【文章內(nèi)容簡介】 接入網(wǎng)的概念及產(chǎn)生 所謂光纖通信，就是利用光纖來傳輸攜帶信息的光波以達(dá)到通信之目的。要使光波成為攜帶信息的載體，必須對之進(jìn)行調(diào)制，在接收端再把信息從光波中檢測出 來。然而，由于目前技術(shù)水平所限，對光波進(jìn)行頻率調(diào)制與相位調(diào)制等仍局限在實驗室內(nèi)，尚未達(dá)到實用化水平，因此目前大都采用強(qiáng)度調(diào)制與直接檢波方式（ IMDD）。又因為目前的光源器件與光接收器件的非線性比較嚴(yán)重，所以對光器件的線性度要求比較低的數(shù)字光纖通信在光纖通信中占據(jù)主要位置。 典型的數(shù)字光纖通信系統(tǒng)方框圖如圖 。 重慶郵電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 圖 數(shù)字光纖通信系統(tǒng)方框圖 從圖中可以看出，數(shù)字光纖通信系統(tǒng)基本上由光發(fā)送機(jī)、光纖與光接收機(jī)組成。發(fā)送端的電端機(jī)把信息（如話音）進(jìn)行模 /數(shù)轉(zhuǎn)換，用轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號去調(diào)制發(fā)送機(jī)中的光 源器件 LD，則 LD 就會發(fā)出攜帶信息的光波。即當(dāng)數(shù)字信號為“ 1”時，光源器件發(fā)送一個“傳號”光脈沖；當(dāng)數(shù)字信號為“ 0”時，光源器件發(fā)送一個“空號”（不發(fā)光）。光波經(jīng)低衰耗光纖傳輸后到達(dá)接收端。在接收端，光接收機(jī)把數(shù)字信號從光波中檢測出來送給電端機(jī)，而電端機(jī)再進(jìn)行數(shù) /模轉(zhuǎn)換，恢復(fù)成原來的信息就這樣完成了一次通信的全過程。 近年來，以互聯(lián)網(wǎng)為代表的新技術(shù)革命正在深刻地改變傳統(tǒng)的電信概念和體系結(jié)構(gòu)，隨著各國接入網(wǎng)市場的逐漸開放，電信管制政策的放松，競爭的日益加劇和擴(kuò)大，新業(yè)務(wù)需求的迅速出現(xiàn)，有線技術(shù)（包括光纖技術(shù) ）和無線技術(shù)的發(fā)展，接入網(wǎng)開始成為人們關(guān)注的焦點。在巨大的市場潛力驅(qū)動下，產(chǎn)生了各種各樣的接入網(wǎng)技術(shù)。光纖通信具有通信容量大、質(zhì)量高、性能穩(wěn)定、防電磁干擾、保密性強(qiáng)等優(yōu)點。在干線通信中，光纖扮演著重要角色，在接入網(wǎng)中，光纖接入也將成為發(fā)展的重點。光纖接入網(wǎng)是發(fā)展寬帶接入的長遠(yuǎn)解決方案。目前，發(fā)達(dá)國家的大城市商業(yè)區(qū)正在逐步實現(xiàn)將光纖敷設(shè)到大樓，并要盡早實現(xiàn)光纖到辦公室、光纖到桌面，新開發(fā)區(qū)的新建線路直接采用光纖，已實現(xiàn)光纖到路邊。而在城市住宅區(qū)和鄉(xiāng)村，銅線電纜還要持續(xù)使用很長一段時間，但“光纖到家”是接入網(wǎng)發(fā) 展的最終目標(biāo)。一般來說，實現(xiàn)“光纖到家”的成本很高，一般國家都是先發(fā)展光纖到用戶附近的路邊 (FTTC)和光纖到大樓 (FTTB)， 然后再向光纖到家(FTTH)過渡。目前，發(fā)達(dá)國家中只有日本根據(jù)自己的條件，最先提出在 2020 年實現(xiàn)光纖到家庭的目標(biāo)。 無論是對于建設(shè)國家信息基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，還是對于實現(xiàn)寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)，能重慶郵電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 把電信網(wǎng)、計算機(jī)網(wǎng)、有線電視網(wǎng)等各種網(wǎng)絡(luò)和語言、數(shù)字、圖片、視像等各類信息綜合在一起的寬帶接入網(wǎng)技術(shù)都已成為未來通信網(wǎng)發(fā)展的關(guān)鍵，是今后一段時期內(nèi)國際通信技術(shù)研究、開發(fā)和建設(shè)的熱點。接入網(wǎng)的技術(shù)發(fā)展水 平從某種意義上來說，代表著國家通信技術(shù)現(xiàn)代化的水平。 采用光纖接入網(wǎng)是光纖通信發(fā)展的必然趨勢，盡管目前各國發(fā)展光纖接入網(wǎng)的步驟各不相同，但光纖到家庭是公認(rèn)的接入網(wǎng)的發(fā)展目標(biāo)。 二、光接入網(wǎng)的應(yīng)用類型 光纖接入網(wǎng) (OAN)，是指用光纖作為主要的傳輸媒質(zhì)，實現(xiàn)接入網(wǎng)的信息傳送功能。通過光線路終端 (OLT)與業(yè)務(wù)節(jié)點相連，通過光網(wǎng)絡(luò)單元 (ONU)與用戶連接。光纖接入網(wǎng)包括遠(yuǎn)端設(shè)備 —— 光網(wǎng)絡(luò)單元和局端設(shè)備 —— 光線路終端，它們通過傳輸設(shè)備相連。系統(tǒng)的主要組成部分是 OLT 和遠(yuǎn)端 ONU。它們在整個接入網(wǎng)中完成從業(yè)務(wù)節(jié)點 接口 (SNI)到用戶網(wǎng)絡(luò)接口 (UNI)間有關(guān)信令協(xié)議的轉(zhuǎn)換。接入設(shè)備本身還具有組網(wǎng)能力，可以組成多種形式的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。同時接入設(shè)備還具有本地維護(hù)和遠(yuǎn)程集中監(jiān)控功能，通過透明的光傳輸形成一個維護(hù)管理網(wǎng)，并通過相應(yīng)的網(wǎng)管協(xié)議納入網(wǎng)管中心統(tǒng)一管理。 OLT 的作用是為接入網(wǎng)提供與本地交換機(jī)之間的接口，并通過光傳輸與用戶端的光網(wǎng)絡(luò)單元通信。它將交換機(jī)的交換功能與用戶接入完全隔開。光線路終端提供對自身和用戶端的維護(hù)和監(jiān)控，它可以直接與本地交換機(jī)一起放置在交換局端，也可以設(shè)置在遠(yuǎn)端。 ONU 的作用是為接入網(wǎng)提供用戶側(cè)的 接口。它可以接入多種用戶終端，同時具有光電轉(zhuǎn)換功能以及相應(yīng)的維護(hù)和監(jiān)控功能。 ONU 的主要功能是終結(jié)來自 OLT的光纖，處理光信號并為多個小企業(yè)，事業(yè)用戶和居民住宅用戶提供業(yè)務(wù)接口。ONU 的網(wǎng)絡(luò)端是光接口，而其用戶端是電接口。因此 ONU 具有光 /電和電 /光轉(zhuǎn)換功能。它還具有對話音的數(shù) /模和模 /數(shù)轉(zhuǎn)換功能。 ONU 通常放在距離用戶較近的地方，其位置具有很大的靈活性。 按照 ONU 在光接入網(wǎng)中所處的具體位置不同，可以將 OAN 劃分為四種基本應(yīng)用類型：光纖到交接箱（ FTTCab）、光纖到大樓／分線盒（ FTTB／ C）、光纖到戶（ FTTH）和光纖到辦公室（ FTTO）。 重慶郵電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 第三節(jié) 無源光網(wǎng)絡(luò) 一 、產(chǎn)生背景 光接入網(wǎng)根據(jù) OLT 到各 ONU 之間是否含有源設(shè)備，可以劃分為無源光網(wǎng)絡(luò)（ PON）和有源光網(wǎng)絡(luò)（ AON），前者采用無源光分路器，后者采用有源點復(fù)用器。有源光接入網(wǎng)采用電復(fù)用器分路，可延長傳輸距離并且技術(shù)簡單、易于實現(xiàn)、組網(wǎng)能力強(qiáng)，但有源設(shè)備仍然無法完全擺脫電磁干擾和雷電影響以及其固有的維護(hù)復(fù)雜問題，使得有源光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展受到限制。而無源光網(wǎng)絡(luò)由于戶外不包含有源設(shè)備，其抗干擾能力強(qiáng)可靠性高易于安裝維護(hù)，而且相對價格低廉，成為光接入網(wǎng)最具 發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)。 PON最早是有英國電信公司研究人員于 1987年提出，最早的 PON標(biāo)準(zhǔn)時 1988年提出的 ITUT 標(biāo)準(zhǔn)，即基于異步傳輸模式（ ATM）的無源光網(wǎng)絡(luò)（ APON），在 2020 年年底，第一英里以太網(wǎng)聯(lián)盟（ EFMA）提出以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)。在 EFMA提出 EPON 的同時，全業(yè)務(wù)接入網(wǎng)組織（ FSAN）考慮到 APON 的低效率和 EPON 對語音和視頻等實時業(yè)務(wù)部能提供服務(wù)質(zhì)量保證的不足，于 2020 年提出了吉比特?zé)o源光網(wǎng)絡(luò)（ GPON），并在 2020 年通過了 GPON 系列標(biāo)準(zhǔn)： ITUT 、 、并于 2020 年 4月完成了 標(biāo)準(zhǔn) 【 2】 。 二 、 PON 技術(shù)比較 PON 技術(shù)始于 20世紀(jì) 80年代初，目前市場上的 PON 產(chǎn)品按其技術(shù)的不同。主要分為 APON、 EPON 和 GPON。他們最大的不同其實在與其數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議。而數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議規(guī)定了上層數(shù)據(jù)信號的承接方式。 APON 在網(wǎng)絡(luò)層采用 ATM 協(xié)議進(jìn)行組網(wǎng)，因而在 APON 系統(tǒng)中傳送的是 53 字節(jié)的固定長度信元。很顯然， APON 系統(tǒng)不能直接傳送 IP業(yè)務(wù)信息，而且由于 APON系統(tǒng)有類似 ATM 系統(tǒng)的一些弊端如復(fù)雜性高，傳輸效率低的問 題，已經(jīng)逐漸退出市場而由其他 PON 網(wǎng)絡(luò)代替。 EPON 在傳輸層采用的是吉比特以太網(wǎng)作為傳輸協(xié)議，數(shù)據(jù)鏈路層也采用以太網(wǎng)協(xié)議。 EPON 網(wǎng)絡(luò)傳送的是可變數(shù)據(jù)包， EPON 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本低，可擴(kuò)展行好，易于安裝維護(hù)，具有很大的發(fā)展?jié)摿?，目前也占?jù)很大一部分國內(nèi)光接入網(wǎng)市場。 GPON 是支持最大傳輸速率 ，它采用了比 EPON 更有用的數(shù)據(jù)封裝格式，但是建設(shè)成本偏高。 GPON 采用的 GEM 幀結(jié)構(gòu)不基于任何指定重慶郵電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 類型，而是基于各個用戶信號原有的格式進(jìn)行封裝。 GPON 可以靈活的提供對稱和非對稱速率，傳輸 距離至少達(dá)到 20Km。 從目前情況看， APON 由于 ATM 技術(shù)復(fù)雜、承載 IP 業(yè)務(wù)效率不高等是其成本較高，而且 ATM 技術(shù)在國內(nèi)城域網(wǎng)中的應(yīng)用并不是主流，因而逐漸淡出我國市場。對于 GPON 來說，雖然其總體性能高于 EPON 和 APON，但是 GPON 標(biāo)準(zhǔn)相對復(fù)雜，而且目前提供 GPON 設(shè)備的廠商和部署 GPON 網(wǎng)絡(luò)的運營商都較少。另外 GPON 的成本也高于 EPON，成熟度也不如 EPON。 EPON 目前具有很多優(yōu)勢， EPON 標(biāo)準(zhǔn)基于以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，最小程度的補充和修改了以太網(wǎng)的 MAC 協(xié)議。很好的繼承了以太網(wǎng)長期大規(guī)模的實踐積累的技術(shù) 經(jīng)驗。從技術(shù)角度來講 EPON 技術(shù)門檻較低，易于吸引大批廠商加入，形成 EPON產(chǎn)業(yè)鏈。另外， EPON對硬件的性能要求遠(yuǎn)低于 GPON，是其成本遠(yuǎn)低于同等性能的 GPON。而且 EPON 很適應(yīng)寬帶接入 IP 化的發(fā)展潮流。所以， EPON 在我國將有十分廣闊的前景。 重慶郵電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 第二章 LAN 接入與 EPON 接入對比 第一節(jié) 兩種接入方案 拓?fù)?圖 傳統(tǒng)的 LAN 接入方式常見的拓?fù)鋱D 圖 傳統(tǒng)的 LAN 接入方式常見的拓?fù)鋱D 通過 EPON 接入方式的拓?fù)鋱D如下： C D NC A T VI P N e t w o r kP S T N / S S SP CC A T VP H O N EI P T V數(shù) 字 家 庭 網(wǎng) 關(guān)F E / G EF E / G EB A SV 5 . 2 / H 5 . 2O L T分 光 器O N T其 他 用 戶其 他 用 戶1 4 9 0 n m1 3 3 0 n m 圖 EPON 接入方式的拓?fù)鋱D 重慶郵電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 以下為 LAN 和有源光網(wǎng)絡(luò)分別在核心層、匯聚層、接入層用到的設(shè)備，如表21 所示： 表 21 區(qū)域 EPON 網(wǎng)絡(luò) LAN 網(wǎng)絡(luò) 核心層 核心交換機(jī) 核心交換機(jī) 匯聚層 OLT 分光器 24 口匯聚交換機(jī) 接入層 ONU 16 口接入交換機(jī) 第二節(jié) 兩種接入方案的比較 隨著寬帶業(yè)務(wù)的發(fā)展，人們越來越意識到網(wǎng)絡(luò)接入部分存在嚴(yán)重的寬帶“瓶頸”和距離限制。接入網(wǎng)兩端的設(shè)備都已達(dá)到 Gbit 級以上的速率（用戶端廣泛使用的 PC 內(nèi)部總線速率已達(dá)到 40Gbit/s），而作為接入網(wǎng) 的另一段，城域網(wǎng)或長途網(wǎng)的骨干設(shè)備每波長速率也達(dá)到 ，它們都比接入部分高出至少 3 個數(shù)量級。接入距離上，傳統(tǒng) LAN 方式最遠(yuǎn) 200m， XDSL 最遠(yuǎn)幾公里的接入距離，對于地域廣闊的中國來說，都無法很好的解決覆蓋問題。隨著多網(wǎng)合一的推行，突破接入網(wǎng)帶寬“瓶頸”和接入距離限制變得越來越迫切，只有突破接入網(wǎng)寬帶“瓶頸”和接入距離限制，才能使整個網(wǎng)絡(luò)有效發(fā)揮寬帶的作用，真正推進(jìn)各種業(yè)務(wù)的發(fā)展，給運營商帶來經(jīng)濟(jì)效益和社會效益， EPON 作為一種合適的接入技術(shù)在這種背景下迅速得到廣泛應(yīng)用。 一、兩者的原 理比較 EPON（ ）就是基于以太網(wǎng)的無源光網(wǎng)絡(luò)，它承載的內(nèi)容是以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包，因此 EPON 天生就是為 IP 服務(wù)的，與傳統(tǒng)的 LAN 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)一樣，都出自IEEE 數(shù)據(jù)傳送原理 EPON 下行使用 1490nm 的光波承載數(shù)據(jù)， OLT 到 ONU 間下行數(shù)據(jù)采用點對多點廣播方式傳送數(shù)據(jù)， ONU 通過識別報文 MPMC 層 LLID 的數(shù)據(jù)。 在 OLT 和 ONU 之間，通過 AES128 進(jìn)行加密，保證數(shù)據(jù)安全。對于 ONU 到OLT 得上行數(shù)據(jù)，采用時分多址接入技術(shù)為各個 ONU 分配時隙，傳輸上行流量， 當(dāng) ONU 注冊成功后， OLT 會根據(jù)系統(tǒng)配 置，給 ONU 配置特定的帶寬（采用 DBA，重慶郵電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 OLT 會根據(jù)制定的帶寬分配策略和各個 ONU 的狀態(tài)報告，動態(tài)地給每個 ONU 分配帶寬）。帶寬對于 PON 層面來說，就是有多少可以傳輸數(shù)據(jù)的基本時隙，每個基本時隙單位長度為 16nm。 在各個 OLT 端口（ PON 端口）下面，所有的 ONU 和 OLT PON 端口之間時鐘是嚴(yán)格同步的，每個 ONU 只能在 OLT 給它配分的時刻上面開始，用分配給它的時隙長度傳輸數(shù)據(jù)，通過時隙分配和時延補償，確保多個 ONU 的數(shù)據(jù)信號耦合到一根光纖時，各個 ONU 上行包不會互相干擾。 LAN 是一種局域網(wǎng)技術(shù)，由于其技 術(shù)簡單、適用廣泛而被引入到接入網(wǎng)中。目前 LAN 技術(shù)主要就是以太網(wǎng)，尤其 和 。以外網(wǎng)適用 CSMA/CD(帶有沖突檢測的載波偵聽多址訪問 )是一種共享技術(shù)。該技術(shù)中兩端設(shè)備是對等的，雙方采用相同的機(jī)制傳送數(shù)據(jù)流量。終端與終端間的數(shù)據(jù)交換在交換機(jī)上完全按照 MAC進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，數(shù)據(jù)都采用 CSMA/CD的方式實現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)。VLAN 的出現(xiàn)很好的解決了沖突及廣播的問題。 帶寬和傳輸距離 LAN 以太網(wǎng)當(dāng)前實現(xiàn) 10/100/1000Mbit/s 的對稱接入速率，但只能提供到最遠(yuǎn) 200m 的 傳輸距離，這也是其作為接入技術(shù)的最大問題之一，通常只能通過級聯(lián)交換機(jī)延長傳輸距離。 EPON 同樣實現(xiàn) 10/100/1000Mbit/s 的對稱接入速率，但可以保障最遠(yuǎn) 20km的傳輸距離，完全克服了以太網(wǎng)及 x DSL 技術(shù)在距離和帶寬上的局限性，使寬帶接入方案的覆蓋范圍更為寬廣。組網(wǎng)能力于可擴(kuò)展性 LAN 設(shè)備放置的寫字樓或小區(qū)內(nèi)部，通過五類線連接用戶，這就涉及了樓內(nèi)的布線工程開銷。 LAN 是系統(tǒng)的點對點接入技術(shù)，只支持點到點信息傳遞，因此組網(wǎng)有局限性。如果沿馬路的狹長地帶有寬帶接入需求，就需要在每個需求點都部署交換 機(jī)，統(tǒng)一匯入局端匯聚交換機(jī)，或者在每個需求點放置一臺二次匯聚設(shè)備，由該設(shè)備提供端口，匯接該需求點交換機(jī)流量。若采用 EPON 技術(shù)，解決需求則快捷許多。 EPON 是點到多點的接入技術(shù)，結(jié)合不同