EPON 技术及其测试的探讨
摘要：本文探讨了接入网新技术EPON （以太网无源光网络）及其测试。
关键词 接入网 EPON 测试
【Abstract 】The paper mainly researches EPON , the new technology of the AN and the test method to EPON
【key words 】 AN（Access Net ） EPON（Ethernet Passive Optical Network ） Test
一、引言
通信技术的发展速度超乎想象，通信网络正在向着“光纤化、IP 化、无线化”的方向演进。三网融合在对骨干网络带宽要求日益增加的同时，也对接入网提出了新的挑战。随着宽带业务的飞速发展，IPTV 等视频多媒体新型宽带业务逐渐被大家所重视和期待，这些宽带业务的推广应用无疑离不开宽带接入网技术的支持。作为向FTTx 过渡的一种宽带光接入技术，PON 从它一被提出就得到了市场极大的关注。基于以太网的无源光网络（EPON ）是一种融合了以太网和无源光网络（PON ）优点的接入网技术，具有容量大、成本低、对IP 业务支持好、技术成熟和维护简单等优点，是未来实现FTTx 的理想方案之一。EPON 协议简单，对光收发模块技术指标要求低，因此系统成本不高。另外，它继承了以太网的可扩展性强、对IP 数据业务适配效率高等优点，同时支持高速Internet 接入、语音、IPTV 、甚至CATV 等多种业务综合接入，并具有很好的QoS 保证和组播业务支持能力，是目前新建宽带接入网的重要备选技术之一。
目前EPON 系统正在我国投入广泛的商业应用。为使EPON 能够进一步大规模地推广应用，就要求不同厂商的EPON 光线路终端（OLT ）和光网络单元（ONU ）设备能够互联互通，同时在工程验收时也需要通过全面的测试保证工程的质量，因此对EPON 的测试工作十分必要。本文主要侧重于EPON 网络的工程验收测试。
二、EPON 技术
1、EPON 技术简介
EPON 技术由IEEE 802.3 EFM 工作组进行标准化。2004年6月，IEEE 802.3EFM 工作组发布了EPON 标准——IEEE 802.3ah （2005年并入IEEE 802.3-2005标准）。在该标准中将以太网和PON 技术相结合，在无源光网络体系架构的基础上，定义了一种新的、应用于EPON 系统的物理层（主要是光接口）规范和扩展的以太网数据链路层协议，以实现在点到多点的PON 中以太网帧的TDM 接入。此外，EPON 还定义了一种运行、维护和管理（OAM ）机制，以实现必要的运行管理和维护功能。EPON 系统的协议参考模型如图1所示。
图1 EPON 系统的协议参考模型
在物理层，IEEE 802.3-2005规定采用单纤波分复用技术（下行1490 nm ，上行1310 nm ）实现单纤双向传输，同时定义了1000 BASE-PX-10 U/D和1000 BASE-PX-20 U/D两种PON 光接口，分别支持10 km和20 km的最大距离传输。在物理编码子层，EPON 系统继承了吉比特以太网的原有标准，采用8B/10B线路编码和标准的上下行对称1 Gbit/s数据速率（线路速率为1.25 Gbit/s）。
在数据链路层，多点MAC 控制协议（MPCP ）的功能是在一个点到多点的EPON 系统中实现点到点的仿真，支持点到多点网络中多个MAC 客户层实体，并支持对额外MAC 的控制功能。图1示意了EPON 协议参考模型及多点MAC 控制协议的位置。MPCP 主要处理ONU 的发现和注册，多个ONU 之间上行传输资源的分配、动态带宽分配，统计复用的ONU 本地拥塞状态的汇报等。
利用其下行广播的传输方式，EPON 定义了广播LLID （LLID=0xFF）作为单拷贝广播（SCB ）信道，用于高效传输下行视频广播/组播业务。EPON 还提供了一种可选的OAM 功能，提供一种诸如远端故障指示和远端环回控制等管理链路的运行机制，用于管理、测试和诊断已激活OAM 功能的链路。此外，IEEE 802.3-2005还定义了特定的机构扩展机制，以实现对OAM 功能的扩展，并用于其他链路层或高层应用的远程管理和控制。
2、EPON 技术的应用
综合考虑EPON 的技术特点、成熟度、投资成本、业务需求、市场竞争等多方面的因素，基于EPON 的FTTx 系统近期主要应用于以下应用。
2.1 公网综合接入
ONU 直接安装在用户家中或者安装在楼层/设备间的综合机柜内，实现业务接入。ONU 可以提供FE 、POTS 、CATV 等用户接口，或者通过ONU 下挂IAD 、二层以太网交换机，通过IAD 、二层交换机实现综合业务接入。
2.2 大客户综合接入
对于商业用户，可以根据业务需求和用户规模的不同，采取不同的实施模式，如FTTO 、FTTB 或FTTC 。
2.3 视频监控系统
视频监控系统等对带宽（特别是上行带宽）要求比较高的应用可以采用EPON 作为接入手段。PON 替代了原来模拟组网方案中的二/三层交换机，同时还节省大量的光纤收发器，并且不需要视频光端机设备。以城市视频监控系统为例，目前由于数量众多的摄像头分布在城市各街道，因此需要较长的传输距离且尽可能地节约光纤资源，而且从监控摄像头到监控中心的视频信号，一般需要1M 甚至更高的带宽。如果用EPON 来提供数字监控接入，则可以很好地满足其接入要求。可以把用户端设备(ONU)放在监控点，监控点的网络编码器或硬盘录像机通过以太网口与ONU 连接；局端设备(OLT)放在监控中心机房，通过上联以太网口与监控中心的网络矩阵主机连接；由于采用EPON 平台，该系统可提供上下行对称的1.25G 高速率接入，在线路上，该方案采用点到多点的拓扑结构，从OLT 到ONU 为全光纤连接，不仅可靠性高、易于维护，还具有良好的扩展性；该方案在解决了数字监控接入问题的同时，还能提供语音等综合业务，不仅可以将各个监控点的图像信号传送到监控中心，还可以接入监控点的语音业务。
2.4 农村信息化建设
农村信息化是国家的工作重点之一。相对于其他接入方式，EPON 在村通/农村信息化工程中具有得天独厚的优势。 选用EPON 平台作为基础，传输距离可达数十公里，满足农村地广人稀的现实要求。线路部分采用无源器件，点到多点的树形结构不仅建设简单、维护简便，而且节省了大量的光纤资源。从成本方面考虑，该解决方案造价低廉，比常规MSTP 组网等方式低50%以上。采用EPON 解决农村信息化的另一个好处在于，采用单一的EPON 平台即可保证语音、数据、视频等多种业务的接入，充分保证农村用户当前及未来通信需求。目前在农村信息化中，主要利用EPON 系统提供语音、数据业务的接入。但随着农村经济的发展、人们生活水平的提高，视频业务的需求会逐步增加，根据不同时期的用户需求，可直接在当前EPON 系统上开通CATV 、IPTV 业务，满足农村用户多样化的业务需求。
2.5其它应用
在固定与移动融合的大趋势下，EPON 在移动领域也将有所作为。将EPON 应用于无线基站的接入，能够实现灵活的小区切换、拥有更好的微移动能力并具有良好的QoS 保
证。此外在广电网络中的应用，EPON 能够提供充足的带宽和良好的QoS 保证，支持各种视频格式数据的高质量传输。能够提供语音、数据和视频的融合网络是未来网络发展的方向，通过EPON 对广电网进行双向改造，能够使广电网成为一个支持多种数据业务的综合平台。
三、EPON 设备的工程测试
1.EPON 设备的测试参考图
EPON的测试参考结构如图2所示。
注：SNI ：业务节点接口UNI ：用户网络接口 IFPON：PON ODN侧接口
图2EPON 设备的测试参考结构图
此外相关标准还定义了测试参考点S 、R 、V 、T 以及网管参考点。S 参考点即紧靠在发送机光连接器后的光纤点；R 参考点即紧靠在接收机光连接器前的光纤点；V 参考点即接入网与业务节点之间的参考点；T 参考点即接入网与用户终端之间的参考点；网管参考点即系统与网管之间的参考点。
2.EPON 系统的主要测试内容
在工程中对EPON 的测试主要包括接口测试、ODN （光分配网络）特性的测试、测距测试、系统性能测试、功能测试以及网管测试。
2.1接口测试包括PON 接口测试、业务节点接口（SNI ）测试以及用户网络接口（UNI ）测试。
PON 接口的测试内容主要包括了OLT 下行平均发送光功率；上行方向的接收灵敏度和过载功率；ONU 上行平均发送光功率；下行方向的接收灵敏度和过载功率；不同ONU 上行最大功率差。
上、下行方向的PON 接口的发送光功率测试有一些特殊要求。在下行方向，当EPON 系统提供CATV 业务时，下行方向就会有1490nm （Ethernet 业务用）和1550nm （CATV 业务用）两个波长共存在一根光纤上，这样就需要选用可选波长的光功率计来分别测试
这两个波长的光功率。上行PON 接口发射光功率有两种方式，一种上行光信号光功率信号只能被下行信号激活，另外一种情况是上行信号只有在某些预先定义的时隙内（即是成帧的）是被激活的。测试所面临的主要问题就在于用标准的平均光功率测试法将不再适用于上行光信号的这两种方式。如果要测试上行发射光功率，前一种方式要求OLT 与ONU 之间必须保持在连通状态，这样就要求用来测试的光功率计支持through （透传）模式，这样才能既保证光链路的连通，又可以同时测试上行光功率。后一种方式要求光功率计具有对突发模式的信号的测试能力。
SNI 接口测试包括GE 接口测试、E1接口测试以及V5.2接口测试。UNI 接口测试应包括10/100M以太网接口测试、E1接口测试以及接入网远端Z 接口测试等。
2.2 ODN 主要是由无源光分路器、无源光衰减器、光纤以及光接头等无源器件组成，对ODN 的测试主要是针对分路器的测试以及最大光纤传输距离的测试。
对分路器的测试，主要包括分路器插入损耗、分路器均匀一致性以及最大分路比的测试等。插入损耗即分路器输入输出功率差，均匀一致性即不同分路最大插损与最小插损的差，最大分路比测试属于验证测试项目，ODN 分路比一般为16或者32。验证测试在所有分路工作正常的时候，应满足分路比要求。同时在最大分路比的情况下系统支持20公里的传输距离。
2.3 测距是PON 系统为了无冲突的传输上行信号所必需的功能。测距测量的是每个ONU 和OLT 之间的逻辑距离。当每个ONU 接收到与其连接的OLT 的发送授权时确定发送定时。对测距的测试主要包括测距能力、静态测距能力、动态测距能力以及测距精度。测距范围指OLT 侧对ONU 进行测距所能达到的最大距离和最小距离。动态测距指在系统启动ONU 正常工作时，若ONU 失步，系统对其采用的测距。动态测距应不影响其它业务。测距精度是指测距所能达到的最小时间范围。
2.4 EPON 系统的性能测试主要IP 传输性能测试、E1通路性能测试以及平均信号传输时延测试。
IP 传输性能主要包括吞吐量、丢包率、传输时延的测试；E1通路性能主要指误码性能测试。
2.5 EPON 系统的主要功能包括VLAN 、动态带宽分配功能（DBA ）、业务QoS 保证、加密功能、组播功能、认证功能、VLANStacking 以及光纤保护倒换功能等，其中最后3种功能为EPON 系统可选功能。对于功能的测试，主要采用功能验证的方法。
2.6 网管测试
主要包括了网管系统的配置管理功能、性能管理功能、告警管理功能、安全管理功能的功能验证测试。
四、结束语
目前无论是国际还是国内，关于EPON 的相关标准正在不断完善之中。随着EPON 的国内外标准的逐渐成熟，无论是EPON 技术还是其测试方法也将得到不断的完善。
对于EPON 系统的全面的工程测试不但能够保证EPON 工程的质量，还能够及时发现EPON 系统在工程实施中出现的问题，有利于EPON 技术的推广应用。
参考文献
《光接入网技术及其应用》 钱宗珏 区惟煦 寿国楚 唐余亮 人民邮电出版社 《接入网设备测试方法—基于ATM 的无源光网络（A-PON ）》 YD/T1250-2003
EPON 技术及其测试的探讨
摘要：本文探讨了接入网新技术EPON （以太网无源光网络）及其测试。
关键词 接入网 EPON 测试
【Abstract 】The paper mainly researches EPON , the new technology of the AN and the test method to EPON
【key words 】 AN（Access Net ） EPON（Ethernet Passive Optical Network ） Test
一、引言
通信技术的发展速度超乎想象，通信网络正在向着“光纤化、IP 化、无线化”的方向演进。三网融合在对骨干网络带宽要求日益增加的同时，也对接入网提出了新的挑战。随着宽带业务的飞速发展，IPTV 等视频多媒体新型宽带业务逐渐被大家所重视和期待，这些宽带业务的推广应用无疑离不开宽带接入网技术的支持。作为向FTTx 过渡的一种宽带光接入技术，PON 从它一被提出就得到了市场极大的关注。基于以太网的无源光网络（EPON ）是一种融合了以太网和无源光网络（PON ）优点的接入网技术，具有容量大、成本低、对IP 业务支持好、技术成熟和维护简单等优点，是未来实现FTTx 的理想方案之一。EPON 协议简单，对光收发模块技术指标要求低，因此系统成本不高。另外，它继承了以太网的可扩展性强、对IP 数据业务适配效率高等优点，同时支持高速Internet 接入、语音、IPTV 、甚至CATV 等多种业务综合接入，并具有很好的QoS 保证和组播业务支持能力，是目前新建宽带接入网的重要备选技术之一。
目前EPON 系统正在我国投入广泛的商业应用。为使EPON 能够进一步大规模地推广应用，就要求不同厂商的EPON 光线路终端（OLT ）和光网络单元（ONU ）设备能够互联互通，同时在工程验收时也需要通过全面的测试保证工程的质量，因此对EPON 的测试工作十分必要。本文主要侧重于EPON 网络的工程验收测试。
二、EPON 技术
1、EPON 技术简介
EPON 技术由IEEE 802.3 EFM 工作组进行标准化。2004年6月，IEEE 802.3EFM 工作组发布了EPON 标准——IEEE 802.3ah （2005年并入IEEE 802.3-2005标准）。在该标准中将以太网和PON 技术相结合，在无源光网络体系架构的基础上，定义了一种新的、应用于EPON 系统的物理层（主要是光接口）规范和扩展的以太网数据链路层协议，以实现在点到多点的PON 中以太网帧的TDM 接入。此外，EPON 还定义了一种运行、维护和管理（OAM ）机制，以实现必要的运行管理和维护功能。EPON 系统的协议参考模型如图1所示。
图1 EPON 系统的协议参考模型
在物理层，IEEE 802.3-2005规定采用单纤波分复用技术（下行1490 nm ，上行1310 nm ）实现单纤双向传输，同时定义了1000 BASE-PX-10 U/D和1000 BASE-PX-20 U/D两种PON 光接口，分别支持10 km和20 km的最大距离传输。在物理编码子层，EPON 系统继承了吉比特以太网的原有标准，采用8B/10B线路编码和标准的上下行对称1 Gbit/s数据速率（线路速率为1.25 Gbit/s）。
在数据链路层，多点MAC 控制协议（MPCP ）的功能是在一个点到多点的EPON 系统中实现点到点的仿真，支持点到多点网络中多个MAC 客户层实体，并支持对额外MAC 的控制功能。图1示意了EPON 协议参考模型及多点MAC 控制协议的位置。MPCP 主要处理ONU 的发现和注册，多个ONU 之间上行传输资源的分配、动态带宽分配，统计复用的ONU 本地拥塞状态的汇报等。
利用其下行广播的传输方式，EPON 定义了广播LLID （LLID=0xFF）作为单拷贝广播（SCB ）信道，用于高效传输下行视频广播/组播业务。EPON 还提供了一种可选的OAM 功能，提供一种诸如远端故障指示和远端环回控制等管理链路的运行机制，用于管理、测试和诊断已激活OAM 功能的链路。此外，IEEE 802.3-2005还定义了特定的机构扩展机制，以实现对OAM 功能的扩展，并用于其他链路层或高层应用的远程管理和控制。
2、EPON 技术的应用
综合考虑EPON 的技术特点、成熟度、投资成本、业务需求、市场竞争等多方面的因素，基于EPON 的FTTx 系统近期主要应用于以下应用。
2.1 公网综合接入
ONU 直接安装在用户家中或者安装在楼层/设备间的综合机柜内，实现业务接入。ONU 可以提供FE 、POTS 、CATV 等用户接口，或者通过ONU 下挂IAD 、二层以太网交换机，通过IAD 、二层交换机实现综合业务接入。
2.2 大客户综合接入
对于商业用户，可以根据业务需求和用户规模的不同，采取不同的实施模式，如FTTO 、FTTB 或FTTC 。
2.3 视频监控系统
视频监控系统等对带宽（特别是上行带宽）要求比较高的应用可以采用EPON 作为接入手段。PON 替代了原来模拟组网方案中的二/三层交换机，同时还节省大量的光纤收发器，并且不需要视频光端机设备。以城市视频监控系统为例，目前由于数量众多的摄像头分布在城市各街道，因此需要较长的传输距离且尽可能地节约光纤资源，而且从监控摄像头到监控中心的视频信号，一般需要1M 甚至更高的带宽。如果用EPON 来提供数字监控接入，则可以很好地满足其接入要求。可以把用户端设备(ONU)放在监控点，监控点的网络编码器或硬盘录像机通过以太网口与ONU 连接；局端设备(OLT)放在监控中心机房，通过上联以太网口与监控中心的网络矩阵主机连接；由于采用EPON 平台，该系统可提供上下行对称的1.25G 高速率接入，在线路上，该方案采用点到多点的拓扑结构，从OLT 到ONU 为全光纤连接，不仅可靠性高、易于维护，还具有良好的扩展性；该方案在解决了数字监控接入问题的同时，还能提供语音等综合业务，不仅可以将各个监控点的图像信号传送到监控中心，还可以接入监控点的语音业务。
2.4 农村信息化建设
农村信息化是国家的工作重点之一。相对于其他接入方式，EPON 在村通/农村信息化工程中具有得天独厚的优势。 选用EPON 平台作为基础，传输距离可达数十公里，满足农村地广人稀的现实要求。线路部分采用无源器件，点到多点的树形结构不仅建设简单、维护简便，而且节省了大量的光纤资源。从成本方面考虑，该解决方案造价低廉，比常规MSTP 组网等方式低50%以上。采用EPON 解决农村信息化的另一个好处在于，采用单一的EPON 平台即可保证语音、数据、视频等多种业务的接入，充分保证农村用户当前及未来通信需求。目前在农村信息化中，主要利用EPON 系统提供语音、数据业务的接入。但随着农村经济的发展、人们生活水平的提高，视频业务的需求会逐步增加，根据不同时期的用户需求，可直接在当前EPON 系统上开通CATV 、IPTV 业务，满足农村用户多样化的业务需求。
2.5其它应用
在固定与移动融合的大趋势下，EPON 在移动领域也将有所作为。将EPON 应用于无线基站的接入，能够实现灵活的小区切换、拥有更好的微移动能力并具有良好的QoS 保
证。此外在广电网络中的应用，EPON 能够提供充足的带宽和良好的QoS 保证，支持各种视频格式数据的高质量传输。能够提供语音、数据和视频的融合网络是未来网络发展的方向，通过EPON 对广电网进行双向改造，能够使广电网成为一个支持多种数据业务的综合平台。
三、EPON 设备的工程测试
1.EPON 设备的测试参考图
EPON的测试参考结构如图2所示。
注：SNI ：业务节点接口UNI ：用户网络接口 IFPON：PON ODN侧接口
图2EPON 设备的测试参考结构图
此外相关标准还定义了测试参考点S 、R 、V 、T 以及网管参考点。S 参考点即紧靠在发送机光连接器后的光纤点；R 参考点即紧靠在接收机光连接器前的光纤点；V 参考点即接入网与业务节点之间的参考点；T 参考点即接入网与用户终端之间的参考点；网管参考点即系统与网管之间的参考点。
2.EPON 系统的主要测试内容
在工程中对EPON 的测试主要包括接口测试、ODN （光分配网络）特性的测试、测距测试、系统性能测试、功能测试以及网管测试。
2.1接口测试包括PON 接口测试、业务节点接口（SNI ）测试以及用户网络接口（UNI ）测试。
PON 接口的测试内容主要包括了OLT 下行平均发送光功率；上行方向的接收灵敏度和过载功率；ONU 上行平均发送光功率；下行方向的接收灵敏度和过载功率；不同ONU 上行最大功率差。
上、下行方向的PON 接口的发送光功率测试有一些特殊要求。在下行方向，当EPON 系统提供CATV 业务时，下行方向就会有1490nm （Ethernet 业务用）和1550nm （CATV 业务用）两个波长共存在一根光纤上，这样就需要选用可选波长的光功率计来分别测试
这两个波长的光功率。上行PON 接口发射光功率有两种方式，一种上行光信号光功率信号只能被下行信号激活，另外一种情况是上行信号只有在某些预先定义的时隙内（即是成帧的）是被激活的。测试所面临的主要问题就在于用标准的平均光功率测试法将不再适用于上行光信号的这两种方式。如果要测试上行发射光功率，前一种方式要求OLT 与ONU 之间必须保持在连通状态，这样就要求用来测试的光功率计支持through （透传）模式，这样才能既保证光链路的连通，又可以同时测试上行光功率。后一种方式要求光功率计具有对突发模式的信号的测试能力。
SNI 接口测试包括GE 接口测试、E1接口测试以及V5.2接口测试。UNI 接口测试应包括10/100M以太网接口测试、E1接口测试以及接入网远端Z 接口测试等。
2.2 ODN 主要是由无源光分路器、无源光衰减器、光纤以及光接头等无源器件组成，对ODN 的测试主要是针对分路器的测试以及最大光纤传输距离的测试。
对分路器的测试，主要包括分路器插入损耗、分路器均匀一致性以及最大分路比的测试等。插入损耗即分路器输入输出功率差，均匀一致性即不同分路最大插损与最小插损的差，最大分路比测试属于验证测试项目，ODN 分路比一般为16或者32。验证测试在所有分路工作正常的时候，应满足分路比要求。同时在最大分路比的情况下系统支持20公里的传输距离。
2.3 测距是PON 系统为了无冲突的传输上行信号所必需的功能。测距测量的是每个ONU 和OLT 之间的逻辑距离。当每个ONU 接收到与其连接的OLT 的发送授权时确定发送定时。对测距的测试主要包括测距能力、静态测距能力、动态测距能力以及测距精度。测距范围指OLT 侧对ONU 进行测距所能达到的最大距离和最小距离。动态测距指在系统启动ONU 正常工作时，若ONU 失步，系统对其采用的测距。动态测距应不影响其它业务。测距精度是指测距所能达到的最小时间范围。
2.4 EPON 系统的性能测试主要IP 传输性能测试、E1通路性能测试以及平均信号传输时延测试。
IP 传输性能主要包括吞吐量、丢包率、传输时延的测试；E1通路性能主要指误码性能测试。
2.5 EPON 系统的主要功能包括VLAN 、动态带宽分配功能（DBA ）、业务QoS 保证、加密功能、组播功能、认证功能、VLANStacking 以及光纤保护倒换功能等，其中最后3种功能为EPON 系统可选功能。对于功能的测试，主要采用功能验证的方法。
2.6 网管测试
主要包括了网管系统的配置管理功能、性能管理功能、告警管理功能、安全管理功能的功能验证测试。
四、结束语
目前无论是国际还是国内，关于EPON 的相关标准正在不断完善之中。随着EPON 的国内外标准的逐渐成熟，无论是EPON 技术还是其测试方法也将得到不断的完善。
对于EPON 系统的全面的工程测试不但能够保证EPON 工程的质量，还能够及时发现EPON 系统在工程实施中出现的问题，有利于EPON 技术的推广应用。
参考文献
《光接入网技术及其应用》 钱宗珏 区惟煦 寿国楚 唐余亮 人民邮电出版社 《接入网设备测试方法—基于ATM 的无源光网络（A-PON ）》 YD/T1250-2003