TDM over EPON技術(shù)及應(yīng)用分析
2006年，光通信將在沉寂多年后開始復(fù)蘇，其中，光通信在接入和城域的應(yīng)用將成為拉動復(fù)蘇的龍頭，而長途骨干的應(yīng)用將平穩(wěn)增長，這里，我們特地邀請業(yè)內(nèi)專家對這三個領(lǐng)域的技術(shù)走向進行評點分析。
隨著社會的發(fā)展和人民生活水平的提高，我們對通信技術(shù)的要求也越來越高。伴隨Internet的迅猛發(fā)展，各種寬帶接入技術(shù)也如雨后春筍般地涌現(xiàn)出來，如ADSL、VDSL、LAN、PON（PassiveOpticalNetwork，無源光網(wǎng)絡(luò)）等，其中結(jié)合了以太網(wǎng)的低成本、大帶寬和PON的高可靠性、基本免維護等突出優(yōu)點的以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)（EPON）技術(shù)格外引人注目。傳統(tǒng)TDM業(yè)務(wù)是電信運營商一直以來的利潤源泉，如何在采用新的寬帶接入技術(shù)的同時不放棄原有的利潤來源，是電信運營商和電信設(shè)備制造商一直關(guān)注的焦點。
EPON為什么必須支持TDM業(yè)務(wù)的接入
目前已成功商用的EPON系統(tǒng)通常都是符合IEEE802．3ah－2004標準的上／下行傳輸速率均為1．25Gbps的寬帶光纖接入系統(tǒng)，它主要由局端光線路終端（OLT，OpticalLineTerminal）、用戶端光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU，OpticalNetworkUnit）和光分配網(wǎng)絡(luò)（ODN，OpticalDistributionNetwork）等幾部分組成。EPON作為被廣泛看好的下一代寬帶接入技術(shù)，必須而且也能夠提供傳統(tǒng)TDM業(yè)務(wù)的經(jīng)濟、可靠接入。這里提及的TDM業(yè)務(wù)包括語音業(yè)務(wù)（POTS，PopularOldTelephoneService）和電路業(yè)務(wù)（T1／E1，N×64kbps等租用線）兩大類。
從電信運營商角度
盡管傳統(tǒng)的TDM業(yè)務(wù)的ARPU已變得越來越低，但是它仍然是運營商現(xiàn)在乃至未來幾十年的主要利潤來源。近幾年，電信業(yè)務(wù)收入結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)“本地話音業(yè)務(wù)穩(wěn)中有降，長途話音業(yè)務(wù)持續(xù)下滑，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)增長迅速”等顯著特點，接入業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)也呈現(xiàn)“寬帶接入超出窄帶接入，即接入寬帶化趨勢，專線接入依然是主要收入來源，窄帶接入收入下滑”等特點。運營商在決定是否采用新技術(shù)時，一定會充分考慮其對現(xiàn)有技術(shù)、投資和客戶利益的保護。
業(yè)內(nèi)人士普遍認為，電信網(wǎng)IP化的演進是一個無法逆轉(zhuǎn)的趨勢。就中國的具體情況而論，“南電信北網(wǎng)通”的格局對運營商來說既是一種難得的機遇，也意味著激烈的競爭。一方面，競爭的壓力促使運營商不得不積極采用最新的技術(shù)，迎合網(wǎng)絡(luò)向以IP為核心的下一代網(wǎng)絡(luò)（NGN）的轉(zhuǎn)變；另一方面，他們不能也不愿放棄已有的資源和技術(shù)。他們對未來接入網(wǎng)的基本要求是具有綜合業(yè)務(wù)接入能力，即不僅符合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)融合趨勢與業(yè)務(wù)多樣化趨勢，而且能夠?qū)崿F(xiàn)寬窄帶業(yè)務(wù)，語音、數(shù)據(jù)和視頻的綜合接入，在提供所有傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)所能提供業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)上，具備提供圖像和數(shù)據(jù)等寬帶業(yè)務(wù)的能力。也就是說，提供對傳統(tǒng)TDM業(yè)務(wù)和未來多媒體業(yè)務(wù)的支持，是運營商提高自身核心競爭力、保護現(xiàn)有投資的必然要求。
從設(shè)備提供商角度
作為EPON設(shè)備提供商，能否有效支持多種業(yè)務(wù)的可靠傳輸，也是設(shè)備能否得到大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵因素之一。這不僅是網(wǎng)絡(luò)融合趨勢的需要，也是彌補EPON與其他寬帶接入技術(shù)相比劣勢的必然選擇。
ADSL是目前應(yīng)用最廣泛的“寬帶”接入技術(shù)之一，ADSL可以在普通電話線上傳輸電話業(yè)務(wù)的同時，提供上／下行速率可達640kbps和8Mbps的高速寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和視頻業(yè)務(wù)。ADSL的語音信號和高速數(shù)據(jù)信號的共同傳輸是利用不同的頻譜實現(xiàn)的。
APON和GPON技術(shù)也將是EPON發(fā)展面臨的主要競爭對手。由于它們都具有固定的上／下行幀格式，線路中傳送的是具有周期性的復(fù)幀結(jié)構(gòu)，所以在機制上便于實現(xiàn)對傳統(tǒng)TDM業(yè)務(wù)的支持。但是，由于其不具備下行組播的能力，在對視頻的支持上具有一定的先天不足，且實現(xiàn)復(fù)雜，成本較高。
從最終用戶角度
作為最終用戶，總是希望能在盡可能少地替換現(xiàn)有設(shè)備（如小型交換機PBX、電話機、傳真機、電視機等）的情況下，輕松升級到更快速、更可靠的網(wǎng)絡(luò)連接。毋庸置疑，他們總是希望在企業(yè)／家庭內(nèi)部以盡可能簡單的布線，實現(xiàn)電話、視頻和數(shù)據(jù)等多種業(yè)務(wù)的綜合接入。當(dāng)然，用戶最為關(guān)注的依然是接入費用問題，所采用的新技術(shù)在用戶側(cè)的成本分擔(dān)和運行、維護及管理成本都應(yīng)該盡可能低。從這一點來看，只要采取一定的保證措施，實現(xiàn)數(shù)據(jù)、語音和視頻業(yè)務(wù)的可靠傳輸，EPON就可以在很大程度上滿足用戶對大帶寬和低費用的要求。
TDM over EPON關(guān)鍵技術(shù)及實現(xiàn)
由于EPON本質(zhì)上是一個基于以太網(wǎng)技術(shù)的二層接入平臺，采用統(tǒng)計復(fù)用的方式實現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)傳輸，EPON既沒有像xDSL那樣采用專用的頻段（對應(yīng)于EPON中的波長）傳輸TDM信號，也沒有采用類似APON和GPON的復(fù)幀結(jié)構(gòu)。此外，由于EPON是一個點到多點（P2MP：PointtoMulti－Point）的拓撲結(jié)構(gòu)，上／下行傳輸?shù)亩际欠螴EEE802．3標準的變長的以太網(wǎng)幀，并不能簡單地借用點到點（P2P：PointtoPoint）的實現(xiàn)方式，只有采用特定的技術(shù)才能滿足TDM業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量（QoS）要求。
總體來說，EPON支持TDM業(yè)務(wù)接入要先解決以下幾個技術(shù)難題：
1）TDM業(yè)務(wù)的定時與同步
眾所周知，TDM業(yè)務(wù)對定時和同步的要求特別嚴格。而EPON本質(zhì)上是基于以太網(wǎng)技術(shù)的異步傳送網(wǎng)絡(luò)，沒有全網(wǎng)同步的高精度電信時鐘。以太網(wǎng)定義的時鐘精度為±100ppm，而傳統(tǒng)TDM業(yè)務(wù)要求的時鐘精度為±50ppm。此外，在提供全網(wǎng)同步的電信時鐘的同時，還必須盡可能周期性地傳送TDM數(shù)據(jù)，以滿足其抖動和誤碼要求。
2）TDM業(yè)務(wù)的QoS保證
盡管TDM業(yè)務(wù)占用的帶寬較小，但對延時、抖動、漂移、誤碼率等指標都有很高的要求。這就要求我們不僅在上行動態(tài)帶寬分配（DBA，Dynamic Bandwidth Allocation）時考慮如何減小TDM業(yè)務(wù)的傳送延時和抖動，也必須在下行帶寬控制策略中保證TDM業(yè)務(wù)對延時和抖動等的嚴格要求。
3）EPON網(wǎng)絡(luò)的生存性
此外，TDM業(yè)務(wù)還要求承載網(wǎng)絡(luò)必須具有良好的生存性，在發(fā)生重大故障時，能在盡可能短的時間內(nèi)實現(xiàn)業(yè)務(wù)的可靠倒換。由于EPON主要用于接入網(wǎng)建設(shè)，離用戶距離較近，各種應(yīng)用和使用環(huán)境復(fù)雜，很容易受城市建設(shè)等不可知因素的影響，造成鏈路中斷等事故。因此，迫切要求EPON系統(tǒng)能提供經(jīng)濟高效的系統(tǒng)保護方案。
為了解決這些技術(shù)難題，除了要在EPON系統(tǒng)自身的設(shè)計上充分考慮，還必須采用一些新興的技術(shù)來達到這一目標。除了少數(shù)幾種私有的實現(xiàn)技術(shù)以外，目前主流的應(yīng)用有基于分組的電路仿真業(yè)務(wù)（CESoP，Circuit Emulation Serviceover Packet）和VoIP兩種技術(shù)。
CESoP技術(shù)基本原理
CESoP的基本思想就是在分組網(wǎng)絡(luò)上搭建一個“通道”，在其中實現(xiàn)TDM電路（如N×64kbps電路業(yè)務(wù)或E1等），從而使網(wǎng)絡(luò)任何一端的TDM設(shè)備不必擔(dān)心其所連接的網(wǎng)絡(luò)是否是一個TDM網(wǎng)絡(luò)。分組網(wǎng)絡(luò)被用來仿真TDM電路的行為，故而稱為“電路仿真”。
電路仿真要求在分組交換網(wǎng)絡(luò)的兩端都有交互連接功能。在分組交換網(wǎng)絡(luò)入口處，交互連接功能將TDM數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成一系列分組，而在分組交換網(wǎng)絡(luò)出口處則利用這一系列分組再重新生成TDM電路。有兩種基本方法可以實現(xiàn)這種交互功能模塊，包括結(jié)構(gòu)化仿真和非結(jié)構(gòu)化仿真或結(jié)構(gòu)不可知（Structure－Agnostic）仿真。
由于EPON是基于以太網(wǎng)技術(shù)的一種新興接入手段，CESoP技術(shù)應(yīng)用到EPON中具體表現(xiàn)為TDMoverEthernet技術(shù)。EPON網(wǎng)絡(luò)具有和傳統(tǒng)TDM網(wǎng)絡(luò)不相同的特性，為此必須考慮以太網(wǎng)幀丟失、以太網(wǎng)幀重新排序和以太網(wǎng)幀延遲變化等因素。
VoIP技術(shù)在EPON中的應(yīng)用
VoIP技術(shù)作為一項發(fā)展中的熱門技術(shù)，近些年已實現(xiàn)了一定范圍的規(guī)模應(yīng)用，是IP網(wǎng)絡(luò)承載語音業(yè)務(wù)的一個有效手段。在EPON系統(tǒng)中，同樣可以通過增加某些VoIP設(shè)備或功能，實現(xiàn)傳統(tǒng)電話業(yè)務(wù)的接入。利用VoIP技術(shù)，只要保證EPON語音業(yè)務(wù)上／下行的延時和抖動特性，其他功能都留給用戶側(cè)的綜合接入設(shè)備（IAD，IntegratedAccessDevice）和局端的接入網(wǎng)關(guān)設(shè)備處理，就可以實現(xiàn)語音業(yè)務(wù)的傳輸。此種方式實現(xiàn)起來相對簡單，可以直接移植現(xiàn)有技術(shù)，但需要昂貴的局端接入網(wǎng)關(guān)設(shè)備，建網(wǎng)成本較高，且會受限于VoIP技術(shù)本身的缺陷。此外，也無法提供E1和N×64kbps數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的接入。
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