基于EPON的寬帶網(wǎng)接入技術(shù)

1、基于epon的新型寬帶接入技術(shù)研究a new broadband access technology based on eponxxx（中國(guó)民航大學(xué)通信與信息系統(tǒng) 研一）摘要：ftth（fiber to the home）是將光網(wǎng)絡(luò)單元（onu）安裝在住家用戶或企業(yè)用戶處，是 fttx 的一種接入方式，是最靠近用戶的光接入網(wǎng)應(yīng)用類型。epon是 pon 技術(shù)中技術(shù)最成熟，應(yīng)用最廣的一種，以其成本低、維護(hù)簡(jiǎn)單、容易擴(kuò)展、易于升級(jí)，提供非常高的帶寬，服務(wù)范圍大，帶寬分配靈活，使得 ftth商用成為一種可能，并成為未來(lái) 45 年我國(guó)電信產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)新亮點(diǎn)。本論文首先對(duì)近幾年來(lái)寬帶接入及其相關(guān)領(lǐng)域出

2、現(xiàn)的新概念、新技術(shù)和新系統(tǒng)作了一個(gè)簡(jiǎn)單介紹，其中概述了光接入網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和應(yīng)用類型，以及 ftth 中點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的兩種技術(shù)模式。其次，對(duì)組建 ftth 可以用到的幾種技術(shù)如 apone、pon、gpon 等作了較為詳細(xì)的論述和比較，分析了其中的關(guān)鍵技術(shù),如 olt 的測(cè)距，帶寬的分配，快速比特同步等。并闡述了選用 epon 實(shí)現(xiàn) ftth 的理由。接下來(lái)，作者通過(guò)自己親自參加的遼寧石油化工大學(xué)教師公寓接入校園網(wǎng)工程規(guī)劃、部署及工程實(shí)施，詳細(xì)介紹了用 epon 實(shí)現(xiàn) ftth、fttb 的寬帶接入技術(shù)理論，設(shè)備構(gòu)建及工程測(cè)試等具體工作。并結(jié)合實(shí)際情況，解決了現(xiàn)場(chǎng)施工中存在的其它問(wèn)題，通過(guò)各

3、種專業(yè)測(cè)試，該工程完全滿足技術(shù)指標(biāo)要求。關(guān)鍵詞：ftth epon 寬帶接入網(wǎng) 基于以太網(wǎng)的無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)abstract: ftth (fiber to the home) is the optical network unit (onu) installed on the home user or business user, is a fttx access, is the closest to the user's application of the type of optical access network. ftth is being promoted in china,

4、at the same time, with the gradual maturity of pon technology, particularly epon (ethernet passive optical network) is the pon technology in the most mature technology, the most widely used one by ieee802.3efm (ethernet for the first mile) put forward. it is its low cost, simple maintenance, easy ex

5、pansion, easy upgrade, to provide very high bandwidth services, bandwidth allocation and flexible, making ftth may be a business and become the next 4 to 5 years of china's telecom industry development the new bright spot. epon is the use of so-called passive optical network (pon) topology of th

6、e realization of carrying a variety of business ethernet signal transmission in the form of a network, that is, the pon fiber-optic transmission of the changes in the length of the ethernet frame signal, the basic principles of apon with a similar structure and g. .983 on the basis of trying to reta

7、in the essence of the apon - physical layer pon, and ethernet to replace the atm as a data link layer protocol. so as to provide a greater bandwidth, lower cost and wider operational capacity of the new combination.keywords: epon; broadband access; fiber to the home; ethernet passive optical network

8、s1 引言由于internet 業(yè)務(wù)的爆炸式增長(zhǎng)，作為用戶與核心網(wǎng)之間橋梁的接入網(wǎng)由于帶寬限制成為用戶與核心網(wǎng)之間的“瓶頸”。普通的adsl技術(shù)無(wú)法提供長(zhǎng)距離及高速寬帶等系列服務(wù)，已漸漸無(wú)法滿足用戶需求。可提供全業(yè)務(wù)、高速率的ftth（光纖到戶）光接入網(wǎng)就成為了寬帶接入網(wǎng)的最有效的解決方案。本文研究了ftth的構(gòu)成與實(shí)現(xiàn)，詳細(xì)闡述了光接入網(wǎng)的構(gòu)成及各個(gè)組成部分。重點(diǎn)介紹了實(shí)現(xiàn)fttx的關(guān)鍵技術(shù)。2 用 pon 實(shí)現(xiàn) ftth 的技術(shù)2.1 pon 接入技術(shù)簡(jiǎn)介pon 就是指帶無(wú)源器件的光纖網(wǎng)絡(luò)。無(wú)源光纖網(wǎng)絡(luò)與有源光纖網(wǎng)絡(luò)之間的區(qū)別在于它以一對(duì)光無(wú)源分路器取代了有源光纖網(wǎng)絡(luò)中的遠(yuǎn)端光纖設(shè)備（ro

9、lt）。其采用的傳輸協(xié)議為tdma或tcm方式。無(wú)源光纖網(wǎng)絡(luò)的傳輸距離及容量受到一定限制，它的優(yōu)越性在于不需要機(jī)房，降低了維護(hù)的工作量與費(fèi)用。pon 接入技術(shù)采用了無(wú)源分光器，因而大大簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、節(jié)省了寶貴的光纖資源，下面就典型的 n 個(gè)節(jié)點(diǎn)的接入進(jìn)行一下比較與分析。傳統(tǒng)的光纖接入方式普遍采用點(diǎn)到點(diǎn)的接入方式，如圖2.1。圖2.1 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式：需要 2n 個(gè)收發(fā)模塊，光纖總長(zhǎng)度為 n*(d1+d2)局端的 olt 代表架式光收發(fā)模塊，假設(shè)接入 n 個(gè)節(jié)點(diǎn)，那么需要 2n 個(gè)光收發(fā)模塊，假設(shè)光纖長(zhǎng)度分為 d1 和 d2 兩段，那么光纖的總長(zhǎng)度為 n*（d1+d2）。采用 pon 方式的點(diǎn)到 n

10、 點(diǎn)接入方式如圖2.2所示。圖2.2 pon 方式：需要n+1個(gè)收發(fā)模塊,光纖數(shù)量為（d1+n*d2）總體來(lái)看，pon 技術(shù)的關(guān)鍵是在線路中引入了無(wú)源的分路器，這使得系統(tǒng)設(shè)備的理論成本和線路成本均可以較傳統(tǒng)的p2p技術(shù)有較大幅度的優(yōu)化，還可以增強(qiáng)oam能力和qos水平；另外，由于分路器是無(wú)源器件，維護(hù)簡(jiǎn)單，環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)。2.2 epon（ethernet pon）epon 就是利用無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（pon）的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)承載多種業(yè)務(wù)的以太網(wǎng)信號(hào)傳輸?shù)囊环N網(wǎng)絡(luò)形式，即pon光纖中傳輸?shù)氖情L(zhǎng)度變化的以太網(wǎng)幀信號(hào)，其基本原理是在與 apon 類似的結(jié)構(gòu)和 g.983 的基礎(chǔ)上，設(shè)法保留了 apon 的精

11、華部分物理層 pon，而以以太網(wǎng)代替 atm 作為數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議。從而構(gòu)成一個(gè)可以提供更大帶寬、更低成本和更寬業(yè)務(wù)能力的新的結(jié)合體。epon 采用點(diǎn)到多點(diǎn)結(jié)構(gòu)，無(wú)源光纖傳輸方式，在以太網(wǎng)上提供多種業(yè)務(wù)。目前，ip/ethernet 應(yīng)用占到整個(gè)局域網(wǎng)通信的 95%以上，epon 由于使用上述經(jīng)濟(jì)而高效的結(jié)構(gòu)，從而成為連接接入網(wǎng)最終用戶的一種最有效的通信方法。10gbit/s以太主干和城域環(huán)的出現(xiàn)也將使 epon 成為未來(lái)全光網(wǎng)中最佳的最后一公里的解決方案。 在一個(gè) epon 中，不需任何復(fù)雜的協(xié)議，光信號(hào)就能準(zhǔn)確地傳送到最終用戶，來(lái)自最終用戶的數(shù)據(jù)也能被集中傳送到中心網(wǎng)絡(luò)。在物理層，epon

12、使用 1000base的以太 phy，同時(shí)在 pon 的傳輸機(jī)制上，通過(guò)新增加的 mac 控制命令來(lái)控制和優(yōu)化各光網(wǎng)絡(luò)單元(onu)與光線路終端(olt)之間突發(fā)性數(shù)據(jù)通信和實(shí)時(shí)的tdm 通信，在協(xié)議的第二層，epon 采用成熟的全雙工以太技術(shù)，使用 tdm，由于onu 在自己的時(shí)隙內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)，因此沒(méi)有碰撞，不需 cdma/cd，從而充分利用帶寬。另外，epon 通過(guò)在mac 層中實(shí)現(xiàn) 802.1p 來(lái)提供與 apon 類似的 qos。2.2.1 epon 的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一套典型的 epon 系統(tǒng)由olt，onu/ont，pos 組成。如圖2.3所示。olt 位于根節(jié)點(diǎn)，通過(guò) odn 與各個(gè)on

13、u相連，在下行方向，olt 提供面向無(wú)源光纖網(wǎng)絡(luò)的光纖接口；在上行方向，olt 將提供了 ge（gigabit ethernet）。將來(lái) 10gbit/s 的以太網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)定型后，olt 也會(huì)支持類似的高速接口，為了支持其他流行的協(xié)議，olt還可支持 atm, fr 以及 oc3/12/48/192 等速率的 sdh/sonet 的接口標(biāo)準(zhǔn)。olt 通過(guò)支持 e1 接口來(lái)實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的 tdm 話音的接入。在 epon 的統(tǒng)一網(wǎng)管方面，olt 是主要的控制中心，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理的主要功能。pos（passive optical splitter）是無(wú)源光纖分支器，是一個(gè)連接 olt 和 onu 的無(wú)源

14、設(shè)備。onu 放在用戶駐地側(cè)，接入用戶終端。圖2.3 epon網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)2.2.2 epon 的層次模型對(duì)于以太網(wǎng)技術(shù)而言，pon 是一個(gè)新的媒質(zhì)。802.3 工作組定義了新的物理層。而對(duì)以太網(wǎng) mac 層以及 mac 層以上則盡量做最小的改動(dòng)以支持新的應(yīng)用和媒質(zhì)。epon的層次模型按照2003年1月發(fā)布的ieee 802.3ah draft 1.3 規(guī)定如圖2.4。epon 系統(tǒng)通過(guò)一條共享光纖將多個(gè) dte 連接起來(lái)，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為不對(duì)稱的基于無(wú)源光分路器的樹形分支結(jié)構(gòu)。mpcp 就是使這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)適用于以太網(wǎng)的一種控制機(jī)制。epon 作為 efm 討論標(biāo)準(zhǔn)的一部分，建立在 mpcp（muti

15、-point control protocol多點(diǎn)控制協(xié)議）基礎(chǔ)上，該協(xié)議是 mac control 子層的一項(xiàng)功能。mpcp 使用消息，狀態(tài)機(jī)，定時(shí)器來(lái)控制訪問(wèn) p2mp（點(diǎn)到多點(diǎn)）的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在 p2mp 拓?fù)渲械拿總€(gè)onu 都包含一個(gè) mpcp 的實(shí)體，用以和 olt 中的 mpcp 的一個(gè)實(shí)體相互通信。作為 epon/mpcp 的基礎(chǔ)，epon 實(shí)現(xiàn)了一個(gè) p2p 仿真子層，該子層使得 p2mp 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵?duì)于高層來(lái)說(shuō)就是多個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路的集合。該子層是通過(guò)在每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)的前面加上一個(gè) lld（logical link identification）邏輯鏈路標(biāo)識(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。該 llid 將替換

16、前導(dǎo)碼中的兩個(gè)字節(jié)。pon 將拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的根結(jié)點(diǎn)認(rèn)為是主設(shè)備，即 olt；將位于邊緣部分的多個(gè)節(jié)點(diǎn)認(rèn)為是從設(shè)備，即 onus。mpcp 在點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的主從設(shè)備之間規(guī)定了一種控制機(jī)制以協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)有效的發(fā)送和接收。系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中上行方向在一個(gè)時(shí)刻只允許一個(gè)onu發(fā)送，位于olt的高層負(fù)責(zé)處理發(fā)送的定時(shí)、不同onu 的擁塞報(bào)告、以便優(yōu)化pon系統(tǒng)內(nèi)部的帶寬分配。epon 系統(tǒng)通過(guò) mpcpdu 來(lái)實(shí)現(xiàn)olt與onu之間的帶寬請(qǐng)求、帶寬授權(quán)、測(cè)距等。mpcp 涉及的內(nèi)容包括onu發(fā)送時(shí)隙的分配，onu的自動(dòng)發(fā)現(xiàn)和加入，向高層報(bào)告擁塞情況以便動(dòng)態(tài)分配帶寬。mpcp多點(diǎn)控制協(xié)議位于mac control子層。

17、mac control向mac 子層的操作提供實(shí)時(shí)的控制和處理。圖2.4 epon的層次模型2.2.3 epon的工作原理1. 信號(hào)復(fù)用 epon 系統(tǒng)采用 wdm 技術(shù)，實(shí)現(xiàn)單纖雙向傳輸（強(qiáng)制）。圖2.5 epon工作原理為了分離同一根光纖上多個(gè)用戶的來(lái)去方向的信號(hào)，采用以下兩種復(fù)用技術(shù)：2. 下行數(shù)據(jù)流采用時(shí)分復(fù)用（tdm）技術(shù)； 從局端接口單元發(fā)送的信號(hào)按時(shí)分復(fù)用依次送到各個(gè)用戶單元。圖2.6 epon中的下行數(shù)據(jù)流3. 上行數(shù)據(jù)流采用tdma技術(shù)圖2.7 epon中的上行數(shù)據(jù)流在圖 2.6中下行數(shù)據(jù)采用廣播方式從 olt 發(fā)給多個(gè) onu，根據(jù) ieee802.3 協(xié)議，這些數(shù)據(jù)包是不

18、定長(zhǎng)的，最長(zhǎng)可以達(dá)到 1518 字節(jié)。每個(gè)包攜帶的信頭唯一標(biāo)識(shí)了數(shù)據(jù)需要到達(dá)的是 onu1、onu2 還是 onu3，此外有一些包是發(fā)給所有的 onu，稱為廣播包，還有一些包是發(fā)給一組 onu 的，稱為多播包。數(shù)據(jù)流通過(guò)分束器后分為 3 路獨(dú)立的信號(hào)，每路信號(hào)都含有發(fā)給所有特定 onu 的數(shù)據(jù)包。當(dāng) onu 接收到數(shù)據(jù)流時(shí)，只提取發(fā)給自己的數(shù)據(jù)包，將發(fā)給其他 onu 的數(shù)據(jù)包丟棄。例如，在圖2.6中 onu1 接收到了數(shù)據(jù)包 1、2、3，但只將數(shù)據(jù)包 1 發(fā)送給終端用戶。 圖2.7顯示上行數(shù)據(jù)流采用時(shí)分復(fù)用技術(shù)，每個(gè) onu 都分配一個(gè)傳輸時(shí)隙。這些時(shí)隙是同步的，因此當(dāng)數(shù)據(jù)包耦合到一根光纖中時(shí)

19、，不同 onu 的數(shù)據(jù)包不會(huì)產(chǎn)生干擾。例如，onu1 在第 1 個(gè)時(shí)隙傳輸數(shù)據(jù)包 1，onu2 在第 2 個(gè)沒(méi)有占用的時(shí)隙傳輸數(shù)據(jù)包 2，onu3 在第 3 個(gè)沒(méi)有占用的時(shí)隙傳輸數(shù)據(jù)包 3。 onu 發(fā)給 olt 的上行業(yè)務(wù)流使用時(shí)分復(fù)用技術(shù)，每個(gè) onu 在特定的時(shí)隙傳輸，避免傳輸沖突。2.2.4 epon中的關(guān)鍵技術(shù)1. 系統(tǒng)同步 系統(tǒng)同步是指由于 epon 上行為多點(diǎn)到一點(diǎn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，每個(gè) onu 發(fā)送時(shí)隙必須與 olt 的系統(tǒng)分配的時(shí)隙保持一致，以防止各個(gè) onu 上行數(shù)據(jù)發(fā)生碰撞。onu側(cè)的時(shí)鐘應(yīng)與 olt 側(cè)的時(shí)鐘同步。epon 時(shí)鐘同步采用時(shí)間標(biāo)簽方式。在 olt 側(cè)有一個(gè)全局的

20、計(jì)數(shù)器，下行方向 olt 根據(jù)本地的計(jì)數(shù)器插入時(shí)鐘標(biāo)簽，onu 根據(jù)收到的時(shí)鐘標(biāo)簽修正本地計(jì)數(shù)器，完成系統(tǒng)同步；上行方向 onu 根據(jù)本地的計(jì)數(shù)器插入時(shí)鐘標(biāo)簽，olt 根據(jù)收到的時(shí)鐘標(biāo)簽完成測(cè)距。 2. onu 的自動(dòng)識(shí)別onu 自動(dòng)加入目的是通過(guò)系統(tǒng)的自動(dòng)運(yùn)行，不需人工干預(yù)的完成對(duì)新 onu 的發(fā)現(xiàn)和注冊(cè)，使新 onu 能夠自動(dòng)加入到 epon 系統(tǒng)而不影響其他 onu 運(yùn)行。efm對(duì)解決注冊(cè)沖突提出了兩種方案：1) 隨機(jī)延遲時(shí)間發(fā)生注冊(cè)沖突時(shí)，發(fā)生沖突的 onu 仍然每次都響應(yīng)注冊(cè)授權(quán)，但是在響應(yīng)開窗時(shí)隨機(jī)延遲一定時(shí)間（但必須保證 onu 隨機(jī)延遲后的應(yīng)答仍然可以落在開窗內(nèi)）。采用隨機(jī)延遲

21、時(shí)間的方法可以縮短 onu 加入系統(tǒng)的時(shí)間，但是需要增大注冊(cè)開窗的長(zhǎng)度，這樣會(huì)降低系統(tǒng)的帶寬利用率。2) 隨機(jī)跳過(guò)開窗發(fā)生注冊(cè)沖突時(shí)，發(fā)生沖突的 onu 隨機(jī)跳過(guò)若干個(gè)注冊(cè)授權(quán)后才重新響應(yīng)。如果注冊(cè)授權(quán)的周期為 1s，那么發(fā)生沖突的 onu 可隨機(jī)延時(shí) 18s(系統(tǒng)可配置)，然后繼續(xù)等待注冊(cè)授權(quán)。采用隨機(jī)跳過(guò)開窗的方法比隨機(jī)延遲時(shí)間需要多花一些時(shí)間，但是不需增大注冊(cè)開窗，不會(huì)影響系統(tǒng)的帶寬利用率。3. epon 中 tdm 業(yè)務(wù)的傳輸盡管數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的帶寬需求正快速增長(zhǎng)，但現(xiàn)有的電路業(yè)務(wù)還有很大的市場(chǎng)，在短期內(nèi)仍將發(fā)揮其巨大的作用，在今后幾年內(nèi)仍是業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)商的主要收入來(lái)源。所以在 epon 系統(tǒng)中

22、承載電路交換網(wǎng)業(yè)務(wù)，將分組交換業(yè)務(wù)與電路交換業(yè)務(wù)結(jié)合有利于 epon 的市場(chǎng)應(yīng)用和滿足不同業(yè)務(wù)的需要。因此現(xiàn)在大家談?wù)摰?epon實(shí)際都是考慮網(wǎng)絡(luò)融合需求的多業(yè)務(wù)系統(tǒng)。efm 對(duì) tdm 在 epon 上如何承載，在技術(shù)上沒(méi)有作具體規(guī)定，但有一點(diǎn)是肯定的就是要兼容的以太網(wǎng)幀格式。如何保證 tdm 業(yè)務(wù)的質(zhì)量實(shí)際上也就成為多業(yè)務(wù) epon 的關(guān)鍵技術(shù)之一。4. epon 中信息安全的考慮 根據(jù) ieee 802.3ah 規(guī)定，epon 系統(tǒng)物理層傳輸?shù)氖菢?biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)幀，對(duì)此，802.3ah 標(biāo)準(zhǔn)中為每個(gè)連接設(shè)定 llid 邏輯鏈路標(biāo)識(shí)，每個(gè) onu 只能接收帶有屬于自己的 llid 的數(shù)據(jù)報(bào)，其

23、余的數(shù)據(jù)報(bào)丟棄不再轉(zhuǎn)發(fā)。不過(guò) llid 主要是為了區(qū)分不同連接而設(shè)定，onu 側(cè)如果只是簡(jiǎn)單根據(jù) llid 進(jìn)行過(guò)濾很顯然還是不夠的。為此ieee 802.3ah 工作組從 2002 年下半年起召開幾次的會(huì)議，專門討論有關(guān) epon 的鏈路安全性的問(wèn)題，包括研究 apon 的 g.983 建議中攪動(dòng)機(jī)制，802.1x 協(xié)議等，會(huì)議中另一個(gè)主要議題就是關(guān)于安全性的問(wèn)題是單獨(dú)放在 epon 中解決，還是放到整個(gè)802 體系中解決。最終會(huì)議決定單獨(dú)成立一個(gè)任務(wù)組結(jié)合 epon 的具體情況，負(fù)責(zé)整個(gè) 802 體系的安全性問(wèn)題的研究和解決。2003 年 1 月份以原 epon 安全小組的主要成員為主的新

24、的工作組已經(jīng)召開會(huì)議，將在盡量保證以太網(wǎng)體系架構(gòu)的基礎(chǔ)上，結(jié)合 802.1x、802.10 等已有以太網(wǎng)關(guān)于安全性的協(xié)議，加強(qiáng)和完善 epon 和其他以太網(wǎng)應(yīng)用的安全性。5. epon 中的以太網(wǎng)管理 對(duì)于以太網(wǎng)來(lái)說(shuō)，第一英里接入是一個(gè)全新的應(yīng)用。一個(gè)完整的新的電信級(jí)的管理被要求。和傳統(tǒng)的局域網(wǎng)不同，在第一英里的終端用戶不是按照以太網(wǎng)業(yè)務(wù)提供者的要求而配置的，第一英里包括局端設(shè)備（olt）和遠(yuǎn)端設(shè)備（onu），因此，局端設(shè)備必須要有能力監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)提供網(wǎng)絡(luò)和用戶駐地網(wǎng)之間的物理鏈路和設(shè)備的一些重要的信息。efm 工作組已經(jīng)決定提供的 oam 功能包括：遠(yuǎn)端錯(cuò)誤指示，遠(yuǎn)端環(huán)回，鏈路監(jiān)視。oam 的消

25、息通道，采用長(zhǎng)度/類型域?yàn)?8809 的慢協(xié)議幀傳送 oam消息。 6. 關(guān)鍵協(xié)議多點(diǎn)控制協(xié)議（mpcp） 在采用點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)(p2mp)通信的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中，主單元和從單元之間要采用點(diǎn)到多點(diǎn)控制協(xié)議(mpcp)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效傳輸。epon 系統(tǒng)是一種典型的點(diǎn)到多點(diǎn)傳輸/接入設(shè)備，采用 mpcp，可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)可控制的網(wǎng)絡(luò)配置，如 onu 的自動(dòng)發(fā)現(xiàn)，終端站點(diǎn)的帶寬分配及查詢，監(jiān)控等。mpcp 協(xié)議在 mac 控制層實(shí)現(xiàn)，除 802.3 的 31 子句定義的消息外，還要引入5條新的控制消息：gate，report，register_req，register，register_ack。 采用 mpcp

26、可以優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)資源，如：利用測(cè)距，可以實(shí)現(xiàn)多個(gè) onu 共享傳輸線路，提升了帶寬利用率：onu 可以報(bào)告其帶寬需求，使網(wǎng)絡(luò)管理者根據(jù)情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)帶寬分配(dba)。 通過(guò) p2p 仿真，mpcp 可以和現(xiàn)有的以太網(wǎng)兼容，傳統(tǒng)的以太網(wǎng)幀格式仍然被保留，對(duì)等層之間的通信可以由網(wǎng)橋來(lái)控制，生成樹算法可以用來(lái)消除環(huán)路。mpcp協(xié)議的實(shí)現(xiàn)過(guò)程如圖2.8所示。圖2.8 mpcp 協(xié)議的實(shí)現(xiàn)過(guò)程mpcp 消息幀（mpcpdu）結(jié)構(gòu)是 64 字節(jié)的 mac 控制幀。其結(jié)構(gòu)如表2.1所示。表2.1 mpcpdu結(jié)構(gòu)7. 動(dòng)態(tài)帶寬分配（dba） 帶寬分配分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種，靜態(tài)帶寬由打開的窗口尺寸決定，動(dòng)態(tài)帶寬則根

27、據(jù) onu 的需要，由 olt 分配。dba 技術(shù)是 mac 層技術(shù)關(guān)鍵，它直接關(guān)系到上行信道的利用率和數(shù)據(jù)時(shí)延。tdma 方式的最大缺點(diǎn)在于其帶寬利用率較低，采用dba 可以提高上行帶寬的利用率，在帶寬相同的情況下可以承載更多的終端用戶，從而降低用戶成本。另外，dba 所具有的靈活性為進(jìn)行服務(wù)水平協(xié)商（sla）提供了很好的實(shí)現(xiàn)途徑。 實(shí)現(xiàn)帶寬動(dòng)態(tài)分配的關(guān)鍵在于如何獲得 onu 的實(shí)際狀態(tài)，各種 dba 算法獲得onu 狀態(tài)的手段不同，目前 mac 層爭(zhēng)論的焦點(diǎn)就是 dba 算法和 802.3.ah 標(biāo)準(zhǔn)中是否確定統(tǒng)一的 dba 算法。目前的方案是基于輪詢的帶寬分配方式，即 olt 采用輪轉(zhuǎn)的

28、方式對(duì)各 onu 進(jìn)行輪詢，onu 在傳輸?shù)挠行?shù)據(jù)流中嵌入其緩沖區(qū)內(nèi)等待以太數(shù)據(jù)包發(fā)送請(qǐng)求控制信息，olt 對(duì)各個(gè) onu 大小不一的帶寬請(qǐng)求信息按照限定最大發(fā)送窗的分配方案分別進(jìn)行授權(quán)。動(dòng)態(tài)帶寬分配算法就是實(shí)時(shí)地（ms/s 量級(jí)）改變 epon 的各 onu 上行帶寬的機(jī)制。epon 中如果用帶寬靜態(tài)分配，對(duì)數(shù)據(jù)通信這樣的變速率業(yè)務(wù)很不適合，如按峰值速率靜態(tài)分配帶寬則整個(gè)系統(tǒng)帶寬很快就被耗盡，帶寬利用率很低，而動(dòng)態(tài)帶寬分配使系統(tǒng)帶寬利用率大幅度提高。通過(guò) dba，我們可以根據(jù) onu 突發(fā)業(yè)務(wù)的要求，通過(guò)在 onu 之間動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)帶寬來(lái)提高 pon 上行帶寬效率。由于能更有效地利用帶寬，網(wǎng)絡(luò)

29、管理員可以在一個(gè)已有的 pon 上增加更多用戶，終端用戶也可以享有更好的服務(wù)，如用戶可以用到的帶寬峰值可以超過(guò)傳統(tǒng)的固定分配方式的帶寬。 根據(jù) epon 的特點(diǎn)及 itu-t的g983 建議，可以得出對(duì)動(dòng)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(dòng)；公平分配帶寬，健壯性好，實(shí)時(shí)性強(qiáng)。動(dòng)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(qǐng)帶寬，olt 根據(jù) onu 的請(qǐng)求按照一定的算法給予帶寬（時(shí)隙）占用授權(quán)，onu 根據(jù)分配的時(shí)隙發(fā)送信息。其分配準(zhǔn)許算法的基本思想是：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(qǐng)求帶寬，olt 根

30、據(jù)各 onu 的請(qǐng)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。onu 可能經(jīng)常要斷開（特別是在 ftth 情況下），已經(jīng)斷開的 onu 不應(yīng)再占用網(wǎng)絡(luò)帶寬。解決這個(gè)問(wèn)題的方法有：使新的請(qǐng)求在許可信號(hào)后的 rtt+t 時(shí)間內(nèi)到達(dá)；如果請(qǐng)求（k個(gè)）丟失了就意味著onu已經(jīng)斷開；下次詢問(wèn)此 onu 前先等待 1 分鐘。這樣可使斷開 onu 只占用大約 0.0005%的pon帶寬。在 pon 中，在傳輸會(huì)聚層上用流量容器來(lái)存儲(chǔ)管理上行帶寬分配的業(yè)務(wù)流，使pon 段帶寬利用率得到提高。分析表明，采用 dba，最大的帶寬利用率可達(dá) 80%，沒(méi)有 dba 時(shí)只有 40%。平

31、均傳輸時(shí)延無(wú) dba 時(shí)為 100ms，而用 dba 時(shí)為<10ms。3 實(shí)際系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)假設(shè)現(xiàn)有一項(xiàng)某大學(xué)教師公寓的校園網(wǎng)寬帶接入網(wǎng)絡(luò)工程，要求一方面教師公寓可以接入互聯(lián)網(wǎng)，一方面可以接入到教育網(wǎng) cernet。學(xué)校要求每戶至少 10m 帶寬接入。該教師公寓的情況如下：小區(qū)分為三個(gè)區(qū)域：a 區(qū)：高檔別墅區(qū)，共有 20 棟樓 40 戶；b 區(qū)：多層區(qū)，該區(qū)共有 15 棟 7 層高住宅樓共計(jì) 388 戶；c 區(qū)：為 6 棟高層建筑，計(jì) 570 戶。小區(qū)共計(jì) 998 戶。小區(qū)樓盤較為集中，距學(xué)校的中心機(jī)房大約 1.5km。小區(qū)與學(xué)校的分布如圖3.1。學(xué)校圖書館新機(jī)房及老機(jī)房距該小區(qū)分別為

32、 1.5 公里和 2 公里，分布放置兩臺(tái)學(xué)校核心網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)華為的 s8016。教師公寓的多層及高層公寓目前已經(jīng)完成樓內(nèi)的語(yǔ)音及數(shù)據(jù)的電纜綜合布線。圖3.1 學(xué)校分布圖3.1 確定工程方案針對(duì)這樣的實(shí)際情況，對(duì) a 區(qū)的 20 棟別墅實(shí)現(xiàn) ftth光纖到戶，對(duì) bc 區(qū)的 21 棟樓實(shí)現(xiàn) fttb 光纖到樓接入。針對(duì)用戶群上網(wǎng)多為家庭上網(wǎng)，重保級(jí)別不是很高，故本次方案不與考慮雙設(shè)備，雙路由保護(hù)。該工程只選擇上聯(lián)至圖書館中心機(jī)房的核心交換機(jī)華為 s8016。3.2 采用epon接入epon 技術(shù)特點(diǎn)之一是組網(wǎng)非常靈活，承載業(yè)務(wù)全面。下面介紹一下 epon 的組網(wǎng)方式。根據(jù) odn（光分路器）的布放

33、及層次可以組成樹形網(wǎng)、星形網(wǎng)和鏈型網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。圖3.2a 星型圖3.2b 樹形圖3.2c 鏈型星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于設(shè)計(jì)與工程施工，便于網(wǎng)絡(luò)升級(jí)擴(kuò)容及障礙處理，目前被廣泛采用。 樹形網(wǎng)絡(luò)，如圖 3-2b，采用多級(jí)分光器實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)復(fù)雜，各級(jí)分光器耦合后最終分光比取決于各級(jí)分光比的乘積。如第一級(jí)為 1:2 ，第二級(jí)為 1：8 。則末級(jí)分光比為 2*8=16，設(shè)計(jì)時(shí)，光強(qiáng)度可以參照 1：16 分光器設(shè)計(jì)。這種組網(wǎng)結(jié)構(gòu)非常適合復(fù)雜的節(jié)點(diǎn)分布，能最大限度的節(jié)省光纖資源。缺點(diǎn)是不利于設(shè)計(jì)施工，障礙判斷困難。 鏈型網(wǎng)絡(luò)，如圖 3-2c，采用多級(jí) 1：2 的分光器，可以將所經(jīng)過(guò)的節(jié)點(diǎn)接入，適合分散的節(jié)點(diǎn)接入。

34、依據(jù) odn 的幾種分布方式的技術(shù)特點(diǎn)，結(jié)合教師公寓實(shí)際，考慮日后的帶寬升級(jí)及以后的維護(hù)管理，我們采用星形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在小區(qū)內(nèi)確定一個(gè)合適的地點(diǎn)新建室外光纖配線箱，放置分光器，匯聚所有的節(jié)點(diǎn)光纖。如圖 3-4，根據(jù)樓盤分布及光纜管道實(shí)際，選擇一個(gè)光纜管道的匯聚點(diǎn)新建光纜配線箱放置 odn，同時(shí)考慮盡量在小區(qū)中心，我們將光配線箱放置在 c1#樓的東側(cè)。該位置既是光纜管道的中心，又是小區(qū)的中心。圖3.3 公寓樓盤及光纜管道分布每棟樓到光纖配線箱放 3 芯光纖（考慮到日后的擴(kuò)容，本次工程只用一芯），光纜敷設(shè)。根據(jù)實(shí)際情況，小區(qū)的 40 戶別墅用戶采用 ftth 方式接入，其他多層用戶如果采用單獨(dú)的

35、 httb 方式，目前的設(shè)備廠家一般只提供最多 24 口的 onu，這樣對(duì)于高層公寓每樓洞需提供 96 個(gè)信息點(diǎn)計(jì)算，則至少需要 4 臺(tái) onu，樓道機(jī)柜較大，不易安裝。并且由于業(yè)務(wù)開通率目前還不高，共享上行帶寬充裕，因此，在高層及多層采用 fttb+lan 方式接入是性價(jià)比最高的一種方式。如果日后用戶帶寬不夠的話，可以采用增加 onu 及減小分光器分光比的方法來(lái)提速。如圖3.4。圖3.4 fttb+lan系統(tǒng)結(jié)構(gòu)3.3 工程部署由上面的工程分析我們采用了結(jié)合方式對(duì)多層及高層公寓進(jìn)行了交換機(jī)部署，本次工程采用了中興公司的二層以太網(wǎng)交換機(jī)s2852（48個(gè)100m全速fe，4個(gè)電口 1000m

36、上聯(lián)）及 s2824（24 口全速 fe），具體分配及布置如圖3.5。圖3.5 fttb+lan接入交換機(jī)分布將局端設(shè)備 zxa10 c200 放置在學(xué)校新圖書館的網(wǎng)絡(luò)機(jī)房?jī)?nèi)，光分路器放置在靠近樓宇的光交接箱中進(jìn)行分路，用戶光纖再分別拉到用戶家中，入戶光纖在單元內(nèi)打孔入戶后，通過(guò)塑料扣板布光纖到“ftth 智能終端盒”。在“ftth 智能終端盒” 出 5 類線連接到用戶終端設(shè)備。3.3.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)圖3.6 系統(tǒng)整體架構(gòu)3.3.2 局端設(shè)備局端olt設(shè)備采用的是中興公司的zxa10 c200設(shè)備，該設(shè)備是一款中等容量，體積緊湊的高密度無(wú)源光接入局端設(shè)備，在 3u 高度的插箱內(nèi)，可以插入5個(gè)

37、pon 板，每個(gè) pon 板4個(gè)或2個(gè)pon 口，提供最大640個(gè)ont，并且后期可以提供每個(gè)pon板8個(gè)pon 口，使 3u 的用戶數(shù)量達(dá)到1280個(gè)ont，用戶集成度達(dá)到業(yè)內(nèi)領(lǐng)先。設(shè)備支持 ieee802.3ah epon 標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)在設(shè)備體系結(jié)構(gòu)上支持對(duì)符合itu g.984 gpon 線卡的支持能力，后期開發(fā)的 gpon 線卡可以直接插入c200機(jī)框內(nèi)。3.3.3 分光器及布放 對(duì)于教師公寓 b 區(qū)及 c 區(qū)采用 fttb+lan 方式接入，采用1個(gè)1:32分光器， 1個(gè)1:16分光器和一個(gè)1:8分光器構(gòu)建。光分路器放置在靠近樓宇的光交接箱中進(jìn)行分路。到樓道后進(jìn)入樓道第 1 層的樓道一

38、體機(jī)柜中每棟樓根據(jù)實(shí)際需求配置一個(gè)或 2 個(gè)機(jī)柜。c 區(qū)別墅為光纖入戶，光纜由地下管道分出室外皮線式入戶軟光纜，接入用戶客廳中的墻壁光纖連接面板中。 考慮每個(gè) epon 口可以提供的帶寬以及 onu 數(shù)量及光纖分布。使用一個(gè) 1：32 分光器與一個(gè) 1：8 分光器負(fù)責(zé)接入 a 區(qū)用戶的 onu；使用一個(gè) 1：8 分光器接入 c4、c5、c6 三個(gè)樓的 onu，使用一個(gè) 1：16 的光分器接入 c1、c2、c3、b11、b12、b13、b14、b15 號(hào)樓；使用一個(gè) 1：16 的分光器接入 b1 至 b10 號(hào)樓。如圖3.7。圖3.7 分光器部署3.3.3 遠(yuǎn)端設(shè)備onu 采用的是中興公司的 f

39、ttx 系列產(chǎn)品 zxa10 d40，單提供4fe的100m電口。onu設(shè)備放置在別墅區(qū)的用戶家里，表3.1是olt對(duì)于各點(diǎn)的配置。表3.1 各樓pon口配置3.4 工程部署分析3.4.1 下聯(lián)方案本次工程在機(jī)房部署一套 zxa10 c200 設(shè)備，提供 8 個(gè) pon 口。c200 布置于學(xué)校新圖書館的 4 樓校園網(wǎng)機(jī)房?jī)?nèi)，機(jī)房距教師公寓住宅大約在 1.5 公里左右，本次工程使用 5 個(gè) pon 口，可以覆蓋 21 棟多層的 fttb 覆蓋及 20 棟別墅的 ftth 覆蓋，如后期存在其它小區(qū)的 fttb、或全球眼、網(wǎng)吧、企業(yè)客戶等 fttx 建設(shè)需求時(shí)，可以利用 c200 上剩余 pon

40、口，或直接進(jìn)行插板擴(kuò)容即可，同時(shí)也便于分?jǐn)?olt 設(shè)備投資成本。從學(xué)校圖書館機(jī)房至小區(qū)間可鋪設(shè) 12 芯或 24 芯主干光纜至分光器，分光器至每棟樓光配線箱可鋪設(shè) 4 芯或 6 芯配線光纜，每臺(tái) onu 只占用其中 1 芯，剩余光纜可用于后期小區(qū)擴(kuò)容或做為備份光纜使用。圖3.8 下聯(lián)網(wǎng)拓?fù)鋱D對(duì)于樓道內(nèi) onu 設(shè)備，置于小區(qū)樓道的 ban 箱中。高層和多層用戶 onu 下聯(lián)相應(yīng)的 2 層以太網(wǎng)交換機(jī)，本工程采用的是中興公司的 s2826（24 口）和 s2852（4 千兆，48 百兆）交換機(jī)，每棟樓內(nèi)采用 5 類或超 5類纜入戶。這些設(shè)備及用戶配線模塊都統(tǒng)一安裝在位于樓內(nèi)一樓的一體式機(jī)柜中，

41、本次工程機(jī)柜由專門廠家定做，該機(jī)柜要具有一定的安全防盜功能，以保證設(shè)備不受破壞。3.4.2 上聯(lián)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)方案在整個(gè)解決方案中，zxa10 xpon olt 作為所有業(yè)務(wù)的匯聚點(diǎn)，將用戶業(yè)務(wù)經(jīng)過(guò)pon網(wǎng)絡(luò)匯聚后，通過(guò)上聯(lián)端口接入到上層業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)中。連接圖如圖3.9。圖3.9 olt系統(tǒng)連接圖系統(tǒng)相關(guān)配置方式如下：1. 網(wǎng)管配置：需要配置網(wǎng)管使用的 trap 服務(wù)器地址，網(wǎng)元網(wǎng)管 ip 地址分配應(yīng)與網(wǎng)管服務(wù)器和 trap 服務(wù)器在同一網(wǎng)段，或通過(guò)路由方式能相互訪問(wèn)；2. 業(yè)務(wù)配置：1) 采用端口 vlan 隔離方式來(lái)區(qū)分業(yè)務(wù)分類和業(yè)務(wù)等級(jí)，對(duì)不同的業(yè)務(wù)端口配置成不同的 vlan 優(yōu)先級(jí)，ss 端口最

42、高，互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)端口最低； 2) 不同的上聯(lián)業(yè)務(wù)端口的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)入網(wǎng)元時(shí)，在進(jìn)入網(wǎng)元交換前，先完成 vlan 和優(yōu)先級(jí)的轉(zhuǎn)換，在網(wǎng)元內(nèi)的數(shù)據(jù)根據(jù)轉(zhuǎn)換后的vlan 和優(yōu)先級(jí)進(jìn)行交換和轉(zhuǎn)發(fā)。所有業(yè)務(wù)在系統(tǒng)內(nèi)到達(dá) ont 之前均帶有 vlan tag。 3) 相應(yīng)的，由 ont 上聯(lián)的業(yè)務(wù)帶有相應(yīng)的 vlan 優(yōu)先級(jí)，使之在系統(tǒng)交換中轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的業(yè)務(wù)端口輸出，在上聯(lián)端口出去的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換成其進(jìn)入網(wǎng)元時(shí)的對(duì)應(yīng)形式。3.5 工程細(xì)節(jié)3.5.1 設(shè)備安裝及調(diào)試 試點(diǎn)中 olt 采用-48v 直流供電，機(jī)房?jī)?nèi)采用 ups 確保 olt 供電安全。onu 全部采用交流 220v 供電，后備電源為可選； 光纜全部采用 g.