EPON技在辦公大樓網絡綜合布線中的應用

1、epon 技術在辦公大樓網絡綜合布線中的應用 （對智能化辦公大樓的功能設計與實現一文的補充） 王庭勝 2013 年 5 月 28 日我在百度上發(fā)表的智能化辦公大樓的功能設計與實現一文中詳細闡述過網絡綜合布線系統(tǒng)的規(guī)范設計與規(guī)范施工方法，這里所說的網絡綜合布線系統(tǒng)其傳媒介質主要采用的網絡線是傳統(tǒng)的銅纜，即非屏蔽超五類、六類四對雙絞線或屏蔽超五類、六類四對雙絞線。 用四對銅芯雙絞線組成一個綜合布線系統(tǒng)其優(yōu)點是：一是容易靈活組網，二是施工難度不是很大，三是能實現較高的傳輸帶寬，屏蔽六類線可實現千兆級帶寬。四是若采用全屏蔽雙絞線能有效防止電磁泄漏和電磁干擾，大大提高安全保密系數。 用四對銅芯雙絞線組成

2、一個綜合布線系統(tǒng)其缺點是有三個方面的問題和難點：一是雙絞線的傳輸距離受到限制，無論是水平布線還是垂直布線單線最遠布線長度不能超過 90 米，否則衰減增大，很容易造成掉包，使傳輸數據不完整。二是為了防止電磁泄漏和干擾，防止泄密，在具體施工時，若兩種以上網絡線特別是內部涉密網絡線路和互聯網絡線路還有電源線路平行敷設在一個方向、一個布線空間時很難達到相互間的最小距離要求。按照網絡綜合布線規(guī)范，網絡線與 380v 以下低壓電源的最小間距在 30 公分以上，平行距離越長，要求間距越大；涉密網絡線路與非涉密網絡線路間距在 30 公分以上，平行距離越長，要求間距越大。如果兩種網線都是屏蔽網線，也要求要有最少

3、 5 公分的間距。在大多數辦公大樓，其電源線路、涉密網絡線路、非涉密網絡線路等各種線路在水平敷設時一般都利用水平樓道頂棚內架設橋架進行敷設，樓道的寬度一般都在 2 米左右，樓道頂內，除安裝有電源線路的水平橋架通道外，有的還安裝了噴淋主水管道，其有效空間更是狹小，根本不能滿足各線路之間的間距要求。在垂直敷設時，雖然網絡線路在一個弱電井，但大多都敷設在同一個金屬橋架內，也根本滿足不了各網絡線間的間距要求。三是網絡帶寬受到限制，很難達到千兆以上。 隨著光纖技術的不斷發(fā)展和廣泛應用，現有的以銅纜為傳媒介質、基于不對稱數字用戶線adsl技術為基礎的寬帶接入建設模式將不能適應未來高清視頻、大容量數據傳送等

4、高速率帶寬業(yè)務的需求?！肮膺M銅退”作為實施網絡轉型和固網寬帶化的有效戰(zhàn)略措施，在提高接入帶寬，提升網絡對業(yè)務的支撐能力等方面發(fā)揮著越來越明顯的重要作用?；谝蕴W技術的無源光網絡epon技術在滿足目前高速率帶寬業(yè)務接入需求的同時，由于epon 網絡的點對多點技術特點以及三重業(yè)務voip（網絡 ip 電話）、高速上網、iptv網絡電視的開展，不但可以廣泛應用于電信和電視進入千家萬戶的寬帶組網，也可廣泛應用于機關辦公大樓的網絡綜合布線系統(tǒng)，大大提高機關辦公網絡的帶寬和傳輸速率，并大大提高機關辦公的效率和防止泄密的安全系數。 epon 將以太網技術與無源光網絡pon技術結合起來，其目標是用最簡單的方

5、式實現一個點到多個點拓撲結構的千兆以上以太網光纖接入網絡。epon 可以大量采用以太網技術成熟的芯片，實現簡單，初始建設相對成本低，后續(xù)運行相對穩(wěn)定、維護簡單，容易擴展和易于升級的固定網絡。 一、基于以太網的 epon 無源光網絡技術 epon 的組成單元如圖 1 所示。數據光信號通過分光器（odn）把光纖線路終端olt一根光纖下行的信號進行分光，分成多路給每一個光網絡單元即用戶終端 onu，每個 onu 上行的信號通過分光器耦合在一根光纖里給 olt。olt 的上級是核心交換機、核心路由器、加密機、防火墻和電信方的光收、發(fā)器等。olt 設備發(fā)揮交換機的作用。1epon 網絡介紹 epon（以

6、太無源光網絡）是一種新興的光纖接入網技術，它是采用點到多點結構、無源光纖傳輸方式、基于高速以太網平臺和 tdm 時分 mac（mediaaccesscontrol）媒體訪問控制方式、提供多種綜合業(yè)務的寬帶接入技術。所謂“無源”，是指 odn 中不含有任何有源電子器件及電源，全部由光分路器（splitter）等無源器件組成。它在物理層采用了 pon 技術，在鏈路層使用以太網協議，利用 pon 的拓撲結構實現了以太網的接入。因此，它綜合了 pon 技術和以太網技術的優(yōu)點：低成本、高帶寬、擴展性強、靈活快速的服務重組、與現有以太網的兼容性、方便管理等等。 epon 可以實現語音、數據、視頻、移動業(yè)務

7、的融合。epon系統(tǒng)主要由 olt（光線路終端）、onu（光網絡單元）、ont（光網絡終端）和 odn（光分配網）組成，它處于網絡的接入網層面，主要適用于寬帶業(yè)務的光纖接入。 epon 網絡中包括無源網絡設備和有源網絡設備。 有源網絡設備包括中心機房機架設備（olt）和用戶端光網絡單元（onu）。光網絡單元（onu）給戶提供數據、視頻和電話網絡與 pon 之間的接口。onu 最初的作用是接收光路信號，然后轉換成用戶所需的格式（以太網、ip 廣播、電話、t1/e1 等）。olt 設備則通過光纖跳線或網絡線連接到上級核心網絡。 無源網絡設備包括單模光纜、無源分光器/耦合器、適配器、連接器和光纖熔接

8、頭等。它一般放置于機房外，稱為局外設備。無源網絡設備十分簡單、穩(wěn)定可靠、壽命長、易于維護、價格較低。 2epon 網絡基本原理 epon 系統(tǒng)采用 wdm 技術，實現單纖雙向傳輸，用上行 1310nm和下行 1490nm 波長傳送數據和語音，catv（有線電視）業(yè)務則使用 1550nm 波長承載。olt 放置在中心局（機房）端，分配和控制信道的連接，并有實時監(jiān)控、管理及維護功能。onu 放置在用戶側，olt 與 onu 之間通過無源的光分配網絡按照 1:2、1:4、1:8、1:16、1:32 等方式連接。 為了分離同一光纖上多個用戶往返的信號，epon 采用以下 2種復用技術。 1）下行數據流

9、采用廣播技術。在 epon 中，從 olt 到多個onu 下行傳輸數據的過程采用數據廣播方式發(fā)送。數據以變長信息包的形式，從 olt 下行廣播到多個 onu。每個信息包帶有 1 個epon 包頭，唯一標識該信息包是發(fā)給 onu-1、onu-2 還是 onu-3。也可標識為廣播信息包發(fā)給所有 onu 或發(fā)給特定的 onu 組（多點傳送信息包）。當數據到達 onu 時，onu 通過地址匹配，接收并識別發(fā)給它的信息包，丟棄發(fā)給其他 onu 的信息包。在 onu 注冊成動后分配 1 個唯一的 llid（配置方式）；olt 接收數據時比較llid 注冊列表，onu 接收數據時，僅接收符合自己的 llid

10、 的幀或者廣播幀。llid 是 epon 系統(tǒng)分配給邏輯鏈接的一種數字標識每一個邏輯鏈接都會分配到不同的 llid。在 epon 系統(tǒng)中l(wèi)lid 是由網管通過 olt 分配的olt 可以通過 llid 辨別幀是由哪個 onu 發(fā)來的或者通過修改幀中的 llid 將幀轉發(fā)到相應的 onu 處于是，我們就能夠建立起 olt 到 onuonu到 olt 的通路完成 olt 與 onu 之間以及 onu 與 onu 之間的通信。每個 onu 的 llid 的數目是可以通過設置選擇的每個 llid 可以支持一個或者多個隊列收發(fā)用戶的數據。 2）上行數據流采用 tdma（數字時分多址技術）技術。olt接收

11、數據前比較 llid 注冊列表；每個 onu 在由局端設備 olt 統(tǒng)一分配的時隙中發(fā)送數據幀；分配的時隙（通過測距技術）補償了各個 onu 距離的差距，避免了各個 onu 之間的碰撞。 二、epon 網絡組網開發(fā)及應用 epon 網絡的組網方式一般分 ftth（光纖到戶）、fttb（光纖到樓）、ftto 光纖到辦公室）、fttn（光纖和雙絞線結合）等多種方式。 隨著 epon 網絡技術的不斷成熟和穩(wěn)定，epon 網絡技術同樣也可以應用于機關辦公大樓的全光纖覆蓋，達到數據和業(yè)務信息的全光纖傳輸。機關辦公大樓的 epon 組網方式可靈活采用以上幾種組網方式。1、單獨辦公大樓組一個 epon 網絡

12、 只有一幢辦公大樓，只在該辦公大樓組成一個 epon 網，可采用 ftto 光纖到辦公室或 ftth 光纖到戶的組網方式。如圖 2：1）組單網用的光纜 光纖分多模光纖和單模光纖兩類，多模光纖和單模光纖的區(qū)別，主要在于光的傳輸方式不同，當然帶寬容量也不一樣。多模光纖直徑較大62.5m m（微米）或 50m m，允許上百個模式傳輸，色散大，工作在 850nm 或 1310nm。不同波長和相位的光束沿光纖壁不停地反射著向前傳輸，造成色散，限制了兩個中繼器之間的傳輸距離和帶寬。多模光纖的帶寬約為 2.5gbps。單模光纖只有一個波峰通過故稱為單模光纖它的纖芯很細約為 8一 10 微米光在其中直線傳播，

13、很少反射，所以色散減小、帶寬增加，傳輸距離長。工作在長波長（1310nm 和 1550nm），但 單模光纖的帶寬超過 10gbps。是與之配套的光端設備價格較高。epon 網絡選用的是單模光纖方式。組一個 epon 網絡只用光纜中的其中一根纖芯，所以組一個單網理論上只需單芯光纜即可滿足要求， 有 4 但實際上目前國內沒有單芯光纜， 2 芯、 芯以上到 144芯的多芯單模光纜。組 epon 單網最低需選用 2 芯室內光纜，一芯為主用，一芯為冗余備用。建議選用 4 芯光纜，有較大的冗余量，以后若再增組網絡時，只考慮 olt 和分光器設備的增加，直接利用已布設光纜中的冗余纖芯，不需再增加光纜。 圖2

14、 2）olt 的選擇及安放位置： 由于 olt 是 epon 網絡的光線路終端和核心，起著承上啟下的中心交換作用，所以一般都安裝于中心機房，便于操作和管理。 圖中 olt 到機房熔纖盒采用光纖跳線鏈接。來自每個樓層弱電井的光纖通過機房熔纖盒接入 olt。一般情況下一個樓層占用olt 一個 pon 端口，如果整個大樓有 8 層樓，則 olt 最少需有 8個 pon 端口，如果有 20 層樓，則需有 20 個以上的 pon 端口。樓層數越多，對 olt 的參數指標要求就越高。3）分光器的安裝位置： 單獨辦公大樓的分光器一般設在每層樓的弱電井，相當于雙絞線布線方案中的樓層設備間。區(qū)別主要是雙絞線布線

15、方案中的樓層設備間安裝的是樓層交換機，是有源設備。而 epon 的分光器是無源設備，來自 olt 的下行光信號在這里通過分光器分光并由分光器熔纖盒分配給樓層各個辦公室房間 onu，完成下行廣播傳輸功能。來自樓層各 onu 的光信號在這里通過分光器耦合匯集到樓層的一根纖芯里再到機房的 olt，完成光信號的上傳功能。olt 的光信號從機房熔纖盒出來到辦公樓每個房間的 onu 之間、房間 onu 發(fā)出的光信號通過樓層分光器到機房 olt 之間均是無電源光信號傳輸，所以稱 epon 是無源光網絡。 圖中樓層分光器前端的光熔纖盒熔接來自 olt 到了樓層弱電井的纖芯，通過光纖跳線和樓層分光器相接。樓層分

16、光器后端的光熔纖盒熔接來自樓層各房間 onu 的纖芯，通過光跳線和相應的分光器的熔纖盒次序相連。 分光器有 1 分 2、1 分 4、1 分 8、1 分 16、1 分 32 等規(guī)格，分的路數越多、分光比越大，光信號衰減越大。分光器的分光比一般根據樓層房間和 onu 的多少而定，樓層只有 4 個房間，用1:4 的；有 5 到 8 個房間的，用 1:8 的，有 9-16 個房間的，用1:16 的；有 17-32 個房間的，用 1:32 的。超過 32 個房間或 onu的樓層，需再從機房 olt 的另一個 pon 口布設一根光纜，再加一個分光器繼續(xù)再分配。分光器的分光比在 olt 和 onu 之間總計

17、一般最好不要超過 1:32，一條光鏈路中，一般只能設計最多兩次分光，可以是一次 1:32 分光，也可以是一次 1:4 分光加一次 1:8分光，也可以是一次 1:2 分光加一次 1:16 分光。 筆者建議，在光網絡組建中，除必須的 epon 組成設備外，中間鏈路在設計時盡量減少中轉、耦合次數，以減少故障點發(fā)生機率和中轉、熔接所產生的光衰減值。另外?諼拊捶止餛韉難襠媳小骯揮謾還嘣簟鋇腦頡止餛鞣止飴肥蕉啵飯饉踉醬螅?1:32 路分光器，額定光衰減值在-1517db 即單路光鏈路衰減值為-1517db 不存在均分的說法。 分光后的帶寬占比：理論上是每條分光路都共享總光路的帶寬，但能共享多大的帶寬呢，我

18、的理解是應按此時分路用戶的多少而定。假如一個 1:32 分光器，剛好接了 32 個 onu（用戶）， 32分光前的帶寬是 1g若某時， 個 onu 都有用戶使用計算機上網，則每個 onu 的帶寬占比是 1g 帶寬的三十二分之一（即 31.25m）；如果某時只有十個 onu 的用戶計算機上網，則每個 onu 的計算機可享用 1g 帶寬的十分之一即 100m若某時只有一個 onu 的計算機在上網，則這個 onu 的計算機享用整個 1g 帶寬。其它以此類推。4）熔纖盒的安裝和選配 熔纖盒有 4 口、8 口、12 口、24 口、48 口等多種品種規(guī)格，根據實際需要進行選配。 從 在圖 2 的整個光網絡

19、線路中， olt 到 onu 之間共有 5 個熔纖盒，其選配方法是： （1）機房熔纖盒根據光纜纖芯數選配規(guī)格，單網用的是 2-4芯光纜，所以熔纖盒應選擇 4 口的，沒有四口的就選用 8 口或12 口的。熔纖盒數量按樓層數確定，每樓層一個。 因大部分 4 口、8 口熔纖盒為非標準 19 吋機柜機架式，不好直接固定于機柜。若要把熔纖盒都規(guī)范的固定于機柜，建議最好選擇 12 口以上標準機架安裝式熔纖盒。 （2）樓層弱電井分光器前端熔纖盒由于是熔接來自機房熔纖盒的光纜，所以該熔纖盒的規(guī)格同機房熔纖盒。 （3）分光器熔纖盒是將分光后的光路數纖芯熔接在相對應的端口上，便于跳線，其熔纖盒規(guī)格的選配由分光比確

20、定，若分光比是 1:16，則選用 24 口熔纖盒。若分光比是 1:32，則選用36 口熔纖盒，沒有 36 口的就選用 48 口熔纖盒。使用熔纖盒安放分光器，便于分光后的跳線。 分光器熔纖盒接口類型建議選擇 sc 接口，方便跳線和維護。 （4）分光器后端熔纖盒由于是熔接來自樓層各房間 onu 前端的光纜，所以熔纖盒的規(guī)格和數量由房間數確定：假如我們在組網方案中確定使用二芯單模光纜，熔接到每個房間的也是二芯光纖。假如一個樓層只有 20 個房間，那么就需要 22040 個端口，需選用 48 端口的熔纖盒規(guī)格一個即可。若到每個房間是四芯光纖，則需要兩個 48 端口規(guī)格的熔纖盒。以此類推。 至此，樓層弱

21、電井需要安裝的熔纖盒和分光器規(guī)格及數量已經可以計算出，從而可以確定安裝這些熔纖盒需要多高的標準機柜了。一個 12 口熔纖盒的高度是 4.5 公分即一個 u 的高度，一個 48 口熔纖盒的高度是兩個 u 的高度。 按常規(guī)，4-8 端口的熔纖盒其長度都小于 40cm。不好直接安裝固定于標準機柜的寬度上，只能放置在標準機柜的隔板上。而12 端口以上的熔纖盒寬度基本就在 40cm 左右，可以直接用螺絲固定于機柜。所以在選用那種規(guī)格的熔纖盒時應該考慮熔纖盒的安裝固定這個因素。機房、弱電井、各辦公室都是一樣。5）onu 的選配和安裝 onu 是 epon 網絡的用戶終端設備，它的前端接入光纖芯，經過光電轉

22、換，它的后端即輸出端接雙絞線到用戶計算機或 ip電話、視頻設備等。所以在選配 onu 時要根據用途選擇它的功能參數和輸出端口數。如果 onu 用于涉密網的計算機，則要求 onu的幾個輸出端口能夠方便的進行關閉或開放，并能和所帶涉密計算機分別進行 mac 地址綁定，沒有進行 mac 地址綁定的計算機不能和 onu 進行通信。每個 onu 的 mac 地址都能和 olt 進行注冊和綁定，未在 olt 上進行注冊和綁定的其它 onu 不能和 olt 進行通信。涉密網絡 onu 輸出的雙絞線應使用六類屏蔽雙絞線，防止信號磁場泄漏和外界磁場干擾，確保 epon 涉密光網絡的安全、保密與穩(wěn)定。onu 的體

23、積很小，耗電也很小，可以放置在辦公桌上也可以固定于其它地方或專門的小機柜里。室內光纜進了房間后先在室內熔纖盒里熔接到熔纖盒的端口上，而后通過光跳線和onu 的進線端口進行連接，完成整個光鏈路的連通。室內光熔纖盒規(guī)格的選配同機房，但安放在什么位置是要很好考慮的問題：如果安放在室內頂棚內，則熔纖盒到 onu 的跳線就要長，成本要增加，熔纖時和以后維護很不方便。如果安放在室內一個位置，方便了熔纖盒的熔纖和以后的維護，但要考慮整個室內的整體美觀和協調。6）光纜的選擇與敷設 辦公大樓里組 epon 網使用的是室內單模光纜，要求它的柔軟度要好、最小彎度半徑要小，防火性能要好，抗拉性能要好。選用幾芯光纜，前

24、面已說過，這里不再重復。 光纜的敷設也和雙絞線一樣，存在著從機房到弱電井的垂直布線子系統(tǒng)和弱電井到房間的水平布線子系統(tǒng)。由于光纜是通過光束完成網絡數據和信息的傳輸，理論上光束不受磁場干擾和不存在磁場泄漏的問題，所以在布線時允許使用塑質橋架和 pvc 管材進行敷設，但是需要注意以下幾個問題：一是橋架要選用材質比較厚點的 pvc 材質，達到一定的牢固強度，要能防火、防裂、防老化、防翹變，蓋板緊密嚴實，防止鼠咬。二是水平敷設時要和強電、噴淋主水管等保持 10 公分以上的間距，以保證一定的物理安全防火距離和被擠壓距離。三是光纜在轉彎時，其轉彎半徑不能超過光纜參數要求的光纜直徑 15-30 倍的最小轉彎

25、半徑，更不允許轉直角和小于 90 度的角度，防止光纜里玻璃纖芯折斷。筆者建議，垂直橋架和水平主橋架最好選用金屬材質的，進室內支管也最好選用鍍鋅彩鋼管。7）光鏈路的衰耗 在網絡組建過程中，光纖傳輸線路的選擇需要考慮光纖衰耗和光纖熔接、光纖跳線、分光等因素的影響，在設計網絡結構時要保證光功率在正常收發(fā)范圍之內。 epon 網絡在確定了 olt 和 onu 的網絡結構布放后，在光纖網絡的設計中應重點考慮光鏈路的衰耗設計符合光鏈路總體光功率衰耗要求。對于 epon 工程，可根據下列光接入網常用的工程數據估算本工程 odn（光功率）的傳輸損耗。 工程建議 odn 衰耗為 1026db（一般為 22db

26、以內）；單模光纖衰耗0.34db/km；光纖跳纖、尾纖插入損耗為 0.10.3db；法蘭盤插入損耗0.4db；1：2 分光器插入衰耗為 3db；1：4 分光器插入衰耗為 6db；1：8 分光器插入衰耗為 9db；1：16 分光器插入衰耗為 12db；1：32 分光器插入衰耗為 15db。 olt 光功率。接收為-1-24db（1310nm）；發(fā)送為2-3db（1490nm）。 onu 光功率。接收為-3-24（1490nm）；發(fā)送為-14（1310nm）。 對于 olt 和 onu 設備正常的收發(fā)光功率，在實際工程設計中要確保網絡光功率衰耗值在相應設備的收發(fā)光功率范圍之內。 整個網絡光鏈路光功

27、率的衰耗允許值除了以上理論上的精心設計外，還須在實際施工中加倍注意熔纖、法蘭盤、跳線等幾個重要環(huán)節(jié)的工藝和清潔，否則光功率在這些重要環(huán)節(jié)衰耗將增大很多，甚至造成光路阻斷。2、epon 技術在多網絡組合中的應用 圖3 如圖 3 所示的是一個 epon 技術在多網絡組合應用中的典型拓撲結構圖，該圖表示的是一個機關辦公大樓的光網絡圖。該圖反映的拓撲結構其實和單網的 epon 網絡結構圖相似，只是光纜的纖芯數多一些，三個網使用同一根光纜里的不同纖芯，不同網的 olt、分光器、onu 都個自分開，熔纖盒、機柜等可以共用。 如某機關辦公大樓有樓層 11 層，每層 24 個房間。該辦公大樓設有圖 3 中的內聯保密網、互聯網和黨政內網三個相互獨立的網，另有系統(tǒng)內部視頻會議、視頻環(huán)境監(jiān)控、ip 電話等信息的傳送，以上這些需求都可用圖