【導讀】后一公里”的接入網(wǎng)的發(fā)展卻較緩慢，成為制約信息高速公路建設的瓶頸。寬帶接入網(wǎng)絡研究的熱點之一。論文首先介紹了PON技術的標準現(xiàn)狀，簡要介紹了接入網(wǎng)的發(fā)展。論文的重點是分析EPON在用戶接入網(wǎng)的應用，對接入網(wǎng)進行。機房、建設成本高等問題，提出了將EPON應用于小區(qū)和商企用戶的方案。ONU的成本相對較高，因此EPON+LAN組網(wǎng)方式是目前較好的選擇。和經(jīng)驗，對EPON的實施建設提供一些建議。成本不斷下降、功能完善，在國內外EPON都己經(jīng)得到了廣泛應用。

　　

【正文】 Bus）、 等。 EPON 對以太網(wǎng) MAC 層以上盡量做最小的改動，以支持新的應用和媒質，通過對時間進行分片，然后將不同的時間片指定給不同的 ONU 設備來使用，從而避免數(shù)據(jù)傳輸過程中棘手的沖突問題以及復雜的沖突檢測問題。采用 MPCP（ Multi Point Control Protocol 多點控制協(xié)議）使點對多點的拓撲適用于以太網(wǎng)，該協(xié)議是 MAC 控制子層的一項功能。 MPCP 能夠控制 ONU 發(fā)送時隙的分配、 ONU 的自重慶郵電大學畢業(yè)設計（論文） 21 動發(fā)現(xiàn)和加入，高層報告擁塞情況及動 態(tài)帶寬分配， MPCP 能夠控制 ONU 發(fā)送時隙的分配、 ONU 的自動發(fā)現(xiàn)和加入，在高層報告擁塞情況及動態(tài)帶寬分派， MPCP使用消息、狀態(tài)機、定時器來控制訪問 P2MP 的拓撲結構，每個 ONU 都包含一個MPCP 實體，用以和 OLT 中的 MPCP 的一個實體相通信，作為 EPON/MPCP 的基礎，EPON 增加了一個 P2P 仿真子層，該子層使得 P2MP 網(wǎng)絡拓撲對于高層來說就是一個點對多點鏈路的集合，仿真子層在每個數(shù)據(jù)報的面前增加了 LLID 邏輯鏈路標識，該 LLID 將替換前導碼中的兩個字節(jié)， MPCP 在點對多點的主設備（ OLT）和從設備（ ONU）之間規(guī)定了一種控制協(xié)議以協(xié)調數(shù)據(jù)有效地發(fā)送和接收，系統(tǒng)運營過程中上行方向在一個時刻只允許一個 ONU 發(fā)送數(shù)據(jù)， EPON 在 MAC 層中實現(xiàn)802， IP 來提供與 APON 類似的 QoS。 EPON 就是通過這些簡單成熟的協(xié)議來提供聲音、視頻和數(shù)據(jù)服務，控制和優(yōu)化各 ONU 與 OLT 之間突發(fā)性數(shù)據(jù)通信和實時的語音通信。 第三節(jié) EPON的關鍵技術及難題 一、 EPON 的關鍵技術 1． 系統(tǒng)同步 系統(tǒng)同步是指由于 EPON 上行為多點到一點的拓撲結構，每個 ONU 發(fā)送時隙必須與 OLT 的系統(tǒng)分配的時隙保持一致，以防止各個 ONU 上行數(shù)據(jù)發(fā)生碰撞，即ONU 側的時鐘應與 OLT 側的時鐘同步。 EPON 時鐘同步采用時間標簽方式。在 OLT側有一個全局的計數(shù)器，下行方向 OLT 根據(jù)本地的計數(shù)器插入時鐘標簽， ONU 根據(jù)收到的時鐘標簽修正本地計數(shù)器，完成系統(tǒng)同步；上行方向 ONU 根據(jù)本地的計數(shù)器插入時鐘標簽， OLT 根據(jù)收到的時鐘標簽完成測距。 2． 測距技術 由于各個 ONU 信號到達 OLT 的時間不確定，并且到達 OLT 的時延也不同，各個 ONU 的上行幀可能會發(fā)生碰撞，因此必須采用測距技術進行補償。各個ONU 到 OLT 的物理距離的不同、環(huán)境溫度的變化和光電器件 的老化等因素都可能產(chǎn)生傳輸時延。測距的程序可以分為粗測和精測兩種。在 ONU 的注冊階段，進行靜態(tài)粗測補償由物理距離差異造成的時延，而在通信過程中實時進行動態(tài)精測，以校正由于環(huán)境溫度變化和器件老化等因素引起的時延漂移。 3． ONU 的自動識別 重慶郵電大學畢業(yè)設計（論文） 22 ONU 自動加入目的是通過系統(tǒng)的自動運行，不需人工干預的完成對新 ONU的發(fā)現(xiàn)和注冊，使新 ONU 能夠自動加入到 EPON 系統(tǒng)而不影響其他 ONU 運行。IEEE EFM 小組對解決注冊沖突提出了兩種方案： （ 1）、隨機延遲時間 發(fā)生注冊沖突時，發(fā)生沖突的 ONU 仍然每次都響應注冊授 權，但是在響應開窗時隨機延遲一定時間（但必須保證 ONU 隨機延遲后的應答仍然可以落在開窗內）。采用隨機延遲時間的方法可以縮短 ONU 加入系統(tǒng)的時間，但是需要增大注冊開窗的長度，這樣會降低系統(tǒng)的帶寬利用率。 （ 2）、隨機跳過開窗 發(fā)生注冊沖突時，發(fā)生沖突的 ONU 隨機跳過若干個注冊授權后才重新響應。如果注冊授權的周期為 1s，那么發(fā)生沖突的 ONU可隨機延時 1~8s（系統(tǒng)可配置），然后繼續(xù)等待注冊授權。采用隨機跳過開窗的方法比隨機延遲時間需要多花一些時間，但是不需增大注冊開窗，不會影響系統(tǒng)的帶寬利用率。 動態(tài)帶 寬分配 在 EPON 系統(tǒng)的上行方向，采用 TDMA 方式實現(xiàn)多個 ONU 對上行帶寬的多址接入，其帶寬分配方案可分為靜態(tài)帶寬分配和動態(tài)帶寬分配，靜態(tài)帶寬分配方式的原理是 OTL 周期性地為每個 ONU 分配固定的時隙作為上行發(fā)送窗口。其優(yōu)點是實現(xiàn)簡單，但存在帶寬利用率低、帶寬分配不靈活、對于突發(fā)性業(yè)務適應能力差等問題。 動態(tài)帶寬分配 (Dynamic Bandwidth Allcation， DBA)就是 OLT 根據(jù) ONU 的實時帶寬請求獲取各 ONU 的流量信息，通過特定的算法為 ONU 動態(tài)分配上行帶寬，保證各 ONU 上行數(shù)據(jù)幀互不沖突 。 DBA 具有帶寬效率高、公平性好、能夠滿足 QoS 要求的優(yōu)點。 EPON 系統(tǒng) DBA 的實現(xiàn)基于兩種 MPCP 幀： GATE 消息和 REPOTR 消息。ONU 利用 REPOTR 幀向 OTL 匯報其上行隊列的狀態(tài)，向 OTL 發(fā)送帶寬請求。OTL 根據(jù)與該 ONU 簽署的服務等級協(xié)議和該 ONU 的帶寬請求，利用特定的算法計算并給該 ONU 發(fā)布上行帶寬授權，以動態(tài)控制每個 ONU 的上行帶寬。 EPON 中的以太網(wǎng)管理 對于以太網(wǎng)來說，第一英里接入是一個全新的應用，它要求一個完整的新的電信級的管理。與傳統(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)務提供者的要求而配置的，第一英里包括局端設備 (OLT)和遠端設備 (ONU)，因此，局端設備必須要有能力監(jiān)測業(yè)務提供網(wǎng)絡和用戶駐地網(wǎng)之間的物理鏈路和設重慶郵電大學畢業(yè)設計（論文） 23 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：遠端錯誤指示、遠端環(huán)回、鏈路監(jiān)視等。 二、 EPON 的技術難題 基于以太技術的 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)技術不同，它僅僅采用了以太網(wǎng)的幀接口，而網(wǎng)絡結構和工作原理完全不同。雖然 EPON 有許多誘人的優(yōu)點，但是解決其中關鍵技術問題難度還很大。 上行信道的復用技術 上行信道的復用技術是 EPON 的技術核心，大多數(shù)方案都使用了 DWDM＋TDMA 的復用方法。 DWDM 的使用是未來的發(fā)展趨勢，但是這主要取決于光器件。因此討論焦點是 TDMA 的實現(xiàn)方式，即如何使用 TDMA 的方法，使上行信道的帶寬利用率 (bandwidth utilization characteristics)、時延 (delay)和時延抖動(jitter)等達到要求。其中，上行帶寬的分配方法、 ONU 發(fā)送窗口固定還是可變、最大發(fā)送窗口應為多大、 ONU 發(fā)送窗口的時間間隔、以太幀是否切割等問題都有待于研究和確定。 同步時鐘提取和突發(fā)同步 上行采用 TDMA 方式，這就要求光線路終端 (OLT)的上行方向采用突發(fā)光接收機，以便能從接收到的突發(fā)脈沖串中的前幾個比特，快速地提取出同步時鐘，進行突發(fā)同步，況且 EPON 上行速率由 l55Mbps 提高到 。同步時鐘提取和突發(fā)同步的電路實現(xiàn)，只能采用串行處理，這就極大地增加了實現(xiàn)的難度。 大動態(tài)范圍光功率的接收 由于 EPON 上各個 ONU 到 OLT 的距離各不相同，所以各個 ONU 到 OLT的路徑傳輸損耗也互不相同，在各個 ONU 的發(fā)送光功率相同的情況下，到達OLT 后的光功率就 互不相同， OLT 的上行光接收機不能采用傳統(tǒng)的 AGC 辦法，而必須采用特殊辦法來保證能夠接收足夠大的動態(tài)范圍光功率。 實時業(yè)務傳輸?shù)馁|量控制 由于以太網(wǎng)技術的固有機制，不提供端到端的包延時、包丟失率以及帶寬控制能力，因此難以支持實時業(yè)務的服務質量。如何確保實時語音和視頻業(yè)務，在一個傳輸平臺上以與 ATM 和 SDH 的 QoS 相同的性能分送到每個用戶，是一個急待解決的問題。 EPON 倡導者準備從幾個方面著手解決這個問題。首先，從實現(xiàn)方法入手，例如對于不同的業(yè)務采用不同的優(yōu)先權等級。一種技術是采用具有重慶郵電大學畢業(yè)設計（論文） 24 8 個優(yōu)先級別，以 便確保使實時的和最重要的業(yè)務優(yōu)先傳輸。另一種技術是帶寬預留技術，提供一個開放的高速通道，不傳輸數(shù)據(jù)，而專門用來傳輸語音業(yè)務，以便確保 POTS 業(yè)務的質量。 此外，下行信道安全性、如何實現(xiàn) VLAN 等也是影響 EPON 應用前景的問題。基于以太技術的寬帶接入網(wǎng)應該具有高度的信息安全性、網(wǎng)絡可靠性、強大的網(wǎng)管功能，并且能保證用戶的接入帶寬。 第四節(jié) 基于以太網(wǎng)技術的無源光網(wǎng)絡組網(wǎng)分析 一、光線路終端布放原則 光線路終端布放位置一般有以下 3 種方式： （ 1） OLT 放置于中心機房（ CO，即交換機房、數(shù)據(jù)機房等現(xiàn)有機房），其 特點為覆蓋范圍大。便于操作和管理，適于早期用戶比較少或集中管理的場景。 （ 2） 遠端中心機房，其特點為覆蓋范圍適中，便于操作和管理，同時兼顧容量和資源。 （ 3） 戶外機房或小區(qū)機房，其特點為節(jié)省光纖，但管理和維護困難，覆蓋范圍比較小，需要解決供電問題，一般不建議采用這種方式。 OLT 位置的選擇，主要取決于實際的應用場景，一般建議將 OLT 放置于中心機房，便于維護與管理，節(jié)省運維成本，同時便于資源共享，節(jié)省資源。 二、分光器分光方式 分光器可采用一級或多級分光，分光方式一般采用等功率方式，也可采用不等功率的方式，主要取決于地 形和潛在用戶分布等因素的影響。 （ 1） 一級分光使用于密型布局，分光器采用一級分光時 PON 端口一次利用率高，易于維護，其典型應用于需求密集的城鎮(zhèn)，如大型住宅區(qū)或商業(yè)區(qū)。 （ 2） 二級分光，適用于稀疏型布局。分光器采用二級分光時，故障點增加，維護成本很高，熔接點 /接頭增加，分布非常靈活，其典型應用于需求分散的城鎮(zhèn)，如小型住宅區(qū)或中小城市。 重慶郵電大學畢業(yè)設計（論文） 25 （ 3） 多級分光，適用于稀疏型布局。分光器采用多級分光時，同樣故障點增加，維護成本很高，熔接點 /接頭增加，分布非常靈活，其典型應用于成帶狀分布的農(nóng)村或商業(yè)街。 對于城市住宅小區(qū)等環(huán)境的應用，由于業(yè) 務分布比較均勻，一般采用等功率分光，對于農(nóng)村、礦區(qū)、沿?；蚝哟驳酿B(yǎng)殖基地、商業(yè)街等特殊環(huán)境的應用，由于業(yè)務分布不均勻，可采用不等功率分光。 三、分光器布放原則 分光器放置于中心機房，便于管理和維護，但由于光纖量比較大，網(wǎng)絡彈性不足，實施費用比較高，沒用充分發(fā)揮 PON 網(wǎng)絡的優(yōu)勢。 分光器放置于遠端中心機房，集中分光，便于安裝；網(wǎng)絡結構比較簡單；用戶密度比較高時，總的建設費用較低。 分光器放置于地下室，節(jié)省光纜，充分發(fā)揮了 EPON 的優(yōu)勢，建設費用很低，但管理與維護工作量大。 四、光網(wǎng)絡單元布放原則 根據(jù) ONU 布放 的位置，可將 EPON 分為以下幾種 場景：光纖到戶（ FTTH）、光纖到樓（ FTTB）、光纖到點（ FTTN）等。 1． FTTH 方式 FTTH 即光纖到戶方式適用于用戶居住比較分散且用戶對貸款要求較高的區(qū)域，如別墅區(qū)，而且開發(fā)商有積極性參與網(wǎng)絡建設，此時組網(wǎng)方式一般采用從局端的 OLT 引出光纜到別墅區(qū)，在別墅區(qū)內一個相對中心位置放置分光器，然后通過小芯數(shù)管道光纜或新型的小芯數(shù)直埋光纜連接至用戶家中的 ONU，可以根據(jù)用戶需求在用戶家中連接交換機或集線器供過個設備連接。 2． FTTB 方式 FTTB 方式適用于在單棟商務 樓用戶相對數(shù)量不多、帶寬要求不高的場景，一般的組網(wǎng)方式為從局端 OLT 引出光纜到商務樓附近的光纜交接箱，在光纜交接箱中放置分光器，從交接箱因光纜至大樓， ONU 放置在大樓交換間，通過交換機為樓內用戶提供寬帶上網(wǎng)業(yè)務，在這種情況下，建設時需要根據(jù)用戶帶寬需求及數(shù)量選擇合理的分路比。 重慶郵電大學畢業(yè)設計（論文） 26 3． FTTN 方式 FTTN 方式則是帶寬與投資的折衷， FTTN 在滿足用戶帶寬需要的前提下，采用最新的數(shù)字用戶線（ DSL）技術，盡量使用長的雙絞線，以提高 ADSL 接入復用器（ DSLAM）節(jié)點的用戶容量，從而減少節(jié)點數(shù)量，減少投資和維護成本 。 五、組網(wǎng)選擇 利用 EPON 技術是實現(xiàn)光纖到駐地（ FTTP）的有效網(wǎng)絡解決方案，根據(jù)目前各運營商對于信息化地需求來看，大致可分為住宅小區(qū)、工業(yè)區(qū)、商業(yè)區(qū)和邊遠地區(qū)等，相對應的也有幾種接入方式，但是根據(jù)本文的實際情況著重研究住宅小區(qū)的接入方式。 對于某些高檔小區(qū)，宜采用 FTTH,ONU 可放置在用戶端或樓道，分光器設置于樓道或小區(qū)機房或地下室。不管是小區(qū)還是老式住宅， OLT 都適宜放置于中心機房，分光方式適宜采用等功率分光方式，一般采用一級分光，若需求比較分散，也可以采用二級分光。 重慶郵電大學畢業(yè)設計（論文） 27 第四章 EPON 接入技 術應用舉例 第一節(jié) 安宇花園小 區(qū) EPON技術方案 一、項目描述 安宇花園小 區(qū)地處市中心，交通便利，環(huán)境優(yōu)越，周邊設施齊全，小區(qū)內各種樣式的樓房共有 11 棟，依據(jù)樓層及住房面積不同分為商用和居住兩種，因此，小區(qū)內可分為小型用戶和中型用戶兩種。每棟樓宇都有 14 層，每層 10 戶，這樣小區(qū)內共有 14x11x10=1540 戶，小區(qū)的平面結構如圖所示。 圖 小區(qū)平面圖 二、需求分析 在本小區(qū)中，樓宇的 3~14 樓的住戶，