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1、摘 要 近年來，骨干網(wǎng)的能力進(jìn)一步增強(qiáng)，與此同時(shí)接入網(wǎng)方面卻沒有大的改進(jìn)。接入網(wǎng)的能力的增長遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于Internet流量的快速增長，因而接入網(wǎng)成為高效的LAN和骨干網(wǎng)發(fā)展的瓶頸，又被稱為“最后一公里”。EPON由于集中了以太網(wǎng)設(shè)備價(jià)格低廉和光纖能夠提供高帶寬的優(yōu)點(diǎn)，成為下一代接入網(wǎng)的最佳選擇。 本論文首先從接入網(wǎng)的基本概念出發(fā)，對目前流行的幾種寬帶接入技術(shù)進(jìn)行介紹，引出光進(jìn)銅退的概念，并對其產(chǎn)生背景，發(fā)展趨勢等做簡要介紹。而后引出EPON接入技術(shù)，并對EPON技術(shù)的技術(shù)基礎(chǔ)、技術(shù)發(fā)展和概念簡要介紹。 第二章從PON的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展、EPON的技術(shù)原理、關(guān)鍵技術(shù)以及其所支持的業(yè)務(wù)對EPO

2、N作進(jìn)一步的深入了解。 第三章從EPON的應(yīng)用角度，闡述EPON的組網(wǎng)技術(shù)、帶寬計(jì)算方法、網(wǎng)元以及ODN的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、所能支持的業(yè)務(wù)類型。并結(jié)合典型小區(qū)寬帶接入方案，對EPON的FTTH技術(shù)進(jìn)行分析。 論文的最后結(jié)合實(shí)際情況，設(shè)計(jì)出基于EPON的重慶郵電大學(xué)校園網(wǎng)接入方案。 【關(guān)鍵詞】光進(jìn)銅退 以太無源光網(wǎng)絡(luò) 光纖到戶 光網(wǎng)絡(luò)單元  ABSTRACT In recent years,the capability of Backbone Network has been more increased,the access network has not m

3、uch improvement in the meantime.The rate of increase of capability of the access network is far behind the flow of Internet,so the access network has become the bottleneck of the development of the high efficiency LAN and Backbone Network,and it goes the name of “the last one kilometer”.Due to EPON

4、is a technology with the advantages of the low-price Ethernet equipments and fiber which can provide high bandwidth,it becomes the best choice of the next access network. In this thesis,from the basic concept of the access network,several current popular broadband access technology introduction,lea

5、ds to the concept of “copper back into the light” and its background,development trends are introduced briefly.Then leads to EPON access technology,and technical basis of EPON technology,technology development and concepts introduced. The second chapter from PON standard development,EPON technical

6、principles,key technology and its support of the business to have a further in-depth understanding of EPON. In the third chapter, from the application angle of EPON,expatiate the perspective of the network,bandwidth calculation,network elements and network planning ODN,and the type of business.Then

7、 combined with typical residential broadband access solutions,to analyse the FTTH technology of EPON. Finally,with the actual situation of the paper,design of Chongqing University of Posts and EPON-based campus network access solutions. KEY WORDS：Copper back into the light EPON FTTH ONU  目

8、 錄 前 言 1 第一章 概述 2 第一節(jié) 寬帶接入技術(shù)簡介 2 一、銅線寬帶接入技術(shù) 2 二、光纖接入技術(shù) 3 第二節(jié) 光進(jìn)銅退的提出 3 一、背景 3 二、何謂“光進(jìn)銅退” 4 三、發(fā)展趨勢 4 第三節(jié) EPON簡介 5 一、技術(shù)基礎(chǔ) 5 二、技術(shù)的發(fā)展 5 三、概述 6 第四節(jié) 本章小結(jié) 6 第二章 基于Ethernet的無源光網(wǎng)絡(luò) 7 第一節(jié) PON標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展現(xiàn)狀 7 第二節(jié) EPON技術(shù)原理 8 一、EPON系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu) 8 二、EPON的基本原理 9 三、EPON的協(xié)議模型 10 四、EPON的技術(shù)優(yōu)勢 12 第三節(jié) 關(guān)鍵技術(shù)及實(shí)現(xiàn)

9、 13 一、上行信道復(fù)用技術(shù) 13 二、測距和延時(shí)補(bǔ)償技術(shù) 14 三、動態(tài)帶寬分配 15 四、安全性 16 第四節(jié) EPON系統(tǒng)支持的業(yè)務(wù)類型 17 第五節(jié) 本章小結(jié) 17 第三章 基于EPON的FTTH寬帶業(yè)務(wù) 19 第一節(jié) FTTH系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 19 一、點(diǎn)到點(diǎn)（P2P） 19 二、點(diǎn)到多點(diǎn)（P2MP） 19 第二節(jié) 組網(wǎng)模式與帶寬計(jì)算 20 一、組網(wǎng)模式的選擇 20 二、帶寬規(guī)劃原則 20 三、典型業(yè)務(wù)帶寬需求 21 第三節(jié) 網(wǎng)元及ODN網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃 22 一、OLT設(shè)備 22 二、ONU設(shè)備 23 三、ODN網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃 24 第四節(jié) 小區(qū)寬帶接入方案分析 2

10、8 第五節(jié) 本章小結(jié) 29 第四章 基于EPON的重慶郵電大學(xué)校園網(wǎng) 30 第一節(jié) 基于EPON的寬帶接入網(wǎng)方案設(shè)計(jì)原則 30 一、組網(wǎng)原則 30 二、ONU選址原則 30 三、ODN的選址原則 31 四、光纜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 31 五、基于EPON的混合接入技術(shù)選用原則 31 第二節(jié) 重慶郵電大學(xué)校園網(wǎng)設(shè)計(jì)方案 32 一、需求分析 32 二、校園網(wǎng)接入的整體方案 32 三、校園網(wǎng)接入的管理方案設(shè)計(jì) 33 三、宿舍區(qū)接入方案設(shè)計(jì) 35 四、教學(xué)區(qū)接入方案設(shè)計(jì) 36 第三節(jié) 設(shè)計(jì)方案總結(jié) 38 致 謝 39 參考文獻(xiàn) 40 前 言 在寬帶接入領(lǐng)域，

11、目前大多數(shù)家庭都是使用ADSL（非對稱數(shù)字用戶線路）技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，用戶的各種業(yè)務(wù)通過接入網(wǎng)進(jìn)入核心網(wǎng)。隨著互聯(lián)網(wǎng)的持續(xù)快速發(fā)展，網(wǎng)上新業(yè)務(wù)層出不窮，特別是近年來開始風(fēng)靡的網(wǎng)絡(luò)游戲，MSN和QQ等實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)通信工具，是的人們對網(wǎng)絡(luò)接入帶寬的需求增加。主流接入技術(shù)從撥號逐漸過渡到速度更快的ADSL和以太網(wǎng)，核心網(wǎng)上的可用帶寬由于SDH的發(fā)展而持續(xù)增長，用戶處業(yè)務(wù)量也由于Internet業(yè)務(wù)的迅猛增長而急劇增加，作為用戶與核心網(wǎng)之間橋梁的接入網(wǎng)則由于入戶媒質(zhì)的帶寬限制而跟不上骨干網(wǎng)和用戶業(yè)務(wù)需求的發(fā)展，成為用戶與核心網(wǎng)之間的接入“瓶頸”。 光纖接入網(wǎng)采用光纖作為傳輸媒質(zhì)，具有傳輸容量大、質(zhì)量高、可靠性

12、高、傳輸距離長、抗電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)，是未來寬帶固定接入的發(fā)展方向。以光纖接入代替銅線接入已成為各個電信運(yùn)營商的一個共識。 EPON技術(shù)近幾年得到了快速發(fā)展，設(shè)備研發(fā)和生產(chǎn)能力不斷增強(qiáng)，在EPON研發(fā)方面出現(xiàn)了一些比較領(lǐng)先的公司，如Nokia Broadband、格林威爾、華中理工、武漢烽火等。EPON已經(jīng)能在在以太網(wǎng)之上提供多種業(yè)務(wù)。在光進(jìn)銅退的建設(shè)中，EPON為商業(yè)客戶提供了基于語音、數(shù)據(jù)、寬帶、視頻等應(yīng)用的解決方案。 國內(nèi)各個運(yùn)營商積極推進(jìn)光纖接入網(wǎng)絡(luò)FTTx的實(shí)驗(yàn)和建設(shè)，對FTTH相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)劃建設(shè)、業(yè)務(wù)應(yīng)用、運(yùn)行維護(hù)等方面進(jìn)行研究和探索。在南方，中國電信現(xiàn)有的接入網(wǎng)主要以ADS

13、L/ADSL2+、LAN技術(shù)為主，采用大量的實(shí)線、銅纜作為接入網(wǎng)主要的傳輸媒質(zhì)，建網(wǎng)時(shí)需要綜合考慮建設(shè)成本、業(yè)務(wù)需求、技術(shù)成熟度、競爭形勢等多方面的因素，適時(shí)采用“光進(jìn)銅退”，最總實(shí)線FTTH。FTTH的發(fā)展對于光通信市場的帶動有著不可低估的巨大作用，F(xiàn)TTH的出現(xiàn)導(dǎo)致的寬帶生活升值深刻影響到我們基本生活方式。 第一章 概述 第一節(jié) 寬帶接入技術(shù)簡介 隨著信息科技的飛速發(fā)展以及人們對上網(wǎng)速度的要求，寬帶接入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)成為現(xiàn)今通信發(fā)展的熱點(diǎn)。目前，寬帶接入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)分為有線寬帶接入網(wǎng)技術(shù)和無線寬帶接入網(wǎng)技術(shù)和無線寬帶接入網(wǎng)技術(shù)。有線寬帶接入網(wǎng)技術(shù)主要

14、有銅線接入、光纖接入和基于有線電視網(wǎng)的混合光纖同軸接入。寬帶無線接入技術(shù)主要有：LMDS(Local Multipoint Distribute System，本地多點(diǎn)分配系統(tǒng))、MMDS(Multipoint Multichannel Distribute System，多點(diǎn)多信道分配系統(tǒng))、無線局域網(wǎng)等。這里主要介紹有線寬帶接入技術(shù)。 一、銅線寬帶接入技術(shù) 銅線寬帶接入技術(shù)也就是xDSL技術(shù)，主要包括高比特率的用戶數(shù)字環(huán)路（HDSL）、非對稱用戶數(shù)字環(huán)路（ADSL）和甚高比特率的用戶數(shù)字環(huán)路（VDSL）。 HDSL是利用兩對或三對銅雙絞線，為用戶提供PDH一次群速率（T1或E1）

15、的雙工數(shù)字連接。 ADSL是目前眾多DSL技術(shù)中較為成熟的一種，其優(yōu)點(diǎn)是帶寬較大、連接簡單、投資較小。ADSL系統(tǒng)主要是針對住宅用戶設(shè)計(jì)的，其下行速率高達(dá)6~9Mbit/s，傳輸距離可達(dá)3~5km，典型的下行速率有T1，E1，DS2(6.312Mbit/s)，E2(8.448Mbit/s)；上行速率低，具體數(shù)值隨公司產(chǎn)品而不同，通常為16~640kbit/s。ADSL在一對電話線上同時(shí)傳送一路高速下行數(shù)據(jù)、一路較低速率下行數(shù)據(jù)、一路模擬電話。各種信號采用頻分復(fù)用方式占用不同頻段，低頻段傳送語音，中間窄頻段傳上行信道數(shù)據(jù)及控制信息，其余高頻段傳下行信道數(shù)據(jù)、圖像或高速數(shù)據(jù)。 VDSL是速率更

16、高的ADSL，一般用于光纖接入網(wǎng)中的最后一段入戶連接。這是一種傳輸距離很短的寬帶接入技術(shù)，當(dāng)ONU離終端用戶很近時(shí)，可與FTTC、FTTB等結(jié)合用。 總的說來，xDSL技術(shù)允許多種格式的數(shù)據(jù)、語音和視頻信號通過銅線從局端傳給遠(yuǎn)端用戶，可以支持高速Internet/Intranet訪問、在線業(yè)務(wù)、視頻點(diǎn)播、電視信號傳送、交互式娛樂等。但它們的覆蓋面有限，并且一般高速傳輸數(shù)據(jù)是非對稱的，僅僅能單向高速傳輸數(shù)據(jù)（通常是網(wǎng)絡(luò)的下行方向）。 二、光纖接入技術(shù) 光纖接入網(wǎng)又稱光纖用戶環(huán)路（FITL），它是在交換局中設(shè)有光線路終端（OLT），在用戶側(cè)有光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU），OLT和ONU之間用光纖

17、連接。ONU可以用多種方式連接用戶，一個ONU可以連接多個用戶。根據(jù)與用戶的距離，光纖接入網(wǎng)FITL又有多種方式，有光纖到路邊（FTTC）、光纖到大樓（FTTB）、以及光纖到戶（FTTH）等幾種形式。從光纖接入網(wǎng)是否有電源，可分成有源光網(wǎng)絡(luò)（AON）和無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）兩大類。 顧名思義，有源光網(wǎng)絡(luò)的局端設(shè)備（CE）和遠(yuǎn)端設(shè)備（RE）通過有源光傳輸設(shè)備相連，傳輸技術(shù)是骨干網(wǎng)中已大量采用的SDH和PDH技術(shù)。遠(yuǎn)端設(shè)備主要完成業(yè)務(wù)的收集、接口適配、復(fù)用和傳輸功能。局端設(shè)備主要完成借口適配、復(fù)用和傳輸功能。此外，局端設(shè)備還向網(wǎng)元管理系統(tǒng)提供網(wǎng)管接口。在實(shí)際接入網(wǎng)建設(shè)中，有源光網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通常是

18、星型或環(huán)形。 無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）技術(shù)是一種點(diǎn)到多點(diǎn)的光纖接入技術(shù)，它由局側(cè)的OLT（光線路終端）、用戶側(cè)的ONU（光網(wǎng)絡(luò)單元）以及ODN（光分配網(wǎng)絡(luò)）組成。一般其下行采用TDM廣播方式、上行采用TDMA（時(shí)分多址接入）方式，而且可以靈活地組成樹形、星型、總線型等拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（典型結(jié)構(gòu)為樹形結(jié)構(gòu)）。所謂“無源”，是指ODN中不含有任何有源電子器件及電子電源，全部由光分路器（Splitter）等無源器件組成，因此其管理維護(hù)的成本較低。EPON（Ethernet Passive Optical Network）是PON技術(shù)中最新的一種，由IEEE802.3 EFM（Ethernet for the

19、First Mile）提出。 光接入網(wǎng)由于采用光纖作為傳輸介質(zhì)，具有傳輸距離遠(yuǎn)，帶寬大，維護(hù)費(fèi)用低等特點(diǎn)，是有線寬帶接入技術(shù)的理想方案，代表了寬帶接入網(wǎng)的發(fā)展方向。 第二節(jié) 光進(jìn)銅退的提出 一、背景 在寬帶接入領(lǐng)域，目前大多數(shù)家庭都是使用ADSL（非對稱數(shù)字用戶線路）技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，用戶的各種業(yè)務(wù)通過接入網(wǎng)進(jìn)入核心網(wǎng)。隨著互聯(lián)網(wǎng)的持續(xù)快速發(fā)展，網(wǎng)上新業(yè)務(wù)層出不窮，使得人們對網(wǎng)絡(luò)接入帶寬的需求持續(xù)增加。主流接入技術(shù)從撥號逐漸過渡到速度更快的ADSL和以太網(wǎng)，核心網(wǎng)上的可用帶寬由于SDH的發(fā)展而迅速增長，用戶側(cè)的業(yè)務(wù)量也由于Internet業(yè)務(wù)的爆炸式增長而急劇增加，作為用戶與核心

20、網(wǎng)之間橋梁的接入網(wǎng)則由于入戶媒質(zhì)的帶寬限制而跟不上骨干網(wǎng)和用戶業(yè)務(wù)需求的發(fā)展，成為用戶與核心網(wǎng)之間的接入“瓶頸”。由于普通的ADSL技術(shù)無法提供長距離及高速寬帶等系列服務(wù)，漸漸已無法適應(yīng)固網(wǎng)運(yùn)營商在原有帶寬基礎(chǔ)上推出更多新的服務(wù)項(xiàng)目，滿足用戶需求。所以，可提供全業(yè)務(wù)、高速率的光纖到戶（FTTH）光接入網(wǎng)就成為了寬帶接入網(wǎng)的最有效的解決方案。從而出現(xiàn)了“光進(jìn)銅退”這一概念。 二、何謂“光進(jìn)銅退” 光進(jìn)銅退是固網(wǎng)運(yùn)營商對接入層網(wǎng)絡(luò)部署的先進(jìn)理念，主要是指實(shí)現(xiàn)以“窄帶+銅纜”為主網(wǎng)絡(luò)向以“寬帶+光纖”的網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變的具體實(shí)踐。 簡單地說，光進(jìn)銅退是指在寬帶接入模式上以光纖取代銅纜，好處是加快傳

21、輸速度和數(shù)據(jù)流量，同時(shí)又降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本。實(shí)現(xiàn)方式多種多樣，可以FTTx（光纖到某地）網(wǎng)絡(luò)整體概括，經(jīng)過近幾年的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)實(shí)踐，EPON技術(shù)以其組網(wǎng)、管理和業(yè)務(wù)能力等優(yōu)勢，在光進(jìn)銅退建設(shè)中得到了業(yè)內(nèi)的廣發(fā)認(rèn)可和應(yīng)用，當(dāng)前全球EPON的應(yīng)用模式超過1500萬線，且正處于快速發(fā)展和規(guī)模應(yīng)用階段。 三、發(fā)展趨勢 自2008年開始，中國電信、中國聯(lián)通和中國移動陸續(xù)啟動了光接入網(wǎng)的建設(shè)，目前在光進(jìn)銅退方面已經(jīng)取得了令人矚目的進(jìn)展。進(jìn)入2009年，我國3G網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模建設(shè)進(jìn)一步刺激了傳統(tǒng)固網(wǎng)寬帶的建設(shè)和發(fā)展。中國電信、中國聯(lián)通紛紛將接入網(wǎng)光纖化納為今年的工作重點(diǎn)。中國電信北京研究院王曉牧表示，接入網(wǎng)光

22、纖化是中國電信的戰(zhàn)略選擇。同時(shí)，中國聯(lián)通寬帶業(yè)務(wù)應(yīng)用國家工程實(shí)驗(yàn)室周光濤也表示，中國聯(lián)通未來會將投資重心轉(zhuǎn)向光接入網(wǎng)，嚴(yán)格控制銅纜投資和使用。然而，在實(shí)現(xiàn)光進(jìn)銅退的過程中，運(yùn)營商也面臨著一些問題需要解決，比如接入網(wǎng)原有區(qū)域的改造和PON的運(yùn)營維護(hù)等。 電信智能化網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)已經(jīng)開始，要進(jìn)行大規(guī)模的接入層建設(shè)，接入層建設(shè)成為電信網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型的重點(diǎn)，寬帶業(yè)務(wù)的增長對帶寬的要求越來越高，傳統(tǒng)的銅線接入方式已無法滿足用戶的需求。電信急需新的高帶寬接入方式推動其業(yè)務(wù)的發(fā)展，接入光纖化帶來的直接好處就是豐富的帶寬資源；對于一些經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)，接入層的光纖化能夠有效解決一直困擾銅纜被盜問題。此外，銅價(jià)的不斷上漲

23、，使運(yùn)營成本不斷提升，而用戶強(qiáng)烈的寬帶需求使得IP網(wǎng)絡(luò)空前發(fā)展。在以上眾多因素的復(fù)合推動下，以EPON為主要建設(shè)模式的“光進(jìn)銅退”方案浮出水面。 第三節(jié) EPON簡介 EPON（以太無源光網(wǎng)絡(luò)）是一種新型的光纖接入網(wǎng)技術(shù)，它采用點(diǎn)到多點(diǎn)結(jié)構(gòu)、無源光纖傳輸，在以太網(wǎng)之上提供多種業(yè)務(wù)。它在物理層采用了PON技術(shù)，在鏈路層使用以太網(wǎng)協(xié)議，采用PON的拓?fù)浣Y(jié)果實(shí)現(xiàn)了以太網(wǎng)的接入。因此，它綜合了PON技術(shù)和以太網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：成本低；高帶寬；擴(kuò)展性強(qiáng)，靈活快速的服務(wù)重組；與現(xiàn)有以太網(wǎng)的兼容性；方便的管理等等。 一、技術(shù)基礎(chǔ) 無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）的概念由來已久，它具有節(jié)省光纖資源、對

24、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議透明的特點(diǎn)，在光接入網(wǎng)中扮演著越來越重要的角色。同時(shí)，以太網(wǎng)（Ethernet）技術(shù)經(jīng)過二十年的發(fā)展，以其簡便實(shí)用，價(jià)格低廉的特性，幾乎已經(jīng)完全統(tǒng)治了局域網(wǎng)，并在事實(shí)上被證明是承載IP數(shù)據(jù)包的最佳載體。隨著IP業(yè)務(wù)在城域和干線傳輸中所占的比例不斷攀升，以太網(wǎng)也在通過傳輸速率、可管理性等方面的改進(jìn)，逐漸向接入、城域甚至骨干網(wǎng)上滲透。而以太網(wǎng)與PON的結(jié)合，便產(chǎn)生了以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)（EPON）。它同時(shí)具備了以太網(wǎng)和PON的優(yōu)點(diǎn)，正成為光接入網(wǎng)領(lǐng)域中的熱門技術(shù)。 二、技術(shù)的發(fā)展 2000年11月，IEEE成立了802.3EFM（Ethernet in the First Mile）研

25、究組，業(yè)界有21個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造商發(fā)起成立了EFMA，實(shí)現(xiàn)Gb/s以太網(wǎng)點(diǎn)到多點(diǎn)的光傳送方案，所以又稱GEPON（GigabitEthernet PON）。EFM標(biāo)準(zhǔn)IEEE908.3ah。 EPON就是一種新興的寬帶接入技術(shù)，它通過一個單一的光纖接入系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、語音及視頻的綜合業(yè)務(wù)接入，并具有良好的經(jīng)濟(jì)性。業(yè)內(nèi)人士普遍認(rèn)為，F(xiàn)TTH是寬帶接入的最終方式，而EPON也將成為一種主流寬帶接入技術(shù)。由于EPON網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，寬帶用戶的特殊優(yōu)越性，以及與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)天然的有機(jī)結(jié)合，是的全世界的專家都一致認(rèn)為，無源光網(wǎng)絡(luò)是實(shí)現(xiàn)“三網(wǎng)合一”和解決信息高速公路“最后一公里”的最佳傳輸媒介。 三、

26、概述 EPON IEEE802.3定義了以太網(wǎng)的兩種基本操作模式。第一種模式采用載波偵聽多址接入/沖突檢測（CSMA/CD）協(xié)議而應(yīng)用在共享媒體上；第二種模式為各個站點(diǎn)采用全雙工的點(diǎn)到點(diǎn)的鏈路通過交換機(jī)連接到一起。相應(yīng)的，以太網(wǎng)MAC可以工作于這兩種模式之一：CSMA/CD模式或全雙工模式。 EPON媒質(zhì)的性質(zhì)是共享媒質(zhì)和點(diǎn)到點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合。在下行方向，擁有共享媒質(zhì)的連接性，而在上行方向其行為特性就如同點(diǎn)到點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)。 下行方向：OLT發(fā)出的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)經(jīng)過一個1：N的無源光分路器或幾級分路器傳送到每一個ONU。N的典型取值在4~64之間（由可用的光功率預(yù)算所限制）。這種行為特征與共享媒質(zhì)網(wǎng)絡(luò)相

27、同。在下行方向，因?yàn)橐蕴W(wǎng)具有廣播特性，與EPON結(jié)構(gòu)匹配：OLT廣播數(shù)據(jù)包，目的ONU有選擇的提取。 上行方向：由于無源光合路器的方向特性，任何一個ONU發(fā)出的數(shù)據(jù)包只能到達(dá)OLT，而不能到達(dá)其他的ONU。EPON在上行方向上的行為特點(diǎn)與點(diǎn)到點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)相同。但是，不同于一個真正的點(diǎn)到點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，在EPON中，所有的ONU都屬于同一個沖突域-----來自不同的ONU的數(shù)據(jù)包如果同時(shí)傳輸依然可以能會沖突。因此在上行方向，EPON需要采用某種仲裁機(jī)制來避免數(shù)據(jù)沖突。 采用單纖波分復(fù)用技術(shù)（下行1490nm，上行1310nm），僅需一根主干光纖和一個OLT，傳輸距離可達(dá)20公里。在ONU側(cè)通過光分路器分

28、送給最多32個用戶，因此可大大降低OLT和主干光纖的成本壓力。 目前，EPON技術(shù)已經(jīng)成熟，產(chǎn)業(yè)鏈也在進(jìn)一步成熟，形成了良性的市場競爭格局，設(shè)備成本進(jìn)一步下降，已達(dá)到規(guī)模商用水平。 第四節(jié) 本章小結(jié) 本章首先介紹了目前寬帶接入技術(shù)的幾種類型，從中引出了光纖接入技術(shù)。在對光纖接入技術(shù)的介紹中，提出了PON技術(shù)，并結(jié)合光進(jìn)銅退的發(fā)展模式引出了EPON技術(shù)。分別介紹了無源光網(wǎng)絡(luò)PON、以太無源光網(wǎng)絡(luò)EPON的基本概念以及發(fā)展背景，為整篇論文做了一個概述和鋪墊。 第二章 基于Ethernet的無源光網(wǎng)絡(luò) （EPON） 第一節(jié) PON標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展現(xiàn)狀 PON系統(tǒng)在上

29、世紀(jì)90年代就出現(xiàn)了，1995年成立了FSAN（Full Service Access Networks）組織。1996年ITU-T完成了對G.982的標(biāo)準(zhǔn)化，主要對2Mbit/s以下接入速率的窄帶PON系統(tǒng)進(jìn)行定義。與此同時(shí)，以ATM為基礎(chǔ)的PON（APON）發(fā)展迅速，1998年ITU-T正式通過了G.983.1建議，即基于PON系統(tǒng)的高速光接入系統(tǒng)，G.983.1對APON系統(tǒng)進(jìn)行了詳盡的規(guī)范，主要規(guī)定線路速率、光網(wǎng)絡(luò)要求、網(wǎng)絡(luò)分層結(jié)構(gòu)、物理媒質(zhì)層要求、匯聚層要求、測距方法和傳輸性能要求等。1999年ITU-T又推出了G.983.2建議即APON的光網(wǎng)絡(luò)終端（ONT）管理和控制接口規(guī)范，該

30、建議主要從網(wǎng)絡(luò)管理和信息模型上對APON系統(tǒng)進(jìn)行定義，以確保不同廠家的設(shè)備實(shí)現(xiàn)互操作。ITU（The International Telecommunications Union）和FSAN（Full Service Access Network）聯(lián)盟采納了ATM標(biāo)準(zhǔn)，把它作為在PON第二層的幀封裝標(biāo)準(zhǔn)，能為商業(yè)用戶、家庭用戶提供包括IP數(shù)據(jù)、視頻、音頻等綜合業(yè)務(wù)，形成了APON的標(biāo)準(zhǔn)。但是APON存在著一系列的問題，比如帶寬有限、帶寬損失大、數(shù)據(jù)包開銷大、協(xié)議轉(zhuǎn)換麻煩、技術(shù)復(fù)雜、設(shè)備昂貴、多廠家互操作性差等。隨著以太網(wǎng)技術(shù)的異軍突起，APON技術(shù)一直沒有得到大規(guī)模應(yīng)用。 隨著Interne

31、t的高速發(fā)展，用戶對網(wǎng)絡(luò)帶寬的要求不斷提高，各種新的寬帶接入技術(shù)已經(jīng)成為研究的熱點(diǎn)。在這種背景下，IEEE于2000年底成立了EFM工作組（Ethernet in the First Mile Study Group），試圖引入一種新的接入技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)Ethernet PON，即EPON。2004年IEEE 802.3 EFM工作組發(fā)布了EPON標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.3ah，2005年并入IEEE 802.3ah-2005標(biāo)準(zhǔn)。 EPON利用PON的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)的接入，它基于高速以太網(wǎng)平臺和TDM時(shí)分MAC（Media Access Control）媒體訪問控制方式，能夠提供多種綜合業(yè)務(wù)的寬

32、帶接入，是成熟度最高、發(fā)展最快的技術(shù)。 除了EPON標(biāo)準(zhǔn)，另外一個主要標(biāo)準(zhǔn)則為ITU-T的GPON標(biāo)準(zhǔn)，GPON最早由FSAN組織于2002年9月提出，ITU-T在此基礎(chǔ)上于2003年3月完成了ITU-TG.984.1和G.984.2的制定，2004年2月和6月完成了G.984.3的標(biāo)準(zhǔn)化，從而最終形成了GPON的標(biāo)準(zhǔn)族。目前GPON尚處于實(shí)驗(yàn)應(yīng)用階段。 第二節(jié) EPON技術(shù)原理 一、EPON系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu) 一個典型的EPON系統(tǒng)由OLT、ONU、ODN組成。OLT（Optical Line Terminal）放在中心機(jī)房，ONU（Optical Network Uint）

33、為用戶端設(shè)備。ODN（Optical Distributed Network）是光配線網(wǎng)，主要由一個或數(shù)個光分路器（Splitter）來連接OLT和ONU，它的功能是分發(fā)下行數(shù)據(jù)并集中上行數(shù)據(jù)。OLT既是一個交換機(jī)或路由器，又是一個多業(yè)務(wù)提供平臺，提供面向無源光纖網(wǎng)絡(luò)的光纖接口。OLT出了提供網(wǎng)絡(luò)集中和接入的功能外，還可以針對用戶的QoS/SLA的不同要求進(jìn)行帶寬分配，網(wǎng)絡(luò)安全和管理配置。光分路器是一個簡單設(shè)備，它不需要電源，可以置于全天候的環(huán)境中，一般一個光分路器的分線率為2、4或8，并可以多級連接。在EPON中，OLT到ONU間的距離最大可達(dá)20km，或者使用光纖放大器（有源中繼器），距離

34、還可以延長。如圖2.1所示。 EPON中的ONU采用了技術(shù)成熟而又經(jīng)濟(jì)的以太網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，在中帶寬和高帶寬的ONU中實(shí)現(xiàn)了成本低廉的以太網(wǎng)第二層或第三層交換功能。這種類型的ONU可以通過層疊來為多個最終用戶提供相當(dāng)高的共享帶寬。因?yàn)槎际褂靡蕴W(wǎng)協(xié)議，在通信的過程中，就無需協(xié)議轉(zhuǎn)換，而實(shí)現(xiàn)ONU對用戶數(shù)據(jù)的透明傳送。當(dāng)然，對于光纖到戶（FTTH）的接入方式，ONU可以不需要交換功能，從而能在極低的成本下為終端用戶分配所需的帶寬。 遠(yuǎn)程業(yè)務(wù)分配控制（Remote Provisioning）管理可以讓運(yùn)營商通過對用戶不同時(shí)段的不同業(yè)務(wù)需求做出響應(yīng)，這樣可以提高用戶滿意度。運(yùn)營商可以通過中心管理系

35、統(tǒng)對OLT、ONU等所有網(wǎng)絡(luò)單元設(shè)備進(jìn)行管理，同時(shí)可以很靈活地根據(jù)用戶的需要來動態(tài)分配帶寬。 二、EPON的基本原理 EPON采用點(diǎn)到多點(diǎn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，下行采用廣播方式、上行采用TDMA方式實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)傳輸。EPON技術(shù)將以太網(wǎng)技術(shù)和PON技術(shù)相結(jié)合，其目標(biāo)是以簡單的方式實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到多點(diǎn)的告訴以太網(wǎng)光纖接入。EPON在保留傳統(tǒng)以太網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上定義了新的應(yīng)用于EPON系統(tǒng)的物理層（主要是光接口）規(guī)范、MAC多點(diǎn)控制協(xié)議（MPCP）以及運(yùn)營維護(hù)和管理（OAM）機(jī)制，以實(shí)現(xiàn)在點(diǎn)到多點(diǎn)無源光網(wǎng)絡(luò)中以太網(wǎng)幀的時(shí)分多址接入。 EPON系統(tǒng)采用WDM，實(shí)現(xiàn)單纖雙向傳輸（強(qiáng)制）。如圖2.2所示。

36、 為了分離同一根光纖上多個用戶的來去方向的信號，采用以下兩種復(fù)用技術(shù)：上行數(shù)據(jù)流采用TDMA技術(shù)；下行數(shù)據(jù)流采用TDM技術(shù)。 上行數(shù)據(jù)流采用時(shí)分復(fù)用技術(shù)，任一時(shí)刻只能有一個ONU發(fā)送上行信號，系統(tǒng)才能正常工作。不同的ONU分配不同的時(shí)間片，輪流發(fā)送上行數(shù)據(jù)；每個ONU發(fā)送上行數(shù)據(jù)的時(shí)間片可以是動態(tài)的，時(shí)間片的大小和多少在宏觀上表現(xiàn)為帶寬的大小。由于數(shù)據(jù)速率非常高，因此細(xì)微的由ONU的距離不同而產(chǎn)生的時(shí)延應(yīng)該在發(fā)送上行數(shù)據(jù)的時(shí)候予以考慮。如圖2.3所示。 下行數(shù)據(jù)采用廣播方式從OLT發(fā)送多個ONU。在ONU注冊成功后分配一個唯一的LLID，在每一個以太網(wǎng)幀前添加一個LLID，代替以太網(wǎng)

37、前導(dǎo)符的最后兩個字節(jié)（不改變原有幀結(jié)構(gòu)）。ONU接受數(shù)據(jù)時(shí)，僅接收符合自己LLID的幀或者廣播幀。如圖2.4所示。 三、EPON的協(xié)議模型 EPON技術(shù)是一種寬帶綜合接入技術(shù)。它延用了以太網(wǎng)和TDM的一些特性。從網(wǎng)絡(luò)分層協(xié)議上來看，EPON屬于L2的協(xié)議，EPON的協(xié)議棧模型如圖2.5所示。 物理層定義了EPON的電氣特性、機(jī)械特性、規(guī)程特性、功能特性等四大功能，基本上采納了Ethernet的標(biāo)準(zhǔn)。由于EPON屬于寬帶接入技術(shù)，如果仍然采用Ethernet或者FE（Fast Ethernet）作為物理層標(biāo)準(zhǔn)，那么帶寬將成為EPON的瓶頸，即便是采用8FE端口捆綁技術(shù)使帶寬達(dá)到

38、800Mbit/s，因此在物理層EPON基本上沿用了GE的標(biāo)準(zhǔn)。包含物理媒質(zhì)相關(guān)子層PHY（Physical Layer Protocol）和物理媒質(zhì)相關(guān)子層PMD（Physical Medium Dependence Protocol）的兩大子層功能。 數(shù)據(jù)鏈路層分為邏輯鏈路層LLC（Link Layer Control Protocol）和媒質(zhì)接入控制層MAC（Medium Access Control Protocol）兩大部分。LLC主要體現(xiàn)為802.2，后者在802的標(biāo)準(zhǔn)中有802.3（CSMA/CD）、802.4（Token Bus）、802.5（Token Ring）等。 E

39、PON對以太網(wǎng)MAC層及MAC層以上盡量做最小的改動，以支持新的應(yīng)用和媒質(zhì)，通過對時(shí)間進(jìn)行分片，然后將不同的時(shí)間片指定給不同的ONU設(shè)備來使用，從而避免數(shù)據(jù)傳輸過程中棘手的沖突問題以及復(fù)雜的沖突檢測問題。采用MPCP（Multi-Point Control Protocol 多點(diǎn)控制協(xié)議）使點(diǎn)對多點(diǎn)的拓?fù)溥m用于以太網(wǎng)，該協(xié)議是MAC控制子層的一項(xiàng)功能。 MPCP能夠控制ONU發(fā)送時(shí)隙的分配，ONU的自動發(fā)現(xiàn)和加入，高層報(bào)告擁塞情況及動態(tài)帶寬分配，MPCP使用消息、狀態(tài)機(jī)、定時(shí)器來控制訪問P2MP的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，每個ONU都包含一個MPCP實(shí)體，用以和OLT中的MPCP的一個實(shí)體相通信，作為EPO

40、N/MPCP的基礎(chǔ)，EPON增加了一個P2P仿真子層，該子層使得P2MP網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵τ诟邔觼碚f就是一個點(diǎn)對多點(diǎn)鏈路的集合，仿真子層在每個數(shù)據(jù)報(bào)的前面增加了一個LLID邏輯鏈路來標(biāo)識，該LLID將替換前導(dǎo)碼中的兩個字節(jié)，MPCP在點(diǎn)對多點(diǎn)的主設(shè)備（OLT）和從設(shè)備（ONU）之間規(guī)定了一種控制協(xié)議以協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)有效地發(fā)送和接收，系統(tǒng)運(yùn)營過程中上行方向在一個時(shí)刻只允許一個ONU發(fā)送數(shù)據(jù)。 EPON在MAC層中實(shí)現(xiàn)802.1P來提供與APON類似的QoS。EPON就是通過這些簡單成熟的協(xié)議來提供聲音、視頻和數(shù)據(jù)服務(wù)，控制和優(yōu)化各ONU與OLT之間突發(fā)性數(shù)據(jù)通信和實(shí)時(shí)的話音通信。 四、EPON的技術(shù)優(yōu)

41、勢 EPON是一種結(jié)合了Ethernet和PON的寬帶接入技術(shù)。眾所周知，Ethernet簡單易用，安裝方便，運(yùn)用廣泛，但是一直也存在一些問題，傳輸距離短，只有100米，共享的工作方式，特別是在大規(guī)模使用時(shí)這些問題更加明顯。因此通信業(yè)界推出了一系列的解決方案，包括EPON、RPR（Resilient Packet Ring）、MSTP（Multi Service Transport Protocol）等。 長距離，高寬帶（20km，1.25G）是EPON的一大優(yōu)點(diǎn)?？朔蕴W(wǎng)銅線傳輸距離只有100米的限制，同時(shí)使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加簡單，層次更加清晰。光纖化的ONU/ONT，非常適合于FTTH和F

42、TTB模式（非常有利于光纖在大樓內(nèi)的布線和用戶擴(kuò)容）。EPON系統(tǒng)所能提供的可調(diào)節(jié)的、有優(yōu)先級和帶寬保證的服務(wù)，將非常有吸引力。同時(shí)EPON能使維護(hù)量大大減少，大樓內(nèi)無需占用機(jī)房和供電設(shè)施，大大的減少了有源設(shè)備的數(shù)量，因有源設(shè)備造成網(wǎng)絡(luò)中斷的概率降低。同時(shí)支持遠(yuǎn)端設(shè)備ONU/ONT的自動測距和自動加入，網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容便利，且局端設(shè)備和用戶端設(shè)備為統(tǒng)一網(wǎng)管，對于運(yùn)營商來可以大大降低運(yùn)營維護(hù)費(fèi)用。 EPON是面向未來的技術(shù)，它是一個多業(yè)務(wù)平臺，可以同時(shí)提供IP業(yè)務(wù)和傳統(tǒng)的TDM業(yè)務(wù)。QoS可以完全保證，而且完全遵循IEEE 802.3ah的標(biāo)準(zhǔn)。這不但使運(yùn)營商在同一套傳輸平臺上就可以根據(jù)用戶的要求隨時(shí)

43、開通所需要的多種業(yè)務(wù)，而且非常容易向IP業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)過渡。 帶寬分配靈活，服務(wù)有保證也是EPON不可忽視的一個方面。對帶寬的分配和保證都有一套完整的體系。MS-EPON可以根據(jù)需要對每個用戶甚至每個端口實(shí)現(xiàn)基于連接的帶寬分配（區(qū)別于普通交換機(jī)的基于端口的速率限制），并可根據(jù)業(yè)務(wù)合約保證每個用戶連接的QoS。 縱觀通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，光進(jìn)銅退是必然的趨勢，光進(jìn)銅退后進(jìn)行三網(wǎng)融合，向NGN網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)。NGN是電信史一塊里程碑，標(biāo)志著新一代電信網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的到來。EPON技術(shù)很好的解決了目前接入網(wǎng)的諸多問題，它可以使IP接入網(wǎng)絡(luò)更可靠，更穩(wěn)定。它使得在新一代網(wǎng)絡(luò)上語音、視頻、數(shù)據(jù)等綜合業(yè)務(wù)成為了可能。

44、 第三節(jié) 關(guān)鍵技術(shù)及實(shí)現(xiàn) 在EPON系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中引入了非常多的核心技術(shù)，例如上行信道復(fù)用技術(shù)、突發(fā)信號快速同步技術(shù)、動態(tài)寬帶分配技術(shù)、測距與延時(shí)補(bǔ)償技術(shù)等等。也正是這些核心技術(shù)的引入，才使得EPON在完全不一樣工作原理的以太網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)光網(wǎng)絡(luò)的接入和多業(yè)務(wù)的支持。本節(jié)內(nèi)容主要節(jié)選了幾種關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)介紹。 一、上行信道復(fù)用技術(shù) EPON上行接入技術(shù)可以使用頻分多址復(fù)用（FDMA）、時(shí)分多址復(fù)用（TDMA）、波分多址復(fù)用（WDMA）、碼分多址復(fù)用（CDMA）。頻分復(fù)用的缺點(diǎn)有：OLT中需要多個轉(zhuǎn)發(fā)器；初期成本高；信道容量固定；增加或減少用戶時(shí)比較麻煩。碼分復(fù)用的缺點(diǎn)有：信道間的干擾

45、由ONU的數(shù)量決定；需要高速器件。WDMA主要的問題是：成本較高，主要是因?yàn)楣馄骷杀灸壳斑€比較高。但如果開發(fā)出便宜的、適用于WDMA方式接入網(wǎng)的光發(fā)射和光接收器件，使用WDMA是發(fā)展的趨勢。時(shí)分復(fù)用具有N個ONU只需要一個OLT轉(zhuǎn)發(fā)器和極少的波長等優(yōu)點(diǎn)，但時(shí)分復(fù)用還是需要高速電子器件。綜合以上考慮，WDMA是使用發(fā)展的趨勢，但其主要取決于光器件的發(fā)展，因此TDMA成為主要的實(shí)現(xiàn)方法。 時(shí)分多址復(fù)用（TDMA）方式又可以采用固定時(shí)隙的時(shí)分多址復(fù)用、統(tǒng)計(jì)時(shí)分多址復(fù)用、隨即接入等方式。固定時(shí)隙時(shí)分多址復(fù)用方式不足之處有：當(dāng)其中有的時(shí)隙未用時(shí)，還是占用一樣的帶寬；對高突發(fā)率業(yè)務(wù)適應(yīng)力不強(qiáng)；ONU需

46、要同步。隨即接入沒有確定的接入時(shí)間；由于采用CSMA/CD，故有傳輸距離的限制。而統(tǒng)計(jì)時(shí)分多址復(fù)用可以克服前兩者的不足，所以一般都選擇采用統(tǒng)計(jì)時(shí)分多址復(fù)用。上行信號傳輸在ONU被分配到時(shí)隙里發(fā)送以太網(wǎng)幀，統(tǒng)計(jì)復(fù)用通過提供的數(shù)據(jù)量的大小來改變時(shí)隙大小的方法來實(shí)現(xiàn)。 TDMA的實(shí)現(xiàn)方法是重點(diǎn)，即如何使用TDMA的方法使上行信道的帶寬利用率、時(shí)延和時(shí)延抖動等指標(biāo)達(dá)到要求。其中，上行帶寬的分配方法、ONU發(fā)送窗口固定還是可變、最大的ONU發(fā)送窗口應(yīng)為多大、ONU發(fā)送窗口的間隔、以太網(wǎng)幀是否切割等問題都有待于研究和確定。 MPCP是EPON的MAC層技術(shù)的核心，也是上行信道復(fù)用技術(shù)的核心，目前的EF

47、M草案確定在EPON的MAC層中增加MPCP子層。MPCP子層的基石主要有3點(diǎn)：一是上行信道采用定長時(shí)隙的TDMA方式，但時(shí)隙的分配由OLT實(shí)施；二是對于ONU發(fā)出的以太網(wǎng)幀不作分割，而是組合，既：每個時(shí)隙可以包含若干個802.3幀，組合方式由ONU依據(jù)QoS決定；三是上行信道必須有動態(tài)帶寬分配（DBA）功能支持即插即用、服務(wù)等級區(qū)分（SLA）和QoS。 二、測距和延時(shí)補(bǔ)償技術(shù) 由于EPON的上行信道采用TDMA方式，多點(diǎn)接入導(dǎo)致各ONU的數(shù)據(jù)幀延時(shí)不同，因此必須引入測距和時(shí)延補(bǔ)償技術(shù)以防止數(shù)據(jù)時(shí)域碰撞，并支持ONU的即插即用。準(zhǔn)確測量各個ONU到OLT的距離，并精確調(diào)整ONU的發(fā)送時(shí)

48、延，可以減小ONU發(fā)送窗口間的間隔，從而提高上行信道的利用率并減小時(shí)延。另外，測距過程應(yīng)充分考慮整個EPON的配置情況。EPON的測距由OLT通過時(shí)間標(biāo)記（Timestamp）在監(jiān)測ONU的即插即用的同時(shí)發(fā)起和完成。如圖2.6所示。 基本過程如下：OLT在T1時(shí)刻通過下行信道廣播時(shí)隙同步信號和空閑時(shí)隙標(biāo)記，已啟動的ONU在T2時(shí)刻監(jiān)測到一個空間時(shí)隙標(biāo)記時(shí)，將本地計(jì)時(shí)器重置為T1，然后再時(shí)刻T3回送一個包含ONU參數(shù)的（地址、服務(wù)等級等）在線響應(yīng)數(shù)據(jù)幀，此時(shí)，數(shù)據(jù)幀中的本地時(shí)間戳為T4；OLT在T5時(shí)刻接收到該響應(yīng)幀。通過該響應(yīng)幀OLT不但能獲得ONU的參數(shù)，還能計(jì)算出OLT與ONU之間的

49、信道延時(shí)。之后，OLT便根據(jù)DBA協(xié)議為ONU分配帶寬。當(dāng)ONU離線后，由于OLT長時(shí)間（如3min）收不到ONU的時(shí)間戳標(biāo)記，則判定其離線。 三、動態(tài)帶寬分配 針對PON上行帶寬的使用，可以有兩種機(jī)制：靜態(tài)帶寬分配和動態(tài)帶寬分配。靜態(tài)帶寬分配對帶寬采用固定配置的方式，在一個輪詢時(shí)間內(nèi)給每個ONU都分配同樣大小的時(shí)隙。根據(jù)EPON的特點(diǎn)及ITU-T G.983建議，可以得出對動態(tài)帶寬分配設(shè)計(jì)的具體要求有：業(yè)務(wù)透明；高帶寬利用率；低時(shí)延和低時(shí)延抖動；公平分配帶寬，健壯性好，實(shí)時(shí)性強(qiáng)。動態(tài)帶寬分配采用集中控制方式。所有的ONU的上行信息發(fā)送，都要向OLT申請帶寬，OLT根據(jù)ONU的請求按照

50、一定的算法給予帶寬（時(shí)隙）占用授權(quán)，其分配準(zhǔn)許算法的基本思路是：各ONU利用上行可分割時(shí)隙反映信元到達(dá)的時(shí)間分布并請求帶寬，OLT根據(jù)各ONU的請求公平合理地分配帶寬，并同時(shí)考慮處理超載、信道有誤碼、有信元丟失等情況的處理。 為了在EPON中支持DBA，完成上行信道的動態(tài)帶寬分配，EFM小組在EPON的網(wǎng)絡(luò)框架中添加了MPCP協(xié)議支持。MPCP是MAC Control子層的一項(xiàng)功能。它不是特指某一種帶寬分配或ONU調(diào)度算法，而是一種支持EPON多種帶寬分配算法實(shí)行的機(jī)制。協(xié)議定義了五條Ethernet消息：GATE，REPORT，REGISTER_REQUEST，REGESTER和REGIS

51、TER_ACK。其中后三條用于ONU登陸OLT。通信過程中，依靠GATE和REPORT消息傳遞控制信息。GATE消息由OLT發(fā)向ONU，實(shí)現(xiàn)傳輸開窗。REPORT消息攜帶ONU的本地消息，如服務(wù)需求，緩沖區(qū)占用情況等，由ONU發(fā)向OLT。OLT則根據(jù)REPORT消息進(jìn)行信息更新并只能決定帶寬分配。GATE和REPORT消息為MAC控制幀，其生成和處理都在MAC控制子層完成。 EPON系統(tǒng)的DBA的實(shí)現(xiàn)基于兩種MPCP幀：GATE消息和REPORT消息。ONU利用REPORT幀向OLT匯報(bào)其上行隊(duì)列的狀態(tài)，向OLT發(fā)送帶寬請求。OLT根據(jù)與該ONU簽署的服務(wù)等級協(xié)議（SLA）和該ONU的帶寬請

52、求，利用特定的算法計(jì)算并給ONU發(fā)布上行帶寬授權(quán)（Grant），以動態(tài)控制每個ONU的上行帶寬。EPON系統(tǒng)的DBA一半采用輪詢方式。其針對每個ONU的工作過程如圖2.7所示。 四、安全性 在傳統(tǒng)的以太網(wǎng)中，安全性并不是一個關(guān)鍵性的問題。然而，對于EPON來說，因?yàn)椴捎玫氖屈c(diǎn)對多點(diǎn)的結(jié)構(gòu)，對安全性有不同的要求。在EPON中是以廣播的方式實(shí)現(xiàn)下行數(shù)據(jù)的傳輸，一個惡意的ONU可以接收到所有的下行信息，因此安全性是一個很重要的問題。此外，根據(jù)IEEE802.3ah，OLT與ONU的帶寬請求、帶寬授權(quán)、測距、OAM信息都是封裝成MAC控制幀和OAM幀來交互的。所定義的MAC控制幀和OAM幀

53、的幀格式與以太網(wǎng)幀是一樣的，由于以太網(wǎng)幀的結(jié)構(gòu)對用戶時(shí)透明的，同時(shí)ONU作為用戶側(cè)設(shè)備為用戶提供以太網(wǎng)口接入，這樣上行方向存在惡意的合法用戶通過其以太網(wǎng)數(shù)據(jù)通道接口偽造MAC控制幀或OAM幀，來更改系統(tǒng)配置或搗亂系統(tǒng)的威脅。 為了防范這種潛在的系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)，必須采用加密。一般來說，加密和解密可以在物理層、數(shù)據(jù)鏈路層以及更高的協(xié)議層實(shí)現(xiàn)。在MAC層以上實(shí)現(xiàn)的加密技術(shù)將只對MAC幀的負(fù)荷信息加密，幀頭信心則沒有加密。這種方案可以防止惡意的ONU獲取負(fù)荷信息，但是其他ONU的地址還是有可能被惡意的ONU截取。對于在物理層實(shí)現(xiàn)的加密，物理層將對整個比特流（包括幀頭和CRC）進(jìn)行加密。在接收端，物理層首先

54、對數(shù)據(jù)進(jìn)行解密然后將解密的數(shù)據(jù)傳遞給MAC層驗(yàn)證。因?yàn)槊總€ONU采用不同的密匙，即使是收到屬于別的ONU的數(shù)據(jù)幀，也不能夠?qū)⑵浣饷艹删哂姓_格式的幀，因而不會被MAC層接受。在這種方案中，惡意的ONU不能獲得任何信心。但是這種方案要求OLT的物理層對不同的ONU使用不同的密匙。 第四節(jié) EPON系統(tǒng)支持的業(yè)務(wù)類型 傳統(tǒng)觀念認(rèn)為，EPON是單純提供以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的接入平臺，對于多業(yè)務(wù)，尤其是對實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的支持能力比較弱，因而業(yè)界的許多EPON設(shè)備室為支持純數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)的。顯然，僅針對承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)而設(shè)計(jì)的EPON產(chǎn)品很難滿足運(yùn)營商對于將FTTH作為綜合業(yè)務(wù)接入平臺的要求，因此探討基于EP

55、ON系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多業(yè)務(wù)接入的相關(guān)技術(shù)是非常有意義的。EPON系統(tǒng)所支持的業(yè)務(wù)類型有： （1）數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)：在為用戶提供高帶寬的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的同時(shí)，可采用DBA技術(shù)來對整個系統(tǒng)帶寬進(jìn)行動態(tài)調(diào)配，使用戶可以享用更高的峰值帶寬、提高系統(tǒng)的帶寬利用率。 （2）語音業(yè)務(wù)：目前應(yīng)用最多的仍然是普通電話業(yè)務(wù)（POTS），其物理接口為RJ11，這是用戶必需的一種基本業(yè)務(wù)。當(dāng)前，軟交換技術(shù)的引入和普及將改變電話業(yè)務(wù)的提供方式，但是對用戶而言，這種實(shí)現(xiàn)方式的改變將是透明的，接入網(wǎng)應(yīng)能靈活適應(yīng)這種變化。從今后的發(fā)展趨勢來看，各種智能終端將有可能逐步被市場接受，這些智能終端將直接通過RJ45接口接入，這需要相應(yīng)的接入網(wǎng)能夠提

56、供具有QoS保障能力的以太網(wǎng)接入功能。 （3）視頻業(yè)務(wù)：當(dāng)前個人用戶所使用的主流視頻業(yè)務(wù)是由廣電部門提供的CATV，但今后將迅速向DTV轉(zhuǎn)移。受限于政策因素，上訴業(yè)務(wù)和通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商關(guān)聯(lián)不是很大，因而目前各通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商真正關(guān)注的是IPTV業(yè)務(wù)。對于IPTV業(yè)務(wù)來說，接入網(wǎng)主要負(fù)責(zé)提供業(yè)務(wù)所需的信息通道，因而帶寬問題是開展IPTV業(yè)務(wù)的核心問題。另外，相應(yīng)通道的QoS保證能力也是必須關(guān)注的一個重要方面。 （4）TDM專線業(yè)務(wù)：TDM專線業(yè)務(wù)主要是指E1，V.35業(yè)務(wù)。從實(shí)際需求看，企業(yè)用戶中存在對這種業(yè)務(wù)的需求，而個人用戶則通常沒有。 通過上述分析，我們可以總結(jié)出實(shí)現(xiàn)綜合業(yè)務(wù)承載對FTT

57、H設(shè)備的基本要求：應(yīng)具有較強(qiáng)的QoS保障能力，并為不同的業(yè)務(wù)類型提供有區(qū)分的。 第五節(jié) 本章小結(jié) 伴隨著寬帶接入市場的迅速成長，各種新型的寬帶接入技術(shù)如雨后春筍般不斷涌現(xiàn)，作為光纖接入網(wǎng)的重要解決方案EPON提供了一個理想的寬帶接入平臺。EPON采用點(diǎn)到多點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、無源光纖傳輸方式、基于高速以太網(wǎng)平臺和TDM時(shí)分MAC媒體訪問控制方式，提供多種綜合業(yè)務(wù)的寬帶接入方式。具有很高的性價(jià)比，被普遍認(rèn)為是下一代寬帶接入網(wǎng)技術(shù)的最好選擇。本章具體介紹基于Ethernet的無源光網(wǎng)絡(luò)的具體原理及關(guān)鍵技術(shù)。并結(jié)合EPON簡要介紹其所支持的業(yè)務(wù)類型。通過本章對EPON作深入了解。

58、 第三章 基于EPON的FTTH寬帶業(yè)務(wù) 接入方案 第一節(jié) FTTH系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 一、點(diǎn)到點(diǎn)（P2P） 點(diǎn)對點(diǎn)直接光纖連接沒有復(fù)雜的上行同步技術(shù)和終端自動識別等優(yōu)點(diǎn)，上行的全部帶寬可被一個終端所用，有利于帶寬的擴(kuò)展，但該方式光學(xué)器件和光纖成本相對較高。如圖3.1所示。 二、點(diǎn)到多點(diǎn)（P2MP） 光配線網(wǎng)（ODN）全部由無源器件組成，不包括任何有源節(jié)點(diǎn)，光纖線路終端設(shè)備OLT下行的光信號，通過一根光纖，經(jīng)無源器件Splitter（光分路器）將光信號分路廣播給各用戶終端設(shè)備ONU

59、/T，大幅減少網(wǎng)絡(luò)機(jī)房及設(shè)備維護(hù)的成本，節(jié)省了大量光纜資源等建置成本，因而成為FTTH最熱門的技術(shù)。如圖3.3。 第二節(jié) 組網(wǎng)模式與帶寬計(jì)算 一、組網(wǎng)模式的選擇 根據(jù)業(yè)務(wù)和用戶預(yù)測，針對不同的客戶群，采用相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用模式，堅(jiān)持“區(qū)分市場，有序推廣，分步實(shí)施”的原則，逐步鋪開網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)。建設(shè)初期引入EPON系統(tǒng)，分區(qū)域設(shè)置供各類客戶、各種FTTx應(yīng)用模式共用的FTTx網(wǎng)絡(luò)平臺： 1.對于大客戶、商業(yè)客戶和高端個人用戶，可以根據(jù)需求推廣FTTH應(yīng)用。 2.對于不同規(guī)模的大客戶、商業(yè)客戶，根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)要求，可采用不同的組網(wǎng)方案。 3.對普通公眾用戶，應(yīng)充分利用銅纜資源，

60、暫時(shí)不宜大規(guī)模推廣FTTH接入應(yīng)用，可結(jié)合POP（業(yè)務(wù)呈現(xiàn)點(diǎn)）下移、“光進(jìn)銅退”演進(jìn)思路，利用PON系統(tǒng)先開展FTTB/C+DSLAM/LAN/IAD等應(yīng)用，并可適當(dāng)對有需要的用戶開展FTTH應(yīng)用，逐步推進(jìn)FTTH接入。 4.對于新建LAN接入的場合，宜采用PON系統(tǒng)作為樓層交換機(jī)的接入承載。 5.對于已經(jīng)引入軟交換的本地網(wǎng)，在傳輸資源緊張的情況下，也可以考慮將小區(qū)AG就近上聯(lián)PON系統(tǒng)提供承載。 二、帶寬規(guī)劃原則 1.結(jié)合經(jīng)營策略和業(yè)務(wù)性質(zhì)，為不同客戶群、不同業(yè)務(wù)分配相應(yīng)的帶寬。 2.充分利用FTTx系統(tǒng)的DBA性能，要保證PON系統(tǒng)內(nèi)不同性質(zhì)用戶的基本可用帶寬，專線接入用戶和

61、高優(yōu)先級業(yè)務(wù)的帶寬要優(yōu)先保證，同時(shí)應(yīng)對用戶的最大可用帶寬進(jìn)行限速。 3.每個PON系統(tǒng)的規(guī)劃帶寬不能超出PON系統(tǒng)的可用帶寬，且應(yīng)考慮一定的冗余，合理規(guī)劃每個PON系統(tǒng)帶的用戶數(shù)。 4.對于IPTV組播業(yè)務(wù)，宜將OLT設(shè)置為組播復(fù)制點(diǎn)。 三、典型業(yè)務(wù)帶寬需求 FTTH系統(tǒng)可以作為一種綜合接入手段，提供高帶寬和QoS保證能力，可以承載包括以太網(wǎng)/IP業(yè)務(wù)、語音業(yè)務(wù)、TDM業(yè)務(wù)和CATV業(yè)務(wù)等多種業(yè)務(wù)，滿足Triple-play的需求。可以提供語音、數(shù)據(jù)、視頻和TDM業(yè)務(wù)的接入和承載： 1.數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)：可以提供30M以上的帶寬，能夠在相當(dāng)長的時(shí)期內(nèi)滿足基于以太網(wǎng)/IP的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)

62、的需要，如用戶互聯(lián)網(wǎng)接入、Peer to Peer、文件下載、網(wǎng)絡(luò)游戲等各種業(yè)務(wù)和應(yīng)用。 2.語音業(yè)務(wù)：可以提供語音業(yè)務(wù)，包括采用VOIP的軟交換電話語音（及各項(xiàng)增值業(yè)務(wù)）和采用64kbit/s電路仿真方式的傳統(tǒng)電話。從技術(shù)發(fā)展趨勢來看，軟交換方式將成為FTTx必須支持的實(shí)現(xiàn)方式。 3.視頻業(yè)務(wù)：包括IPTV和CATV。IPTV包括視頻直播和點(diǎn)播（VOD）業(yè)務(wù)。EPON所具有的單拷貝廣播SCB機(jī)制使之特別適合IPTV業(yè)務(wù)的傳送。另外，系統(tǒng)支持采用第三個波長（1550nm）傳輸模擬的CATV信號。 <, P style="LINE-HEIGHT: 150%; TEXT-INDENT: 24

63、pt" class=MsoNormal>4.TDM專線業(yè)務(wù)：EPON系統(tǒng)可以采用電路仿真方式實(shí)現(xiàn)n*64kbit/s，E1/T1數(shù)據(jù)專線業(yè)務(wù)。 對于公眾客戶，主要提供語音、數(shù)據(jù)和視頻業(yè)務(wù)；對于大客戶、商業(yè)客戶，主要提供語音、數(shù)據(jù)和專線業(yè)務(wù)。具體業(yè)務(wù)的提供和開放應(yīng)基于業(yè)務(wù)網(wǎng)實(shí)際發(fā)展策略為前提。 從目前的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用發(fā)展趨勢來看，IPTV（流媒體）、視頻通信、VOIP、高速上網(wǎng)等式互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中極具潛力的應(yīng)用類型。 上述幾種主要的互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)對帶寬的要求，預(yù)測如下： 四、帶寬測算 帶寬測算包括兩個方面的內(nèi)容： （1）單個PON系統(tǒng)內(nèi)的帶寬測算。 （2）OLT上聯(lián)的帶寬測算。 對

64、FTTx網(wǎng)絡(luò)的各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用模式（FTTH/B/C等），其帶寬測算方法是一樣的。 對單個PON系統(tǒng)內(nèi)的帶寬測算，需要考慮該P(yáng)ON系統(tǒng)內(nèi)所有ONU所產(chǎn)生的流量是否滿足系統(tǒng)要求；對OLT上聯(lián)的帶寬測算，需要考慮該OLT所有PON所帶的全部ONU產(chǎn)生的流量（一般OLT包含多個PON口）。 計(jì)算公式： 第三節(jié) 網(wǎng)元及ODN網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃 一、OLT設(shè)備 OLT設(shè)備一方面將承載各種業(yè)務(wù)的信號進(jìn)行匯聚，按照一定的信號格式送入接入部分以便向終端用戶傳輸，另一方面將來自終端用能過戶的信號按照業(yè)務(wù)類型分別送入各業(yè)務(wù)網(wǎng)中。 1、設(shè)備性能要求 OLT設(shè)備應(yīng)能靈活對其所帶用戶的同類業(yè)務(wù)進(jìn)行匯聚

65、：對于所有以太網(wǎng)/IP類業(yè)務(wù)，應(yīng)支持通過不同的上聯(lián)端口區(qū)分，以及通過相同的上聯(lián)端口以不同的VLAN等方式區(qū)分。 OLT設(shè)備應(yīng)可選擇提供PON系統(tǒng)保護(hù)倒換功能。 OLT設(shè)備根據(jù)用戶容量分為機(jī)架式和盒式。一般，一個19英寸標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架內(nèi)安裝的OLT設(shè)備可提供250個以上的PON口，對應(yīng)于典型的1:32分路比的PON系統(tǒng)，支持8000以上的用戶；盒式設(shè)備則可提供4-20個以上的PON口。 網(wǎng)絡(luò)側(cè)可根據(jù)業(yè)務(wù)性質(zhì)提供N個GE/FE，E1，STM-1等接口。如需提供CATV業(yè)務(wù)，OLT應(yīng)配置WDM模塊及CATV接口。 2、OLT設(shè)置方式的比較 （1）集中設(shè)置在端局便于設(shè)備的集中管理，節(jié)約網(wǎng)絡(luò)上聯(lián)所需

66、傳輸資源。 （2）光進(jìn)銅退的實(shí)施，管道資源可以滿足未來大量光纜的鋪設(shè)。 （3）光纜材料成本占管線造價(jià)的比例較小，隨著光器件成本的進(jìn)一步下降，大芯數(shù)光纜的建設(shè)成本與小芯數(shù)光纜相差將會越來越不明顯。 （4）集中設(shè)置在端局可以大大減少接入點(diǎn)的投資。 （5）集中維護(hù)管理可以降低維護(hù)成本 （6）分散設(shè)置在接入點(diǎn)可節(jié)約接入網(wǎng)管線資源和局端機(jī)房資源。 3、OLT設(shè)置方式建議 考慮到接入點(diǎn)資源相對比較充足（且可以選用無線基站機(jī)房安裝OLT設(shè)備），OLT分散設(shè)置在接入點(diǎn)將是普遍采用的方法。 在對舊城區(qū)的FTTx改造過程中，如接入點(diǎn)難以尋址，可采用OLT集中設(shè)置在端局的方式。 對于城市新區(qū)（如西部開發(fā)）的建設(shè)，可以考慮采用OLT集中設(shè)置在端局的方式，減少接入點(diǎn)的投資（不建議為了OLT放置而新建接入網(wǎng)點(diǎn)）。 對于大客戶/商業(yè)客戶綜合接入、視頻監(jiān)控、村村通工程等的建設(shè)，OLT應(yīng)主要采用OLT集中設(shè)置在端局的方式。 二、ONU設(shè)備 1、設(shè)備性能要求 ONU設(shè)備應(yīng)符合相應(yīng)的技術(shù)體制，應(yīng)支持與OLT之間芯片級的互聯(lián)互通，ONU設(shè)備應(yīng)可選擇提供PON系統(tǒng)保護(hù)倒換功能。 ONU可根據(jù)不同