基于EPON的虚拟局域网技术在电力信息网络中的应用

李 珂，柴守亮，李海锋

（国网邯郸供电公司，河北邯郸056035）

随着国家电网公司信息化建设工程的全面实施，电力企业日常的生产、运营、管理等工作与信息化建设越来越密不可分。由于历史原因，电力系统各专业、各业务和管理部门间分工不同，大都采用了专网的方式，归纳起来可分为“三大网络”：电话网、数据网和视频网络。但“三大网络”各自为阵，重复投资建设的现象较普遍，带来了职能不清、责任不明、维护困难，成本高、浪费大等一系列问题。随着国网公司三集五大体系建设的顺利开展，信息通信管理体系融合为一体，为信息网和通信网的技术融合发展打下了坚实的管理基础，因此在国网河北省电力公司邯郸供电分公司（以下简称邯郸供电公司）新建某营业楼项目中选择了EPON技术来解决当前企业信息接入网存在的多种接入网重复建设问题，并且基于EPON技术的三网合一的电力信息网组网方式在电力系统应用较少，此项目的建设在电力系统具有示范和标杆作用。

1 EPON技术

EPON（以太无源光网络），即利用PON（无源光网络）的拓扑结构实现以太网的接入。EPON是一种采用点到多点网络结构、无源光纤传输方式、基于高速以太网平台和TDM时分媒体访问控制方式、提供多种综合业务的宽带接入技术。

1.1 EPON的网络结构

EPON系统由OLT、ONU和ODN组成，见图1。OLT位于局端，是整个EPON系统的核心部件，向上提供接入网与核心网／城域网的高速接口，向下提供一点对多点的PON接口；ONU位于用户端，终结光纤链路，并提供对用户业务的各种适配功能；ODN是由无源分光器组成的光纤分配网络，使得一个PON接口的光纤传输带宽可以由多个ONU共享，节省了大量的光纤铺设成本［1］。

图1 EPON组网方案示意图

1.2 EPON的工作原理

EPON（Ethernet Passive Optical Net work）由IEEE 802.3ah提出，它将Ethernet技术与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点结构的吉比特以太网光纤接入系统。EPON属于IEEE以太网标准的范围，其基本的工作原理如下：

在下行方向（OLT到ONU）采用广播模式，每个ONU可以接受到OLT所有下行数据，但ONU只根据下行数据的LLID（逻辑链路标识）标识信息接收属于自己的数据，丢弃其他的数据。

在上行方向（ONU到OLT）采用TDMA多址接入方式并对各ONU的数据发送进行仲裁，每个ONU在各自预定时隙发送光信号。所有ONU的光信号通过ODN采用时分复用方式合成。时隙的预定靠OLT与ONU的距离判定分配。上、下行的数据都采用IEEE802以太数据帧格式。上下行方向工作原理如图2、图3所示。

图2 OLT到ONU下行通信示意图

图3 ONU到OLT上行通信示意图

1.3 EPON的关键技术

基于以太网技术的EPON网络接入技术与传统的用于计算机局域网的以太网技术不同，虽然采用了以太网的帧结构和接口，但是网络结构和工作原理却完全不同，为实际应用，采取单纤双向波分复用等关键技术。

1.3.1 单纤双向波分复用技术

EPON系统为单纤双向系统，上、下行应分别使用不同的波长，其中上行应使用1 260 nm～1 360 nm波长，下行应使用1 480 nm～1 510 nm波长，如果实现CATV，则应使用1 540 nm～1 560 nm波长。

1.3.2 自动注册

为实现PON系统良好的可扩展性和操作维护方便，在系统开通运行后随业务发展需要增加新ONU或故障修复后要重新加入到系统的ONU都希望能够自动地加入而不影响正常工作的ONU，因此在原有的以太网CSMA／CD基础上引入了新的MAC控制信息，OLT使用GATE和REPORT消息实现时钟同步和时隙分配，REGISTER和ACK信息用来控制自动注册和应答过程，从而使ONU能够自动发现和加入并实现测距、报告链路拥塞情况。

1.3.3 动态带宽分配技术

动态带宽分配 （Dynamic Bandwidth Allcation，DBA）就是OLT根据ONU的实时带宽请求获取各ONU的流量信息，通过特定的算法为ONU动态分配上行带宽，保证各ONU上行数据帧互不冲突。DBA具有带宽效率高、公平性好、能够满足QoS要求的优点。

1.3.4 测距技术

为保证每一个ONU的上行信元在OLT复用时能够插入指定的时隙且彼此不发生碰撞，OLT需要一套功能，测量每一ONU与OLT之间的距离（即延时），并指挥每个ONU调整发送时间，以保证该ONU的上行信元在OLT规定的时刻到达使之不致相互冲突。这个机制可以通过把所有ONU都调整到与OLT相同的逻辑距离处的方法来实现。这种测量ONU的距离，然后把每个ONU都调整到OLT的相同“虚”距离处的过程就称为测距（Ranging）。具体方法有扩频法测距、带外法测距以及带内开窗测距［1］。

2 EPON技术组网与传统组网方式对比分析

下面分别从组网方式和投资分析角度说明一下EPON技术在组网方面的优势。

2.1 组网方式

2.1.1 传统组网

传统的电力企业办公用数据，语音，视频业务一般通过分别组建信息网、语音网、有线电视网来实现的，其各自的组网方式如图4所示［2］。

图4 传统组网

2.1.2 EPON组网

采用EPON技术组网，将传统的通信网络、计算机网络、电视网络整合成一个网络，实现了语音、数据和视频业务的三网融合，解决了通信网络、电视网络、计算机网络各自为政的现象；综合布线以光纤为主替代了铜线和同轴电缆为主的旧接入网方式，解决了用户带宽低、不易扩容等网络传输瓶颈问题，组网方式如图5所示。表1为几种组网方式的性能对比。

图5 EPON组网示意图

表1 不同组网方式的对比

2.2 投资效益

下面以邯郸供电公司人民营业楼（六层楼，每层20个房间，每层一个设备间，网络建设规模规划为600个信息点）为例，对比说明EPON与传统组网方式的网络建设投资成本。

2.2.1 传统组网

信息网、电话网及有线电视网络分别单独建设，其各自的投资预算为：

（1）信息网。根据规划计算，需购置汇聚交换机2台，24口接入交换机25台（600／24），按照市场价格，汇聚交换机10万元，接入交换机0.5万元计算，设备投资需32.5万元；信息点双绞线布线建设每点按照0.05万元计算，需投资30万元；对设备间机柜和电源等辅助配套设施进行建设需要6万元；共需投资68.5万元。

（2）电话网。根据规划计算，需购置程控交换机1台（600门），按照市场价格，设备投资需20万预案；电话线布线建设每点按照0.02万元计算，布线建设需投资30万元；对设备间交接箱等辅助类设施进行建设需3万元；共需投资70万元。

（3）有线电视。每个房间预留1个有线接入点，六层楼每层楼20个房间，需建设120个有线接入点，依据市场价格，每点投资按照0.04万元计算，需投资4.8万，对设备间交接箱等辅助类设施进行建设需2万元；共需投资6.8万元。

2.2.2 EPON组网

EPON三网合一：根据规划计算，需购置96口OLT设备2台，4口ONU设备150台（600／4），1∶8分光器75个（600／8），按照市场价格，96口OLT设备每台12万元，4口ONU设备每台0.05万元计算，分光器每个0.04万元，设备投资需34.5万元，光纤布线建设每点按照0.04万元计算，需投资24万元。无需设备间机柜和电源等辅助配套设施。共需投资58.5万元。表2为投资比较。

表2 不同组网方式的投资对比／（单位：万元）

通过以上分析可以看出，采用EPON技术实现三网融合的组网方式，局端OLT和用户ONU之间仅有光纤、光分路器等光无源器件，大量节省主干光纤和接入交换机，无需设备间建设、无需配备电源、省电、防盗、防雷电，网络层次简化，组网灵活，可有效节省建设和后期维护成本［3］。

3 EPON技术组网在人民营业楼中的具体应用

邯郸供电公司人民营业楼属于新建的小型基建项目，建设完成后将作为公司营销系统主要的办公场所，对网络带宽和可靠性要求较高，建筑的智能化程度较高，在综合比较了多种网络接入技术后，选择了EPON技术实现了光纤到办公室。下面对其组网方案和关键配置进行说明。

3.1 组网方案

根据邯郸供电公司人民营业楼办公大楼内部建筑布局以及实际使用情况，采用EPON技术组建智能办公楼信息通信网络，承载办公楼内的数据、语音和视频业务，为保障网络业务可靠运行，在组网方式上采用了OLT设备1＋1保护；分光器与主干光纤1＋1保护，确保网络安全可靠，具体拓扑如图6。

图6 人民营业楼EPON网络建设拓扑图

3.1.1 OLT设备1＋1保护

局端机房布置两台瑞斯康达OLT设备ISCOM5800E，通过上联GE、10G接口双上联分别接入信息网、NGN交换网以及有线电视网等，实现办公区域以太网业务、ip语音业务以及视频等业务落地；两台OLT设备1＋1保护，其中1台发生故障不会影响网络的正常使用。

3.1.2 分光器及主干光纤1＋1保护

分光器采用2∶8分光比；该分光器就近接入多个办公室数据信息节点，考虑到后续扩容，建议接入4～8个用户；分光器将远端数据信息点进行光汇聚，上行两个光口分别上联至局端的两台OLT设备的PON口，实现接入业务双上联，主干光纤1＋1保护，一条主干光缆出现故障，不影响接入业务。

3.1.3 业务接入

办公室数据信息节点安放瑞斯康达ONU设备ISCOM5204，可提供4FE＋2POTS业务接入，可接入本办公区域的以太业务、语音业务以及视频。

3.2 VLAN划分

EPON技术本身内部同一PON口下不同ONU、同一个ONU下不同以太口都是物理隔离，不同的PON口和GE口遵循IEEE 802.1q协议标准，可根据用户业务类型以及业务需求进行VLAN的隔离划分。根据业务类型，办公业务划分为VLAN2025，视频业务划分为3014，语音业务划分为1999；详细配置见下述关键配置。

3.3 设备选型

本次设备选用瑞斯康达科技发展股份有限公司的EPON系列设备，局端节点所采用设备为瑞斯康达的OLT设备ISCOM5800E，业务接入点选用瑞斯康达的多网融合ONU设备ISCOM5204，可接入以太网业务、语音和视频业务。

3.4 关键配置

（1）以太网业务配置

Raisecom＞enable

Password：raisecom

查看设备信息：

Raisecom＃show running-config all

创建板卡：

Raisecom（fttx）＃create card slot 1 type 4pon／4ge

创建VLAN：

Raisecom（config）＃create vlan 1999，2025，3014 active

设置带外网管地址：

Raisecom（config）＃management-port ip address 192.168.4.12 255.255.255.0

设置带内网管：

Raisecom（config）＃interface ip 0

Raisecom（config-ip）＃ip address 135.21.177.176 255.255.255.0 2025

设置网关：

Raisecom（config）＃ip default-gateway 135.21.177.1

设置网管服务器IP：

Raisecom（config）＃sn mp-server host 192.168.4.254 version 2c raisecom

udpport UDP端口选择

＜cr＞

读写共同体：

Raisecom（config）＃snmp-server community public ro

Raisecom（config）＃snmp-server community private r w

配置4GE上联口：

Raisecom（config）＃interface port 11

Raisecom（config-port：11）＃switchport mode trunk

Raisecom（config-port：11）＃switchport trunk allowed vlan all

Raisecom（config-port：11）＃speed 1000

在OLT上开通ONU的话，配置第一端口和第二端口：

Raisecom（config）＃interface port 1（1-2端口为第一槽位端口）

Raisecom（config-port：1）＃switchport mode trunk

Raisecom（config-port：1）＃switchport trunk allowed vlan al

Raisecom（config）＃interface range 1-2

Raisecom（config-range）＃switchport trunk allowed vlan add 1999，2025，3014

配置OLT的PON口：

打开端口自动注册：

Raisecom（fttx）＃interface range olt 1／1-4（1／代表槽位；1-4代表第一槽位1-4PON口）

Raisecom（fttx-olt-range）＃automatic-authorization enable（打开自动注册）

ONU配置：

Raisecom（fttx）＃interface onu 1／1／1（第一槽位第一个PON口第一台ONU）

Raisecom（fttx-onu1／1：1）＃uni range ethernet 1-2（配置第一槽位的1-2交换端口）

Raisecom （fttx-onu-uni-range）＃ vlan mode tagged（配置交换端口的模式）

Raisecom（fttx-onu-uni-range）＃native vlan 2025（允许通过的VLAN）

（2）H248语音配置

ip address 10.70.108.155 255.255.252.0

ip route default 10.70.108.1

vlan mode tagged

vlan 1999

h248 mg register-mode domain-name

h248 mg name jxqygj001.bbxq.cqnetcom.cn

h248 pri mary mgc ip 10.23.33.129

h248 mg tid mode auto

h248 mg tid prefix A name 0

h248 pots tid name A0 1

h248 pots tid name A1 2

h248 mg tid prefix A name 0

4 结束语

新组建的EPON系统较好地满足了电力系统智能化办公楼宇建设的需求，解决了传统网络重复建设的问题，节省网络建设资金。同时EPON光网络的无源性使它彻底避免了外部设备的电磁干扰和雷电影响，减少了线路和外部设备的故障率，提高了系统的可靠性，节省了维护成本，运行安全稳定，取得了良好的社会效益与经济效益，也获得了EPON组网经验，具有一定的示范作用。

［1］ 冉在阳.北京某区LAN网改造及EPON承载IPTV方案设计与实施［D］.北京：北京邮电大学，2009.

［2］ 李立新.EPON技术在企业信息网络建设中的应用［J］.黑龙江科技信息，2013，（13）：146-147.

［3］ 张 虹.EPON相对传统LAN接入的发展优势［J］.科技视界，2012，（30）：250-251.