TDM over EPON技術及應用分析
2006年，光通信將在沉寂多年后開始復蘇，其中，光通信在接入和城域的應用將成為拉動復蘇的龍頭，而長途骨干的應用將平穩增長，這里，我們特地邀請業內專家對這三個領域的技術走向進行評點分析。
隨著社會的發展和人民生活水平的提高，我們對通信技術的要求也越來越高。伴隨Internet的迅猛發展，各種寬帶接入技術也如雨后春筍般地涌現出來，如ADSL、VDSL、LAN、PON（PassiveOpticalNetwork，無源光網絡）等，其中結合了以太網的低成本、大帶寬和PON的高可靠性、基本免維護等突出優點的以太網無源光網絡（EPON）技術格外引人注目。傳統TDM業務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的同時不放棄原有的利潤來源，是電信運營商和電信設備制造商一直關注的焦點。
EPON為什么必須支持TDM業務的接入
目前已成功商用的EPON系統通常都是符合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，它主要由局端光線路終端（OLT，OpticalLineTerminal）、用戶端光網絡單元（ONU，OpticalNetworkUnit）和光分配網絡（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，必須而且也能夠提供傳統TDM業務的經濟、可靠接入。這里提及的TDM業務包括語音業務（POTS，PopularOldTelephoneService）和電路業務（T1／E1，N×64kbps等租用線）兩大類。
從電信運營商角度
盡管傳統的TDM業務的ARPU已變得越來越低，但是它仍然是運營商現在乃至未來幾十年的主要利潤來源。近幾年，電信業務收入結構呈現“本地話音業務穩中有降，長途話音業務持續下滑，數據業務增長迅速”等顯著特點，接入業務結構也呈現“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時，一定會充分考慮其對現有技術、投資和客戶利益的保護。
業內人士普遍認為，電信網IP化的演進是一個無法逆轉的趨勢。就中國的具體情況而論，“南電信北網通”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，迎合網絡向以IP為核心的下一代網絡（NGN）的轉變；另一方面，他們不能也不愿放棄已有的資源和技術。他們對未來接入網的基本要求是具有綜合業務接入能力，即不僅符合網絡技術融合趨勢與業務多樣化趨勢，而且能夠實現寬窄帶業務，語音、數據和視頻的綜合接入，在提供所有傳統網絡所能提供業務的基礎上，具備提供圖像和數據等寬帶業務的能力。也就是說，提供對傳統TDM業務和未來多媒體業務的支持，是運營商提高自身核心競爭力、保護現有投資的必然要求。
從設備提供商角度
作為EPON設備提供商，能否有效支持多種業務的可靠傳輸，也是設備能否得到大規模應用的關鍵因素之一。這不僅是網絡融合趨勢的需要，也是彌補EPON與其他寬帶接入技術相比劣勢的必然選擇。
ADSL是目前應用最廣泛的“寬帶”接入技術之一，ADSL可以在普通電話線上傳輸電話業務的同時，提供上／下行速率可達640kbps和8Mbps的高速寬帶數據業務和視頻業務。ADSL的語音信號和高速數據信號的共同傳輸是利用不同的頻譜實現的。
APON和GPON技術也將是EPON發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幀結構，所以在機制上便于實現對傳統TDM業務的支持。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，且實現復雜，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有設備（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、更可靠的網絡連接。毋庸置疑，他們總是希望在企業／家庭內部以盡可能簡單的布線，實現電話、視頻和數據等多種業務的綜合接入。當然，用戶最為關注的依然是接入費用問題，所采用的新技術在用戶側的成本分擔和運行、維護及管理成本都應該盡可能低。從這一點來看，只要采取一定的保證措施，實現數據、語音和視頻業務的可靠傳輸，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關鍵技術及實現
由于EPON本質上是一個基于以太網技術的二層接入平臺，采用統計復用的方式實現高效的數據傳輸，EPON既沒有像xDSL那樣采用專用的頻段（對應于EPON中的波長）傳輸TDM信號，也沒有采用類似APON和GPON的復幀結構。此外，由于EPON是一個點到多點（P2MP：PointtoMulti－Point）的拓撲結構，上／下行傳輸的都是符合IEEE802．3標準的變長的以太網幀，并不能簡單地借用點到點（P2P：PointtoPoint）的實現方式，只有采用特定的技術才能滿足TDM業務的服務質量（QoS）要求。
總體來說，EPON支持TDM業務接入要先解決以下幾個技術難題：
1）TDM業務的定時與同步
眾所周知，TDM業務對定時和同步的要求特別嚴格。而EPON本質上是基于以太網技術的異步傳送網絡，沒有全網同步的高精度電信時鐘。以太網定義的時鐘精度為±100ppm，而傳統TDM業務要求的時鐘精度為±50ppm。此外，在提供全網同步的電信時鐘的同時，還必須盡可能周期性地傳送TDM數據，以滿足其抖動和誤碼要求。
2）TDM業務的QoS保證
盡管TDM業務占用的帶寬較小，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帶寬分配（DBA，Dynamic Bandwidth Allocation）時考慮如何減小TDM業務的傳送延時和抖動，也必須在下行帶寬控制策略中保證TDM業務對延時和抖動等的嚴格要求。
3）EPON網絡的生存性
此外，TDM業務還要求承載網絡必須具有良好的生存性，在發生重大故障時，能在盡可能短的時間內實現業務的可靠倒換。由于EPON主要用于接入網建設，離用戶距離較近，各種應用和使用環境復雜，很容易受城市建設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系統能提供經濟高效的系統保護方案。
為了解決這些技術難題，除了要在EPON系統自身的設計上充分考慮，還必須采用一些新興的技術來達到這一目標。除了少數幾種私有的實現技術以外，目前主流的應用有基于分組的電路仿真業務（CESoP，Circuit Emulation Serviceover Packet）和VoIP兩種技術。
CESoP技術基本原理
CESoP的基本思想就是在分組網絡上搭建一個“通道”，在其中實現TDM電路（如N×64kbps電路業務或E1等），從而使網絡任何一端的TDM設備不必擔心其所連接的網絡是否是一個TDM網絡。分組網絡被用來仿真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絡的兩端都有交互連接功能。在分組交換網絡入口處，交互連接功能將TDM數據轉換成一系列分組，而在分組交換網絡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這種交互功能模塊，包括結構化仿真和非結構化仿真或結構不可知（Structure－Agnostic）仿真。
由于EPON是基于以太網技術的一種新興接入手段，CESoP技術應用到EPON中具體表現為TDMoverEthernet技術。EPON網絡具有和傳統TDM網絡不相同的特性，為此必須考慮以太網幀丟失、以太網幀重新排序和以太網幀延遲變化等因素。
VoIP技術在EPON中的應用
VoIP技術作為一項發展中的熱門技術，近些年已實現了一定范圍的規模應用，是IP網絡承載語音業務的一個有效手段。在EPON系統中，同樣可以通過增加某些VoIP設備或功能，實現傳統電話業務的接入。利用VoIP技術，只要保證EPON語音業務上／下行的延時和抖動特性，其他功能都留給用戶側的綜合接入設備（IAD，IntegratedAccessDevice）和局端的接入網關設備處理，就可以實現語音業務的傳輸。此種方式實現起來相對簡單，可以直接移植現有技術，但需要昂貴的局端接入網關設備，建網成本較高，且會受限于VoIP技術本身的缺陷。此外，也無法提供E1和N×64kbps數據業務的接入。
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