长距离EPON的研究分析

(资料图片仅供参考)

摘要： 目前的EPON协议规定了EPON最长传输距离与差分距离均不得超过20km，本文探讨了长距离EPON的实现方法。通过对EPON物理子层和MPMC(Multi-point MAC Conrtol多点MAC控制)子层的部分修改可以实现60km甚至80km的传输距离。

关键词： EPON;长距离;物理层; 多点MAC控制; RTT(Round Trip Time，往返时间)。

Abstract: The maxim and difference distance of EPON was specified no more than 20km in IEEE802.3-2008. This paper discusses the long-distance EPON implementations. Through change EPON physical sub-layer and MPMC (Multi-point MAC Conrtoll) sub-layer , transmission distance of 60km or 80km is achievable.

Key words: EPON;Long distance; Physical sub-layer; MPMC; RTT (Round trip time)

引言

目前在电力、煤炭、铁路、部队等专网通信领域，开始越来越多的用到EPON技术，然而在这些应用领域经常会遇到传输距离以及差分传输距离超过20km的情形，但是在IEEE 802.3ah-2004(已被并入802.3-2008)中明确定义了EPON最长和差分传输距离不得超过20km。为了克服这一矛盾，本文就如何实现长距离的EPON进行了研究。

EPON的传输距离从根本上来说受限于两类因素：一类是物理层的光特性要求，一类是MPMC层的时序要求。前者和拓扑、物理层收发器、色散等相关，后者和EPON的带宽分配算法、DBA(动态带宽分配)周期以及注册开窗时间等息息相关。

1、 EPON的功率预算

按照IEEE 802.3ah-2004的约定：OLT侧发射功率大于2dBm，接收灵敏度<-27dBm;对于ONU发射功率大于-1dBm，接收灵敏度<-24dBm，整个光链路的损耗上行<24dB，下行<23.5dB。EPON上行1310nm和下行1490nm波长在G.652光纤中的损耗约为0.3dB/km。综上可见功率预算对于长距离EPON来说是最为重要的因素。为了提高传输距离，除了减少线路插入损耗外，还可以采用光放大的手段来提高光功率预算，具体包括以下两类方法：光放大器(图1)和中继器(OEO，optical-electrical-optical，光电光)(图2)。光放大器方案在上下行方向均需要使用到Diplexer(WDM 复用/解复用器)和OA(Optical Amplifier,光放大器)，而OBF(Optical Bandpass Filter, 光带通滤波器)则是可选的，使用OBF主要是为了克服OA的自发辐射效应，以提供更好的性能。中继器方案则直接采用两个光模块背靠背互连，并使用本地的控制器来控制两个光模块的发光，从而达到简单的OEO中继的目的，成本较低。但图2的方案仍然不够精细，因为OEO会带来延时，而我们知道EPON上行方向是突发的，这样会带来一些时序上的轻微措施，在长距离的情形下，表现将更加明显。为此对于更长距离的应用将需要内置智能单元以截获MPMC层的消息，来计算分析并弥补突发开销。

图1 光放大器方案

图2 中继器(OEO)方案

上述均是基于采用标准的1000BASE-PX20的PMD进行的讨论，也可以使用非标准的PMD，通过加大OLT/ONU的发射光功率和/或提高OLT/ONU的接收灵敏度来提高EPON系统的光功率预算。采用该方法缺点是无法使用业界标准的光模块，定制成本较高，对于成本不是很敏感的应用领域又或使用光放大器/中继器成本更高的情形下可以使用定制光模块的方法。

2、 EPON的拓扑形式

EPON应用拓扑形式一般有树形(图3)和总线型(图4)两种拓扑，其中树形拓扑一般采用均分分光器，而总线事拓扑一般采用非均分分光器。表1和表2分别列出两类分光器的插入损耗参考值，以利于计算功耗。

图3 树形拓扑

图4 总线式拓扑

表1 分光器典型插入衰减参考值

表2 非均匀分光器的插入衰减参考值

拓扑形式对EPON的传输距离有较大影响，主要是功率预算方面的影响。为了达到较长的传输距离，对于树形拓扑一般选择更小的分支比，可以传输更长的传输。1：8均分的情况下可以传输(23.5-10.7)/0.3≈42.5km(不考虑器件和光纤老化等其他因素)，在1：4均分的情况下可以传输(23.5-7.3)//0.3≈54km(同上)，直接无分光器仅带一个ONU的极端情况下可以传输23.5/0.3≈78.3km(同上)。对于总线式拓扑为了达到较长的传输距离则除了控制分光器级数以外还要注意控制好分光器分光比。然而对于采用该拓扑的应用来说，每个ONU站点的位置是固定的，机动性不大，因此主要需要从如何放大光功率方面来考虑，详见第1节中的讨论。