【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(fù)責(zé)的。EPON與GPON的比較目前，最流行的PON標(biāo)準(zhǔn)有兩個(gè)，其中一個(gè)是由ITU/FSAN制定的Gigabit PON(GPON)標(biāo)準(zhǔn)，另一個(gè)是由IEEE PON (EPON)標(biāo)準(zhǔn)。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(biāo)準(zhǔn)，但以太網(wǎng)采用8B10B編碼，因此實(shí)際速率為1G。GPON是ITUT制定的標(biāo)準(zhǔn)，，是歐美各大運(yùn)營商共同制定的標(biāo)準(zhǔn)。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(wù)，被很多運(yùn)營商寄予了厚望。單純從技術(shù)指標(biāo)看GPON的確更好（）。但GPON是完全由運(yùn)營商制定，完全不考慮設(shè)備實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度。因此，GPON標(biāo)準(zhǔn)雖然在EPON標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)推出不多一年的時(shí)間內(nèi)下降了70％。目前，日本廣泛使用EPON做FTTH，每年建設(shè)速度超過300萬線，超過ADSL鋪設(shè)速度。國內(nèi)去年也有過數(shù)萬線的EPON建設(shè)，遍布全國。EPON的通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及光接入網(wǎng)的實(shí)際應(yīng)用。通過這些內(nèi)容的講解，突出了光接入網(wǎng)作為一項(xiàng)重要接入技術(shù)在傳輸速率，網(wǎng)絡(luò)性能，運(yùn)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(luò)與吉比特?zé)o源光網(wǎng)絡(luò)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(luò)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(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)遵循以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，是一種采用點(diǎn)到多點(diǎn)（P2MP，Point To MultiPoint）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在一以太網(wǎng)上提供多種業(yè)務(wù)的單線雙向接入網(wǎng)。與通信網(wǎng)的三種基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)一樣，EPON網(wǎng)絡(luò)主要可以分為四種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)類型。這四種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)類型分別是基于PON的樹型（tree PON）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、總線型（bus PON）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、環(huán)型（ring PON）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及星型（star PON）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在所有的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)之中，樹型應(yīng)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)為分析的對象。常見的EPON網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下圖所示： EPON的拓?fù)浣Y(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(luò)（Optical Distribution Network），光網(wǎng)絡(luò)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(luò)側(cè)，提供業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)與ODN之間的光接口，完成網(wǎng)絡(luò)的集中和接入。OLT一邊將各種來自網(wǎng)絡(luò)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(yīng)的業(yè)務(wù)網(wǎng)。在上行業(yè)務(wù)方向上，信息由ONU通過ODN傳遞到OLT；在下行業(yè)務(wù)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(wù)。為了避免各個(gè)業(yè)務(wù)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(gè)ONU的數(shù)據(jù)進(jìn)行仲裁，同時(shí)還可以完成帶寬分配、優(yōu)先級調(diào)度等等任務(wù)。除此以外，OLT還具有光/電轉(zhuǎn)換以及維護(hù)和管理等等功能。OLT的功能由業(yè)務(wù)層、核心層和公共層三個(gè)部分組成。下面將對這三個(gè)部分進(jìn)行一個(gè)簡要的介紹。業(yè)務(wù)層OLT的業(yè)務(wù)層具有提供業(yè)務(wù)端口，支持多種業(yè)務(wù)的功能?？梢赃M(jìn)行接口適配、接口保護(hù)、特殊業(yè)務(wù)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(jìn)行業(yè)務(wù)處理，對OLT側(cè)可用帶寬實(shí)現(xiàn)交換和交叉連接、復(fù)用/解復(fù)用和傳輸，對OLT資源和相關(guān)業(yè)務(wù)的質(zhì)量控制，帶寬管理，基于用戶和業(yè)務(wù)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(diǎn)到多點(diǎn)的廣播和多播，業(yè)務(wù)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(diǎn)）進(jìn)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(shí)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(hù)管理以及供電的功能。維護(hù)管理功能可以對各個(gè)功能塊進(jìn)行維護(hù)管理工作，并可提供網(wǎng)絡(luò)運(yùn)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(shí)還可以在關(guān)鍵時(shí)刻提供電源保護(hù)功能。總的說來，OLT的功能如下：①對各個(gè)ONU的業(yè)務(wù)流量進(jìn)行匯集，再對匯聚到SNI的業(yè)務(wù)流量進(jìn)行分發(fā)，將其分配到相應(yīng)的ONU。②提供匯聚和分發(fā)過程中的各個(gè)業(yè)務(wù)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(luò)側(cè)的可用帶寬提供交叉連接功能。④為各種業(yè)務(wù)在分配網(wǎng)上的發(fā)送和接受提供統(tǒng)一復(fù)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(wù)之間進(jìn)行接入網(wǎng)資源動(dòng)態(tài)或者靜態(tài)的共享。⑥提供類似格式轉(zhuǎn)換的業(yè)務(wù)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(shí)功能。二、光分配網(wǎng)絡(luò)（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(gè)或多個(gè)光分配網(wǎng)絡(luò)來具體實(shí)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(gè)ONU可以共享OLT到ODN之間的光傳輸媒質(zhì)和OLT的光電設(shè)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(diǎn)到多點(diǎn)。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(luò)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(wù)。一方面它可以對來自于用戶的信息進(jìn)行復(fù)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(fù)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(wù)層、核心層和公共層三個(gè)部分組成。下面分別對這三個(gè)部分進(jìn)行簡要的介紹。業(yè)務(wù)層ONU的業(yè)務(wù)層可以為用戶提供用戶網(wǎng)絡(luò)接口功能，例如以太網(wǎng)、CATV等業(yè)務(wù)接口。核心層ONU的核心層可以提供包括復(fù)用/解復(fù)用、業(yè)務(wù)質(zhì)量控制和安全機(jī)制在內(nèi)的業(yè)務(wù)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(wù)處理過程中各類業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量和安全要求。其中，復(fù)用/解復(fù)用功能提供了業(yè)務(wù)流量的發(fā)送和接收的統(tǒng)一的復(fù)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(gè)功能模塊提供處理、管理和維護(hù)功能。綜上所述，ONU的主要功能如下：①對不同用戶的業(yè)務(wù)流進(jìn)行分類、管理和監(jiān)督，匯集不同的業(yè)務(wù)。同時(shí)與不同類型的業(yè)務(wù)接口相連接。另外，ONU還可以對不同用戶業(yè)務(wù)流量進(jìn)行隔離，具有動(dòng)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(wù)。同時(shí)保證業(yè)務(wù)的QoS特征。③進(jìn)行設(shè)備的本地管理、基本維護(hù)功能。④DN適配功能，物理光接口、光/電轉(zhuǎn)換，同步和定時(shí)?？刂坪瓦m配AF接口，并且提供對AF業(yè)務(wù)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(jìn)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(biāo)識符來決定是應(yīng)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(gè)ONU完成ONU的自動(dòng)發(fā)現(xiàn)的過程中，可以從OLT處分配得到一個(gè)獨(dú)有的邏輯鏈路標(biāo)志，即一個(gè)獨(dú)有的LLID。通過這個(gè)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(biāo)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(shí)，分成獨(dú)立的三組信號，分別到達(dá)不同的ONU。④數(shù)據(jù)到達(dá)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(luò)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(shí)通過LLID區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)包所屬的ONU。EPON的上行數(shù)據(jù)傳輸采用的是時(shí)分多址的技術(shù)，每個(gè)ONU在OLT指定的時(shí)間段來發(fā)送數(shù)據(jù)。EPON網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)到多點(diǎn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)決定了多個(gè)ONU將要共享同一個(gè)上行信道。所以在數(shù)據(jù)傳輸中采用時(shí)分多址的方式。正因?yàn)樵谏闲蟹较蛑希鄠€(gè)光網(wǎng)絡(luò)單元共享了一個(gè)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(shí)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(shí)延不同帶來的麻煩，在ONU注冊時(shí)，OLT將立即對ONU進(jìn)行測距，記錄該ONU的上行時(shí)延。②OLT根據(jù)各個(gè)ONU的請求來確定ONU分配的時(shí)隙，通過授權(quán)幀來告知每個(gè)ONU發(fā)送數(shù)據(jù)包的上行時(shí)隙。③每個(gè)ONU根據(jù)接收到的授權(quán)幀在OLT指定的上行時(shí)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(luò)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(shí)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(shí)，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(dá)到1Gbps，下行幀由一個(gè)連續(xù)的信息流組成，這個(gè)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(shí)鐘信息，信息內(nèi)含同步標(biāo)識符，方便光線路終端與光網(wǎng)絡(luò)單元進(jìn)行同步。每一幀內(nèi)可以攜帶多個(gè)長度不定的數(shù)據(jù)包。每秒可以達(dá)到5000幀的數(shù)量。每個(gè)光網(wǎng)絡(luò)單元可以分配得到一個(gè)時(shí)隙。EPON網(wǎng)絡(luò)的下行傳輸幀的具體格式如下圖所示。 EPON網(wǎng)絡(luò)下行傳輸數(shù)據(jù)幀EPON的上行幀EPON網(wǎng)絡(luò)的上行幀是各個(gè)ONU發(fā)送的數(shù)據(jù)信息以時(shí)分復(fù)用的方式復(fù)用而成的連續(xù)數(shù)據(jù)流。每個(gè)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(shí)隙。各個(gè)ONU發(fā)送的數(shù)據(jù)可以在上行方向上組合成一個(gè)上行幀，其中幀長與下行幀一樣為2ms。EPON網(wǎng)絡(luò)的上行傳輸幀的具體格式如下圖所示。 EPON網(wǎng)絡(luò)上行傳輸數(shù)據(jù)幀四、多點(diǎn)控制協(xié)議（MPCP）MPCP協(xié)議概述 MPCP協(xié)議是EPON網(wǎng)絡(luò)進(jìn)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(jī)和時(shí)鐘來控制點(diǎn)到多點(diǎn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)訪問，保障主單元和從單元之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)有效傳輸。EPON網(wǎng)絡(luò)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(rèn)幀（REGISTER ACK）和報(bào)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(jìn)行帶寬的分配。注冊幀、注冊請求幀以及注冊確認(rèn)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(dòng)發(fā)現(xiàn)為了添加新的ONU，EPON系統(tǒng)必須具有自動(dòng)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(luò)狀態(tài)的功能。OLT周期性的發(fā)送GATE消息，搜索網(wǎng)絡(luò)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(jìn)行帶寬分配，對被注銷的ONU不進(jìn)行帶寬分配。所以說，自動(dòng)發(fā)現(xiàn)過程保證了OLT與ONU之間的正常通信。ONU自動(dòng)發(fā)現(xiàn)的過程可以簡述如下：①在初始化的時(shí)候，OLT向所有的ONU發(fā)送DISCOVERY GATE消息。在消息中，指定了一個(gè)DISCOVERY WINDOW，讓沒有注冊的ONU可以在這個(gè)窗口內(nèi)響應(yīng)GATE消息。②ONU接收到DISCOVERY GATE消息之后，在一個(gè)等待了一個(gè)隨機(jī)延時(shí)之后，向OLT發(fā)送一個(gè)REGISTER_REQ消息。等待一個(gè)隨機(jī)時(shí)延可以避免不同的ONU在同一時(shí)間發(fā)送信息，造成上行時(shí)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(yàn)證之后得知該ONU是合法的，則向ONU發(fā)送一個(gè)REGISTER消息。這個(gè)消息包括分配給ONU的ID值等等內(nèi)容。④ONU接收到OLT的REGIS