EPON技术在办公大楼网络综合布线中的应用

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EPON技术在办公大楼网络综合布线中的应用 （对《智能化办公大楼的功能设计与实现》一文的补充）

王庭胜

2013年5月28日我在百度上发表的《智能化办公大楼的功能设计与实现》一文中详细阐述过网络综合布线系统的规范设计与规范施工方法，这里所说的网络综合布线系统其传媒介质主要采用的网络线是传统的铜缆，即非屏蔽超五类、六类四对双绞线或屏蔽超五类、六类四对双绞线。

用四对铜芯双绞线组成一个综合布线系统其优点是：一是容易灵活组网，二是施工难度不是很大，三是能实现较高的传输带宽，屏蔽六类线可实现千兆级带宽。四是若采用全屏蔽双绞线能有效防止电磁泄漏和电磁干扰，大大提高安全保密系数。

用四对铜芯双绞线组成一个综合布线系统其缺点是有三个方面的问题和难点：一是双绞线的传输距离受到限制，无论是水平布线还是垂直布线单线最远布线长度不能超过90米，否则衰减增大，很容易造成掉包，使传输数据不完整。二是为了防止电磁泄漏和干扰，防止泄密，在具体施工时，若两种以上网络线特别是内部涉密网络线路和互联网络线路还有电源线路平行敷设在一个方向、一个布线空间时很难达到相互间的最小距离要求。按照网络综合布线规范，网络线与380V以下低压电源的最小间距在30公分以上，平行距离越长，要求间距越大；涉密网络线路与非涉密网络线路间距在30公分以上，平行距离越长，要求间距越大。如果两种网线都是屏蔽网线，也要求要有最少5公分

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的间距。在大多数办公大楼，其电源线路、涉密网络线路、非涉密网络线路等各种线路在水平敷设时一般都利用水平楼道顶棚内架设桥架进行敷设，楼道的宽度一般都在2米左右，楼道顶内，除安装有电源线路的水平桥架通道外，有的还安装了喷淋主水管道，其有效空间更是狭小，根本不能满足各线路之间的间距要求。在垂直敷设时，虽然网络线路在一个弱电井，但大多都敷设在同一个金属桥架内，也根本满足不了各网络线间的间距要求。三是网络带宽受到限制，很难达到千兆以上。

随着光纤技术的不断发展和广泛应用，现有的以铜缆为传媒介质、基于不对称数字用户线(ADSL)技术为基础的宽带接入建设模式将不能适应未来高清视频、大容量数据传送等高速率带宽业务的需求。“光进铜退”作为实施网络转型和固网宽带化的有效战略措施，在提高接入带宽，提升网络对业务的支撑能力等方面发挥着越来越明显的重要作用。基于以太网技术的无源光网络

(EPON)技术在满足目前高速率带宽业务接入需求的同时，由于 EPON网络的点对多点技术特点以及三重业务{VoIP（网络IP电话）、高速上网、IPTV(网络电视)}的开展，不但可以广泛应用于电信和电视进入千家万户的宽带组网，也可广泛应用于机关办公大楼的网络综合布线系统，大大提高机关办公网络的带宽和传输速率，并大大提高机关办公的效率和防止泄密的安全系数。

EPON将以太网技术与无源光网络(PON)技术结合起来，其目标是用最简单的方式实现一个点到多个点拓扑结构的千兆以上以太网光纤接入网络。EPON可以大量采用以太网技术成熟的

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芯片，实现简单，初始建设相对成本低，后续运行相对稳定、维护简单，容易扩展和易于升级的固定网络。

一、基于以太网的EPON无源光网络技术

EPON的组成单元如图1所示。数据光信号通过分光器（ODN）把光纤线路终端(OLT)一根光纤下行的信号进行分光，分成多路给每一个光网络单元(即用户终端ONU)，每个ONU上行的信号通过分光器耦合在一根光纤里给OLT。OLT的上级是核心交换机、核心路由器、加密机、防火墙和电信方的光收、发器等。OLT设备发挥交换机的作用。

1．EPON网络介绍

EPON（以太无源光网络）是一种新兴的光纤接入网技术，它是采用点到多点结构、无源光纤传输方式、基于高速以太网平台

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和TDM时分MAC（MediaAccessControl）媒体访问控制方式、提供多种综合业务的宽带接入技术。所谓“无源”，是指ODN中不含有任何有源电子器件及电源，全部由光分路器（Splitter）等无源器件组成。它在物理层采用了PON技术，在链路层使用以太网协议，利用PON的拓扑结构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：低成本、高带宽、扩展性强、灵活快速的服务重组、与现有以太网的兼容性、方便管理等等。 EPON可以实现语音、数据、视频、移动业务的融合。EPON系统主要由OLT（光线路终端）、ONU（光网络单元）、ONT（光网络终端）和ODN（光分配网）组成，它处于网络的接入网层面，主要适用于宽带业务的光纤接入。

EPON网络中包括无源网络设备和有源网络设备。

有源网络设备包括中心机房机架设备（OLT）和用户端光网络单元（ONU）。光网络单元（ONU）给户提供数据、视频和电话网络与PON之间的接口。ONU最初的作用是接收光路信号，然后转换成用户所需的格式（以太网、IP广播、电话、T1/E1等）。OLT设备则通过光纤跳线或网络线连接到上级核心网络。

无源网络设备包括单模光缆、无源分光器/耦合器、适配器、连接器和光纤熔接头等。它一般放置于机房外，称为局外设备。无源网络设备十分简单、稳定可靠、寿命长、易于维护、价格较低。

2．EPON网络基本原理

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EPON系统采用WDM技术，实现单纤双向传输，用上行1310nm和下行1490nm波长传送数据和语音，CATV（有线电视）业务则使用1550nm波长承载。OLT放置在中心局（机房）端，分配和控制信道的连接，并有实时监控、管理及维护功能。ONU放置在用户侧，OLT与ONU之间通过无源的光分配网络按照1:2、1:4、1:8、1:16、1:32等方式连接。

为了分离同一光纤上多个用户往返的信号，EPON采用以下2种复用技术。

1）下行数据流采用广播技术。在EPON中，从OLT到多个ONU下行传输数据的过程采用数据广播方式发送。数据以变长信息包的形式，从OLT下行广播到多个ONU。每个信息包带有1个EPON包头，唯一标识该信息包是发给ONU-1、ONU-2还是ONU-3。也可标识为广播信息包发给所有ONU或发给特定的ONU组（多点传送信息包）。当数据到达ONU时，ONU通过地址匹配，接收并识别发给它的信息包，丢弃发给其他ONU的信息包。在ONU注册成动后分配1个唯一的LLID（配置方式）；OLT接收数据时比较LLID注册列表，ONU接收数据时，仅接收符合自己的LLID的帧或者广播帧。LLID是EPON系统分配给逻辑链接的一种数字标识．每一个逻辑链接都会分配到不同的LLID。在EPON系统中．LLID是由网管通过OLT分配的．OLT可以通过LLID辨别帧是由哪个ONU发来的．或者通过修改帧中的LLID将帧转发到相应的ONU处．于是，我们就能够建立起OLT到ONU．ONU到OLT的通路．完成OLT与ONU之间．以及ONU与ONU之

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至此，楼层弱电井需要安装的熔纤盒和分光器规格及数量已经可以计算出，从而可以确定安装这些熔纤盒需要多高的标准机柜了。一个12口熔纤盒的高度是4.5公分即一个U的高度，一个48口熔纤盒的高度是两个U的高度。

按常规，4-8端口的熔纤盒其长度都小于40CM。不好直接安装固定于标准机柜的宽度上，只能放置在标准机柜的隔板上。而12端口以上的熔纤盒宽度基本就在40cm左右，可以直接用螺丝固定于机柜。所以在选用那种规格的熔纤盒时应该考虑熔纤盒的安装固定这个因素。机房、弱电井、各办公室都是一样。 5）ONU的选配和安装

ONU是EPON网络的用户终端设备，它的前端接入光纤芯，经过光电转换，它的后端即输出端接双绞线到用户计算机或IP电话、视频设备等。所以在选配ONU时要根据用途选择它的功能参数和输出端口数。如果ONU用于涉密网的计算机，则要求ONU的几个输出端口能够方便的进行关闭或开放，并能和所带涉密计算机分别进行MAC地址绑定，没有进行MAC地址绑定的计算机不能和ONU进行通信。每个ONU的MAC地址都能和OLT进行注册和绑定，未在OLT上进行注册和绑定的其它ONU不能和OLT进行通信。涉密网络ONU输出的双绞线应使用六类屏蔽双绞线，防止信号磁场泄漏和外界磁场干扰，确保EPON涉密光网络的安全、保密与稳定。ONU的体积很小，耗电也很小，可以放置在办公桌上也可以固定于其它地方或专门的小机柜里。室内光缆进了房间后先在室内熔纤盒里熔接到熔纤盒的端口上，而后通过光跳线和ONU的进线端口进行连接，完成整个光链路的连通。室内光熔纤

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盒规格的选配同机房，但安放在什么位置是要很好考虑的问题：如果安放在室内顶棚内，则熔纤盒到ONU的跳线就要长，成本要增加，熔纤时和以后维护很不方便。如果安放在室内一个位置，方便了熔纤盒的熔纤和以后的维护，但要考虑整个室内的整体美观和协调。

6）光缆的选择与敷设

办公大楼里组EPON网使用的是室内单模光缆，要求它的柔软度要好、最小弯度半径要小，防火性能要好，抗拉性能要好。选用几芯光缆，前面已说过，这里不再重复。

光缆的敷设也和双绞线一样，存在着从机房到弱电井的垂直布线子系统和弱电井到房间的水平布线子系统。由于光缆是通过光束完成网络数据和信息的传输，理论上光束不受磁场干扰和不存在磁场泄漏的问题，所以在布线时允许使用塑质桥架和PVC管材进行敷设，但是需要注意以下几个问题：一是桥架要选用材质比较厚点的pvc材质，达到一定的牢固强度，要能防火、防裂、防老化、防翘变，盖板紧密严实，防止鼠咬。二是水平敷设时要和强电、喷淋主水管等保持10公分以上的间距，以保证一定的物理安全防火距离和被挤压距离。三是光缆在转弯时，其转弯半径不能超过光缆参数要求的光缆直径15-30倍的最小转弯半径，

更不允许转直角和小于90度的角度，防止光缆里玻璃纤芯折断。 笔者建议，垂直桥架和水平主桥架最好选用金属材质的，进室内支管也最好选用镀锌彩钢管。 7）光链路的衰耗

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在网络组建过程中，光纤传输线路的选择需要考虑光纤衰耗和光纤熔接、光纤跳线、分光等因素的影响，在设计网络结构时要保证光功率在正常收发范围之内。

EPON网络在确定了OLT和ONU的网络结构布放后，在光纤网络的设计中应重点考虑光链路的衰耗设计符合光链路总体光功率衰耗要求。对于EPON工程，可根据下列光接入网常用的工程数据估算本工程ODN（光功率）的传输损耗。

工程建议ODN衰耗为10～26db（一般为22db以内）；单模光纤衰耗≤0.34dB/km；光纤跳纤、尾纤插入损耗为0.1～0.3db；法兰盘插入损耗≤0.4db；1：2分光器插入衰耗为3db；1：4分光器插入衰耗为6db；1：8分光器插入衰耗为9db；1：16分光器插入衰耗为12db；1：32分光器插入衰耗为15db。 OLT光功率。接收为-1～-24db（1310nm）；发送为+2～-3db（1490nm）。

ONU光功率。接收为-3～-24（1490nm）；发送为-1～+4（1310nm）。

对于OLT和ONU设备正常的收发光功率，在实际工程设计中要确保网络光功率衰耗值在相应设备的收发光功率范围之内。

整个网络光链路光功率的衰耗允许值除了以上理论上的精心设计外，还须在实际施工中加倍注意熔纤、法兰盘、跳线等几个重要环节的工艺和清洁，否则光功率在这些重要环节衰耗将增大很多，甚至造成光路阻断。 2、EPON技术在多网络组合中的应用

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图3

如图3所示的是一个EPON技术在多网络组合应用中的典型拓扑结构图，该图表示的是一个机关办公大楼的光网络图。该图反映的拓扑结构其实和单网的EPON网络结构图相似，只是光缆的纤芯数多一些，三个网使用同一根光缆里的不同纤芯，不同网的OLT、分光器、ONU都个自分开，熔纤盒、机柜等可以共用。

如某机关办公大楼有楼层11层，每层24个房间。该办公大楼设有图3中的内联保密网、互联网和党政内网三个相互独立的网，另有系统内部视频会议、视频环境监控、IP电话等信息的传送，以上这些需求都可用图3的EPON拓扑结构来完成。 1）光缆的选择

以上三个网每个网需占用一根光缆纤芯，视频环境监控需占用光缆里一根纤芯，加上冗余纤芯，最少需要六根纤芯的室内光缆。实际上我们在具体实施时笔者建议最好选择8芯或12芯的

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室内光缆，这是因为12芯光缆和6芯光缆在价格上相差不是很大，更重要的是有比较多的冗余纤芯，以后网络扩展时可以直接利用光缆里的冗余纤芯，不需另外再敷设光缆。笔者在这里假设选择8芯单模室内光缆为例。

光缆的总体长度粗略计算。分两部分进行计算；第一部分是计算从中心机房熔纤盒到楼层弱电井设备间熔纤盒的光缆长度，先计算出距离机房到最近一个楼层弱电井设备间的光缆长度（包括两头留的余线长度），而后以此长度为基数乘以总层数11层，再加上每层层高乘以11层，所得数据为第一部分的光缆长度。第二部分是楼层弱电井设备间到各房间ONU之间的总体长度，先分别计算出楼层弱电井设备间到最近和最远房间ONU的两个光缆长度，将这两个长度相加再除以二得出平均长度，再以平均长度乘以此楼层的房间数（即ONU数量）就得出此楼层的光缆总体长度，如果各楼层的房间数基本都一样，就以一个楼层的光缆长度乘以总楼层11层得出第二部分的光缆总长度需要量。如果各楼层的房间数不一样或信息点不一样，则各楼层分别计算后再相加也可。第一部分数据加第二部分数据就是总的光缆长度需要量。

2）OLT的选择与参数

根据以上多网的设计，内部网、互联网、党政网三个网分别各需要一套OLT光线路终端设备。

根据以上11个楼层，需配置最少16个PON端口，至少可扩展到支持32个PON口的OLT。

★主控板和电源板都是双板能互为热备份。

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★OLT的PON线卡采用不低于16端口的高密度线卡， OLT支持EPON接口板、GPON接口板，P2P接口板，OLT能通过插卡方式扩容PON接口，且两类OLT的线卡可以兼容，支持业务槽位混插。

★OLT设备应采用高带宽、高性能、高可靠性的总线和分布式处理架构，必须具备混插10G PON单板和平滑升级支持NG PON的能力

★支持1588v2、1PPS+ToD的时间同步机制

支持上联板卡与PON业务板卡分离，扩展方便

具有4个以上千兆以太网上行接口（光电口可选），支持10GE上行接口、支持上联口双归属保护

支持256K MAC表，支持32K组播组

每PON口支持4K条QinQ条目，支持8K ACL条目，支持4K条N:1 VLAN聚合条目，4K条1:1 VLAN转换条目

支持光链路检测和诊断，并支持流氓ONU检测 支持前128字节的报文深度检测流分类，流分类参数包括：LID，MAC DA、MAC SA、VLAN ID、User Priority、EtherType、目的IPv4地址、源IPv4地址、目的IPv6地址、源IPv6地址、目的IPv6地址前缀、源IPv6地址前缀、IP协议版本（v4、v6）、IP协议类型（TCP、UDP、ICMPv4、ICMPv6、IGMP、MLD等）、IP优先级（v4 TOS、DSCP、v6 Traffic Class）、IP Flow Label（IPv6）、目的L4协议端口、源L4协议端口等

支持IGMP协议，包括IGMP Proxy(V1/V2/V3)、IGMP Snooping(V1/V2/V3) 等

支持IPv4、IPv6三层功能，包括静态子网路由、静态主机路由，动态路由协议(RIP V1/V2、OSPF V2、IS-IS、BGP)等

具有IPv6功能，支持NDP Proxy协议

支持MPLS功能，支持LDP协议及VPWS、VPLS、H-VPLS、TDM PW Relay业务

支持TYPE A和TYPE B保护，并配合ONU实现TYPE C、TYPE D和手拉手保护

具有10G PON平滑升级能力，支持混插10G EPON单板，并提供2份用户报告。 3）ONU设备选择

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以上三网拓扑，不同类型的网络对接口的类型和数量有差异，具体要求分别见互联网、内部专网和党政网终端要求。互联网、内部专网和党政网ONU在用户端各自分开，不共用。

每网ONU的使用数量一般按有信息点的房间进行计划，一个房间的用户如果较多，一个ONU的输出端口不能满足需求时，可另加普通交换机。

这里推荐ONU的输出端口是光电转换后的电口，插水晶头的双绞线到计算机。ONU也有光输出端口的型号，要求计算机网卡必须是光网卡，光网卡不但价格昂贵，而且麻烦。

所有ONU基本要求：

★EPON/10G EPON同平台设计，可灵活配置上联子卡，平滑升级10G EPON，保护现网投资。

★EPON接口标准支持1000BASE-PX20+标准。

★即插即用，业务开通简单迅速 免软件调试，可高效率批量部署

★为了维护方便，所有ONU，OLT和分光器必须同一品牌。 ★为了实现三网融合，设备商需能提供具有网络，语音和CATV接口的ONU，以设备商，提供产品彩页并盖厂家鲜章为准。

安全保护机制 支持三重搅动或AES-128加密算法，提供端口定位、流量抑制、IP/MAC过滤、ACL等安全防护。

无风扇环保设计 自然风冷散热，适合安静的办公、住宅环境。

支持根据OLT的带宽授权进行上行业务的本地调度功能，PON口支持8队列。调度算法支持SP/WRR/SP+WRR。

VLAN表数量≥4K，可配置Q-VLAN ID，C-VLAN ID，S-VLAN ID范围在1-4094，LAN翻译表≥1K，组播表≥1K，MAC地址表容量≥16K。

支持ONU的MAC地址与OLT的绑定，支持ONU输出端口的开放与关闭，支持计算机MAC地址与其ONU输出端口的绑定。支持ONU输出端口的VLAN划分。所有ONU都在各自的OLT上进行注册，未注册的ONU不能接入使用。

互联网光猫（ONU）要求： 类型一：

上行接口：不少于1个EPON接口；

★下行接口：不少于4个FE口（快速以太网百兆口）；

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管理方式：扩展OAM（操作（Operation）、管理（Administration）、维护（Maintenance），简称OAM。操作主要完成日常网络和业务进行的分析、预测、规划和配置工作；维护主要是对网络及其业务的测试和故障管理等进行的日常操作活动）。

类型二：

上行接口：不少于1个EPON接口； ★下行接口：不少于4个FE口；不少于2个POTS（普通电话）接口, 不少于1个CATV口（有线电视接口）；

管理方式：扩展OAM

内部专网光猫（ONU）要求： 上行接口：不少于1个EPON接口； ★下行接口：不少于4个FE口； 管理方式：扩展OAM。 党政网光猫（ONU）要求： 类型一：

上行接口：不少于1个EPON接口； ★下行接口：不少于4个FE； 管理方式：扩展OAM 类型二：

上行接口：不少于1个EPON接口；

★下行接口：不少于4个FE口；不少于1个POTS接口或CAIP(IP电话)接口；

管理方式：扩展OAM

4）分光器的选择

根据举例办公大楼每层24个房间的情况，应选择1:32分光器。每网每楼层1个共3个，11层共需1:32分光器33个。 5）熔纤盒规格选择及数量

8芯单模光缆从机房到楼层弱电井再到每个房间，前面已

说过需要5次熔纤，纤芯到光缆再到用户端共经历合、分、合、分的4个过程。

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中心机房每个网的OLT输出PON口（每个楼层占用一个PON口）通过纤芯都跳线到一个楼层的熔纤盒里，通过熔纤三个网的纤芯都熔接在一根8芯光缆中为第一个“合”，光缆到了楼层弱电井通过12口熔纤盒将三个网的纤芯分出来，再进入各网的分光器进行分光（分路），分光后的分路纤芯熔接在配给分光器的48口熔纤盒端口上，完成第一次“分”，通过纤芯再依次分别将三个网跳线到楼层弱电井房间侧的48口熔纤盒里，完成第二次“合”，如果把光缆里的8根纤芯都敷设到每个房间，则这个48口熔纤盒可接入6个房间的光缆，每楼层有24个房间，每网需要最少4个这样的48口熔纤盒，三个网就需要12个48口熔纤盒，11个楼层共需132个。光缆到了房间进入一个12口熔纤盒，将光缆里的每根纤芯熔接在熔纤盒的端口上，通过跳线，将各网的纤芯跳接到各网的ONU上，完成第二次的“分”。

综上所述，熔纤盒全部需要量统计如下： 房间总数：11*24=264个

12口熔纤盒：264+11（机房）+11（楼层）=286个 48口熔纤盒：3*11（分光用，FC接口）+4*3*11（SC接口）=132个

6）光纤跳线

光纤跳线分10米、5米、3米、1米等多种，长度不同价格也不同，跳线越长价格越高。根据使用的地方不同，其需要的长度也不同。

10米、5米跳线，主要用于中心机房OLT与熔纤盒之间的跳接。三个网到每楼层熔纤盒需要3根跳线，11个楼层共需33

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根。如果每个房间的熔纤盒都安放在天花板内，则熔纤盒到ONU之间的跳线就需要5—10米的长度，一个ONU需要一根，根据信息点数量计算出总的需要量。

3米、1米跳线，主要用于楼层弱电井各熔纤盒之间的跳线。各楼层弱电井有两次跳线，根据上下跳线的距离使用不同长度的跳线，达到美观、整齐、规范。弱电井是需要跳线最多的地方。如果每个房间的熔纤盒和ONU都安放在室内同一个小机柜里面，则熔纤盒与ONU之间只需1米的跳线就足够了，每个ONU一根，N个ONU就需要N根1米跳线。

笔者建议，最好将每个房间的熔纤盒安放在室内一个小机柜里，这样给安装、维护、使用带来很大方便。

7）机柜

前面已提过，一个12口熔纤盒的厚度是4.5公分，是一个U的高度，一个48口熔纤盒厚度是9公分，是两个U的高度。一个楼层弱电井有12口熔纤盒一个，48口熔纤盒15个，总高度是31U，考虑到机柜里需要一定的空留空间，所以没个楼层弱电井需要一个48U高度的机柜即2米高机柜。中心机房熔纤盒占用12个U的空间高度。

8）关于内部视频和环境监控视频等信号在此光网上的传输

视频信号接入内部专网OLT上规定的一个视频（如视频会议）信号输入口，进入OLT划分的另外网段（VLAN）。在需要接受视频的ONU上也规定一个输出端口为专用视频输出端口，这个端口的视频专用划分需在OLT上进行配置完成。

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IP电话接入一个网OLT的一个入口，在用户端ONU输出端口同样有IP电话接口，即可完成IP电话之功能。

外来电视信号通过光放大器进入电视信号分光器，再通过光跳线跳接到需要电视的楼层熔纤盒，占用光缆中的一根纤芯。到了楼层，根据电视用户的多少设置分光器分光比，再跳线到具体某个房间，同样占用其中一根纤芯，到了房间接入电视光接收器，再输出到电视机。

环境监控视频信号通过每个监控点的ONU占用光缆中的其中一根纤芯，通过楼层分光器将监控视频信号传送到视频监控中心机房。环境监控中心机房应有相应的光收、发器和编码、解码及视频显示设备。

9）楼宇之间的光网络链路和通信

如果一个单位不光有一个主办公大楼，还有其它附属办公楼，其光网络的建设有两种情况和方案。

一是附属楼信息点比较少，可将附属楼作为主楼的一个楼层进行对待，和主楼的其它楼层一样进行设计和施工。

二是附属楼楼层较多，信息点也较多，此种情况，笔者建议在附属楼建立第二套OLT设备，该OLT享受和主楼OLT一样的待遇，其上级也接入主楼OLT的上级。其下辖的ONU都在其下进行注册与绑定，与主楼ONU的通信通过两OLT的VLAN互通协议来完成。

2014年1月7日

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