. IPTV和CATV业务的实现本次的实验工程已提供足够的带宽，保证了IPTV直播业务所需的带宽6Mbit/s，保证了QoS的要求。这是传统的铜缆网络所无法胜任的。FTTH给IPTV提供了足够的带宽，而EPON设备支持IPTV的组播是决定收视效果的关键。在本期实验中有线电视CATV信号由于是单纤传送，所以无论在带宽还是技术上都
32、能得以保证，CATV业务能够得到很好的应用，并且为以后的“三网合一”打下了基础。FTTH是光纤到户，每个家庭师生的上网速度可由目前的1M提升到100M甚至1000M，足不出户就可实现家庭办公、视频会议、远程医疗、网上购物、远程教育、互动游戏、可视电话和语音点播等高宽带需求的网络服务，极大地提高了工作、学习和生活的效率和质量。本次试验工程所试验业务IPTV、CATV和宽带高速上网都已经达到了预期的效果。3. 性能总结本次实验工程的测试业务IPTV和CATV的功能都已实现，并提供了足够的带宽，包括师生的高速上网，达到了试验预期的目的。本次实验工程的接入技术是FTTH的光接入技术，它提供了大通信容量
33、、高质量、高稳定性、保密性能好，具有高宽带、长距离的传送能力，并支持多种业务接入。由于是光纤到户，每个师生的宽带都有了保证；由于整个师生接入网是全透明网络，因而对传输制式、带宽、波长和传输技术都没有限制，对业务透明，适合引入新业务。本次试验工程采用的是无源光纤，降低了运营维护成本。结 论 南广学院EPON的FTTH工程方案能给师生提供预期的带宽。该工程建成后可为师生提供数据、语音、高速上网、CATV、IPTV等多种服务。但EPON技术还存在着不足： 1）OLT故障 如果 OLT出现故障，连接到该OLT的所有ONU部无法正常工作。因此必须杜绝发生。解决的方式是采用双备份，当一个OLT失效后自动倒换到另一个OLT上，同时，为提高ONU的安全性，也可以采用这种双备份的方式。2）停电的影响 解决的方式是为ONU配置内置电池，缓解对教学业务的影响。 3）接入投资高 在接入量不大的情况下，EPON接入的平均接入投资会比xDSL高，但随着光通信器件价格的下降，以及接入使用人数的增加，每线接入的造价也会越来越低。 【重要提示】分页页码与页眉添加方式：首先使用分隔符中“下一页”分节符类型将论文分成不同节，点击页眉页脚中取消超链接，单独设置每节格式，在所在节分别插入不同页码（中外文摘要用罗马数字编页，封面和目录不设页码，正文使用阿拉伯数字编页），从绪论起加页眉“中国传媒大学南广学院本科毕业论文”。
