小区EPON接入网设计 - 图文

题 目 长青小区EPON光纤接入网规划设计

学生姓名 学 号 所在系（院） 专业名称 年 级 指导教师 职

I

题目 五芳园小区EPON光纤接入网规划设计

摘要

随着现代信息技术的不断更新升级，人们对电信业务的带宽、业务、简洁、多样的要求也越来也高。伴随着骨干网的能力越发增强，与此同时接入网却没有多大进步。如此，由骨干网络到用户终端之间的几百米或者几公里组成的接入网，因此而被形象地称为\最后一公里\。由于骨干网基本采用光纤结构，传输速度非常快。因此，这\最后一公里\便必然成为了制约整个网络系统的瓶颈。这使得改进接入网已经到了十分关键的时刻。

本文简要介绍了关于EPON的一系列基础知识和以EPON为接入方式的小区接入网规划。本着实用的原则，综合考虑设备选型，ONU位置，IP地址分配，实现其可运营性。并选定一个小区，进行完整的光纤接入网设计，达到学有所用的目的。

II

目录

前言 .................................................................. 1 1 绪论 ................................................................ 2

1.1 光纤接入技术 ................................................. 2

1.1.1 光纤接入技术概述 ....................................... 2 1.2 EPON技术介绍 ................................................. 3

1.2.1 EPON技术概述 ........................................... 3 1.2.2 EPON系统概述 ........................................... 4 1.2.3 EPON系统各部分功能 ..................................... 5 1.2.4 EPON信号传送原理 ....................................... 5 ................................................................... 7

............................................................... 7

2 光纤接入网的基本概念 .............................................. 8

2.1 光纤接入网的优势 ............................................. 8 2.2 光纤接入网结构 ............................................... 8 2.3 光纤接入网的分类 ............................................ 10 2.4 接入网的拓扑结构 ............................................ 11 ..................................................................... 13

.................................................................. 13 .................................................................. 13 .................................................................. 13 .................................................................. 15 ..................................................................... 16

.................................................................. 16 .................................................................. 16 5 五芳园小区EPON光纤接入网规划设计方案 ........................... 18

5.1 接入网网络结构的设计 ........................................ 18 5.2 设备选型 ..................................................... 19

5.2.1 OLT选型 ................................................ 19

5.2.1.1 AN5116-02设备 .................................... 19 5.2.1.2 AN5116-02前视图 ................................. 19 5.2.1.3 AN5116-02后视图 ................................. 20 5.2.1.4 AN5116-02机架结构 ............................... 21 5.2.1.5 AN5116-02支持及上联 ............................. 21 5.2.1.6 AN5116-02单盘配置 ............................... 22 5.2.2 ONU选型 ................................................ 22

5.2.2.1 AN5006-04 ........................................ 22 5.2.3 无缘分光器选型 ......................................... 24 .................................................................. 24 .................................................................. 25

III

5.5 光功率分配计算过程 .......................................... 25 5.6 IP地址分配 .................................................. 27

5.6.1 IP地址概述 ............................................ 27 5.6.2 A、B、C类地址研究 ..................................... 28 5.6.3 公有和私有IP地址 ..................................... 29

5.6.3.1 公有IP地址 ...................................... 29 5.6.3.2 私有IP地址 ...................................... 30 5.6.4 小区用户IP地址分配 ................................... 31 5.7 网络保护方式的选择 .......................................... 31 5.8 网同步的设计 ................................................ 33

5.8.1 OLT与ONU的时钟同步与MPCP时钟同步 .................. 33

结论 ................................................................. 35 致谢 ................................................................. 36 参考文献 ............................................................. 37 附录 ................................................................. 38

IV

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前言

光纤接入网以光纤作为传输媒质，传输距离长，传输容量大，抗干扰性强，衰减小，重量轻，是未来宽带固定接入的必然发展方向。

EPON：（以太无源光网络)是一种新型的光纤接入网技术，它采用点到多点拓扑结构、无源光纤传输，并可在以太网的基础上提供多种业务。它在物理层采用了PON技术，链路层使用以太网协议，利用PON（无源光网络)的拓扑结构，从而实现以太网的接入。

自EFMA(Ethernet First Mile Alliance，第一公里以太网联盟)在2004年6月发布EPON技术规范IEEE 802.3 ah以来，EPON技术得了到快速的发展，目前相关的芯片和设备均已成熟。业内人士基本认为，FTTH是宽带接入的最理想方式，而EPON也将成为一种被主流认可的宽带接入技术。 早在2001年起，IEEE就开始了EPON技术的讨论。经过亚洲国家（中国、日本、韩国）近几年来在标准完善、现网规模部署、系统测试验证等方面的努力，EPON技术在亚洲得到了广泛的应用，并带动其产业链逐步发展壮大。 政府政策的支持和竞争日益激烈的市场是EPON技术快速发展的驱动力。随着我国的IP业务的不断增加和我国电信运营市场的逐渐开放，无论是传统电信运营商还是新兴运营商，为了能够在新的竞争环境中不败于电信行业之间，都把建设方向瞄准了IP业务的电信基础网。

在我国南方，接入网主要是采用ADSL/ADSL2+、LAN技术为主，由于需要大量的实线、铜缆作为接入网的媒质，提高了建网成本，加大了满足业务需求的难度。

本文以五芳园小区为背景，EPON技术为结构精髓，通过对网络书籍资料的自学和查阅，对本小区进行实地考察,进行一系列的规划设计。尽可能的解决以上所述问题。

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1 绪论

1.1 光纤接入技术

1.1.1 光纤接入技术概述

接入网也称为光纤用户环路（FITL），它的光线路终端（OLT）可以设在交换局中也可设置在远端。它的光网络单元（ONU）设在用户侧，光线路终端和光网络单元之间是由光纤连接。ONU可以以多种方式连接用户，一个ONU可以连接多个用户。根据与用户的距离，光纤接入网FITL又有多种方式，例如：光纤到户（FTTH）、光纤到大楼（FTTB）、以及光纤到路边（FTTC）等几种形式。从光纤接入网是否有电

源分类，又可以分成无源光网络（PON）和有源光网络（AON）两类。

由于我们只讨论无源光网络，有源光网络就不做介绍了。

无源光网络（PON）技术是点到多点的光纤接入技术，由局侧的光线路终端（OLT）、用户侧的光网络单元（ONU）以及光分配网络（ODN）组成。它的一般采用TDM广播方式、上行采用时分多址接入（TDMA）方式，并且可以灵活地组成星型、树形、总线型等拓扑结构。而“无源”，是指ODN中不需要电子电源及有源电子器件，全部由光分路器（Splitter）等无源器件组成，因此其维护的成本相比较低，对雷电、磁场等环境因素的干扰影响不明显。 光接入网因为采用光纤作为传输媒介，具有传输距离长，传输容量大，抗干扰性强，衰减小，重量轻，等特点，是有线宽带接入技术的理想方案，代表了宽带接入网的发展方向。 1.1.2 光纤接入技术的研究意义

随着Internet的快速发展,我国已经进入了一个信息交流爆炸的网络型社会,我们的学习、工作及生活已经无法再离开网络,光纤在传输带宽方面具有极大的优势。经过多年的发展,传输网已经基本上实现了数字化和光纤化,交换网也已经基本实现了数字化和程控化,而接入网却发展缓慢。为了提高网络业务的容量、质量、速度以及对网络资源的开发利用,我们必须要突破这一瓶颈，最大程度的提高这“最后一公里”的传输效率。

目前，国内DSL接入提供的速率大概为1Mbit/s或者2Mbit/s，对于宽

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带上网，这个速率似乎足够了，但是对于传输电视节目则明显不够了。常规数字电视H.264编码的一路SDTV节目需要2Mbit/s,加上数据接入业务，接入带宽至少需要4Mbit/s。这就使得改善接入网的速率问题更加紧迫。 现如今我国经济的高速发展,各地城市的迅猛建设 ,使得光纤通信再一次被人们关注。为了全面提升国家信息基础架构的安全、层次、质量,研究接入网是关键,而最终的解决方案是FTTH。对于电信运营商而言,FTTH是关系到网络和业务转型的重要领域,采用EPON方式进行FTTH接入有其强大的优势。

1.2 EPON技术介绍

1.2.1 EPON技术概述

PON（无源光纤网络）是指光配线网中不含有任何电子器件及电子电源，它具有节约光纤材料、对网络协议透明的优点，是电信维护部门长期期待的技术，在光接入网中扮演着相当重要的角色。与此同时，以太网（Ethernet）技术已经经历了二十年的发展，它以其实用简便，价格低廉的优势，基本已经完全统治了局域网，并通过实践被证明是承载IP数据包的最佳载体。而以太网与PON的结合，便产生了以太网无源光网络（EPON）。其通过在网络中采用性价比高的以太端口和可靠性高、成本低的无源部件, 可以轻松的实现EPON 的既具经济又具高带宽的性能。由于同时具备以太网和PON的特点，EPON成为了光接入网络领域中的热门技术。

随着IP业务的不断发展，有关组织提出了EPON的概念，即在与APON类似的结构和G.983的基础上，设法保留其精华部分也就是物理层PON，而以以太网代替ATM作为链路层协议，构成了一个可以提供低成本、大带宽和强大业务能力的新型接入技术——EPON。

EPON：（以太无源光网络)是一种新型的光纤接入网技术，是当今解决“最后一公里”瓶颈的新兴接入技术。它采用点到多点拓扑结构、无源光纤传输，并可在以太网的基础上提供多种业务。它在物理层采用了PON技术，链路层使用以太网协议，利用PON（无源光网络)的拓扑结构，从而实现了以太网的接入。

因此，它综合了PON技术和以太网技术的优点:传输距离长，传输容量大，抗干扰性强，衰减小，重量轻，便于的管理,与现有以太网的兼容等。

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1.2.2 EPON系统概述

以太无源光网络是采用点到多点（P2MP）结构的单纤双向光接入网，它的拓扑结构可以为树型或星型。EPON分别由网络侧的OLT、光分配网ODN、用户侧的ONU构成。EPON系统模型和EPON协议分层与OSI模型的关系如下图：

ODN网络FTTHOLTODN网络FTTBODN网络FTTcabSNIEPON系统ONT用户侧TEONU楼宇内信息点信息点TEONU交接箱等TEUNI

图1－1 EPON系统模型

其中SNI为业务节点接口、UNI为用户网络接口、 ODN为光分配网络 、TE为终端设备。

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LAN分层

LAN分层上层OSI参考模型分层MACClientOAM上层MACClientOAMMACClientOAM应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层MAC ClientOAM多点MAC控制

ONU多点MAC控制MACMACRSMACOLTMACRSGMII PCSGMII PCS

FEC

MDIPMAPMDPHYFECPMAPMDMDI无源光介质PHY

FEC=前向纠错GMII＝千兆比媒质无关接口MDI＝媒质相关接口OAM＝运行、管理和维护OLT＝光线路终端ONU＝光网络单元PCS＝物理编码子层PHY＝物理层PMA＝物理媒质附加PMD＝物理媒质相关RS＝调和子层图1－2 EPON协议分层与OSI模型的关系

1.2.3 EPON系统各部分功能

OLT（光线路终端）：以广播方式向ONU发送以太网数据；发起并且控制测距过程，并且记录所测信息；控制ONU功率和ONU注册；为ONU分配带宽，也就是控制ONU的发送窗口大小和发送数据时间。

ODN（光分配网）：分发下行方向数据并且集中由ONU上传的上行数据。无源分光器可将输入的一路光信号进行不等比例的光功率分割，并输出所分割的多路信号。

ONU（光网络单元）：响应OLT所发出的功率控制和测距命令，并对命令作出调整；缓存所属用户的以太网数据，并在OLT所分配的发送窗口内发送上行方向数据。

1.2.4 EPON信号传送原理

EPON系统运用WDM技术来实现单纤双向的信号传输。为了将用户的上下行方向信号分离，EPON使用了两种复用。

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下行数据流采用广播方式，取下行波长1490nm。各自ONU根据下行数据标识信息接收属于自己数据，并丢弃其它数据。

图1-3 下行方向信号传输原理

上行数据流采用TDMA方式， 取上行波长1310nm。各自ONU发送的时间和长度由OLT集中控制。

图1-4 上行方向信号传输原理

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1.3 FTTH技术

1.3.1 FTTH技术概述

尽管如今移动通信发展速度很快，但其由于带宽难以提高，终端体积追求小巧，显示屏幕受限等因素，人们依然需要性能更强得多的固定终端。信息化进程的前进和网络业务需求的提高，快速推动着网络的发展。

FTTH（光纤入户）的意思是光纤和终端设备一同进入家庭，也就是说将光网络单元（ONU）安装到用户家庭，从而实现数据，图像，语音业务的整合。它是光接入系列中最接近用户的类型之一。FTTH的优点是增强了网络对波长、速率、数据格式和协议的透明性，可以提供更大的带宽，支持的协议也较为灵活。值得一提的是其对环境影响和供电都要求都不高，便于了安装和维护。光纤到户的最大优势在于，它具有非常大的带宽，是解决 “最后一公里”瓶颈的最佳方案。

根据光纤深入用户的程度，可以分为FTTC(光纤到路边)、FTTZ（光纤到小区）、FTTO（光纤到办公室）、FTTF（光纤到楼层）、FTTH（光纤到用户）等。

这里我们只研究FTTH，其它方式暂不多谈。

FTTH从拓扑结构分类可以分为点到点（P2P）和点到多点（P2MP）两种。FTTH从封装协议的不同可分为BPON，EPON，GPON等，这些PON技术的网络拓扑结构都为树型结构。

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2 光纤接入网的基本概念

2.1 光纤接入网的优势

光线接入网一种以光纤作主要传输媒介的接入网. 它的主要优点有：

1光纤带宽容量大，可以满足未来更多业务的需要。 2光纤抗干扰性好，不会被电磁或雷电等的影响。 3光纤寿命长久，可达50年。 4衰减小。

5体积小，重量轻。

于是，它以频带宽、损耗低、重量轻、抗干扰能力强、工作性能可靠、原材料丰富等优点赢得了市场的肯定。虽然有成本较铜线高的缺点，但随着技术的成熟，其成本在逐渐降低，大大增加了其推广的可行性。

2.2 光纤接入网结构

可以说OLT和ONU组成光纤接入网（OAN），其包含与UNI（用户网络接口）有关的用户端口功能、与SNI（业务节点接口）有关的业务端口功能以及核心功能（如集线、电路仿真和通路选择），这些功能分布在OLT（光线路终端）和ONU（光网络单元）中。其通过光线路终端(OLT)与业务节点相连，通过光网络单元(ONU)与

用户连接，而通常为了降低成本，一个光线路单元OLT可以带多个ONU。

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图2-1 光纤接入网模型

光线路终端OLT的功能是为接入网络提供与本地交换机之间信息传输的接口，并且通过光传输的方式与用户端的光网络单元通信。其具体的工作有：1、向ONU以广播方式发送以太网数据。2、发起并控制测距过程，并记录测距信息。3、为ONU分配带宽。它能够将交换机的交换功能与用户接入完全隔开，并提供对自身和用户端的监控和维护。对于位置的设置，可以和本地交换机一起设置在交换局端，也可以放置于远端。

光网络分配单元ONU的功能是为其接入网络提供用户侧的接口。具体工作的有：1、选择性的接收OLT发送的广播数据。2、响应OLT发出的测距以及功率控制命令，并遵照控制命令作出相应的调整。3、对用户的以太网数据进行缓存，并且在OLT分配的发送窗口内发送向上行方向的信息。ONU可以接入多种用户终端，并且具有光电转换的功能以及相应的维护和监控的功能。ONU的主要功能是结束来自OLT的光纤，处理光信号并为多个用户提供业务接口。ONU的网络端是光接口，而它的用户端是电接口。因此，ONU具有光信号和电信号相互转换的功能。同时，它仍具有对话音的数字信号和模拟信号相互转换功能。ONU通常可以放置离用户较近的位置。

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2.3 光纤接入网的分类

按技术上分，光纤接入网可分为有源光网络和无源光网络，有源光网络可以分为基于PDH和SDH两种。由于EPON系统是以太网无源光网络，所以有源光网络我们就不多讨论了。

对于无源光网络（PON）是指在OLT和ONU之间是光分配网络(ODN)，不需要任何有源电子设备。PON即无源光网络（无源的光接入网）分为APON、EPON 和GPON等几种,其中EPON是将以太网技术与PON技术完美结合。 按照拓扑结构，光纤接入网可以分成：环形、总线形、星形或它们的混合形，也有点对点的应用。

总线型：总线形结构是将光纤作为公共总线，各用户终端通过耦合器与总线直接连接。其优点有:共享主干光纤，节省线路投资，比较点容易增删节，各用户彼此干扰较小。但其缺点是：存在损耗累积，用户接收机的动态范围要求较高，对主光纤的依赖性强。它结构属串联型结构。

环形结构：它是所有节点共享一条光纤链路，将光纤链路首尾相连，自成封闭回路的网络结构。这种结构的优点是无需外界干预，网络即可在比较短的时间内，从失效故障中恢复所传业务，即：实现网络自愈。

星形结构：它是将各用户终端通过一个位于中央节点(设在端局内)具有控制和交换功能的星形耦合器进行信息交换的。它不具有损耗累积，易于升级和扩容，各用户之间干扰性小，业务适应性强。但它缺点是：所需光纤较多，对中央节点的可靠性要求非常高。星形结构又可分为单星形结构、有源双星形结构和无源双星形结构。它属于并联形结构。

按照光纤到达的位置，光纤接入网可以分为光纤到户(FTTH)，光纤到路边(FTTC)，光纤到大楼(FTTB)，光纤到办公室(FTTO)。其中最常用的三种是FTTH（光纤到用户）、FTTB（光纤到大楼）、FTTC（光纤到路边）。

FTTH是直接将ONU放置在用户住宅内，为家庭用户提供综合宽带业务。FTTH是光纤接入网的最终目标，但是由于每一用户都需要一对光纤和独自的ONU，因此成本非常昂贵，目前实现起来并不现实。

FTTB是将ONU设置在大楼内的配线箱。主要应用于远程医疗、远程教育、综合大楼及大型娱乐场所，为大中型企事业单位和商业用户服务，并为其提

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供高速数据、电子商务等宽带业务。

而FTTC将光网络单元（ONU）设置在路边，也就是用户住宅的附近，从ONU出来的电信号再传送到各个用户。主要是为住宅用户提供宽带服务。视频业务一般用同轴电缆传送，电话业务用双绞线传送。

2.4 接入网的拓扑结构

ODN的基本结构：根据光分路器（OBD）的连接方式，网络可组成很多种结构，而星型和树型是最普遍的。

关于星型结构：是ONU与OLT之间按照点对点配置。也就是一个ONU直接与一个OLT连接，而中间不需要OBD（光分路器）。而OLT与ONU之间的光链路则只是一根光纤或两根。

图2－2 星型结构

关于树型结构，树型结构可分为两种：

1、OLT与ONU按照一点对多点配置，也就是一个OLT连接多个ONU，并且中间有一个POS。此结构的优点为跳接相对少。因此，减少了光缆线路的衰减和故障率。同时，便于数据库管理。而缺点是光分路器后的光缆数量、对管道需求量很大。

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图2－3 典型树型结构

2、而当采用两个、两个以上的光分路器时，按照级联的方式连接时，就构成了第二种树型结构。

其优点是由于安装光分路器比较分散，于是减少了对管道的需求，更适用于用户更加分散的小区。而缺点是增加了跳接点，加大了线路衰减，故障率增加，同时数据库管理难度也增加了。

图2－4 多级联树型

本小区的拓扑结构即为典型树型结构。

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3 五芳园小区本地网网络结构和运行数据

3.1 五芳园小区本地平面图及局所位置

五芳园小区位于石景山区鲁谷大街以西，鲁谷南路附近。小区共有居民楼12栋，分别由6座一字型和6座U字型居民楼组成。其中，一字型居民楼有个4单元，U字型居民楼有12个单元。两种楼型均为6层，每层均为3户。因此，五芳园小区共96个单元，共6*3*96=1728户。

以下为五芳园小区平面图及局所位置：

图3.1 五芳园小区平面图

3.2 本设计所涉及范围的用户群状况

由于五芳园小区的楼宇分布密集，用户数量多,且基本为普通居民用户。需要网络覆盖范围较大。居民楼等用户密集区域，广阔的网络覆盖区域和大量的接入数需要强劲的网络核心为其保证充沛动力。并且由于接入单元的数量众多，其管理工作非常复杂，因此在设备的性能要求具有足够的扩展性和智能性。另外，设备的安全性也同样至关重要。因此对于五芳园小区网络建设要综合考虑多方因素。

3.3 现行用户接入方式及接入业务状况

现行小区的用户接入方式为ADSL接入方式,其属于铜线宽带接入。铜线宽带接入技术也叫做xDSL技术，xDSL是各种类型DSL(Digital Subscribe

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Line)数字用户线路)的总称，其中包括ADSL非对称用户数字环路、HDSL高比特率的用户数字环路和VDSL甚高比特率的用户数字环路。

由于本小区现行接入为ADSL本章只介绍ADSL接入，其他暂不介绍。 ADSL是目前DSL中技术比较成熟的一种，也是普通家庭用户中最普遍的一种。其优点是带宽相对较大、连接简单、成本较小。ADSL系统主要是适合住宅用户，它采用频分复用技术把普通的电话线分成了电话、上行和下行三个相对独立的信道。它在一对电话线上同时传送一路高速下行数据、一路较低速率下行数据和一路模拟电话数据。各种信号以频分复用方式占用不同频段，低频段传输语音信号，中间窄频段传输上行信道数据和控制信息，剩下高频段传送下行信道数据和图像。从而成功避免了相互之间的干扰。即便边打电话与上网同时进行，也不会影响上网的速率

和通话的质量。通常ADSL在不影响正常电话通信的情况下可以提供最高3.5Mbps的上行速度和最高24Mbps的下行速度。

ADSL技术允许多种格式的数据、视频信号、语音以铜线为媒介从局端传给用户终端，可以支持高速Internet/Intranet访问、视频点播、在线业务、电视信号传送等。但它们的缺点是覆盖面有限，并且一般高速传输数据是非对称的，上行传输数据传输速度较低。

ADSL是一种异步传输模式（ATM）。在电信服务提供商端，需要将每条开通ADSL业务的电话线路连接在DSLAM（数字用户线路访问多路复用器）上。而在用户端，用户需要使用一个ADSL终端（由于类似传统的调制解调器（Modem），所以也称为“猫”）来连接电话线路。由于ADSL使用的是高频信号，所以在两端还都要使用ADSL信号分离器（Demultipexer），将ADSL数据信号和普通音频电话信号分离开，以免用户打电话的时候出现噪音干扰的现象。

在实际应用中，由于有传输高频信号的限制，ADSL需要电信提供商端接入设备和用户端口之间的传输距离不得超过5千米，也就是用户的电话线连到电话局的距离不能超过5千米。

总之，ADSL是众多DSL技术中更为成熟的一种，其带宽较大、投资较小、连接简单的优点使其发展的很快。但从技术角度上看，ADSL技术对宽带业务来说仍是一种过渡性方法。

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3.4 业务发展预测

自EFMA(Ethernet First Mile Alliance，第一公里以太网联盟)在2004年6月发布EPON技术规范IEEE 802.3 ah以来，EPON技术得了到快速的发展，目前相关的芯片和设备均已成熟。业内人士基本认为，FTTH是宽带接入的最理想方式，而EPON也将成为一种被主流认可的宽带接入技术。

政府政策的支持和竞争日益激烈的市场是EPON技术快速发展的驱动力。随着我国的IP业务的不断增加和我国电信运营市场的逐渐开放，无论是传统电信运营商还是新兴运营商，为了能够在新的竞争环境中不败于电信行业之间，都把建设方向瞄准了IP业务的电信基础网。尽管早在2000年，EPON国际标准已经出台，但是具体的商用建网，依旧是无章可循。现如今，中国电信的EPON企业所使用的标准已经成为国内部署EPON接入的主要参照标准。自从中国电信在2005年决定率先使用EPON之后，开始同中兴通讯、烽火通信等设备商探索EPON接入的建网道路。有了开放的行业使用标准作保证，国内EPON产业链的发展也变得有章可循。主流设备商，华为、烽火和中兴相继推出了适合中国建网的解决方案，这些公司的EPON出货量也达到几百万线。窄带发展以来，由欧美制造商控制的制造格局，在PON主导的宽带市场已经有所改变，烽火、华为、中兴等厂商就是这一改变的贡献者。

作为下一代PON技术，10G EPON具备与EPON兼容、宽带大、分光比大的特点，并与EPON网管统一现网可平滑升级，符合固网的未来发展趋势。它不但可以利用现

有网络直接提速至10倍，并且能与我国电信运营商的宽带规划所结合，支撑国内电信运营商中远期规划目标实现，支撑运营商在IDC业务、家庭客户业务的持续拓展。

因此，在下一代PON的激烈竞争中，10G EPON得到了充分的发展空间，并且由于其具备自主知识产权和良好的扩充性和兼容性，未来拥有广阔的市场前景。

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4 建设接入网的可行性和必要性

4.1 成熟的EPON技术

目前，EPON技术已经很成熟了，它的体现主要为：经过各组织的标准制定、运营商设备商的努力拓展、EPON的芯片和光模块性能成熟，并且在中国电信的引导下，实现了EPON芯片级和系统级的互通。与此同时，EPON产业链也进一步成熟，并且形成了良性的竞争格局。由于设备成本不断下降，其大规模推广的可行性以达到运营标准，并可广泛运用于城市和农村的综合接入。

4.2 用户需求分析

五芳园小区共12幢居民楼96个单元，共6*3*96=1728户，需要开通的业务有：宽带业务和普通电话业务，来满足小区用户的新需求。由于五芳园小区的楼宇分布密集，用户数量多。需要网络覆盖范围较大。居民楼等用户密集区域，广阔的网络覆盖区域和大量的接入数需要强劲的网络核心为其保证充沛动力。并且由于接入单元的数量众多，其管理工作非常复杂，因此在设备的性能要求具有足够的扩展性和智能性。另外，设备的安全性也同样至关重要。因此对于五芳园小区网络建设要综合考虑多方因素。

FTTH作为一种综合接入手段，可以提供高带宽和QoS（服务质量）保证能力，并可承载以太网/IP业务、语音业务等多种业务：

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图4-1 EPON提供的用户三种业务类型

1、数据业务：可以为用户提供4M的带宽，可以在长期满足基于以太网/IP的数据业务的需要，比如用户互联网接入、文件下载、网络游戏等各种业务。

2、语音业务：可以为用户提供语音业务，包括采用VOIP（将模拟声音讯号数字化，以数据封包的型式在 IP 数据网络上做实时传递）的软交换电话语音以及各种增值业务和64kbit/s电路仿真方式的传统电话。对于通讯技术发展趋势，软交换方式最终将会成为由FTTx技术支持的实现方式。

3、视频业务：当前用户的视频业务为电视台提供的CATV，但正在向DTV方向转移，由于政策关系，通讯网络运营商与上诉业务无太大关系。他们关心的是IPTV业务。对于IPTV，接入网要提供信息传输的通道，带宽和通道的QoS保证能力便是IPTV业务能否提供的主要因素。

总之，对于五芳园小区的，EPON主要提供语音、数据等业务。

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5 五芳园小区EPON光纤接入网规划设计方案

5.1 接入网网络结构的设计

五芳园小区的网络结构为中心机房设置OLT并引出25根光缆，一根与网络侧相连,其他24根通过PON口与各楼宇的一级无源分光器相连。由于本小区使用的网络保护方式为主干冗余保护，所以OLT到每一个POS都有两条布线不同的光缆以保证网络的安全，所以OLT到POS的总光缆数为24。

由于五芳园小区分别由6座一字型和6座U字型居民楼组成。不同的楼宇结构，接入方式也不同。

五芳园小区接入网网络如下：

图5-1 五芳园小区接入网网络平面图

对于一字型楼型，我们以一楼住户为例，OLT引2根3芯光缆到一号楼的一层楼道，与楼道中的梯位配线箱内的3个2：32分光器连接。3个2：32分光器再引出4根18芯光缆与每栋楼每层的楼层配线箱内的ONU连接。

对于U字型楼型，我们以十二楼住户为例，OLT引2根7芯光缆到十二号楼的一层楼道，与楼道中的梯位配线箱内的7个2：32分光器连接。七个2：32分光器再引出12根18芯光缆与每栋每层的楼层配线箱内的ONU连接。

需要提到的是，不论是一字型还是U字型楼宇，每户的ONU都放在楼层的楼层配线箱内，ONU与用户室内信息点的距离不得超过100米。

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5.2 设备选型

5.2.1 OLT选型

5.2.1.1 AN5116-02设备

OLT选用武汉烽火科技集团AN5116-02： 1、14U（1U为4.445cm，16为62.23cm）子框。 2、中板结构，双面插卡，支持主控盘主备保护。

3、480 mm×621.5 mm×406.5 mm（宽×高×深）的子框，满配重量为40kg。 4、设备正面提供16个PON业务板卡，背面提供7个GE数据业务上联口、V5语音上联口，另可提供CATV、STM-1等业务接入。

5、单板具有2个PON接口，按1：32分路比可接入64个ONU；单框可接入1024个ONU。

图5-2 烽火OLT AN5116-02

5.2.1.2 AN5116-02前视图

子框正面共有20个槽位。从左至右依次编号为1-20，其中1-8、11-18号槽位是EC2卡或TDM卡槽位，9、10号槽位是GSWC卡槽位，19和20号槽位为AC16卡或VoIP卡槽位。子框顶部为风扇单元，底部为导流单元。风扇单元的面板有两个指示灯，绿灯为风扇工作指示灯，红灯为风扇告警指示灯。

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图5-3 AN5116-02前视图

5.2.1.3 AN5116-02后视图

图中29号槽位为GUP7卡或GUPE7卡槽位，对应着设备正面的9号GSWC卡槽位。39号槽位为16E1卡槽位，对应着正面的19和20号AC16卡或VoIP卡槽位。其余槽位为空余，可装上假面板。顶部还装有两个 -48V电源连接器和一个告警连接器。

图5-4 AN5116-02后视图

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5.2.1.4 AN5116-02机架结构

AN5116-02设备采用-48V直流供电，机架需要内置一个PDP电源分配单元。2.0米高的机架可安装2个子框，2.2和2.6米高的机架可安装3个子框。

图5-5 AN5116-02机架结构

5.2.1.5 AN5116-02支持及上联

1、AN5116-02单子框可插16块EC2卡，实现语音、数据和图像的三重业务播放（triple play）。

2、AC16卡是语音业务控制部件，实现话音类业务的接入；可分为V5和 VoIP语音处理卡两种：V5卡支持基于V5协议的PSTN语音传输，而VoIP卡支持软交换情况下的NGN语音传输。

3、GUP7卡（3个10 /100 /1000 Base-T端口、4个1000 Base-SX端口）、GUPE7卡（7个10 /100 /1000 Base-T端口）以及16E1卡上的多种上联口能实现多种业务的上联，极大地方便用户组网。

4、TDM卡上的STM-1（155M速率）光接口作为透传E1信号的上行接口，

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实现E1业务的接入。 5.2.1.6 AN5116-02单盘配置

表5-1 AN5116-02单盘配置

插卡方向 槽 位 卡 名 9、10 千兆核心交 换卡 EPON接口卡 （10 Km） 1-8， 前插 11-18 代号 数量 描 述 GSWC 1-2 备 注 完成业务流量的汇聚、 最多2块，互为 交换和处理 完成EPON系统的OLT部 热备份 EC2 EPON接口卡 （20 Km） TDM业务卡 TDM 1-16 分功能，最多可连接 128个ONU 根据用户需要选 择 0-4 提供2路155 M的光接口 19、20 语音控制卡 完成窄带业务的控制， 根据用户需要选 AC16 1-2 提供V5协议和软交换处 择一种（可做1 理 VoIP 1-2 提供软交换上联 GUP7 1 ：1保护），不 可混插 29 后插 39 千兆上联卡 GUPE7 1 E1上联卡 为系统提供光/电可选的 每框插1块，二 千兆上联接口 选一 为窄带语音提供16个2M 16E1 0-1 每框插1块 上联接口 五芳园小区共需OLT满配子框两个，可提供64个PON口。

其中六个一字型楼每幢需占三个PON口，六个U字型楼每幢需占七个PON口，共需60个PON口。余下四个PON口作为备用。 5.2.2 ONU选型 5.2.2.1 AN5006-04

ONU选用武汉烽火科技集团AN5006-04

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因为在实施小区的PON接入的时候，我们是采取FTTH的，所以我们将选择烽火集团的AN5006-02/03/04/05设备如图所示：

图5-6 AN5006系列ONU

支持VLAN

支持IEEE802.3QVLAN协议，用户可在布线结构不变的情况下，通过修改网络配置，灵活建立虚礼局域网，划分逻辑结构，减少了组网成本，优化了网络结构。

支持组播业务功能

支持IGMP SNOOPING协议，提供了灵活的可控组播功能。 丰富的QoS保障，可设置数据包具有高优先级。 支持VBAS、DHCP OPTION82。

用户侧接口： AN5006-02：1*GE+1*FE+1*RF（CATV接口）（可选） AN5006-03：4*FE+1*RF（可选） AN5006-04：4*FE+2*POTS+1*RF（可选） AN5006-05：2*FE+2*POTS+1*RF（可选） 网络标准：IEEE802.3ah

具有4个优先级队列支持802.1P、PORT、MAC、TOS、DIFFSERV等方式的QoS 支持802.1Q VLAN和基于端口的VLAN

支持基于端口的输入和输出带宽控制：4K颗粒度 支持IGMP SNOOPING

MAC地址：ONU的每个以太网端口支持64个MAC地址 尺寸：200*170*45 mm 电源：220V AC/50～60Hz，

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满载功耗： AN5006-02<7W； AN5006-03<10W； AN5006-04<18W； AN5006-05<15W； 工作温度：0℃～45℃

应用适用性：可灵活应用于FTTH模式、视频监控、网吧接入等。

五芳园小区共需ONU 1728个。另外，ONU提供FE口和POTS口，分别接五类线和双绞线，并通过RJ45和RJ11与电脑和电话相连。 5.2.3 无缘分光器选型

无缘分光器选用烽火FN60000系列2：32分光器。

图5-7 无源分分光器

5.3 ONU位置的设置

ONU位于居民楼每层的楼层配线箱内，并保证每户一个。由于五芳园小区共有住户1728户。则所需ONU共1728个，其中不论是一字型还是U字型楼型，都是共六层，每层三户。

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以下为小区一字楼宇内布线结构：

图5-8 五芳园小区FTTH（到门口）一字楼内布线

对于楼内布线需要介绍的是： OLT到POS的光缆数，一字楼的需要3芯光缆2根，U型楼需要7芯光缆2根。2：32分路器到ONU的光缆数，一字楼需要4根18芯光缆，U字楼需要12根18芯光缆。五芳园小区共需3芯光缆12根，7芯光缆12根，18芯光缆96根。

5.4 OLT容量的计算

本小区宽带总容量根据用户数考虑。根据式带宽计算公式：

式(5－1) 上行带宽=用户数*最大并发率*每用户带宽*用户浏览特性值 推荐经验值：最大并发率：70%（这个数值比实际值偏大一点）。用户浏览特性值：25%（下载时间/阅读时间）。五芳园小区共1728户，承诺4M给每户。则: 1728*70%*4M*25%=1210M，小区宽带总容量为1210M。

PSTN业务，所耗带宽很小，可以暂不做计算。

5.5 光功率分配计算过程

为了保证小区每一个用户的业务能够正常提供，我们要计算接入过程中的ODN光通道损耗。

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ODN光通道损耗公式为：

光通道损耗=光纤衰耗+光分路器插损+活接头损耗+死接头损耗+损耗富余度 式(5－2)

本小区使用的光纤为G.652。其最大衰减系数取0.4dB/km。

表5-2 G．652光纤性能及应用

光分路器插损取2*32为18.0dB。

表5-3 PLC分光器损耗参数

指标 PLC光分路器参数 单位 1×4 插入损耗 典型值 dB 最大值 7.4 10.3 13.8 17.0 18 20.5 7.1 1×8 10.0 1×16 1×32 2×32 13.5 16.6 17.5 1×64 19.6 活接头损耗取0.2dB/个, 死接头损耗取0.05dB/个，损耗富余度取0.05dB/km。

若求最大光通道损耗，需取距离OLT最远距离的ONU与OLT间的光纤长度。经估算距离最远的ONU为2km。

表5-4 损耗预算

项目（1310nm） 单位损耗 数量/长度 总损耗（dB） 1个 0个 4个 2km 2km 19.7 18.0 0.0 0.8 0.1 0.8 光分路器（2：32） 18.0（dB/个） 熔接接头 连接器（APC） 光缆老化损耗 光纤损耗 合计损耗 0.02～0.05（dB/个） 0.1～0.2（dB/个） ≤0.05（dB/km） ≤0.4（dB/km） 表5-5 我国通信行业标准中关于EPON 光模块的光功率技术指标要求

OLT侧（dBm） 1490nm 最小最大1310nm 接收平均26

ONU侧（dBm） 1310nm 最小最大1490nm 接收平均

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发射光功率 发射光功率 灵敏度 最大接收光功率 发射光功率 发射光功率 灵敏度 最大接收光功率 1000BASE-PX10 1000BASE-PX20 +2 +7 -27 -6 -1 +4 -24 -3 -3 +2 -24 -3 -1 +4 -24 -1 若满足小区接入各用户业务的正常提供，需取上行方向1310nm波长的ONU最小发射功率和OLT接受灵敏度。则需光功率预算公式：

式(5－3) ONU最小发射光功率-最大光通道损耗>=OLT接收灵敏度 其中烽火ONU AN5006-04的最小发射功率为0.8dbm，

烽火OLT AN5116-02的接受灵敏度为-33dbm。则0.8dbm-19.7dB=-18.9dbm〉=-33dbm，最大光功率损耗符合标准。

5.6 IP地址分配

5.6.1 IP地址概述

IP地址包含许多方面，如构建IP地址的计算、为数据到达目的地指定的IP地址类以及公有和私有IP地址。

IP地址又可以分为IPV4（IP第四版）和IPV6（IP第六版）两类地址，32位的

IPV4地址是当今最常用的地址类型，理论有大约40亿个的主机地址，但是因为IPV4地址不能被全球用户所分配，所以就引申而来IPV6类型的IP地址，IPV6使用的是128位编码，因此大大的能为全球所有用户分配IP地址。在很多大学和重要机构现在都开始用IPV6作为其内部网地址编码；但是在EPON通信网络中还是主要用的是IPV4的地址。

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对于IPV4地址，为了满足不同规模网络的需求并帮助对其进行分类，所以将IP地址分成不同类别，称之为“类”。

为类分配IP地址称为有类编址，在早期internet中类是有互联网编号指派机构（IANA）确定的，每个IP地址都分为网络ID和主机ID。此外，每个地址起始处的位或位序列可确定地址的类。

图5-9 IP地址的分类

5.6.2 A、B、C类地址研究

A类地址只是用32位数的第一个二进制八位数来表示网络地址，而其余三个二进制八位数用来表示主机地址的。A类地址的第一位始终为“0”，所以可表示的最小数是十进制的0（00000000），可表示的最大网络位数为十进制127（01111111）。然而，需要保留网络号得全0（00000000）和全1（11111111），他们不能用作网络地址。如果32位地址的第一个二进制八位数以1和126之间的值开头，则它为A类地址。

B类地址是以32为数的前两个二进制八位数用来表示网络地址，其余两个二进制八位数用来表示主机地址。对于B类地址的分配第一个二进制八位数以二进制数10开头可保证B类空间与A类空间的上限分开。第一个二进制八位数的其余6为可以填入1和0。因此，B类地址可表示的最小数是1000000（十进制128），可表示的最大数是10111111（十进制191）。如果地址的第

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一个二进制八位数以128到191之间的值开头，则它为B类地址。IP地址范围如图5-10所示

对于C类的IP地址分配，我们采用A、B类IP地址的分配方法，因此得到第一个二进制八位数中包含192到223之间的数，则它是为C类地址。

图5-10 IP地址范围

5.6.3 公有和私有IP地址

网络设备的互联是通过Internet彼此连接的，而另一些网络则是私有的。如在学校寝室内用傻瓜式搭建的TP-link路由器网络，内部主机获取的IP地址就是私有IP地址，而私有IP地址是不能被路由到公网中的，下面我们来介绍公有和私有IP地址。 5.6.3.1 公有IP地址

Internet的稳定性直接取决于公用网络地址的唯一性。因此，需要采用某种机制来确保地址的唯一性。这一机制最初是由InterNIC（Internet网络信息中心）的组织来负责，后来这一机构演变成为IANA仔细管理IP地址的剩余供应，以确保不会出现公用地址重复的情况。如果重复了会造成Internet的不稳定，并损害其将数据报传送到使用重复地址的网络的能力。而要获取IP地址或地址块，必须联系Internet服务提供商（ISP）。

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随着Internet的快速发展，公有地址几乎用完，因此后来出现了一些技术来解决此类问题，如网络地址转换（Net）、IPV6，如下图5.3公有IP地址：

图5.11 公共IP地址

5.6.3.2 私有IP地址

虽说Internet主机需要全球唯一的IP地址，但未连接到Internet上的私有主机可使用任何有效地址，只要其在私有网络内是唯一的即可。但是由于许多私有网络与公有网络共存，因此是禁止占用“任意地址”。 在RFC1918文档中，其中有提到建议将可用的IP地址空间快保留给私有网络。对于需要IP来支持应用程序或主机的但无需连接到Internet的私有网络，可以简单地使用分配给私有用途的地址。

其中有三个IP地址块（一个A类网络、16个B类网络和256个C类网络）被指定为用于私有内部用途，该范围内的地址不能在Inerter主干上路由。Internet路由器被配置成丢弃私有地址（即不被路由到公网中）。

对于EPON中的IP地址来说，在OLT和ONU的接入端我们是采用公有IP地址来给设备编号或配置IP地址，或者是从ONU一端到用户端我们是采用动态的IP地址。使用私有地址的网络必须连接到Internet上时，必须将私有地址转换成公有地址，转换程序可以是NAT，而执行NAT的网络设备通常是路由器（router）。

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图5.12 私有IP地址

5.6.4 小区用户IP地址分配

于对五芳园小区用户的IP地址分配，我们将会使用在小区中心机房设置武汉烽火科技集团的AN5116-02OLT设备，在上面我们已经提到AN5116-02的主要功能和支持的业务。因为此小区是作为实验的目的来运行EPON的，所以我们为小区分配一个C类的地址池。由于小区用户为1728个，所以需要C类地址7个（一个C类地址，就可以提供254个主机IP地址）。

顺便要提到：IP地址池的分配是城域网的BAS的功能。用户的电脑PPPOE

拨号,经过PON，到达BAS，BAS在地址池中选取一个IP，分配给用户电脑。就可以发送用户名和密码到认证服务器, 认证服务器通过认证后，用户就可以正常上网了，就是PPPOE拨号成功的全部过程, 这个过程中间，PON只是一个传输通道，不参与的IP分配。

5.7 网络保护方式的选择

对于一些重要的应用场所，我们要求接入网具有快速的保护倒换功能。因此，PON提供了多种不同线路备份、冗余。不同的接入网所应用环境的需要而采用不同的保护倒换方案。冗余可以是整个PON的冗余，也可以是某一部分的冗余，但是在通信的高要求、高成本的情况下，我们是采用低成本高

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效率的冗余，而对于将整个PON来进行冗余，那么成本将是很昂贵的，下面将提到4种类型的网络保护拓扑方式来做比较，比较那种方案最好如图所示：

图5-13 主干冗余 图5-14 OLT PON口冗余

图5-15 分支冗余

图5-16 树冗余

在计算中我们采用Uc表示器件c的不可用性，Ug为一组关联器件的不可用性。Uc和Ug分别对应器件或器件组的不可用时间。定义由主干光纤、OLT发送机和接收机组成为主干组，由分支光纤、ONU发送机和接收机组成为分支组，光分路器为独立的一组。主干组的不可用性可计算为：

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式(5－4) Utrunk=1-（1-uolt_Tx）（1-uolt_Rx）(1-utrunk) 这里uolt_Tx表示为OLT发射机的不可用性，uoltT_Rx表示为OLT接收机的不可用性，utrunk为主干光纤的不可用性。

类似的我们可以得出分支组的不可用性为：

Ubranch=1-（1-uonu_Tx）（1-uonu_Rx）（1-ubranch) 式(5－5)

这里的uonu_Tx为ONU发射机的不可用性，uonu_Rx为ONU接收机的不可用性，ubranch为分支光纤的不可用性。由于因为数据时双向传输，所以把发送和接受归到一组里。

树保护PON所示，它具有整个“树”型光纤网的冗余。这种结构不想分支保护、主干保护和分支均保护方案那样受增加分支树的影响。这种保护方案的重要优点是：在正常情况下，主用和备用部分均可用来传送业务，也就是PON具有两倍的容量。树保护方案需要的光纤和收发器数量与主干保护和分支保护方案相同，但是，它的不可用性要高于主干和分支均保护，其不可用性为：

U=【1-（1-Utrunk）（1-Usplit）（1-Ubranch）】*【1-（1-Utrunk）（1-Usplit）（1-Ubranch）】

式(5－6)

在EPON系统所处在不同的环境中，我们应依据不同的环境而采用不同的保护倒换方案，以致网络的安全、网络的低成本。

5.8 网同步的设计

5.8.1 OLT与ONU的时钟同步与MPCP时钟同步

在网络的运行中，我们都要面对网络设备的数据同步和业务同步；如果数据的不同步或者业务的不同步，那么就会造成用户对业务的需求和数据的到达产生时延，对于IP宽度上网的业务时延是可以容许有的，但是当EPON中运行CATV或者POTS业务(语音)的时候，那么时延是不能容许有的，或者是在很小的范围内。

对于当今社会上运行的三网合一都是采用或者大多数采用EPON这一载体技术，所以EPON技术的同步、OLT与ONU的时钟同步是光网络技术的核心；因此，下面我们来讨论OLT与ONU的时钟同步设计与研究。

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图5-17 时间标签系统同步

由于EPON的上行线路是一个多点到点的网络结构，并采用TDMA方式传输数据，每个ONU发送时隙与OLT分配的时隙一致是防止ONU上行数据发送碰撞的基础，故ONU侧的时钟应该与OLT的时钟同步。

EPON系统是采用时钟标签来进行系统同步的。OLT、ONU都有同频系统时钟，OLT以一定的时间给每个ONU发送当前OLT的时钟数值（时间标签值），ONU收到该时间标签后，用此标签值来刷新ONU的当前时间标签，这样就保证了ONU以落后于OLT一定的时间同OLT在时间上时同步的。但是在这种定时计数器是有一定的误差的，这是不影响系统的同步的。

OLT在T1时刻发送时间标签T1，ONU收到后会将自己的时钟计数器替换成T1，在T2时刻发送时间标签T2，ONU收到后也会将自己的时钟计数器替换成T2。下行时间标签封装在OLT发给ONU的包含ONU发送开始时间和结束时间的GATE MAC控制中（下行MPCP帧有两种， GATE、REGISTER），并以此来控制OLT和ONU的系统时钟同步。

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结论

通过对本小区的用户数目和业务需要，进行了详细的调查研究。由于五芳园小区所需改进的稳定带宽要求，和宽带与电话业务的大量需求。本规划采用了基于以太网的无源光线接入技术。

通过成熟的EPON技术接入，和详细的规划设计方案。五芳园小区已经达到预期的接入目的，满足了小区用户的基本业务需求。合理的IP分配和良好的网络保护为EPON接入的正常运营与维护奠定了稳定的运行基础。因此，本规划设计可以为五芳园小区的接入改进提供可靠理论与实践依据。

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致谢

毕业论文的写作是枯燥和复杂的。通过这次毕设的写作，我学习了很多大学生涯难以学到的实用知识和技能。EPON接入是通信行业的热门技术，它的实用性是我的毕设研究更加有意义。虽然，对于EPON接入网有很一定的了解，但没有我的老师和同学的帮助，也没有今天我所取得的成绩。在此感谢我的导师和同学们的耐心指点和无私帮助。

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参考文献

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[10] （美）格伦克雷默（Glen Kramer）.基于以太网的无源光网络.北京邮电大学出版社，2007

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附录

附录I

表5-1 AN5116-02单盘配置

插卡方向 槽 位 卡 名 9、10 千兆核心交 换卡 EPON接口卡 （10 Km） 1-8， 前插 11-18 代号 数量 描 述 GSWC 1-2 备 注 完成业务流量的汇聚、 最多2块，互为 交换和处理 完成EPON系统的OLT部 热备份 EC2 EPON接口卡 （20 Km） TDM业务卡 TDM 1-16 分功能，最多可连接 128个ONU 根据用户需要选 择 0-4 提供2路155 M的光接口 19、20 语音控制卡 完成窄带业务的控制， 根据用户需要选 AC16 1-2 提供V5协议和软交换处 择一种（可做1 理 VoIP 1-2 提供软交换上联 ：1保护），不 可混插 后插 29 千兆上联卡 GUP7 1 为系统提供光/电可选的 每框插1块，二 38

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GUPE7 1 39

E1上联卡 千兆上联接口 选一 为窄带语音提供16个2M 16E1 0-1 每框插1块 上联接口 39

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