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      EPON承載傳統(tǒng)銅纜業(yè)務(wù)解決方案研究

      2010-06-11 06:30:10王繼東沈成彬王成巍
      電信科學(xué) 2010年8期
      關(guān)鍵詞:銅纜小靈通以太網(wǎng)

      王繼東,沈成彬,蔣 銘,王成巍

      (中國電信股份有限公司上海研究院 上海 200122)

      1 引言

      隨著“三網(wǎng)融合”的開展以及國內(nèi)運(yùn)營商接入網(wǎng)“光進(jìn)銅退”步伐的持續(xù)加快,EPON網(wǎng)絡(luò)得到了廣泛的部署。作為主流運(yùn)營商的綜合接入平臺,EPON網(wǎng)絡(luò)已很好地承載了數(shù)據(jù)、語音、視頻等業(yè)務(wù),用戶接入終端種類也越來越豐富,家庭網(wǎng)關(guān)、全球眼、WLAN AP等產(chǎn)品均可用EPON網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行承載,光纖向用戶端延伸所帶來業(yè)務(wù)支撐能力的大幅提升已得到了很好的體現(xiàn)。

      隨著“光進(jìn)銅退”的持續(xù)展開,一些傳統(tǒng)的銅纜業(yè)務(wù),如小靈通、ISDN、DDN專線以及HDSL等,目前有少部分銅纜無法退掉,并且面臨老化等難題,為“光進(jìn)銅退”埋下了隱患。與此同時,由于有很高等級的服務(wù)質(zhì)量,這些傳統(tǒng)的TDM業(yè)務(wù)在商業(yè)客戶中仍有著較強(qiáng)的市場吸引力,這些驅(qū)動因素導(dǎo)致用EPON系統(tǒng)承載TDM業(yè)務(wù)的需求越來越迫切。EPON系統(tǒng)采用電路仿真技術(shù)承載TDM業(yè)務(wù),可以有效地解決數(shù)據(jù)傳輸、時間同步、QoS保證等問題,同時通過目前業(yè)界主流傳感器技術(shù)的應(yīng)用,也可以解決人井蓋、室內(nèi)外機(jī)柜的開關(guān)以及機(jī)柜內(nèi)部溫度的監(jiān)測問題,本文將通過分析不同銅纜業(yè)務(wù)的特點,探討EPON承載傳統(tǒng)銅纜業(yè)務(wù)的解決方案。

      2 EPON承載小靈通信號傳輸解決方案

      2.1 小靈通網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀

      小靈通網(wǎng)絡(luò)主要由互聯(lián)互通模塊(PSTN網(wǎng)絡(luò)側(cè))、接入網(wǎng)單元(ANU)、局端基站控制器(CSC)和遠(yuǎn)端基站(CS)組成,具體組網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。ANU與本地交換機(jī)可安裝在同一地點,除了接口功能,ANU還提供集中的用戶數(shù)據(jù)庫、移動管理功能和集線控制功能。CS通過ISDN的2B+D方式連接至CSC,CSC的功能是對CS進(jìn)行控制,執(zhí)行信令轉(zhuǎn)換、分配語音和信令時隙,它提供語音路徑的集線處理功能,實現(xiàn)本地各CS之間的漫游切換,同時對多個CS動態(tài)分配頻率和信道。CSC將CS的Q.931信令呼叫經(jīng)過ANU發(fā)送到PSTN,同時將PSTN的信令廣播到相應(yīng)CS進(jìn)行處理。其中,CSC與CS的傳輸距離一般控制在 3~4 km。

      目前的小靈通網(wǎng)絡(luò)主要存在3種接口:

      ·基站控制器CSC和CS之間采用U口連接,采用BRA信令;

      ·CSC和ANU之間采用E1接口連接,采用PRA信令;·ANU和PSTN之間采用V5接口連接。

      目前在已建好的小靈通網(wǎng)絡(luò)上,有的CSC到CS之間的距離過長,造成環(huán)路阻抗、線路容抗達(dá)不到小靈通系統(tǒng)的要求,從而引起CS工作不穩(wěn)定,同時小靈通CS數(shù)據(jù)靠雙絞線傳輸,雙絞線作為銅線的一種存在,信號易受干擾,存在被雷擊和被盜等各種隱患,從而造成信號不好、業(yè)務(wù)不通、業(yè)務(wù)長時間中斷以及設(shè)備損壞等嚴(yán)重后果。

      用EPON網(wǎng)絡(luò)承載小靈通CS信號,網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方面,可以利用現(xiàn)有的EPON網(wǎng)絡(luò)而無須再建網(wǎng)絡(luò),且挖出的昂貴雙絞線資源可以回收,網(wǎng)絡(luò)改造成本較低,同時也統(tǒng)一了網(wǎng)管;在接口方面,小靈通信號的以太網(wǎng)傳輸技術(shù)需要的網(wǎng)絡(luò)接口是以太網(wǎng)接口,EPON設(shè)備可以提供該類接口且覆蓋廣泛,便于施工。

      2.2 關(guān)鍵技術(shù)

      目前,EPON系統(tǒng)承載TDM業(yè)務(wù)一般有兩種方式:Metro Ethernet Forum制訂的MEF8和IETF制訂的PWE3。PWE3仿真TDM業(yè)務(wù)有兩種實現(xiàn)技術(shù):SAToP(structureagnostic TDM over packet)和CESoPSN (circuit emulation service over PSN)。SAToP是一種非結(jié)構(gòu)化TDM電路仿真模式,封裝TDM業(yè)務(wù)時不考慮TDM幀結(jié)構(gòu);CESoPSN是一種結(jié)構(gòu)化的TDM電路仿真模式,根據(jù)TDM幀結(jié)構(gòu)封裝TDM業(yè)務(wù)。傳統(tǒng)的基于電路交換技術(shù)的TDM業(yè)務(wù)自身含有定時信息,具有帶寬固定、延時小等傳輸特性,在EPON系統(tǒng)上仿真TDM業(yè)務(wù)時,不僅要對TDM進(jìn)行封裝/解封裝,還必須針對TDM的特點,通過TDM業(yè)務(wù)的定時與同步、QoS保證、保護(hù)等關(guān)鍵技術(shù)來保證其傳輸特征。

      目前,小靈通的CSC與CS之間是通過ISDN的U口傳送2B+D信號的,用EPON網(wǎng)絡(luò)承載小靈通基站,需要解決以下幾個問題:

      ·去掉CS和CSC之間的雙絞線之后,通過EPON網(wǎng)絡(luò)透傳U口數(shù)據(jù);

      ·CS和CSC之間需要實現(xiàn)時鐘同步;

      ·改造之后U口的運(yùn)行維護(hù)管理。

      通過電路仿真技術(shù),可以實現(xiàn)2B+D信號的以太網(wǎng)封裝傳輸,這樣就實現(xiàn)了U口數(shù)據(jù)到FE口的轉(zhuǎn)換。采用高精度的時鐘同步和恢復(fù)技術(shù),可以有效地保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性,網(wǎng)絡(luò)時鐘精度在±2 μs內(nèi),滿足小靈通CS對時間同步的嚴(yán)格要求。當(dāng)前小靈通CS維護(hù)告警通過第一個U口的2B+D中的D通道進(jìn)行CS同CSC的傳送,EPON網(wǎng)絡(luò)承載小靈通CS信號后,會將CS的2B+D信號同步封裝到IP報文中,并傳送到CSC上,所以對于絕大多數(shù)告警在網(wǎng)絡(luò)切換中不會受到影響。

      小靈通網(wǎng)絡(luò)與其他網(wǎng)絡(luò)的時間與頻率同步要求的對比見表1。

      表1 頻率和時鐘同步要求

      2.3 EPON承載小靈通CS方案

      小靈通信號的EPON承載方案可以分以下兩種情況進(jìn)行考慮。

      (1)ONU能夠提供U口的情況

      其組網(wǎng)模式如圖2所示。

      ONU把U口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成IP數(shù)據(jù)包,匯聚側(cè)ONU再把IP數(shù)據(jù)包恢復(fù)成U口數(shù)據(jù),完成U口數(shù)據(jù)的透傳。OLT設(shè)備按照外時鐘輸入、從上游TDM業(yè)務(wù)提取工作時鐘、高精度的本地時鐘等方式選取定時源,并作為OLT線路的下行發(fā)送時鐘,ONU設(shè)備的電路仿真模塊從下行數(shù)據(jù)包中恢復(fù)時鐘,從而使CS和CSC之間保持時鐘同步,且時鐘滿足G.823標(biāo)準(zhǔn)。ONU電路仿真模塊的時鐘恢復(fù)方式包括差分時鐘恢復(fù)方式、自適應(yīng)時鐘恢復(fù)方式。

      OLT從上游設(shè)備提取工作時鐘流程如圖3所示。

      在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行維護(hù)管理方面,用戶側(cè)的U口狀態(tài)通過軟件傳遞到匯聚側(cè)對應(yīng)的U口,使小靈通基站控制室CSC感知不到網(wǎng)絡(luò)變化。

      (2)ONU不能夠提供U口的情況

      其組網(wǎng)需采用專門的轉(zhuǎn)換設(shè)備在接入側(cè)(CS)對小靈通CS和CSC之間U口的2B+D數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)封裝,且對應(yīng)地在局端匯聚側(cè)(CSC)采用轉(zhuǎn)換設(shè)備,應(yīng)將標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)解析成2B+D數(shù)據(jù),然后發(fā)給小靈通CSC對應(yīng)的U口。采用該類轉(zhuǎn)換封裝設(shè)備可以在以太網(wǎng)上透明承載U口數(shù)據(jù),同時在解析過程中可以提取網(wǎng)絡(luò)時鐘以進(jìn)行頻率和相位的同步。但需要注意的是,局端和遠(yuǎn)端轉(zhuǎn)換設(shè)備的U口信息必須一一對應(yīng)。該種情況下的組網(wǎng)方案如圖4所示。

      利用該組網(wǎng)方案需要考慮U口轉(zhuǎn)換設(shè)備的布放位置,CSC與CS之間傳輸距離過長,將導(dǎo)致時延增大,增大小靈通通話產(chǎn)生回聲的可能性,且匯聚側(cè)局端設(shè)備和接入側(cè)遠(yuǎn)端設(shè)備之間的路徑不能接路由設(shè)備,所以對小靈通CS的雙絞線進(jìn)行EPON改造時,匯聚側(cè)局端集中式設(shè)備位置應(yīng)盡量靠近OLT,如果CSC與OLT距離過遠(yuǎn),OLT可以考慮利用交換機(jī)或者光電轉(zhuǎn)換設(shè)備通過光纖連接到CSC,以減少傳輸時延。同時接入側(cè)遠(yuǎn)端臺式設(shè)備盡量布放在交接箱處,靠近CS。

      由于小靈通語音信號的優(yōu)先級較高,EPON設(shè)備需要對U口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成的IP數(shù)據(jù)包進(jìn)行VLAN及QoS標(biāo)記來區(qū)分該業(yè)務(wù)流,在ONU能夠提供U口的情況下,由ONU對數(shù)據(jù)報文打VLAN標(biāo)簽并標(biāo)記QoS值為7,若ONU不能提供U口,則需要接入側(cè)遠(yuǎn)端轉(zhuǎn)換設(shè)備對數(shù)據(jù)報文進(jìn)行VLAN標(biāo)記并進(jìn)行QoS標(biāo)記。

      當(dāng)前小靈通CS維護(hù)告警是通過第一個U口的2B+D中的D通道進(jìn)行CS與CSC之間的傳送。小靈通CS信號用EPON網(wǎng)絡(luò)承載后,將2B+D數(shù)據(jù)封裝到IP報文中,通過EPON網(wǎng)絡(luò)傳送到CSC上,所以在網(wǎng)絡(luò)切換中絕大多數(shù)告警不會受到影響。但是需要重新考慮小靈通CS的外線測試,原因在于當(dāng)前的外線測試是由獨(dú)立的線路測試網(wǎng)管發(fā)起的線路測試,由CSC器完成,測試范圍包括從CSC到CS之間的全部銅纜,在用EPON網(wǎng)絡(luò)承載后,由于干線銅纜已經(jīng)退掉,測試范圍僅為接入ONU或者轉(zhuǎn)換設(shè)備到CS的配線銅纜。對于方案一,可以在小靈通網(wǎng)管側(cè)增加EPON網(wǎng)管客戶端,并對該客戶端設(shè)置告警查詢和線路測試的權(quán)限;增加的客戶端完成U口激活、去激活等告警,并且進(jìn)行配線段(接入側(cè)ONU到CS)線路測試。測試可以由EPON的網(wǎng)管發(fā)起,也可以由原小靈通維護(hù)人員通過EPON網(wǎng)管客戶端發(fā)起,由接入側(cè)的ONU完成。對于方案二,則需要接入側(cè)遠(yuǎn)端轉(zhuǎn)換設(shè)備完成外線測試。

      小靈通建網(wǎng)初期80%左右的CS有UPS備電,由于UPS在戶外,長時間受環(huán)境影響,目前有很多UPS都已出現(xiàn)故障,因此實際狀況是絕大部分基站都處于無備電的情況。通過ONU或者U口轉(zhuǎn)換設(shè)備連接小靈通CS后,部分ONU或者U口轉(zhuǎn)換設(shè)備無備電。所以在ONU或者U口轉(zhuǎn)換設(shè)備安裝時,應(yīng)該盡量取市政供電,還需要根據(jù)ONU或者轉(zhuǎn)換設(shè)備的實際位置,對部分設(shè)備進(jìn)行備電。

      3 EPON承載DDN、ISDN、HDSL等業(yè)務(wù)解決方案

      EPON承載DDN、ISDN、HDSL等業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D5所示。

      DDN業(yè)務(wù)作為一種TDM業(yè)務(wù),可提供專用電路、虛擬專用網(wǎng)(VPN)、傳真等業(yè)務(wù),目前現(xiàn)網(wǎng)的銅纜接入設(shè)備包括xDSL設(shè)備和低速率的Modem,其中,xDSL設(shè)備可提供E1和 V.35接口,Modem可以提供V.35/V.24/RJ45接口。xDSL設(shè)備在局端通過管理機(jī)框控制局端插卡和遠(yuǎn)端用戶設(shè)備,局端插卡上聯(lián)至DDN各類TDM/ATM的交換設(shè)備。EPON網(wǎng)絡(luò)承載DDN業(yè)務(wù),需要將ONU布放至商務(wù)樓,并且支持接入目前基礎(chǔ)數(shù)據(jù)網(wǎng)主流接入終端。如果ONU與DDN終端設(shè)備距離很近,DDN終端設(shè)備可以直接通過V.24或V.35接口與ONU設(shè)備連接;如果ONU設(shè)備與DDN設(shè)備距離較遠(yuǎn),DDN終端設(shè)備可以通過SHDSL方式或者通過V.24/V.35 Modem與ONU設(shè)備連接,OLT通過E1/STM-1接口將封裝后的數(shù)據(jù)流透傳給DDN局端設(shè)備??紤]到網(wǎng)絡(luò)扁平化的演進(jìn)方向,也可以將OLT和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)網(wǎng)TDM/ATM接入設(shè)備直聯(lián),但基于網(wǎng)絡(luò)的安全性考慮,需要STM接口和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)網(wǎng)核心設(shè)備支持APS保護(hù)功能。

      ISDN業(yè)務(wù)包括數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和語音業(yè)務(wù),ISDN有B和D兩種信道:B信道用于傳輸數(shù)據(jù)和語音信息,D信道用于信號和控制。ISDN提供兩種用戶接口:基本速率接口(BRI)由 2個B信道和 1個D信道組成,其中,B信道帶寬64 kbit/s,D信道帶寬 16 kbit/s,3個信道設(shè)計成2B+D;主速率接口(PRI)由多個B信道和1個帶寬為64 kbit/s的D信道組成,我國目前采用30B+D總速率為2.048 Mbit/s的E1接口。對于基本速率接口,其網(wǎng)絡(luò)側(cè)接口為U口,可采用與小靈通CS相同的EPON網(wǎng)絡(luò)承載方案,不同的是此時局端的CSC設(shè)備換成ISDN交換機(jī);對于主速率接口,可以用帶E1接口的ONU設(shè)備直接承載,OLT通過E1/STM-1接口將封裝后的數(shù)據(jù)流透傳給ISDN局端設(shè)備。

      HDSL、SHDSL等相關(guān)技術(shù)的銅纜傳輸業(yè)務(wù)也可以通過EPON網(wǎng)絡(luò)承載,HDSL、SHDSL等接入方式的用戶側(cè)端口種類比較豐富,提供了以太網(wǎng)端口和E1端口的接入方式,可直接用ONU接入;對于提供U口的接入方式,其承載方案可采用EPON承載小靈通CS的方案;對于其他的采用TDM傳送類型的接入方式,可參考DDN專線承載方案。

      EPON網(wǎng)絡(luò)承載傳統(tǒng)TDM銅纜業(yè)務(wù),OLT和ONU應(yīng)對轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)流標(biāo)記QoS值為7,使其優(yōu)先級最高,并且ONU需要對轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)流進(jìn)行VLAN標(biāo)記來區(qū)分該業(yè)務(wù)流。

      4 結(jié)束語

      隨著“三網(wǎng)融合”的開展和各運(yùn)營商“光進(jìn)銅退”戰(zhàn)略的持續(xù)推進(jìn),EPON網(wǎng)絡(luò)部署規(guī)模越來越大,用EPON網(wǎng)絡(luò)承載傳統(tǒng)TDM銅纜業(yè)務(wù)的需求也越來越迫切,目前主流設(shè)備商的EPON設(shè)備均能提供PWE3方式仿真TDM業(yè)務(wù),可以滿足這些傳統(tǒng)業(yè)務(wù)的時鐘同步、QoS保證等要求。隨著網(wǎng)絡(luò)的不斷演進(jìn)和EPON技術(shù)的不斷成熟和完善,EPON網(wǎng)絡(luò)將能夠承載更多的新業(yè)務(wù)和傳統(tǒng)業(yè)務(wù),成為統(tǒng)一的接入和匯聚平臺。

      1 IETF RFC4553,2006

      2 IETF RFC5086,2007

      3 IEEE802.3,2005

      4 宋阿芳,奚展越,王穎.光進(jìn)銅退用戶端設(shè)備部署中存在的問題研究.電信科學(xué),2009,24(10)

      5 左建,任艷,歐月華.PON中無源光分路器的分析.電信技術(shù),2009(6)

      6 吳健學(xué).低成本多業(yè)務(wù)綜合接入EPON系統(tǒng)設(shè)計方案研究.電信科學(xué),2009,25(4)

      7 劉冊.EPON系統(tǒng)多業(yè)務(wù)承載調(diào)度機(jī)制的研究.電信科學(xué),2009,25(9)

      8 張晉豫,楊維,劉犁.優(yōu)化的EPON多播QoS DBA實現(xiàn)研究.通信學(xué)報,2009(2)

      9 陳文.“光進(jìn)銅退”下寬帶業(yè)務(wù)發(fā)展策略的探討.電信科學(xué),2008,24(9)

      10 蔣銘,沈成彬,王成巍等.基于EPON的FTTx接入網(wǎng)建設(shè)關(guān)鍵問題探討.電信科學(xué),2008,24(9)

      11 王成巍,沈成彬,蔣銘等.PON系統(tǒng)中的光鏈路檢測技術(shù)研究.電信科學(xué),2008,24(9)

      12 杜喆,沈成彬,陳文等.無源光網(wǎng)絡(luò)的光線路相關(guān)技術(shù)研究.電信科學(xué),2008,24(9)

      13 沈成彬,曹敏,蔣銘等.“光進(jìn)銅退”熱潮中二層匯聚網(wǎng)與光接入網(wǎng)的融合.電信科學(xué),2008,24(9)

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