【文章內(nèi)容簡介】 A）的傳送網(wǎng)與接入網(wǎng)（TC6）技術(shù)工作委員會（TC）來負責的。EPON與GPON的比較目前，最流行的PON標準有兩個，其中一個是由ITU/FSAN制定的Gigabit PON(GPON)標準，另一個是由IEEE PON (EPON)標準。EPON就是以太網(wǎng)PON，是電子電氣工程師協(xié)會（IEEE，Institute of Electrical and Electronics Engineers）在2004年正式推出的標準，但以太網(wǎng)采用8B10B編碼，因此實際速率為1G。GPON是ITUT制定的標準，，是歐美各大運營商共同制定的標準。采用了125us的幀結(jié)構(gòu)，可以很好地承載ATM、以太網(wǎng)等多業(yè)務，被很多運營商寄予了厚望。單純從技術(shù)指標看GPON的確更好（）。但GPON是完全由運營商制定，完全不考慮設備實現(xiàn)的復雜度。因此，GPON標準雖然在EPON標準之前一年就發(fā)布，但GPON產(chǎn)品到現(xiàn)在也沒有成熟。EPON由于大量使用了成熟的以太網(wǎng)協(xié)議層，技術(shù)難度低，產(chǎn)品很成熟，相關(guān)芯片已經(jīng)推出到第三代了，光器件在標準推出不多一年的時間內(nèi)下降了70％。目前，日本廣泛使用EPON做FTTH，每年建設速度超過300萬線，超過ADSL鋪設速度。國內(nèi)去年也有過數(shù)萬線的EPON建設，遍布全國。EPON的通信行業(yè)標準已經(jīng)頒布，從去年開始起，中國電信組織EPON廠商已經(jīng)開始進行互通性測試，經(jīng)過了一年的努力，芯片廠商的EPON模塊都可以互通了。因此，EPON完全是成熟可用的技術(shù)。第四節(jié) 本章小結(jié)在本章中首先介紹了接入網(wǎng)技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容，包括接入網(wǎng)的基本概念、定義與定界、接入網(wǎng)的功能模型以及接入網(wǎng)的分類等等。通過這些基本內(nèi)容的介紹，引入了目前接入網(wǎng)發(fā)展中關(guān)鍵的“最后一公里”問題。接著介紹了光接入網(wǎng)技術(shù)的相關(guān)概念，包括光接入網(wǎng)產(chǎn)生的背景、功能配置、拓撲結(jié)構(gòu)以及光接入網(wǎng)的實際應用。通過這些內(nèi)容的講解，突出了光接入網(wǎng)作為一項重要接入技術(shù)在傳輸速率，網(wǎng)絡性能，運營成本等等方面的巨大優(yōu)勢。在本章的最后簡單的闡述了以太無源光網(wǎng)絡與吉比特無源光網(wǎng)絡的相關(guān)內(nèi)容，包括EPON以及GPON的發(fā)展現(xiàn)狀，技術(shù)優(yōu)勢，兩者的對比等等。通過對這些內(nèi)容的講解，引出了下文對以太無源光網(wǎng)絡的具體介紹。第二章 EPON系統(tǒng)概述第一節(jié) EPON的系統(tǒng)組成EPON網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)遵循以太網(wǎng)的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，是一種采用點到多點（P2MP，Point To MultiPoint）網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，在一以太網(wǎng)上提供多種業(yè)務的單線雙向接入網(wǎng)。與通信網(wǎng)的三種基本拓撲結(jié)構(gòu)一樣，EPON網(wǎng)絡主要可以分為四種拓撲結(jié)構(gòu)類型。這四種拓撲結(jié)構(gòu)類型分別是基于PON的樹型（tree PON）拓撲結(jié)構(gòu)、總線型（bus PON）拓撲結(jié)構(gòu)、環(huán)型（ring PON）拓撲結(jié)構(gòu)以及星型（star PON）拓撲結(jié)構(gòu)。在所有的拓撲結(jié)構(gòu)之中，樹型應用廣泛，特別適合于本地回路。 因此，大部分的分析都以典型的樹型拓撲結(jié)構(gòu)為分析的對象。常見的EPON網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)下圖所示： EPON的拓撲結(jié)構(gòu)EPON主要由三大部分組成：光線路終端（Optical Line Terminal），光分配網(wǎng)絡（Optical Distribution Network），光網(wǎng)絡單元（Optical Network Unit）。其中，OLT位于局端，ONU位于用戶端，ODN位于OLT和ONU之間?；窘Y(jié)構(gòu)如下圖所示。 EPON系統(tǒng)的組成一、光線路終端（Optical Line Terminal）OLT位于網(wǎng)絡側(cè)，提供業(yè)務網(wǎng)絡與ODN之間的光接口，完成網(wǎng)絡的集中和接入。OLT一邊將各種來自網(wǎng)絡的信號匯聚在一起，送入接入網(wǎng)，使得用戶可以獲得各自的信息。另一邊將各種用戶信息分別傳送給相應的業(yè)務網(wǎng)。在上行業(yè)務方向上，信息由ONU通過ODN傳遞到OLT；在下行業(yè)務方向上，信息由OLT通過ODN傳遞到ONU。OLT在下行方向上可以完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的任務。為了避免各個業(yè)務信息發(fā)生沖突，在上行方向上采用TDMA多址接入方式，并對各個ONU的數(shù)據(jù)進行仲裁，同時還可以完成帶寬分配、優(yōu)先級調(diào)度等等任務。除此以外，OLT還具有光/電轉(zhuǎn)換以及維護和管理等等功能。OLT的功能由業(yè)務層、核心層和公共層三個部分組成。下面將對這三個部分進行一個簡要的介紹。業(yè)務層OLT的業(yè)務層具有提供業(yè)務端口，支持多種業(yè)務的功能?？梢赃M行接口適配、接口保護、特殊業(yè)務的信令處理以及媒質(zhì)傳輸格式轉(zhuǎn)換。 OLT功能組成核心層 OLT的核心層可以進行業(yè)務處理，對OLT側(cè)可用帶寬實現(xiàn)交換和交叉連接、復用/解復用和傳輸，對OLT資源和相關(guān)業(yè)務的質(zhì)量控制，帶寬管理，基于用戶和業(yè)務類型對流量采取隔離措施，以提高帶寬使用效率為目的的點到多點的廣播和多播，業(yè)務匯聚分發(fā)以及ODN適配等等功能。其中，ODN適配功能可以對ODN接口（S/R點）進行分配，具有物理光接口的適配功能，包括物理媒質(zhì)訪問控制、定時同步和光/電轉(zhuǎn)化以及電/光轉(zhuǎn)換的功能。公共層OLT的公共層可以提供維護管理以及供電的功能。維護管理功能可以對各個功能塊進行維護管理工作，并可提供網(wǎng)絡運營的相關(guān)信息等等。供電功能可以提供系統(tǒng)所需的電源轉(zhuǎn)化，同時還可以在關(guān)鍵時刻提供電源保護功能?？偟恼f來，OLT的功能如下：①對各個ONU的業(yè)務流量進行匯集，再對匯聚到SNI的業(yè)務流量進行分發(fā)，將其分配到相應的ONU。②提供匯聚和分發(fā)過程中的各個業(yè)務的QoS功能。③支持IP組播，支持可控組播以提高帶寬利用率。為OLT的ONU側(cè)的可用帶寬與OLT網(wǎng)絡側(cè)的可用帶寬提供交叉連接功能。④為各種業(yè)務在分配網(wǎng)上的發(fā)送和接受提供統(tǒng)一復用的信息傳輸通道，并且保持不同用戶之間的信息隔離。⑤資源共享控制，在不同用戶、不同業(yè)務之間進行接入網(wǎng)資源動態(tài)或者靜態(tài)的共享。⑥提供類似格式轉(zhuǎn)換的業(yè)務接口適配功能，DN適配功能，物理館接口，光電轉(zhuǎn)換，同步和定時功能。二、光分配網(wǎng)絡（Optical Distribution Network） ODN位于ONU和OLT之間，主要用來完成光信號功率的分配，OLT與ONU通信可以通過一個或多個光分配網(wǎng)絡來具體實現(xiàn)，即ODN可以起到OLT與ONU之間的信息傳輸和分發(fā)作用，建立端到端的信息傳輸通道，使多個ONU可以共享OLT到ODN之間的光傳輸媒質(zhì)和OLT的光電設備。ODN的主要結(jié)構(gòu)有星型、樹型、總線型、環(huán)型等等。ODN的配置通常為點到多點。由無源光器件組成，具有光波長透明性、互換性、光兼容性等等特性。三、光網(wǎng)絡單元（Optical Network Unit）ONU的主要功能是提供EPON到用戶側(cè)的接口。ONU采用的是以太網(wǎng)協(xié)議，在上行和下行方向上分別完成不同的任務。一方面它可以對來自于用戶的信息進行復用，以便于信息傳遞到光線路終端。另一方面可以將下行方向的信號解復用，并且通過不同的端口傳送出去。同樣，ONU的功能也由業(yè)務層、核心層和公共層三個部分組成。下面分別對這三個部分進行簡要的介紹。業(yè)務層ONU的業(yè)務層可以為用戶提供用戶網(wǎng)絡接口功能，例如以太網(wǎng)、CATV等業(yè)務接口。核心層ONU的核心層可以提供包括復用/解復用、業(yè)務質(zhì)量控制和安全機制在內(nèi)的業(yè)務處理功能和提供包含電/光和光/電轉(zhuǎn)換的物理光接口適配功能。這些功能保證了業(yè)務處理過程中各類業(yè)務的服務質(zhì)量和安全要求。其中，復用/解復用功能提供了業(yè)務流量的發(fā)送和接收的統(tǒng)一的復用信息傳輸通道。公共層ONU的公共層可以提供供電功能和對ONU的各個功能模塊提供處理、管理和維護功能。綜上所述，ONU的主要功能如下：①對不同用戶的業(yè)務流進行分類、管理和監(jiān)督，匯集不同的業(yè)務。同時與不同類型的業(yè)務接口相連接。另外，ONU還可以對不同用戶業(yè)務流量進行隔離，具有動態(tài)組播能力。②具有用戶接口技術(shù)和L－l、L－2交換和路由功能?？梢蕴峁?4Kb/s一直到lGb/s數(shù)據(jù)業(yè)務。同時保證業(yè)務的QoS特征。③進行設備的本地管理、基本維護功能。④DN適配功能，物理光接口、光/電轉(zhuǎn)換，同步和定時?？刂坪瓦m配AF接口，并且提供對AF業(yè)務的適配。 ONU功能組成第二節(jié) EPON的工作原理一、EPON下行數(shù)據(jù)傳輸原理在EPON系統(tǒng)中，主要是利用廣播的方式來進行下行數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。在接收到OLT發(fā)送過來的數(shù)據(jù)幀之后，ONU將依據(jù)所接受到的幀的標識符來決定是應該接收該幀還是丟棄該幀。EPON下行數(shù)據(jù)傳輸原理如下圖所示：EPON的具體下行數(shù)據(jù)傳輸過程為：①最初在各個ONU完成ONU的自動發(fā)現(xiàn)的過程中，可以從OLT處分配得到一個獨有的邏輯鏈路標志，即一個獨有的LLID。通過這個LLID就可以區(qū)分出不同的ONU。②OLT通過廣播的方式來向系統(tǒng)中的所有ONU發(fā)送數(shù)據(jù)包。數(shù)據(jù)包中包含目的地ONU的標識符信頭，即LLID。③數(shù)據(jù)包通過無源光分路器，即下圖中的POS時，分成獨立的三組信號，分別到達不同的ONU。④數(shù)據(jù)到達了ONU之后，ONU通過檢查數(shù)據(jù)包中的LLID與自己是否匹配，來確定數(shù)據(jù)包是否是自己需要的。一旦LLID不匹配，那么就則棄掉該數(shù)據(jù)包。匹配，則接受該數(shù)據(jù)包。 EPON網(wǎng)絡下行工作示意圖二、EPON上行數(shù)據(jù)傳輸原理EPON的上行傳輸原理與EPON的下行傳輸原理有著很大的區(qū)別。由以上敘述可知，下行數(shù)據(jù)傳輸采用的是廣播的方式，同時通過LLID區(qū)分數(shù)據(jù)包所屬的ONU。EPON的上行數(shù)據(jù)傳輸采用的是時分多址的技術(shù)，每個ONU在OLT指定的時間段來發(fā)送數(shù)據(jù)。EPON網(wǎng)絡點到多點的拓撲結(jié)構(gòu)決定了多個ONU將要共享同一個上行信道。所以在數(shù)據(jù)傳輸中采用時分多址的方式。正因為在上行方向之上，多個光網(wǎng)絡單元共享了一個信道，所以在傳輸數(shù)據(jù)的過程之中，就有可能會發(fā)生數(shù)據(jù)沖突的現(xiàn)象。為了避免這中數(shù)據(jù)沖突，目前的EPON系統(tǒng)主要采用時分多址（TDMA，Time Division Multiple Access）的接入技術(shù)來解決ONU上行信道數(shù)據(jù)沖突的問題。EPON上行數(shù)據(jù)具體的傳輸過程為：①為避免不同ONU的時延不同帶來的麻煩，在ONU注冊時，OLT將立即對ONU進行測距，記錄該ONU的上行時延。②OLT根據(jù)各個ONU的請求來確定ONU分配的時隙，通過授權(quán)幀來告知每個ONU發(fā)送數(shù)據(jù)包的上行時隙。③每個ONU根據(jù)接收到的授權(quán)幀在OLT指定的上行時隙中發(fā)送數(shù)據(jù)，以避免發(fā)生數(shù)據(jù)沖突。EPON上行數(shù)據(jù)傳輸原理如下圖所示： EPON網(wǎng)絡下行傳輸示意圖三、EPON傳輸幀結(jié)構(gòu)EPON采用以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀，并在其中加入了LLID等等信息。上行數(shù)據(jù)傳輸采用TDMA技術(shù)接入，ONU僅在OLT授權(quán)時間內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)。下行采用廣播方式發(fā)送數(shù)據(jù)，OLT為已注冊的ONU分配LLID，ONU接收與LLID相匹配的下行數(shù)據(jù)幀。以太網(wǎng)幀格式與EPON幀格式有一定的相似之處，下圖就是以太網(wǎng)幀格式的具體形式： 以太網(wǎng)幀格式EPON幀的格式在以太網(wǎng)的基礎(chǔ)之上作了修改，加入了LLID等等信息。同時，EPON幀可以與以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀兼容。下圖就是EPON幀的格式的具體形式： EPON幀格式EPON的下行幀EPON下行幀的傳輸速率可以達到1Gbps，下行幀由一個連續(xù)的信息流組成，這個信息流被分割成為了固定的長度。在EPON下行幀中，每一幀的開頭有時鐘信息，信息內(nèi)含同步標識符，方便光線路終端與光網(wǎng)絡單元進行同步。每一幀內(nèi)可以攜帶多個長度不定的數(shù)據(jù)包。每秒可以達到5000幀的數(shù)量。每個光網(wǎng)絡單元可以分配得到一個時隙。EPON網(wǎng)絡的下行傳輸幀的具體格式如下圖所示。 EPON網(wǎng)絡下行傳輸數(shù)據(jù)幀EPON的上行幀EPON網(wǎng)絡的上行幀是各個ONU發(fā)送的數(shù)據(jù)信息以時分復用的方式復用而成的連續(xù)數(shù)據(jù)流。每個ONU發(fā)送的信息將在上行方向上占用不同的長度可變的時隙。各個ONU發(fā)送的數(shù)據(jù)可以在上行方向上組合成一個上行幀，其中幀長與下行幀一樣為2ms。EPON網(wǎng)絡的上行傳輸幀的具體格式如下圖所示。 EPON網(wǎng)絡上行傳輸數(shù)據(jù)幀四、多點控制協(xié)議（MPCP）MPCP協(xié)議概述 MPCP協(xié)議是EPON網(wǎng)絡進行信息互通及調(diào)度的依據(jù)。MPCP位于MAC控制子層，是一種雙向消息協(xié)議，使用消息、狀態(tài)機和時鐘來控制點到多點的拓撲結(jié)構(gòu)訪問，保障主單元和從單元之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)有效傳輸。EPON網(wǎng)絡中主要用到五種MPCP幀，分別為授權(quán)幀（GATE）、注冊幀（REGISTER）、注冊請求幀（REGISTER REQ）、注冊確認幀（REGISTER ACK）和報告幀（REPORT）。不同的操作碼區(qū)分消息的類型。授權(quán)幀和請求幀主要用來進行帶寬的分配。注冊幀、注冊請求幀以及注冊確認幀用來完成ONU的注冊過程。其控制幀的幀長為64字節(jié)?？刂茙袷饺缦聢D所示： MPCP控制幀格式第三節(jié) EPON的關(guān)鍵技術(shù)一、ONU的自動發(fā)現(xiàn)為了添加新的ONU，EPON系統(tǒng)必須具有自動發(fā)現(xiàn)功能，這是保證OLT與ONU正常通信的重要手段。在EPON系統(tǒng)中，OLT必須具有可以定期或者不定期的檢查網(wǎng)絡狀態(tài)的功能。OLT周期性的發(fā)送GATE消息，搜索網(wǎng)絡中新加入的ONU，或者由于未知原因被注銷的ONU，從而對注冊的ONU進行帶寬分配，對被注銷的ONU不進行帶寬分配。所以說，自動發(fā)現(xiàn)過程保證了OLT與ONU之間的正常通信。ONU自動發(fā)現(xiàn)的過程可以簡述如下：①在初始化的時候，OLT向所有的ONU發(fā)送DISCOVERY GATE消息。在消息中，指定了一個DISCOVERY WINDOW，讓沒有注冊的ONU可以在這個窗口內(nèi)響應GATE消息。②ONU接收到DISCOVERY GATE消息之后，在一個等待了一個隨機延時之后，向OLT發(fā)送一個REGISTER_REQ消息。等待一個隨機時延可以避免不同的ONU在同一時間發(fā)送信息，造成上行時隙沖突的問題。③在OLT收到了ONU發(fā)送過來的REGISTER_REQ消息之后，如果經(jīng)過驗證之后得知該ONU是合法的，則向ONU發(fā)送一個REGISTER消息。這個消息包括分配給ONU的ID值等等內(nèi)容。④ONU接收到OLT的REGIS