【導(dǎo)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(shè)的瓶頸。寬帶接入網(wǎng)絡(luò)研究的熱點(diǎn)之一。論文首先介紹了PON技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀，簡(jiǎn)要介紹了接入網(wǎng)的發(fā)展。論文的重點(diǎn)是分析EPON在用戶(hù)接入網(wǎng)的應(yīng)用，對(duì)接入網(wǎng)進(jìn)行。機(jī)房、建設(shè)成本高等問(wèn)題，提出了將EPON應(yīng)用于小區(qū)和商企用戶(hù)的方案。ONU的成本相對(duì)較高，因此EPON+LAN組網(wǎng)方式是目前較好的選擇。和經(jīng)驗(yàn)，對(duì)EPON的實(shí)施建設(shè)提供一些建議。成本不斷下降、功能完善，在國(guó)內(nèi)外EPON都己經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。

　　

【正文】 Bus）、 等。 EPON 對(duì)以太網(wǎng) MAC 層以上盡量做最小的改動(dòng)，以支持新的應(yīng)用和媒質(zhì)，通過(guò)對(duì)時(shí)間進(jìn)行分片，然后將不同的時(shí)間片指定給不同的 ONU 設(shè)備來(lái)使用，從而避免數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中棘手的沖突問(wèn)題以及復(fù)雜的沖突檢測(cè)問(wèn)題。采用 MPCP（ Multi Point Control Protocol 多點(diǎn)控制協(xié)議）使點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的拓?fù)溥m用于以太網(wǎng)，該協(xié)議是 MAC 控制子層的一項(xiàng)功能。 MPCP 能夠控制 ONU 發(fā)送時(shí)隙的分配、 ONU 的自重慶郵電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 動(dòng)發(fā)現(xiàn)和加入，高層報(bào)告擁塞情況及動(dòng) 態(tài)帶寬分配， MPCP 能夠控制 ONU 發(fā)送時(shí)隙的分配、 ONU 的自動(dòng)發(fā)現(xiàn)和加入，在高層報(bào)告擁塞情況及動(dòng)態(tài)帶寬分派， MPCP使用消息、狀態(tài)機(jī)、定時(shí)器來(lái)控制訪(fǎng)問(wèn) P2MP 的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，每個(gè) ONU 都包含一個(gè)MPCP 實(shí)體，用以和 OLT 中的 MPCP 的一個(gè)實(shí)體相通信，作為 EPON/MPCP 的基礎(chǔ)，EPON 增加了一個(gè) P2P 仿真子層，該子層使得 P2MP 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵?duì)于高層來(lái)說(shuō)就是一個(gè)點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)鏈路的集合，仿真子層在每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)的面前增加了 LLID 邏輯鏈路標(biāo)識(shí)，該 LLID 將替換前導(dǎo)碼中的兩個(gè)字節(jié)， MPCP 在點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的主設(shè)備（ OLT）和從設(shè)備（ ONU）之間規(guī)定了一種控制協(xié)議以協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)有效地發(fā)送和接收，系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中上行方向在一個(gè)時(shí)刻只允許一個(gè) ONU 發(fā)送數(shù)據(jù)， EPON 在 MAC 層中實(shí)現(xiàn)802， IP 來(lái)提供與 APON 類(lèi)似的 QoS。 EPON 就是通過(guò)這些簡(jiǎn)單成熟的協(xié)議來(lái)提供聲音、視頻和數(shù)據(jù)服務(wù)，控制和優(yōu)化各 ONU 與 OLT 之間突發(fā)性數(shù)據(jù)通信和實(shí)時(shí)的語(yǔ)音通信。 第三節(jié) EPON的關(guān)鍵技術(shù)及難題 一、 EPON 的關(guān)鍵技術(shù) 1． 系統(tǒng)同步 系統(tǒng)同步是指由于 EPON 上行為多點(diǎn)到一點(diǎn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，每個(gè) ONU 發(fā)送時(shí)隙必須與 OLT 的系統(tǒng)分配的時(shí)隙保持一致，以防止各個(gè) ONU 上行數(shù)據(jù)發(fā)生碰撞，即ONU 側(cè)的時(shí)鐘應(yīng)與 OLT 側(cè)的時(shí)鐘同步。 EPON 時(shí)鐘同步采用時(shí)間標(biāo)簽方式。在 OLT側(cè)有一個(gè)全局的計(jì)數(shù)器，下行方向 OLT 根據(jù)本地的計(jì)數(shù)器插入時(shí)鐘標(biāo)簽， ONU 根據(jù)收到的時(shí)鐘標(biāo)簽修正本地計(jì)數(shù)器，完成系統(tǒng)同步；上行方向 ONU 根據(jù)本地的計(jì)數(shù)器插入時(shí)鐘標(biāo)簽， OLT 根據(jù)收到的時(shí)鐘標(biāo)簽完成測(cè)距。 2． 測(cè)距技術(shù) 由于各個(gè) ONU 信號(hào)到達(dá) OLT 的時(shí)間不確定，并且到達(dá) OLT 的時(shí)延也不同，各個(gè) ONU 的上行幀可能會(huì)發(fā)生碰撞，因此必須采用測(cè)距技術(shù)進(jìn)行補(bǔ)償。各個(gè)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(shí)延。測(cè)距的程序可以分為粗測(cè)和精測(cè)兩種。在 ONU 的注冊(cè)階段，進(jìn)行靜態(tài)粗測(cè)補(bǔ)償由物理距離差異造成的時(shí)延，而在通信過(guò)程中實(shí)時(shí)進(jìn)行動(dòng)態(tài)精測(cè)，以校正由于環(huán)境溫度變化和器件老化等因素引起的時(shí)延漂移。 3． ONU 的自動(dòng)識(shí)別 重慶郵電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 ONU 自動(dòng)加入目的是通過(guò)系統(tǒng)的自動(dòng)運(yùn)行，不需人工干預(yù)的完成對(duì)新 ONU的發(fā)現(xiàn)和注冊(cè)，使新 ONU 能夠自動(dòng)加入到 EPON 系統(tǒng)而不影響其他 ONU 運(yùn)行。IEEE EFM 小組對(duì)解決注冊(cè)沖突提出了兩種方案： （ 1）、隨機(jī)延遲時(shí)間 發(fā)生注冊(cè)沖突時(shí)，發(fā)生沖突的 ONU 仍然每次都響應(yīng)注冊(cè)授 權(quán)，但是在響應(yīng)開(kāi)窗時(shí)隨機(jī)延遲一定時(shí)間（但必須保證 ONU 隨機(jī)延遲后的應(yīng)答仍然可以落在開(kāi)窗內(nèi)）。采用隨機(jī)延遲時(shí)間的方法可以縮短 ONU 加入系統(tǒng)的時(shí)間，但是需要增大注冊(cè)開(kāi)窗的長(zhǎng)度，這樣會(huì)降低系統(tǒng)的帶寬利用率。 （ 2）、隨機(jī)跳過(guò)開(kāi)窗 發(fā)生注冊(cè)沖突時(shí)，發(fā)生沖突的 ONU 隨機(jī)跳過(guò)若干個(gè)注冊(cè)授權(quán)后才重新響應(yīng)。如果注冊(cè)授權(quán)的周期為 1s，那么發(fā)生沖突的 ONU可隨機(jī)延時(shí) 1~8s（系統(tǒng)可配置），然后繼續(xù)等待注冊(cè)授權(quán)。采用隨機(jī)跳過(guò)開(kāi)窗的方法比隨機(jī)延遲時(shí)間需要多花一些時(shí)間，但是不需增大注冊(cè)開(kāi)窗，不會(huì)影響系統(tǒng)的帶寬利用率。 動(dòng)態(tài)帶 寬分配 在 EPON 系統(tǒng)的上行方向，采用 TDMA 方式實(shí)現(xiàn)多個(gè) ONU 對(duì)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(dòng)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(gè) ONU 分配固定的時(shí)隙作為上行發(fā)送窗口。其優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但存在帶寬利用率低、帶寬分配不靈活、對(duì)于突發(fā)性業(yè)務(wù)適應(yīng)能力差等問(wèn)題。 動(dòng)態(tài)帶寬分配 (Dynamic Bandwidth Allcation， DBA)就是 OLT 根據(jù) ONU 的實(shí)時(shí)帶寬請(qǐng)求獲取各 ONU 的流量信息，通過(guò)特定的算法為 ONU 動(dòng)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(mǎn)足 QoS 要求的優(yōu)點(diǎn)。 EPON 系統(tǒng) DBA 的實(shí)現(xiàn)基于兩種 MPCP 幀： GATE 消息和 REPOTR 消息。ONU 利用 REPOTR 幀向 OTL 匯報(bào)其上行隊(duì)列的狀態(tài)，向 OTL 發(fā)送帶寬請(qǐng)求。OTL 根據(jù)與該 ONU 簽署的服務(wù)等級(jí)協(xié)議和該 ONU 的帶寬請(qǐng)求，利用特定的算法計(jì)算并給該 ONU 發(fā)布上行帶寬授權(quán)，以動(dòng)態(tài)控制每個(gè) ONU 的上行帶寬。 EPON 中的以太網(wǎng)管理 對(duì)于以太網(wǎng)來(lái)說(shuō)，第一英里接入是一個(gè)全新的應(yīng)用，它要求一個(gè)完整的新的電信級(jí)的管理。與傳統(tǒng)的局域網(wǎng)不同，在第一英里的終端用戶(hù)不是按 照以太網(wǎng)業(yè)務(wù)提供者的要求而配置的，第一英里包括局端設(shè)備 (OLT)和遠(yuǎn)端設(shè)備 (ONU)，因此，局端設(shè)備必須要有能力監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)提供網(wǎng)絡(luò)和用戶(hù)駐地網(wǎng)之間的物理鏈路和設(shè)重慶郵電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(yuǎn)端錯(cuò)誤指示、遠(yuǎn)端環(huán)回、鏈路監(jiān)視等。 二、 EPON 的技術(shù)難題 基于以太技術(shù)的 EPON 寬帶接入網(wǎng)，與傳統(tǒng)的用于計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)的以太網(wǎng)技術(shù)不同，它僅僅采用了以太網(wǎng)的幀接口，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(diǎn)，但是解決其中關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題難度還很大。 上行信道的復(fù)用技術(shù) 上行信道的復(fù)用技術(shù)是 EPON 的技術(shù)核心，大多數(shù)方案都使用了 DWDM＋TDMA 的復(fù)用方法。 DWDM 的使用是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，但是這主要取決于光器件。因此討論焦點(diǎn)是 TDMA 的實(shí)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(shí)延 (delay)和時(shí)延抖動(dòng)(jitter)等達(dá)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(yīng)為多大、 ONU 發(fā)送窗口的時(shí)間間隔、以太幀是否切割等問(wèn)題都有待于研究和確定。 同步時(shí)鐘提取和突發(fā)同步 上行采用 TDMA 方式，這就要求光線(xiàn)路終端 (OLT)的上行方向采用突發(fā)光接收機(jī)，以便能從接收到的突發(fā)脈沖串中的前幾個(gè)比特，快速地提取出同步時(shí)鐘，進(jìn)行突發(fā)同步，況且 EPON 上行速率由 l55Mbps 提高到 。同步時(shí)鐘提取和突發(fā)同步的電路實(shí)現(xiàn)，只能采用串行處理，這就極大地增加了實(shí)現(xiàn)的難度。 大動(dòng)態(tài)范圍光功率的接收 由于 EPON 上各個(gè) ONU 到 OLT 的距離各不相同，所以各個(gè) ONU 到 OLT的路徑傳輸損耗也互不相同，在各個(gè) ONU 的發(fā)送光功率相同的情況下，到達(dá)OLT 后的光功率就 互不相同， OLT 的上行光接收機(jī)不能采用傳統(tǒng)的 AGC 辦法，而必須采用特殊辦法來(lái)保證能夠接收足夠大的動(dòng)態(tài)范圍光功率。 實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)傳輸?shù)馁|(zhì)量控制 由于以太網(wǎng)技術(shù)的固有機(jī)制，不提供端到端的包延時(shí)、包丟失率以及帶寬控制能力，因此難以支持實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量。如何確保實(shí)時(shí)語(yǔ)音和視頻業(yè)務(wù)，在一個(gè)傳輸平臺(tái)上以與 ATM 和 SDH 的 QoS 相同的性能分送到每個(gè)用戶(hù)，是一個(gè)急待解決的問(wèn)題。 EPON 倡導(dǎo)者準(zhǔn)備從幾個(gè)方面著手解決這個(gè)問(wèn)題。首先，從實(shí)現(xiàn)方法入手，例如對(duì)于不同的業(yè)務(wù)采用不同的優(yōu)先權(quán)等級(jí)。一種技術(shù)是采用具有重慶郵電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 8 個(gè)優(yōu)先級(jí)別，以 便確保使實(shí)時(shí)的和最重要的業(yè)務(wù)優(yōu)先傳輸。另一種技術(shù)是帶寬預(yù)留技術(shù)，提供一個(gè)開(kāi)放的高速通道，不傳輸數(shù)據(jù)，而專(zhuān)門(mén)用來(lái)傳輸語(yǔ)音業(yè)務(wù)，以便確保 POTS 業(yè)務(wù)的質(zhì)量。 此外，下行信道安全性、如何實(shí)現(xiàn) VLAN 等也是影響 EPON 應(yīng)用前景的問(wèn)題。基于以太技術(shù)的寬帶接入網(wǎng)應(yīng)該具有高度的信息安全性、網(wǎng)絡(luò)可靠性、強(qiáng)大的網(wǎng)管功能，并且能保證用戶(hù)的接入帶寬。 第四節(jié) 基于以太網(wǎng)技術(shù)的無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)分析 一、光線(xiàn)路終端布放原則 光線(xiàn)路終端布放位置一般有以下 3 種方式： （ 1） OLT 放置于中心機(jī)房（ CO，即交換機(jī)房、數(shù)據(jù)機(jī)房等現(xiàn)有機(jī)房），其 特點(diǎn)為覆蓋范圍大。便于操作和管理，適于早期用戶(hù)比較少或集中管理的場(chǎng)景。 （ 2） 遠(yuǎn)端中心機(jī)房，其特點(diǎn)為覆蓋范圍適中，便于操作和管理，同時(shí)兼顧容量和資源。 （ 3） 戶(hù)外機(jī)房或小區(qū)機(jī)房，其特點(diǎn)為節(jié)省光纖，但管理和維護(hù)困難，覆蓋范圍比較小，需要解決供電問(wèn)題，一般不建議采用這種方式。 OLT 位置的選擇，主要取決于實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)景，一般建議將 OLT 放置于中心機(jī)房，便于維護(hù)與管理，節(jié)省運(yùn)維成本，同時(shí)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(jí)或多級(jí)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(hù)分布等因素的影響。 （ 1） 一級(jí)分光使用于密型布局，分光器采用一級(jí)分光時(shí) PON 端口一次利用率高，易于維護(hù)，其典型應(yīng)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(jí)分光，適用于稀疏型布局。分光器采用二級(jí)分光時(shí)，故障點(diǎn)增加，維護(hù)成本很高，熔接點(diǎn) /接頭增加，分布非常靈活，其典型應(yīng)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(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 （ 3） 多級(jí)分光，適用于稀疏型布局。分光器采用多級(jí)分光時(shí)，同樣故障點(diǎn)增加，維護(hù)成本很高，熔接點(diǎn) /接頭增加，分布非常靈活，其典型應(yīng)用于成帶狀分布的農(nóng)村或商業(yè)街。 對(duì)于城市住宅小區(qū)等環(huán)境的應(yīng)用，由于業(yè) 務(wù)分布比較均勻，一般采用等功率分光，對(duì)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(yīng)用，由于業(yè)務(wù)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(jī)房，便于管理和維護(hù)，但由于光纖量比較大，網(wǎng)絡(luò)彈性不足，實(shí)施費(fèi)用比較高，沒(méi)用充分發(fā)揮 PON 網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)。 分光器放置于遠(yuǎn)端中心機(jī)房，集中分光，便于安裝；網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單；用戶(hù)密度比較高時(shí)，總的建設(shè)費(fèi)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(shì)，建設(shè)費(fèi)用很低，但管理與維護(hù)工作量大。 四、光網(wǎng)絡(luò)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(chǎng)景：光纖到戶(hù)（ FTTH）、光纖到樓（ FTTB）、光纖到點(diǎn)（ FTTN）等。 1． FTTH 方式 FTTH 即光纖到戶(hù)方式適用于用戶(hù)居住比較分散且用戶(hù)對(duì)貸款要求較高的區(qū)域，如別墅區(qū)，而且開(kāi)發(fā)商有積極性參與網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，此時(shí)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(nèi)一個(gè)相對(duì)中心位置放置分光器，然后通過(guò)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(hù)家中的 ONU，可以根據(jù)用戶(hù)需求在用戶(hù)家中連接交換機(jī)或集線(xiàn)器供過(guò)個(gè)設(shè)備連接。 2． FTTB 方式 FTTB 方式適用于在單棟商務(wù) 樓用戶(hù)相對(duì)數(shù)量不多、帶寬要求不高的場(chǎng)景，一般的組網(wǎng)方式為從局端 OLT 引出光纜到商務(wù)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(guò)交換機(jī)為樓內(nèi)用戶(hù)提供寬帶上網(wǎng)業(yè)務(wù)，在這種情況下，建設(shè)時(shí)需要根據(jù)用戶(hù)帶寬需求及數(shù)量選擇合理的分路比。 重慶郵電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 3． FTTN 方式 FTTN 方式則是帶寬與投資的折衷， FTTN 在滿(mǎn)足用戶(hù)帶寬需要的前提下，采用最新的數(shù)字用戶(hù)線(xiàn)（ DSL）技術(shù)，盡量使用長(zhǎng)的雙絞線(xiàn)，以提高 ADSL 接入復(fù)用器（ DSLAM）節(jié)點(diǎn)的用戶(hù)容量，從而減少節(jié)點(diǎn)數(shù)量，減少投資和維護(hù)成本 。 五、組網(wǎng)選擇 利用 EPON 技術(shù)是實(shí)現(xiàn)光纖到駐地（ FTTP）的有效網(wǎng)絡(luò)解決方案，根據(jù)目前各運(yùn)營(yíng)商對(duì)于信息化地需求來(lái)看，大致可分為住宅小區(qū)、工業(yè)區(qū)、商業(yè)區(qū)和邊遠(yuǎn)地區(qū)等，相對(duì)應(yīng)的也有幾種接入方式，但是根據(jù)本文的實(shí)際情況著重研究住宅小區(qū)的接入方式。 對(duì)于某些高檔小區(qū)，宜采用 FTTH,ONU 可放置在用戶(hù)端或樓道，分光器設(shè)置于樓道或小區(qū)機(jī)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(jī)房，分光方式適宜采用等功率分光方式，一般采用一級(jí)分光，若需求比較分散，也可以采用二級(jí)分光。 重慶郵電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 第四章 EPON 接入技 術(shù)應(yīng)用舉例 第一節(jié) 安宇花園小 區(qū) EPON技術(shù)方案 一、項(xiàng)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(shè)施齊全，小區(qū)內(nèi)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(nèi)可分為小型用戶(hù)和中型用戶(hù)兩種。每棟樓宇都有 14 層，每層 10 戶(hù)，這樣小區(qū)內(nèi)共有 14x11x10=1540 戶(hù)，小區(qū)的平面結(jié)構(gòu)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(hù)，