寬帶接入技術(shù)的ehernepon

寬帶接入技術(shù)的ehernepon

1itu-t的情況獨立光系統(tǒng)出現(xiàn)于20世紀90年代初。1996年，itu-t完成了g.982的標(biāo)準化。主要目標(biāo)是定義一個低于2m的寬采樣速度的系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于郝氏家族（mgs）的光束系統(tǒng)。與此同時，以atm為基礎(chǔ)的集群（pon）也在迅速發(fā)展。1998年，itut正式通過了g.983.1的建議。即“基于無源光網(wǎng)絡(luò)（pon）的光束入網(wǎng)”，該系統(tǒng)對apon系統(tǒng)制定了詳細的規(guī)范。g.983.1建議主要規(guī)定線路速度、光網(wǎng)絡(luò)要求、網(wǎng)絡(luò)層結(jié)構(gòu)、物理媒體層要求、云中心要求、泛在層要求、距離方法和傳輸性能要求。1999年，itut發(fā)布了g.983.2號建議，即“管理和控制框架模型的5ms”。該建議主要基于管理者的管理和信息模型來定義apon系統(tǒng)，以確保不同制造商的設(shè)備相互操作。隨著Internet的高速發(fā)展,用戶對網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求不斷提高,各種新的寬帶接入技術(shù)已成為目前研究的熱點.正是在這種背景下,IEEE于2000年底成立了EFM工作組(EthernetintheFirstMileStudyGroup),試圖引入一種新的接入技術(shù)標(biāo)準—EthernetPON(或EthernetoverPON,以下簡稱EPON).顧名思義,EPON是利用PON的拓撲結(jié)構(gòu)實現(xiàn)以太網(wǎng)的接入.除IEEE研究組外,EPON提倡者們還計劃參加其它標(biāo)準化組織,例如ITU-T和IETF(InternetEngineeringTaskForce,即因特網(wǎng)工程工作組).他們甚至還有可能就此計劃和FSAN組織聯(lián)系,FSAN文件并未排除非ATM協(xié)議.FSAN文件所包括的范圍很廣,包括了許多最后1km的問題,例如G.983的許多部分仍然保持有效.很可能IEEE802.3的EFM組會集中精力為EPON開發(fā)MAC協(xié)議,其他的所有部分都引用FSAN,這也是EPON實現(xiàn)標(biāo)準化的最快途徑.本文將對EPON作為一種寬帶接入技術(shù)的優(yōu)勢、EPON的基本工作原理進行討論.其中包括對EPON提供的業(yè)務(wù)質(zhì)量進行分析,最后對EPON必須解決的幾個關(guān)鍵技術(shù)難點進行了闡述.2epon體系特點IEEEEFM工作組的目的是在現(xiàn)有IEEE802.3協(xié)議的基礎(chǔ)上,通過較小的修改實現(xiàn)在用戶接入網(wǎng)絡(luò)中傳輸以太網(wǎng)幀.EPON相對于現(xiàn)有類似技術(shù)的優(yōu)勢歸納起來主要體現(xiàn)在以下幾個方面:(1)與現(xiàn)有以太網(wǎng)的兼容性.以太網(wǎng)技術(shù),是迄今為止最成功和成熟的局域網(wǎng)技術(shù).EPON只是對現(xiàn)有IEEE802.3協(xié)議作一定的補充,基本上是與其兼容的.隨著EPON標(biāo)準的制定和EPON的使用,在WAN和LAN連接時將減少APON在ATM和IP協(xié)議間轉(zhuǎn)換的需要.(2)高帶寬.根據(jù)目前的討論,EPON的下行信道為百兆/千兆的廣播方式,而上行信道為用戶共享的百兆/千兆信道.這比目前的接入方式,如Modem、ISDN、ADSL甚至APON(下行622/155Mbit/s,上行共享155Mbit/s)都要高得多.(3)低成本.EPON提供較大的帶寬和較低的用戶設(shè)備成本.首先,由于采用PON的結(jié)構(gòu),EPON網(wǎng)絡(luò)中減少了大量的光纖和光器件以及維護的成本,降低了預(yù)先支付的設(shè)備資金和與SONET及ATM有關(guān)的運行成本.其次,以太網(wǎng)本身的價格優(yōu)勢,如廉價的器件和安裝維護使EPON具有ATMPON所無法比擬的低成本.(4)為靈活和快速的服務(wù)重組提供了方便.提供了多層安全,例如限制用戶、支持虛擬專用網(wǎng)的VLAN、IP安全(IPSec)等.最后,電信公司可以通過在EPON體系結(jié)構(gòu)上開發(fā)的廣泛而靈活的服務(wù)來增加收入,例如管理防火墻、語音交易支持、VPN和Internet接入.3tdma技術(shù)的主要功能雖然,EPON的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在目前還沒有定論,但肯定會采用PON的結(jié)構(gòu),因此,討論中許多成員都沿用了ITU-TG.983中定義的APON的結(jié)構(gòu)來描述EPON,如圖1所示.由業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)接口到用戶網(wǎng)絡(luò)接口間為EPON,而EPON通過SNI與業(yè)務(wù)節(jié)點相連,通過UNI與用戶設(shè)備相連.EPON主要分成三部分:光線路終端(OLT)、光分配網(wǎng)(ODN)和光網(wǎng)絡(luò)單元/光網(wǎng)絡(luò)終端(ONU/ONT).其中OLT位于局端,ONU/ONT位于用戶端(其區(qū)別為ONT直接位于用戶端,而ONU與用戶間還有其它的網(wǎng)絡(luò)如以太網(wǎng)).OLT到ONU/ONT的方向為下行方向,反之為上行方向.根據(jù)IEEE802.3協(xié)議,OLT將數(shù)據(jù)以可變長度的數(shù)據(jù)包廣播傳輸給所有在PON上的ONU,每個包攜帶一個具有傳輸?shù)侥康牡豋NU標(biāo)識符的信頭.此外,有些包可能要傳輸給所有的ONU,或者指定的一組ONU.當(dāng)數(shù)據(jù)到達ONU時,ONU接收屬于自己的數(shù)據(jù)包,丟棄其它的數(shù)據(jù)包.利用TDMA技術(shù),多個ONU的上行信息組成一個TDM信息流傳送到OLT.在TDMA技術(shù)中將合路時隙分配給每個ONU,每個ONU的信號在經(jīng)過不同長度的光纖(不同的時延)傳輸后,進入光分配器的共用光纖,正好占據(jù)分配給它的一個指定時隙,以避免發(fā)生相互碰撞干擾.EPON盡管在結(jié)構(gòu)上與APON類似,但在功能和實現(xiàn)上都與APON有所不同,因此,其各部分實現(xiàn)的功能也和APON不同:(1)作為EPON的核心,OLT應(yīng)實現(xiàn)以下功能.·向ONU以廣播方式發(fā)送以太網(wǎng)數(shù)據(jù).·發(fā)起并控制測距過程,并記錄測距信息.·發(fā)起并控制ONU功率控制.·為ONU分配帶寬,即控制ONU發(fā)送數(shù)據(jù)的起始時間和發(fā)送窗口大小.·其它相關(guān)的以太網(wǎng)功能.(2)由無源光分路器和光纖構(gòu)成.(3)ONU/ONT為用戶提供EPON接入的功能.·選擇接收OLT發(fā)送的廣播數(shù)據(jù).·響應(yīng)OLT發(fā)出的測距及功率控制命令,并作相應(yīng)的調(diào)整.·對用戶的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)進行緩存,并在OLT分配的發(fā)送窗口中向上行方向發(fā)送.·其它相關(guān)的以太網(wǎng)功能.從EPON中功能劃分可以看出,EPON中較為復(fù)雜的功能主要集中于OLT,而ONU/ONT的功能較為簡單,這主要是為了盡量降低用戶端設(shè)備的成本.4fpga-民網(wǎng)中型的局域網(wǎng)fpgag/ipEPON和APON的主要區(qū)別是,在EPON中,根據(jù)IEEE802.3以太網(wǎng)協(xié)議,傳送的是可變長度的數(shù)據(jù)包,最長可為1518個字節(jié);而在APON中,根據(jù)ATM協(xié)議的規(guī)定,傳送的是53字節(jié)的固定長度信元.很顯然,APON系統(tǒng)不能直接用來傳送IP業(yè)務(wù)信息.IP要求將待傳數(shù)據(jù)分割成可變長度的數(shù)據(jù)包,最長可為65535個字節(jié),其中典型的長度為576字節(jié).以太網(wǎng)適合攜帶IP業(yè)務(wù),與ATM相比,極大地減少了開銷.千兆以太網(wǎng)以雙工方式操作的設(shè)備(交換機和其他緩沖型的轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備)不作載波擴充、“時隙”擴充和包突發(fā)修改.全雙工設(shè)備仍將繼續(xù)使用常規(guī)的以太網(wǎng)96位幀間隔(IFG)和64字節(jié)的最小包長度.以太網(wǎng)的幀結(jié)構(gòu)如圖2所示.EPON下行幀結(jié)構(gòu)如圖3所示,它由一個被分割成固定長度幀的連續(xù)信息流組成,其傳輸速率為1.25Gbit/s,每幀又攜帶多個可變長度的數(shù)據(jù)包(時隙).含有同步標(biāo)識符的時鐘信息位于每幀的開頭,用于ONU與OLT的同步,每2ms發(fā)送一次,同步標(biāo)識符占1個字節(jié).按照IEEE802.3組成可變長度的數(shù)據(jù)包,每個ONU分配一個數(shù)據(jù)包,每個數(shù)據(jù)包由信頭、可變長度凈荷和誤碼檢測域組成.圖4表示EPON的上行幀結(jié)構(gòu)及其組成的過程,與光分配器連接的各個ONU發(fā)送的上行信息流,通過光分配器耦合進共用光纖,以TDM的方式復(fù)合成一個連續(xù)的數(shù)據(jù)流.該數(shù)據(jù)流以幀的形式組成,幀長與下行幀長一樣,也是2ms,每幀有一個幀頭,表示該幀的開始.每幀進一步分割成可變長度的時隙,每個時隙分配給一個ONU,用于向OLT發(fā)送上行數(shù)據(jù).5epon入網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)缺點如前所述,EPON技術(shù)目前還處在研究討論階段,還有許多問題有待解決,基于以太網(wǎng)技術(shù)的EPON寬帶接入網(wǎng),與傳統(tǒng)的用于計算機局域網(wǎng)的以太網(wǎng)技術(shù)不同,它僅采用了以太網(wǎng)的幀結(jié)構(gòu)和接口,而網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和工作原理完全不同.雖然EPON有許多誘人的優(yōu)點,但是要想解決關(guān)鍵技術(shù)問題,難度卻很大.(1)tdma的實現(xiàn)方法上行的復(fù)用技術(shù)是EPON技術(shù)的核心,從目前的研究來看,大多數(shù)方案都使用了DWDM+TDMA的復(fù)用方法.DWDM的使用是發(fā)展的趨勢,但這主要取決于光器件.因此,討論的焦點將是TDMA的實現(xiàn)方法,即如何使用TDMA的方法使上行信道的帶寬利用率、時延和時延抖動等指標(biāo)達到要求.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.(2)靜態(tài)正常值測距.測距的目的是補償因為ONU與OLT之間的距離不同而引起的傳輸時延差異,使所有ONU感覺到與OLT的邏輯距離相同.由于光纖信道時延較大的特點,ONU與OLT之間的距離將會影響到上行信道的復(fù)用,如果準確測量各個ONU到OLT的距離并能精確地調(diào)整ONU的發(fā)送時延,則可以減小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延.產(chǎn)生傳輸時延差異的根源有2個,一個是物理距離的不同,另一個是由環(huán)境溫度的變化和光電器件的老化等因素造成.接入網(wǎng)最敏感的是成本,所以EPON應(yīng)該采用帶內(nèi)開窗測距技術(shù).為了克服前面提到的不足,需要采取措施減小開窗尺寸.因為開窗測距是對新加入的ONU進行的,所以該ONU與OLT之間的距離可以有個大概的估計值,可以根據(jù)估計值先分配給ONU一個預(yù)時延.這樣可以大大減小開窗尺寸.為了不中斷其它ONU的正常通信,可以規(guī)定測距的優(yōu)先級較信元傳輸?shù)膬?yōu)先級低,這樣只有在空閑帶寬充足的情況下才允許靜態(tài)開窗測距,使得測距僅對信元時延和信元時延變化有一定的影響,而不中斷業(yè)務(wù).另外,測距過程應(yīng)充分考慮到整個EPON的配置情況.例如,系統(tǒng)在工作中加入新的ONU,此時對它的測距不應(yīng)對其它ONU有太大的影響.由于TDMA存在以上的許多關(guān)鍵技術(shù)難點,擬議中的EPON也有可能采用波分復(fù)用和微波副載波接入.(3)突發(fā)模式的光輸出由于EPON上行信道是所有ONU分時復(fù)用的,每個ONU只能在指定的時間窗口內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù).因此,EPON上行信道中傳輸?shù)氖峭话l(fā)信號,這就要求在ONU和OLT中使用支持突發(fā)信號的光器件.現(xiàn)有的大部分光器件還不能滿足這一要求,少數(shù)突發(fā)模式的光器件也只能工作在155Mbit/s的速率上,而且價格昂貴.為了實現(xiàn)突發(fā)模式,在收發(fā)端也要采用特別的技術(shù).光突發(fā)發(fā)送電路要求能夠非常快速地開啟和關(guān)斷,迅速建立信號,因而傳統(tǒng)的電光轉(zhuǎn)換模塊中采用的加反饋自動功率控制將不適用,并且需要使用響應(yīng)速度很快的激光器.而在接收端,由于來自各個用戶的信號光功率是不同的而且是變化的,所以突發(fā)接收電路必須在每次收到新的信號時調(diào)整接收電平(門限).突發(fā)模式前置放大器的閾值調(diào)整電路可以在幾個比特內(nèi)迅速建立起閾值,接收電路根據(jù)這個門限正確恢復(fù)數(shù)據(jù).可以說,這是EPON技術(shù)面臨的一大問題,但是,目前已有廠商正在研制滿足EPON要求的光器件,相信隨著EPON標(biāo)準的制定,會有更多的產(chǎn)品出現(xiàn).此外,突發(fā)模式的上行信號會引入光放大器的“浪涌”效應(yīng).EDFA輸出會達到數(shù)瓦,這種高功率有可能“燒壞”光連接器和接收機.(4)寬帶預(yù)留和寬帶預(yù)留的發(fā)展EPON具備許多成本和性能方面的優(yōu)點,使得服務(wù)提供商能夠在高度經(jīng)濟的平臺上傳輸可產(chǎn)生收益的服務(wù).然而,對于EPON廠商來說,關(guān)鍵的技術(shù)挑戰(zhàn)是增強以太網(wǎng)的能力,以保證實時語音和IP語音服務(wù)能夠在單一平臺上傳輸,而且與ATM或SONET有同樣的服務(wù)質(zhì)量,易于管理.目前EPON廠商正在著手解決這個問題.其中一種實現(xiàn)技術(shù)是采用TOS字段.TOS字段提供8層優(yōu)先級,從而保證信息包按照重要程度傳輸;另一種技術(shù)叫做帶寬預(yù)留,它提供了一條開放的大路,為POTS交易保證反應(yīng)時間,從而使數(shù)據(jù)不必競爭.此外,下行信道安全性、如何實現(xiàn)VLAN等也是影響EPON應(yīng)用前景的問題,必須加以考慮.基于以太網(wǎng)技術(shù)的寬帶接入網(wǎng)應(yīng)該具有高度的信息安全性、電信級的網(wǎng)絡(luò)可靠性、強大的網(wǎng)管功能,并且能保證用戶的接入帶寬,這些問題也需要解決.EPON現(xiàn)在還處于商業(yè)開發(fā)的早期階段,今年出現(xiàn)了初步的試驗配置.相比之下,雖然APON已經(jīng)優(yōu)先啟動了一小部分市場,但是企業(yè)界的趨勢更看好EPON,這包括快速增長的數(shù)據(jù)交易和日益重要的快速以太網(wǎng)和千兆以太網(wǎng)服務(wù).另外,光IP以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)承諾根本改變在單一網(wǎng)絡(luò)上傳輸打包的語音、數(shù)據(jù)和電視服務(wù)的方法,可以把內(nèi)容提供商、服務(wù)提供商、網(wǎng)