远距离EPON的应用

迟克伟 石敬东

1.内蒙古广播电视网络集团有限公司牙克石分公司 内蒙古 牙克石市 022150

2.内蒙古广播电视网络集团有限公司伊敏河分公司 内蒙古 鄂温克族自治旗 021133

远距离EPON的应用

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随着宽带接入网络建设，光纤入户工程稳步推进。宽带运营商加快对城市老旧小区和重点乡镇继续加大FTTH网络建设改造力度，农村地区也在积极推进此项工作。如何提高EPON网络中远距离传输部分的用户体验效果，这是当前各大运营商需要解决的难题。本文从EPON网络中的光功率计算和MPCP协议两方面介绍了远距离EPON的应用。

光功率计算 MPCP协议 结论

引 言

随着宽带接入网络建设进入加快推进“光进铜退”，新建楼宇按照光纤到户国家标准，全部实现光纤到户，现有小区加快光纤到户改造步伐。宽带运营商加快对城市老旧小区和重点乡镇继续加大FTTH网络建设改造力度。

农村地区宽带提速也在积极推进。宽带推广普及对于农村小康社会的建设具有重要的意义，在农村地区开展光纤到户建设也逐渐成为共识。

宽带应用推广和普遍服务补偿项目将推动乡镇及新农村新建住宅落实光纤到户。随着农村地区宽带的建设，行业竞争的日益激烈，如何提高EPON网络中远距离传输部分的用户体验效果，这是当前各大运营商需要解决的难题。

1 EPON网络中的光功率计算

1.1 EPON设备采用不同的光模块，可以支持不同的ODN等级

EPON在用的光模块主要有：（1）1000BASEPX20。EPON网络部署早期配置，允许通道插损24dB，支持最高光分路比为1∶32。目前，主流设备已不再配置PX20光模块。（2）1000BASE-PX20+。目前，主流EPON设备均配置PX20+光模块，允许通道插损28dB，支持最高光分路比为1∶64。

在FTTH 规模部署过程中，OLT及ONU设备应采用不低PX20+（EPON）等级的光模块，ODN网络光功率全程衰耗应控制在28dB以内。

1.2 EPON传输距离测算公式

EPON传输距离测算公式，如图1所示。

图1 PON传输距离测算公式

1.3 EPON传输距离测算的相关参数

EPON传输距离测算的相关参数，见表1。

表1 EPON传输距离测算的相关参数

由以上的公式和参数可以反推出，当EPON网络中OLT到ONU端的距离超过20KM时，ODN网络光功率全程衰耗可能会非常接近或超过28dB。

2 MPCP协议介绍

MPCP协议在OLT和ONU之间规定了一种控制机制来协调数据的发送和接收。

2.1 MPCP的发现过程

（1）进程由OLT发起，周期性地产生发现时间窗口，使OLT有机会检测到企图上线的ONU。（2）OLT收到注册请求之后，向ONU发送注册消息，消息包含ONU的LLID及OLT要求的同步时间。（3）OLT再次发送GATE帧，进行校验。（4）ONU发送R-ACK帧进行确认，至此握手过程完成。如图2所示。

图2 MPCP的发现过程

2.2 完成注册之后的MPCP协议交互

（1）ONU完成注册后，系统维持一个Keep-alive机制。（2）OLT定期（最低50ms一次）发送Gate消息给ONU，ONU也定期（最低50ms一次）的发送Report消息给OLT。（3）如果OLT在一定时间内没有收到ONU发来的任何MPCP消息，则认为该ONU的MPCP协议异常，将解注册（Deregister）该ONU。（4）如果ONU在一定时间内没有收到OLT发来的任何MPCP消息，则认为与OLT之间的链路异常或者OLT的MPCP协议异常，将自动解注册。（5）MPCP协议基于MPCPDU中的timestamp进行动态测距，确保ONU上行TDMA的有序性测距。如图3所示。

图3 MPCP协议的动态测距

OLT到ONU距离越长，两者交互的时间越长。交互时间变长，可导致用户体验变差和发生两端设备的信息不对称的情况。

MPCP发现过程还有一个极为重要的机制——动态带宽分配（DBA）机制。

相对于静态带宽分配（SBA），DBA是指OLT基于用户的业务等级协议（SLA），结合ONU的本地队列状态的汇报或者业务预测动态的给ONU发布上行业务授权。期优点在于，实现高效的上行带宽利用率和服务质量保证。

DBA是采用轮询ONU的方式，例如，每1ms给该PON下所有ONU各分配一次grant（每个ONU的grant的大小可能是不同的）。

DBA的具体要求：（1）业务透明；（2）低时延和低时延抖动；（3）公平带宽分配；（4）健壮性好；（5）实时性强。

DBA的工作流程是Gate-Report-Gate-Report。OLT给ONU发布的grant在Gate消息中承载；ONU通过Report消息使OLT了解其本地的队列状态和业务流量；Grant的分配是基于特定算法的；DBA要按照SLA进行grant分配（包括保证带宽、最大带宽等参数）。如图4所示。

图4 DBA的工作流程

根据DBA机制的特点和工作原理，OLT和ONU在远距离传输的情况下对带宽进行较多的占用，从而挤占用户业务的带宽或者增加整体网络带宽的消耗。

3 关于远距离传输EPON网络的结论

结合MPCP协议开销的介绍，可以得到一个对于远距离传输EPON网络的结论。

（1）PON模块发光功率最大的行业标准为1000BASE-PX20+，并无所谓40KMpon模块或者60KMpon模块之说。

（2）使用1000BASE-PX20+模块，对于超过20KM的光衰减使得分光比更大。

（3）根据协议调节MPCP的注册窗口。

（4）远距离需要的测距时间更长，ONU需要的时延补偿更大。

（5）DBA动态带宽保证，需要的开销更多。

物理方面分光比低，相对应开展农网的FTTH性价比低；协议方面时分复用的管理开销更大，分给每个ONU的带宽更小，不符合FTTH用户的高带宽体验。

结束语

通过对OLT与ONU交互过程的介绍，OLT是目前经济有效且易于管理的方式。鉴于野外型OLT在硬件上具备的优势，但不利于后期维护和管理的缺点，可将原有OLT下沉至乡镇，将支持远距离传输的高性能OLT部署至主机房，使整体网络以及用户体验效果达到最优。

审稿人：周速飞 内蒙古广播电视网络集团有限公司正高级工程师

责任编辑：王学敏

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