余宏博，孫運龍，韓一石

（廣東工業(yè)大學 信息工程學院，廣東 廣州510006）

三網融合是指廣播電視網、電信網、互聯網在向數字電視網、寬帶通信網、下一代互聯網演進過程中，三大網絡通過技術改造，其技術功能趨于一致，業(yè)務范圍趨于相同，網絡互聯互通、資源共享，能為用戶提供語音、數據和廣播電視等多種服務。三合并不是意味著三大網絡的物理合一，而主要是指高層業(yè)務應用的融合域，即在同一網絡中可以同時開展語音、視頻、數據等不同業(yè)務，在國際上通稱為Triple Play。而實現三網融合的關鍵技術之一就是接入網技術[1]，由于我國傳統(tǒng)銅線接入網的帶寬普遍過窄，影響我國網絡經濟的快速發(fā)展。因此三網融合的關鍵在于接入網的建設與發(fā)展，而光通信的發(fā)展，保證了綜合傳輸各種信息業(yè)務所需要的帶寬和傳輸高質量，為“三網融合”提供了可靠平臺，所以光接入網是今后接入網的發(fā)展方向。

1 EPON解決方案的優(yōu)勢

以太網無源光網絡（EPON）[2-3]，是IEEE在2004年正式推出的標準，其相對其他類似技術的優(yōu)勢有以下幾個方面[4]：

1）與現有的以太網兼容。EPON采用以太網的傳輸格式，同時以太網也是用戶局域網的主流技術，二者具有天然的融合性，消除了復雜的傳輸協議轉換帶來的成本因素[5]。

2）帶寬高。EPON目前可以提供上下行對稱的1.25 Gbit/s的帶寬[6]，并且隨著以太網技術的發(fā)展可以升級到10 Gbit/s[7]。

3）前期投資成本低，后期擴容與維護簡單。采用單纖波分復用技術（下行1 490 nm，上行1 310 nm），一根主干光纖和一臺OLT的傳輸距離即可達20 km。在ONU側通過光分路器分送給多個用戶，因此可大幅降低OLT和主干光纖的成本壓力，同時由于減少了光纖和光器件的使用，也降低維護成本，并且EPON采用點對多點的結構，只需增加ONU數量和少量用戶側光纖即可方便地對系統(tǒng)進行擴容升級[8]。

4）帶寬分配靈活，保證服務質量。上下行均為千兆速率，下行采用針對不同用戶加密廣播傳輸的方式共享帶寬，上行利用時分復用（TDMA）共享帶寬[9]。并可方便靈活地根據用戶需求的變化動態(tài)分配帶寬。采用IEEE802.3以太網的格式進行傳輸，配合電信級的網管系統(tǒng)，保證傳輸質量。

2 組網方案

2.1 基于EPON的小區(qū)接入網組網設計

基于EPON技術的優(yōu)勢，本文提出了一種基于EPON的小區(qū)三網融合方案，在方案中用3個用戶家庭來模擬一個小區(qū)。組網設計如圖1所示，由4個主要部分組成：光線路終端（OLT）、光分路器（ODB）、摻鉺光纖放大器（EDFA）和光網絡單元（ONU）。

OLT提供一個光接口通過EDFA與光分路器相連，為光接入網（OAN）提供了電話網（VoIP）和互聯網（Internet）兩個網絡的業(yè)務接口。OLT安裝在端局提供了ONU所需要的業(yè)務傳輸方式。

ONU則通過光接口與光分路器相連，從而實現了光纖到戶。光分路器則是OLT與ONU之間的傳輸媒介，通過光分路器實現OLT與多路ONU相連。EDFA是將通過光發(fā)射器后的有線電視網（CATV）信號放大到所需功率后與OLT下行信號耦合。

OLT上聯接口分別連接互聯網和電話網。從電信網線連接OLT的上聯千兆接口。電信語音信號通過軟交換后接入OLT的上聯百兆接口中。

OLT的下行通過光纖廣播到各個ONU，各ONU根據自己所屬的地址碼來接送信息。每個OUN通過百兆下聯口直接連接計算機及語音設備。CATV信號在經過分光器轉換成光信號后，再由EDFA與OLT下行信號耦合成1路信號向ONU廣播。ONU通過解調后，轉換成電信號接入電視機。

ONU的上行信號使用時分復用技術，傳輸到OLT，實現OLT與0NU之間全雙工通信。

在OLT端配有網管服務器，可以對網絡進行綜合管理。

2.2 系統(tǒng)主要設備和技術指標

本方案在設備選型上采用了烽火AN5000系列PON產品。OUN采用烽火AN5006型設備，OLT采用AN5516型設備。

1）光網絡單元（ONU）

ONU能實現用戶端業(yè)務的接入傳輸和二層交換，AN5006型ONU結構見圖2所示。

本設備共分為核心部分、業(yè)務部分、公共部分3個模塊。

核心部分通過ODN接口與ODN用于接收和發(fā)送業(yè)務信號。復用/解復用功能下行，對接收到的混合業(yè)務信號中不同波長的信號進行分解，得到不同波長的單波信號，并通過交換功能發(fā)送到相應的端口；上行時將多個單波信號復用至1個信號。

業(yè)務部分通過用戶端口將接收到的信號傳送給相應的用戶終端，同時將接收到的信號交給核心部分處理。本方案中的ONU設備，有1個用于傳輸有線電視信號的CATV接口，2個用于傳輸語音信號的POTS接口，4個用于傳輸數據信號的FE接口。

公共部分則包含電源和OAM（Operation Administration and Maintenance）模塊。

本設備提供的OAM能力包括自環(huán)測試、故障監(jiān)測等內容。通過OLT網管服務器可對本設備上的OAM信息進行監(jiān)測。

2）光線路終端（OLT）

OLT能實現綜合業(yè)務的接入和以太網的二層交換，AN5516型OLT主要部分結構如圖3所示。

AN5516型OLT在本方案中有3個主要模塊：上聯盤、核心交換盤（主/備）和EPON接口盤。

上行EPON接口盤將EPON數據流轉換成標準的以太網數據流，通過背板的10 GE總線送入核心交換盤。核心交換盤對各種業(yè)務進行存儲，其中，IP數據業(yè)務以及需要通過VoIP網絡傳到其他設備或站點的語音業(yè)務，被轉收到上聯盤，通過上聯光接口或電接口傳送進Internet或VoIP網絡中。

下行信號與上行信號的處理過程相反，從各個網絡中傳送到AN5516設備的業(yè)務信號被轉化成EPON數據流后，再送到各個ONU。

2.3 基于EPON的小區(qū)業(yè)務接入

2.3.1 數據業(yè)務

寬帶數據業(yè)務是EPON系統(tǒng)所能提供的最基本業(yè)務，在本方案中，所有數據業(yè)務用戶均采用與運營商相同的接入認證方式接入到Internet中，在終端計算機上安裝PPPOE撥號軟件，通過ONU設備透傳到OLT，再由OLT設備認證報文送往BAS（Broadband Access Server）設備進行認證，認證通過后，終端用戶從BAS地址池中獲取IP地址，通過BAS連接到Internet網絡。ONU設備下行FE端口通過雙絞線連接到用戶個人計算機上，上行PON口與OLT互通；OLT設備上行通過GE端口與Internet網絡。拓撲結構圖如圖4所示。

對于終端用戶的帶寬控制，可采用兩種方式：固定寬帶分配（SBA）和動態(tài)帶寬分配（DBA）。其中固定寬帶業(yè)務的分配方式即為每個用戶設定相應的帶寬上限?？梢杂行Ю矛F有的網絡資源和維護方式，引入較為容易，但這種方式的帶寬提供欠靈活。相對于固定帶寬分配，動態(tài)帶寬是指OLT基于用戶的業(yè)務等級協議（SLA），結合ONU的本地隊列狀態(tài)匯報或者業(yè)務預測動態(tài)地給ONU發(fā)布上行業(yè)務授權。其優(yōu)點是實現高效的上行帶寬利用率和服務質量保證，因此本方案的帶寬控制采用動態(tài)帶寬分配，即通過OLT端的網管服務器對ONU的優(yōu)先級的設置來實現動態(tài)帶寬分配。

圖5為網管配置ONU優(yōu)先級界面，在“優(yōu)先級或COS”選項下配置優(yōu)先級，優(yōu)先級由低到高分為0～7共8個優(yōu)先級。優(yōu)先級只在帶寬不足時體現，當數據流量在承載范圍內時，優(yōu)先級是不起作用的，系統(tǒng)會自動分配相應的帶寬。當帶寬不夠使用，則起用ONU的優(yōu)先級，優(yōu)先級高的ONU帶寬先得到滿足，從而實現動態(tài)帶寬分布。

2.3.2 語音業(yè)務

對于語音業(yè)務的處理，提供軟交換的解決方案，OLT通過內置呼叫控制模塊與軟交換相連從而實現語音業(yè)務的開通，在本方案中，OLT設備通過上行FE端口與軟交換系統(tǒng)對接，下行PON口連接到ONU設備上，ONU設備通過POTS端口連接到每一個電話機終端上。拓撲結構如圖6所示。

本方案中ONU和軟交換之間使用SIP協議，下行時軟交換通過語音壓縮算法對語音編碼進行壓縮處理，即對語音包以特定的幀長進行壓縮編碼，編碼后把n個壓縮的幀合成1個壓縮的語音包送入處理器，處理器為語音包添加IP包頭、級別和其他信息后，通過網線傳送到OLT的FE端口。

OLT再將FE口接收到的IP語音包后轉換成光信號，通過PON口將信號傳送到分光器，以廣播的方式發(fā)送到每一戶的ONU設備，相應的ONU設備接收語音信號。

ONU對收到的光信號首先轉換成IP語音信號，再對其進行包拆分、去IP包頭，保留原始的語音信息。

上行時，ONU對接收到的語音信號進行壓縮編碼，再轉換成光信號，通過光纖上傳到OLT的PON口。

OLT內置呼叫控制模塊將PON接收到的語音包通過FE端口發(fā)送給軟交換，軟交換再對收到的IP語音包進行包拆分，去IP包頭，保留原始的語音信息后發(fā)送到傳統(tǒng)的電話網。

本方案中軟交換與EPON系統(tǒng)之間的連接需要在OLT網管服務器上進行配置。配置過程主要分為：NGN上聯接口配置、NGN上聯用戶數據配置和ONU端口語音業(yè)務配置。

NGN上聯接口配置如圖7所示，在網管界面中核心交換盤上的“配置”選項下的“語音配置項”中選擇“NGN上聯接口”對OLT到軟交換接口進行配置。

主要配置選項有：

1）MGC協議，選擇工程上所使用的協議類型，在本方案中選擇SIP協議。

2）MGC1 IP地址或域名地址，填寫主用軟交換的IP地址。用于和軟交換通信。

3）MGC1端口號，根據對應語音協議填寫對應端口號，本方案使用SIP協議對應5060端口。

4）SIP注冊服務，填寫SIP服務器的IP。

配置完成后和實現OLT內置呼叫模塊和軟交換之間接口連接，進而實現了兩者之間的信息傳輸。

NGN上聯用戶數據配置如圖8所示，在網管界面中核心交換盤上的“配置”選項下的“語音配置項”中選擇“上聯用戶數據”將軟交換中的用戶數據配置到OLT上，從而實現兩者之間的用戶信息匹配。

主要配置選項有：

1）端點域名：填寫軟交換分配的語音網關（IAD）對應端點域名。

2）ONU協議端口：填寫對應語音協議的端口號，本方案使用SIP協議為5060端口。

3）端點用戶名：填寫軟交換分配給IAD的端點用戶名。

4）SIP協議認證用戶名：填寫軟交換分配的SIP認證用戶名。

5）SIP協議認證用戶密碼：填寫軟交換分配的SIP認證用戶密碼。

6）電話號碼：此號碼為OLT與IAD之間的邏輯關系，可任意填寫，但使用SIP協議時則必須與實際號碼一致。

ONU端口語音業(yè)務配置如圖9所示，主要配置選項“電話號碼”應與NGN上聯用戶信令數據配置中的電話號碼相對應。通過配置后，ONU可以通過OLT與軟交換之間進行語音信號的通信，最終實現語音業(yè)務的開通。

2.3.3 有線電視業(yè)務

在本方案中，廣電接入的數字有線電視信號接入光發(fā)射機，再將光發(fā)射機發(fā)射的1 550 nm波長的有線電視信號通過EDFA整合到EPON系統(tǒng)中，在EDFA至ONU之間的尾纖上透傳3個波長的信號（ONU到OLT上行1 310 nm波長信號、OLT到ONU的下行1 490 nm波長信號、有線電視1 550 nm波長信號）。ONU設備將有線電視信號還原再通過CATV端口連接到電視機，如圖10所示。

3 實現與總結

基于EPON的小區(qū)三網融合方案在實驗室中已經完成了設備的搭建，如圖11所示。

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