1.1網絡拓撲結構概述
根據湖南有線集團的網絡建設規劃和實際情況，郴州有線采用三層網絡結構:核心路由交換層、核心匯聚層和接入層。考慮到接入用戶的類型和接入業務的多樣性，接入設備必須能夠支持各種業務的接入需求，並具備處理各種業務的能力。匯聚設備采用高性能、支持多種業務的城域網匯聚設備。
在接入方式上，針對不同用戶特點配置了多種接入和處理方式:對已完成布局、接入五類線路的用戶采用EPON+LAN接入方式；對於沒有鋪設5類線路或者難以鋪設5類線路的用戶，采用EPON+EOC模式；對於大型企業、政府部門等大客戶，我們可以從USR綜合業務網關設備的接口直接用專線或MPLS VPN連接，或者從匯聚設備OLT通過EPON系統在大客戶處放置專用ONU設備，實現大客戶的接入。對於有特殊需求的高端客戶，我們可以從匯聚設備OLT拉專線，解決優質大客戶的接入需求。
下圖1是湖南郴州有線的網絡拓撲模擬示意圖。
1.2關鍵技術的應用
(壹)EPON物理層關鍵技術
EPON是壹種采用點到多點網絡結構、無源光纖傳輸、基於以太網和TDM時分復用的MAC(Media Access Control)媒體接入控制方式，提供多種綜合業務的寬帶接入技術。
從物理層來看，EPON在電氣、機械、法規和功能特性方面基本遵循了以太網的GE或1000BASE的標準，包括物理層協議(PHY)和物理介質依賴協議(PMD)兩個子層功能。在物理層，EPON采用1000BASE的以太網物理層協議PHY，這是壹種無源光纖傳輸方式。
(二)EPON數據鏈路層關鍵技術
EPON數據鏈路層分為兩部分:邏輯LLC(鏈路層控制協議)和MAC。LLC遵循802.2的標準，MAC遵循802.3的標準(CSMA/CD)。
EPON在數據鏈路層的MAC層采用MPCP(多點控制協議)，基於TDM時分復用控制協議，以OLT為控制中心，利用時間戳字段向下遊發送GATE MAC控制信息，實現ONU和OLT的同步。ONU接收門信息並發送REGISTER_REQUEST信息，並在預定的時間段內將其註冊到OLT。OLT向ONU回復了登記信息，表示ONU的登記已獲批準。這樣通過時間分片，將不同的時間片分配給不同的ONU設備使用，ONU自動將帶寬需求返回給OLT，OLT自動發現ONU，包括帶寬排序和邏輯鏈路id(LLID)的指定，靈活賦予不同帶寬需求的ONU不同的網絡帶寬。實現了動態帶寬分配(DBA)，有效控制了用戶帶寬，從而避免了數據傳輸過程中的沖突問題和復雜的沖突檢測問題。但這種帶寬控制功能壹般需要在路由器或寬帶接入服務器上實現，以太網不具備。OLT和ONU的光收發器參數通過OLT和ONU的AC控制機制進行優化。
下行方向采用廣播方式，從OLT到多個ONU的數據按照不同的時間段以廣播方式(TDM時分復用)下行，通過ODN的1: N(壹般為1: 32)無源光分路器分發給PON上的所有ONU光網絡單元。當OLT啟動時，它將周期性地在每個端口上廣播時隙接入許可信息。ONU上電後，會根據接入許可信息發送註冊請求，從而實現OLT對ONU的認證，允許請求註冊的合法ONU接入，並為ONU分配唯壹的邏輯鏈路標識符(LLID)。當數據信號到達ONU時，ONU會根據LLID在物理層做出判斷，拒絕不屬於自己的數據幀。
上行鏈路采用時分多址(TDMA)技術，上行數據流在時隙中傳輸到每個ONU。來自每個ONU的各種業務信息按照各自分配的時隙，通過ODN無源光分路器互不幹擾地耦合到同壹根光纖上，最終發送到OLT接收頭端。OLT每個端口(PON端口)和OLT PON端口下的所有ONU之間的時鐘是嚴格同步的，每個ONU只能在OLT分配的特定允許時隙內傳輸數據。通過時隙分配和時延補償，保證多個ONU的數據信號耦合到壹根光纖上時，每個ONU的上行數據不會相互幹擾。
EPON具有有效的帶寬控制、優先級處理、點到多點等壹系列優越的特性。在傳輸機制上，每個光網絡單元(ONU)和光線路終端(OLT)之間的突發數據通信和實時TDM通信由MAC控制命令控制和優化，通過在MAC層實現802.1p提供QOS，保證服務質量。
(C) EPON系統組件設備
EPON系統由OLT、ONU和POS組成。OLT(光線路終端)光線路頭端設備壹般放置在中心機房；ONU(光網絡單元(ONU))放置在客戶端附近或與客戶端集成在壹起；POS(Passive Optical Splitter)是壹種無源光纖分路器，是將壹個OLT和多個ONU從壹點連接到多點，分配下行數據，集中上行數據的無源設備。EPON采用單芯光纖在壹根芯線上傳輸兩波(上行波長:1310nm，下行波長:1490nm)。為了防止1490nm和1550nm之間的幹擾，對湖南1550nm波長進行了模擬。
OLT是壹個多業務交換平臺，既有交換機的接入功能，又有匯聚等路由交換功能，並為無源光纖提供接口(每個PON端口可連接32個ONU)。OLT還具有根據用戶需求進行帶寬分配DBA、QOS、網絡安全和管理配置的功能，並可根據實際需要配置多塊OLC(光線卡)。POS是壹種無源設備，不需要電源和電子元件。鋪設簡單方便，基本不需要維護，節省長期運營成本和管理成本。在EPON系統中，OLT和ONU之間的距離可以達到20公裏。
(4)測距和時間延遲補償
EPON的上行信道采用TDMA。由於每個ONU與OLT的距離不同，OLT接收模塊不同時隙的功率也不同，多點接入必然會導致每個ONU的數據幀延遲不同。因此，需要通過測距和延時補償技術來同步全網的時隙，使數據流能夠到達DBA算法確定的時隙。EPON的測距由OLT通過時間戳發起並完成，同時監控ONU的即插即用。
(五)不同業務的數據電文的區別。
1.互聯網寬帶互聯網數據業務采用PPPoE報文，由BAS和Radius服務器認證。通過鍵入端口ID，即pvid(端口Vlan ID)，即端口的虛擬lan ID號，所有進入樓道交換機中配置了PVID的端口的數據包都被標記上相應的標簽頭。對於壹般的基於端口的VLAN劃分，只需要配置PVID即可，但是湖南有線需要基於802.1Q劃分VLAN，還需要在端口配置PVID的基礎上配置VID。壹個端口可以劃分為壹個PVID，但它可以屬於多個VID。
基於該端口，OLT啟用靈活的QinQ功能，對來自不同OLT端口的報文封裝不同的外部VLAN標簽，並發送給BRAS設備。BRAS負責端接PPPoE報文的內外VLAN標簽(配合網管系統實現與用戶賬號和計算機網卡MAC地址的綁定，防止用戶賬號被盜或壹號多用)。其中，外層的VLAN標簽代表用戶接入的小區(OLT端口)，內層的VLAN代表用戶在小區中的具體位置(走廊交換機端口)。如果返回數據，將通過相應的傳入路由下載。
2.STB數字電視機頂盒的業務采用IPOE數據報文，通過DHCP+認證根據用戶的物理位置進行認證，用戶認證通過支持OPTIONT60和OPTION82的DHCP服務器實現。用戶終端無需任何配置，符合用戶的使用習慣，具有良好的擴展性和實用性。認證過程如下:STB設備開機後，發起DHCP請求，OLT設備根據協議識別此請求後，轉發給USR、USR和DHCP服務器進行用戶認證，分配指定的業務網段地址。
基於該端口，OLT啟用靈活的QinQ功能，對來自不同OLT端口的報文封裝不同的外部VLAN標簽，並發送給USR綜合業務網關設備。USR負責終止IPoE報文的內部和外部VLAN標簽(配合網管系統實現與用戶賬號和機頂盒MAC地址的綁定，防止用戶賬號被盜用或多用途使用)。其中，外層的VLAN標簽代表用戶接入的小區(OLT端口)，內層的VLAN代表用戶在小區中的具體位置(走廊交換機端口)。如果返回數據，將通過相應的傳入路由下載。
如果家庭用戶既有PC上網需求，又有STB雙向業務需求，則需要在家庭客戶端配置HUB或家庭路由器承載多業務功能。
在湖南省有線城市和少數發達縣市部署了分布式DHCP服務器和BRAS認證計費接入管理系統，使得大量用戶同時申請IP地址時系統壓力較小，也區分了不同的業務數據流。
(6)靈活的QinQ技術
IEEE802.1Q中定義的VLAN標簽字段是12比特，用來表示VLAN ID，因此設備最多可以支持12的2次方，即4096個VLAN。在實際應用中，4094個VLANs遠遠不能滿足實際需求。
設備提供的端口QinQ特性是壹種簡單靈活的二層VPN技術，在運營商網絡的邊緣設備上為用戶的專網報文封裝外部VLAN標簽，使報文攜帶二層VLAN標簽穿越運營商的骨幹公網。在公網中，設備只根據外層VLAN標簽轉發報文，將報文的源MAC地址表學習到外層VLAN標簽所在VLAN的MAC地址表中，並將用戶私有的VLAN標簽作為報文的數據部分發送出去。QinQ特性使運營商能夠使用壹個VLAN為具有多個VLAN的用戶網絡提供服務。
目前實現QinQ有兩種方式:壹種是基於端口的QinQ，另壹種是基於流分類的靈活QinQ。
湖南有線基於流量分類的靈活QinQ實現機制如下:根據流量分類打印外部Vlan標簽，如何根據應用程序的用戶VLAN標簽、MAC地址、IP協議、源地址、目的地址、優先級、端口號靈活編寫VLAN標簽，根據不同用戶、不同業務、不同優先級封裝報文的外部VLAN標簽，形成壹個戲弄用戶業務號+信元號的二層ID，從而實現各種業務的承載。
(八)基帶EOC技術
EOC(Ethernet Over Cable)主要分為基帶傳輸、調制傳輸和2.4GHz擴展應用三大類，又可以細分為很多標準和非標準技術，如基帶、MoCA、同軸Wi-Fi、CableRan等。
基帶EOC(同軸電纜以太網)是壹種基於IEEE802.3協議的同軸傳輸技術。它只做物理改造，原有的以太網幀格式和MAC層保持不變，不涉及任何協議轉換，不增加任何網絡層。同壹根同軸電纜按頻率劃分。在0.5-25MHZ的帶寬內，直接傳輸10Base-T的基帶以太網信號，仍以110-860mhz傳輸射頻電視信號，將有線電視信號的下行傳輸與IP數據的雙向傳輸有機結合，用同壹根電纜發送給用戶，不僅擁有大容量清晰圖像，還具備雙向專屬寬帶數據接入。
基帶EOC設備包括EOC本地終端設備和EOC終端設備。EOC本地設備相當於壹個交換機+混頻器，把數據信號和電視信號混合起來傳輸。具有數據接入端口，接口類型為10/100M自適應，連接器類型為RJ45網絡接口，輸入阻抗為100ω。
EOC終端設備本質上是壹個分頻器，壹般是無源的，有同軸輸入、數據和電視輸出。同軸輸入端口為F型連接器，輸入阻抗為75ω；數據接口類型為RJ45網絡接口，輸入阻抗為100ω。電視輸出端口是壹個F形連接器，輸入阻抗為75ω。
但由於以太網PHY芯片只能適應五類導線或銅纜等相對純凈的物理介質，在有線網絡的實際使用中，對於各種質量的各種同軸電纜，會出現復雜的信號衰減和回程失真，影響接入距離和信號傳輸質量。要求EOC設備具有良好的自適應傳輸阻抗匹配能力，良好的穩定性和可靠性。
另外，基帶EOC只適合點對點的應用，只能適應星型結構的集中分布方式，很難適應串行樹型結構。目前在湖南，相當壹部分用戶的室內布線都是私布線，極不規範，用料參差不齊。大部分都是劣質產品。如果網絡線路沒有認真整改，壹般不適合直接應用基帶EOC技術和設備。
2.設備主要測試技術指標
設備主要測試技術指標:
1.測試OLT和ONU的設備
編號主要測試項目、主要測試內容、指標結果和主要步驟
1 PON-C光口的平均傳輸光功率連接OLT的PON口和光功率計的光口，光功率計的工作波長設置為1490nm。PON-C接口的傳輸功率壹般為+2 ~+7 DBM。
2 ONU註冊功能測試ONU上電註冊功能，ONU斷電斷鏈影響，斷電重啟激活及其恢復功能。所有ONU人都可以登記，LLID可以正常釋放。
3測距功能測試檢查OLT網管上每個ONU的測距值，然後通過光時域反射儀逐壹驗證，比較兩者的數據是否基本壹致。
4 ONU認證能力驗證ONU認證，ONU認證拒絕，OLT限制使用特定ONU。第壹，關掉所有ONU，清空ONU在OLT上的註冊信息；在OLT上啟用ONU認證功能，將其MAC地址配置為合法地址，檢查每個ONU是否能正常註冊。
5 ONU吞吐量使用網絡分析儀的相應軟件發送不同幀長的以太網數據包，測量各種幀長的端口吞吐量。測試3次，取平均值。看港口能否達到上遊900M，下遊950M。
6廣播包抑制功能配置OLT上行端口的廣播抑制功能，通過網絡測試儀向ONU發送廣播包，通過網絡測試儀查看ONU發送1000個廣播包後，OLT上行端口能接收多少個包。
port的靈活QinQ功能及其轉發性能靈活QinQ設置在OLT的PON端口上。PON端口接收到ONU報文後，需要根據報文頭類別(PPPoE、IPoE)設置報文的外層標簽，以測試OLT是否能夠按照要求準確拆分PPPOE和IPOE報文，以及報文的標簽是否符合標簽化要求。
8 ONU註冊，離線，斷電，以太網口離線報警，先關閉所有ONU，清除OLT上的ONU註冊信息；壹個個打開ONU的電源，註冊ONU；檢查網管上是否有ONU首次註冊的報警信息；拔掉壹個ONU的光纖，使ONU離線，查看網管上是否有ONU離線告警信息；插上ONU上的光纖，註冊ONU，查看網管上是否有ONU重新註冊的告警信息；
9在OLT上，管理ONU，用服務配置誘騙ONU進入ONU配置節點X/X；使用該命令來梳理顯示設備信息，以檢查ONU設備的信息；檢查ONU上的VLAN配置並重新配置。測試是否可以從OLT通過命令行管理和配置ONU。
10測試PON主控板和電源板是否支持熱插拔功能。測試業務是否正常，熱插拔後能否恢復正常工作狀態。
11端口統計功能測試可以查看OLT和ONU上的以太網端口數據統計，包括發送和接收的數據包總數、端口流量等。，並在OLT和ONU上測試端口統計功能。
2.EOC設備測試
編號主要測試項目、主要測試內容、指標結果和主要步驟
1 MAC地址限制PC連接EOC終端後可以正常上網。登錄網管系統，將指定的EOC終端的MAC地址編號改為0，在PC上進行端口網絡連接後，測試是否可以建立網絡連接，以驗證EOC終端限制用戶MAC地址連接的功能。
2 EOC本地設備訪問控制設置與EOC本地設備在同壹網段的PC的IP地址，開啟EOC本地設備上的ACL功能，限制PC主機的IP地址訪問EOC本地設備，測試被限制的IP地址是否可以訪問本地設備，以驗證EOC本地設備的遠程訪問控制功能。
3.終端設備在線時間測試中斷EOC終端的射頻信號，當確定EOC離線時，啟動秒表記錄EOC終端的在線時間，同時重新連接射頻信號；為了測試終端在真實網絡環境下的在線時間，要求EOC終端的在線時間小於12秒。
4數字信號電平測試:用數字場強計測試EOC局端設備的輸出MER和BER指標，測試EOC系統對原有有線電視數字信號的影響。
5 FTP應用測試安裝EOC系統和FTP服務器，在EOC終端下掛FTP客戶端，登錄FTP服務器開始下載，記錄FTP下載速率。
下載速率不低於5.5 MBP/秒
6.丟包率和時延測試。在EOC終端下掛PC，ping網關IP地址，ping包長度為10000bye，時間為2分鐘，記錄ping包延時和丟包率；Ping10000bye包長時，系統時延小於10mS，系統丟包率為0%。在實際環境中測試EOC系統的數據處理性能。
3.試驗中使用的設備和簡單的成本分析。
計算機房設備:
OLT設備使用華三的壹臺H3C 75E (8個PON端口)。
五菱市場社區:
* * *使用32臺ONU et 254-L-60V或華三ET704-L型號的設備。
EOC設備采用陜西天思的EOC設備，共使用ECS1212或ECS1414型號的EOC頭端設備56臺，42個用戶使用EOC用戶終端ECT01小計。每條線路EOC平均成本約230元，總成本約340元。
廣電公寓:
使用8臺ONU et 254-L-60V或華三ET704-L。
EOC設備采用陜西天思的EOC設備，頭端設備采用ECS1212或ECS1414，用戶端采用ECT01小計40個用戶接入雙向互動電視。
每條線路EOC平均成本約230元，總成本約340元。
4.經驗總結
EPON技術是壹種面向未來的技術，其星型或樹形無源分布網絡結構與廣電系統的CATV網絡結構非常壹致，具有非常好的實用性。
在已經完成5類布線的地區，首選EPON+LAN，技術標準化強，技術成熟，性能穩定，產品價格低廉，是最佳的接入方式。
在無法完成五類線布線的地區，采用EPON+基帶EoC進行改造。最大的特點是采用無源器件，不需要增加有源設備和布線，更適用於線路改造困難，采用集中配電星型結構的地區。然而，對網絡中使用的分支分配器的要求非常高。壹般中間不能有分支分配器，低頻抗幹擾性能差。不過壹經調試，性能非常穩定，而且帶寬獨占，產品價格也相對合理。這是郴州公司技術選擇的主要因素。但能否應用於其他網絡，要根據當地網絡情況合理選擇。
從2007年開始，郴州公司在武陵市場小區和廣電公寓進行雙向網絡改造試點，采用EPON+基帶EOC和EPON+LAN開展雙向互動電視和互聯網寬帶業務。它可以同時傳輸寬帶數據信號和數字電視信號。個人用戶在使用遊戲、VOD等雙向互動功能的同時，可以使用雙向數字機頂盒提供網速為2Mbps的互聯網寬帶服務，相互影響不大。在過去的兩年中，用戶反映質量良好。
EPON+基帶EOC模式的改造建設無需重新鋪設五類線纜，利用現有同軸網絡資源，降低建設成本，為湖南有線網絡雙向網絡改造提供了良好的接入模式和試點經驗。現場測試表明，基帶EoC具有鮮明的技術特點和實用性能，可作為雙向接入的重要模式之壹。
天思EOC產品基本可以與湖南有線大部分主流機頂盒連接，但與個別品牌機頂盒的連接仍存在不穩定現象。主要原因壹是機頂盒使用的網絡核心不支持10M半雙工，二是EOC的PHY電路的兼容性設計問題。需要不斷升級DM9000APE和LAN 9115-NT芯片的程序，不斷完善其10M半雙工兼容性調整和算法優化，進壹步提高產品穩定性。