【摘要】本文詳細(xì)介紹EPON技術(shù)的特點(diǎn)以及在末端接入中的顯著優(yōu)勢，對EPON在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用進(jìn)行了分析，并就電力配網(wǎng)自動化，用電信息采集系統(tǒng)等的接入提出了相應(yīng)的技術(shù)解決方案。

【關(guān)鍵詞】EPON光網(wǎng)絡(luò)智能電網(wǎng)

Discuss the resolutions of EPON in Smart Grid

Liang JingInformation and communication company of Yichang Electric Power

Abstract： Through introduce characteristics and advantages of the EPON technology characteristic in the terminal access， And make recommendations and proposals， analyze and provide resolutions to automation system and Electric energy information collection system based on Electric power in Smart Grid.

Keywords： EPON Optical network Smart Grid

一、引言

智能電網(wǎng)是以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)為基礎(chǔ)，利用先進(jìn)的通信、信息和控制技術(shù)，構(gòu)建以信息化、自動化、互動化為特征的統(tǒng)一堅(jiān)強(qiáng)智能化電網(wǎng)。涵蓋所有電壓等級，由發(fā)電、輸電、變電、配電、用電、調(diào)度等環(huán)節(jié)有機(jī)組成。它是以物理電網(wǎng)為基礎(chǔ)，將現(xiàn)代先進(jìn)的傳感測量技術(shù)、通訊技術(shù)、信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)與物理電網(wǎng)高度集成而形成的新型電網(wǎng)。因此電力需要一種高靈活性，高帶寬，高保護(hù)機(jī)制，高智能化管理，高性價(jià)比的綜合業(yè)務(wù)的寬帶光纖產(chǎn)品來實(shí)現(xiàn)末端用戶的接入方案。EPON作為一種P2MP（點(diǎn)到多點(diǎn)）的光纖接入技術(shù)，它的樹狀物理拓?fù)涮烊环辖尤雽拥膹?fù)雜的拓?fù)浞绞?，靈活的無源分路節(jié)點(diǎn)，隨時(shí)就近從已有光鏈路的光分路器上接入新的用戶。光纜鋪設(shè)時(shí)，無需鋪設(shè)大芯數(shù)光纜，保證今后業(yè)務(wù)發(fā)展需要。EPON具有高速雙向帶寬，可提供豐富的業(yè)務(wù)接入，簡化網(wǎng)絡(luò)層次、便于維護(hù)管理等特點(diǎn)。作為末端接入技術(shù)，有著其它接入技術(shù)無法比擬的優(yōu)勢。EPON干線速度高達(dá)1G，而且是雙向?qū)ΨQ，為各種寬帶增值業(yè)務(wù)（如網(wǎng)絡(luò)存儲、視頻會議、企業(yè)內(nèi)網(wǎng)郵箱、ERP軟件、CRM軟件等）提供網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。EPON產(chǎn)品提供靈活的QoS和DBA策略，為不同業(yè)務(wù)提供不同的時(shí)延和帶寬特性。目前的EPON系統(tǒng)滿配時(shí)至少能夠保證向每個用戶提供30Mbit/s的帶寬，可以滿足現(xiàn)在和未來智能電網(wǎng)中各種寬帶業(yè)務(wù)的需要。

二、EPON技術(shù)的基本的原理

以太網(wǎng)無源光纖網(wǎng)絡(luò)（EPON）是一種采用點(diǎn)到多點(diǎn)（P2MP）結(jié)構(gòu)的單纖雙向光接入網(wǎng)絡(luò)，其典型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示：

EPON系統(tǒng)由局側(cè)的光線路終端（OLT）、用戶側(cè)的光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）和光分配網(wǎng)絡(luò)（ODN）組成，為單纖雙向系統(tǒng)。OLT位于接入網(wǎng)的局端，為光接入網(wǎng)提供網(wǎng)絡(luò)側(cè)和業(yè)務(wù)結(jié)點(diǎn)之間的接口，并通過一個或多個ODN與用戶端的ONU通信。OLT分離交換與非交換業(yè)務(wù)，管理來自O(shè)NU的信令和監(jiān)控業(yè)務(wù)，為ONU和本身提供維護(hù)和指配功能。ODN是一個連接OLT和ONU的無源光分配網(wǎng)絡(luò)，功能是分發(fā)下行數(shù)據(jù)并集中上行數(shù)據(jù)。ONU為光接入網(wǎng)提供用戶端接口，終結(jié)來自O(shè)DN的信息，完成網(wǎng)絡(luò)側(cè)光口之間的光電和電光轉(zhuǎn)換、信號處理、復(fù)用和維護(hù)管理功能。在下行方向（OLT到ONU），OLT發(fā)送的信號通過一個1：n的無源光分路器（或幾個分路器的級聯(lián)）到達(dá)各個ONU；在上行方向（ONU到OLT），一個ONU發(fā)送的信號只會到達(dá)OLT，而不會到達(dá)其他ONU。

EPON系統(tǒng)采用WDM技術(shù)，實(shí)現(xiàn)單纖雙向傳輸。其中上行波長1310nm，下行波長1490nm，用于傳遞數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。另外光纖上還可以傳送1550nm的波長，這個波長主要是用來傳遞CATV信號，如圖2所示。

EPON從OLT到多個ONU下行傳輸數(shù)據(jù)和從多個 ONU到OLT上行數(shù)據(jù)傳輸是十分不同的。

在下行方向（OLT到ONU）采用廣播模式。OLT發(fā)送的信號通過ODN到達(dá)多個ONU，通過過濾機(jī)制，ONU僅接收屬于自己的數(shù)據(jù)幀。每一個數(shù)據(jù)幀的幀頭包含前面注冊時(shí)分配的、特定ONU的邏輯鏈路標(biāo)識（LLID），該標(biāo)識表明本數(shù)據(jù)幀是給ONU（ONU1、ONU2、ONU3……ONUn）中的唯一一個。另外，部分?jǐn)?shù)據(jù)幀可以是給所有的ONU（廣播式）或者特殊的一組ONU（組播）。

在上行方向（ONU到OLT）采用TDMA多址接入方式。一個ONU發(fā)送的信號只會到達(dá)OLT，而不會到達(dá)其他ONU。ODN在一個OLT和一個或多個ONU間提供一條或多條光通道，每個光通道被限制在一個特定波長窗口內(nèi)。OLT會給ONU分配特定的帶寬。在一個OLT端口（PON端口）下面，所有的ONU與OLT PON端口之間時(shí)鐘是嚴(yán)格同步的，每一個ONU只能夠在OLT給他分配的時(shí)刻上面開始，用分配給它的時(shí)隙長度傳輸數(shù)據(jù)。通過時(shí)隙分配和時(shí)延補(bǔ)償，確保多個ONU的數(shù)據(jù)信號耦合到一根光纖時(shí)，各個ONU的上行包不會互相干擾。

基于以太網(wǎng)技術(shù)的EPON寬帶接入網(wǎng)與傳統(tǒng)的用于計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)的以太網(wǎng)技術(shù)不同，它僅僅采用了以太網(wǎng)的幀結(jié)構(gòu)和接口，而網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和工作原理完全不同。

1、DBA

動態(tài)帶寬分配（DBA）是指實(shí)時(shí)地（ms級）改變PON中各ONU上行帶寬的機(jī)制，根據(jù)帶寬狀態(tài)和ONU需求動態(tài)（合理）分配ONU的上行帶寬。他的優(yōu)點(diǎn)是能實(shí)現(xiàn)高效的上行帶寬利用率和服務(wù)質(zhì)量保證，他的算法業(yè)務(wù)透明，低時(shí)延和低時(shí)延抖動。通過DBA，我們可以根據(jù)ONU突發(fā)業(yè)務(wù)的要求，通過在ONU之間動態(tài)調(diào)節(jié)帶寬來提高上行帶寬效率。

2、突發(fā)同步技術(shù)

突發(fā)同步技術(shù)，如關(guān)鍵字檢測法、傳統(tǒng)相關(guān)法、基于數(shù)據(jù)時(shí)延法、門控振蕩法和改進(jìn)門控振蕩法等等。關(guān)鍵字檢測法的基本原理是：用多相時(shí)鐘對突發(fā)時(shí)隙的前導(dǎo)碼分別抽樣判決，其后對各路數(shù)據(jù)與關(guān)鍵字相比較，選擇使相關(guān)性最好的時(shí)鐘定為同步的bit時(shí)鐘。

3、測距和時(shí)延補(bǔ)償技術(shù)

測距方法的基本是：測量出各個ONU到OLT的信號環(huán)路延遲時(shí)間，然后為每個ONU插入一個特定的均衡時(shí)延Td值，使所有ONU在插入Td后的環(huán)路延遲時(shí)間（稱為均衡環(huán)路延時(shí)值Teqd）都想等，其結(jié)果類似于使每個ONU都移到于OLT相同的邏輯距離處。測距方法有擴(kuò)頻法、帶外法和帶內(nèi)開窗法等幾種。

4、上行信道的復(fù)用技術(shù)

上行信道的復(fù)用技術(shù)是EPON技術(shù)的核心。從目前的研究情況看，大多數(shù)方案使用了DWDM+TDMA的復(fù)用方法。DWDM的使用是發(fā)展的趨勢，但主要取決于光器件。因此，討論的焦點(diǎn)是TDMA的實(shí)現(xiàn)方法，即如何使用TDMA的方法使上行信道的帶寬利用率、時(shí)延和時(shí)延抖動等指標(biāo)達(dá)到要求。

三、EPON在智能電網(wǎng)中的解決方案

電網(wǎng)智能化是電力發(fā)展中重要一環(huán)，而通訊系統(tǒng)是智能化的前提EPON系統(tǒng)作為一種新型，成熟，性價(jià)比高的通訊系統(tǒng)十分適合智能電網(wǎng)的建設(shè)。以下例舉了EPON在兩種電力專網(wǎng)末端接入系統(tǒng)中的解決方案。

EPON目前在電力中最大的需求是來自配網(wǎng)自動化需求。以中興公司EPON系統(tǒng)產(chǎn)品為例提出配網(wǎng)自動化綜合解決方案，其中OLT設(shè)備采用ZXA10 C220，ONU設(shè)備采用的是電力工業(yè)級戶外型EPON ONU ZXA10 F809，其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖3。

用電信息采集系統(tǒng)是智能電網(wǎng)中一個重要的末端接入系統(tǒng)，通過EPON技術(shù)可以使用電量的采集更加簡約化，智能化，便捷化。其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖4。

方案可支持雙PON口、雙EPON MAC，手拉手保護(hù)組網(wǎng)，支持全業(yè)務(wù)保護(hù)，倒換時(shí)間為50ms ～100ms，支持串口（RS232/RS485）應(yīng)用，速率為300～115200 bps，支持FE應(yīng)用，室外型提供調(diào)試串口，4路開關(guān)量輸入等，并且無風(fēng)扇設(shè)計(jì)，整機(jī)功耗要求小于12W，電源支持AC220V，DC12V或24V或-48V，ONU為1U高，整機(jī)深度不建議超過200mm，支持壁掛式、磁吸式、卡接式等多種安裝方式，工作溫度為-40℃～70℃，濕度為4% ～ 95%EMC符合電力嚴(yán)格要求（EMC 4級）。

EPON接入的電力末端用戶的解決方案從城域節(jié)點(diǎn)機(jī)房到用戶端，無需中間節(jié)點(diǎn)或機(jī)房，匯聚節(jié)點(diǎn)使用靈活的無源多級分路器，它們抗干擾性強(qiáng)，覆蓋范圍廣可達(dá)20公里，拓?fù)潇`活可就近進(jìn)入用戶，減少了網(wǎng)絡(luò)層級，減少了有源故障點(diǎn)，更是節(jié)省了增加接入機(jī)房的巨大投資。無源的光器件故障率低，便于維護(hù)管理，便于故障定位。另一方面，無論在設(shè)備成本還是運(yùn)維管理開銷方面，其費(fèi)用也相對較低。EPON拓?fù)渥园l(fā)現(xiàn)技術(shù)，使開通業(yè)務(wù)更加簡單迅速，多種監(jiān)測手段保證后期維護(hù)、判斷故障點(diǎn)快速準(zhǔn)確。并且EPON網(wǎng)絡(luò)有良好的升級擴(kuò)容性，ONU可自動加入，無需配置，OLT可自動發(fā)現(xiàn)ONU，使增加新站點(diǎn)更方便，而且?guī)捹Y源豐富，可以實(shí)現(xiàn)多種智能化業(yè)務(wù)。

四、結(jié)論

EPON作為一種靈活、高帶寬的光纖接入技術(shù)，隨著近年的迅速發(fā)展，產(chǎn)品形態(tài)日益豐富，高集成度的ONU遠(yuǎn)端設(shè)備可直接提供POTS、E1、V35、以太網(wǎng)等強(qiáng)大的綜合業(yè)務(wù)接入能力，提供平滑過渡NGN的能力，更適合智能電網(wǎng)的建設(shè)要求。這一系統(tǒng)的安裝為電力省級及以上的重要網(wǎng)絡(luò)安全的暢通提供了一道堅(jiān)實(shí)的屏障。

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