【正文】 [[D].,2006] 分光器布放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。(3) 戶外機(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，需要解決供電問題，一般不建議采用這種方式。33浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 第4章 EPON組網(wǎng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)第4章 EPON組網(wǎng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) EPON組網(wǎng)設(shè)計(jì) OLT部署方案光線路終端布放位置一般有以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，適于早期用戶比較少或集中管理的場景。低時延由EPON的DBA算法和時隙劃分的“低顆粒度”(Tin Granularity)保障，而對傳統(tǒng)業(yè)務(wù)端到端的QoS支持則由現(xiàn)存的協(xié)議如虛擬局域網(wǎng)(VLAN)(IEEE )、IPVPN、多協(xié)議標(biāo)簽交換(MPLS)來實(shí)現(xiàn)，其中VLAN和MPLS是被看好的應(yīng)用于EPON的QoS保障協(xié)議。影響傳統(tǒng)業(yè)務(wù)(話音和圖像)在EPON中傳輸?shù)男阅苤笜?biāo)主要是延時和丟幀率。EFM對TDM在EPON上如何承載，在技術(shù)上沒有作具體規(guī)定，但有一點(diǎn)是肯定的就是要兼容的以太網(wǎng)幀格式。所以在EPON系統(tǒng)中承載電路交換網(wǎng)業(yè)務(wù)，將分組交換業(yè)務(wù)與電路交換業(yè)務(wù)結(jié)合有利于EPON的市場應(yīng)用和滿足不同業(yè)務(wù)的需要。但在ONU端，如何既能區(qū)分業(yè)務(wù)類型又能區(qū)分用戶等級是需要研究的又一問題。目前的方案是：在EPON的下行信道上，OLT建立8種業(yè)務(wù)隊(duì)列，不同的隊(duì)列采用不同的轉(zhuǎn)發(fā)方式；在上行信道上，ONU建立8種業(yè)務(wù)端口隊(duì)列，既要區(qū)分業(yè)務(wù)又要區(qū)分不同用戶的服務(wù)等級。(2)業(yè)務(wù)區(qū)分由于EPON的服務(wù)對象是家庭用戶和小企業(yè)，業(yè)務(wù)種類多，需求差別大，計(jì)費(fèi)方式多樣，而利用上層協(xié)議并不能解決EPON中的數(shù)據(jù)鏈路層的業(yè)務(wù)區(qū)分和時延控制。為此IEEE ，負(fù)責(zé)整個802體系的安全性問題的研究和解決。根據(jù)IEEE ，EPON系統(tǒng)物理層傳輸?shù)氖菢?biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)幀，對此，每個ONU只能接收帶有屬于自己的LLID的數(shù)據(jù)報(bào)，其余的數(shù)據(jù)報(bào)丟棄不再轉(zhuǎn)發(fā)。但是密鑰的實(shí)時分配與管理方案會加重EPON的協(xié)議負(fù)擔(dān)和系統(tǒng)復(fù)雜度。這對于許多應(yīng)用，如付費(fèi)電視、視頻點(diǎn)播等業(yè)務(wù)是不安全的。因?yàn)樵谌p工的以太網(wǎng)中，是點(diǎn)對點(diǎn)的傳輸，而在共享媒體的CSMA/CD以太網(wǎng)中，用戶屬于同一區(qū)域。[[J].中國有線電視,2008(09)] EPON的QoS在EPON中支持QoS的關(guān)鍵在3個方面：一是物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的安全性；二是如何支持業(yè)務(wù)等級區(qū)分；三是如何支持傳統(tǒng)業(yè)務(wù)。為解決“遠(yuǎn)近效應(yīng)”，曾提出過功率控制方案，即OLT在測距后通過運(yùn)行維護(hù)管理(OAM)數(shù)據(jù)包通知ONU的發(fā)送功率等級。另外，由于各個ONU相對于OLT的距離不同，對于OLT的接收模塊，不同時隙的功率不同，在DBA應(yīng)用中，甚至相同時隙的功率也不同(同一時隙可能對應(yīng)不同的ONU)，稱為遠(yuǎn)近效應(yīng)(Far－near Problem)。 由于OLT接收到的信號為各個ONU的突發(fā)信號，OLT必須能在很短的時間(幾個比特內(nèi))內(nèi)實(shí)現(xiàn)相位的同步，進(jìn)而接收數(shù)據(jù)。這樣，對于OLT而言，既可以直接管理到具體終端用戶，也可以通過ONU代理管理，虛ONU與用戶的對應(yīng)關(guān)系由網(wǎng)管靈活決定，當(dāng)前協(xié)議兼容性問題仍處于爭論中。 單LLID/ONU方案雖然在數(shù)據(jù)鏈路層的控制管理上有缺陷，但該方案仍有優(yōu)勢，如：與傳統(tǒng)以太網(wǎng)的兼容性好；ONU的內(nèi)置交換/橋接功能減少了EPON的流量，相對增加了上行和下行信道的業(yè)務(wù)帶寬；單LLID/ONU方案中同時減少了OLT和ONU的復(fù)雜度，降低了造價；高層軟件技術(shù)足以解決單LLID/ONU方案中的二級管理、QoS、多業(yè)務(wù)支持和區(qū)分服務(wù)等級問題等。其焦點(diǎn)是EPON對于網(wǎng)橋功能是否支持、是單邏輯端口支持還是多邏輯端口支持，即對于OLT而言，其邏輯對象是ONU還是具體終端用戶。在時戳和開始時間之間所定義的最小延時，實(shí)際上就是允許處理時間。 (4) RTT補(bǔ)償在OLT側(cè)進(jìn)行延時補(bǔ)償，發(fā)送給ONU的授權(quán)反映出由于RTT補(bǔ)償?shù)牡竭_(dá)時間。之后，OLT便依據(jù)DBA協(xié)議為ONU分配帶寬。圖 測距和時延補(bǔ)償基本過程如下：OLT在T1時刻通過下行信道廣播時隙同步信號和空閑時隙標(biāo)記，已啟動的ONU在T2時刻監(jiān)測到一個空閑時隙標(biāo)記時，將本地計(jì)時器重置為T1，然后在時刻T3回送一個包含ONU參數(shù)的(地址、服務(wù)等級等)在線響應(yīng)數(shù)據(jù)幀，此時，數(shù)據(jù)幀中的本地時間戳為T4；OLT在T5時刻接收到該響應(yīng)幀。另外，測距過程應(yīng)充分考慮整個EPON的配置情況，例如，若系統(tǒng)在工作時加入新的ONU，此時的測距就不應(yīng)對其它ONU有太大的影響。(3) 測距和時延補(bǔ)償由于EPON的上行信道采用TDMA方式，多點(diǎn)接入導(dǎo)致各ONU的數(shù)據(jù)幀延時不同，因此必須引入測距和時延補(bǔ)償技術(shù)以防止數(shù)據(jù)時域碰撞，并支持ONU的即插即用。獲得RTT的過程即為測距(ranging)。在EPON中由于各個ONU到OLT 的距離不同，所以傳輸時延各不相同，要達(dá)到系統(tǒng)同步，ONU的時鐘必須比OLT的時鐘有一個時間提前量，這個時間提前量就是上行傳輸時延，也就是如果OLT在時刻0發(fā)送一個比特，ONU必須在他的時刻RTT(往返傳輸時延)接收。OLT周期性的廣播發(fā)送同步信息給各個ONU，使其調(diào)整自己的時鐘。(2) 系統(tǒng)同步因?yàn)镋PON中的各ONU接入系統(tǒng)是采用時分方式，所以O(shè)LT和ONU在開始通信之前必須達(dá)到同步，才會保證信息正確傳輸。目前的方案是基于輪詢的帶寬分配方案，即：ONU實(shí)時地向OLT匯報(bào)當(dāng)前的業(yè)務(wù)需求(Request)(如：各類業(yè)務(wù)的在ONU的緩存量級)，OLT根據(jù)優(yōu)先級和時延控制要求分配(Grant)給ONU一個或多個時隙，各個ONU在分配的時隙中按業(yè)務(wù)優(yōu)先級算法發(fā)送數(shù)據(jù)幀。TDMA方式的最大缺點(diǎn)在于其帶寬利用率較低，采用DBA可以提高上行帶寬的利用率，在帶寬相同的情況下可以承載更多的終端用戶，從而降低用戶成本。(1) DBA目前MAC層爭論的焦點(diǎn)在于DBA的算法及802．3ah標(biāo)準(zhǔn)中是否需要確定統(tǒng)一的DBA算法，由于直接關(guān)系到上行信道的利用率和數(shù)據(jù)時延，DBA技術(shù)是MAC層技術(shù)的關(guān)鍵。 由于下行信道采用廣播方式，帶寬分配和時延控制可以由高層協(xié)議完成，因而上行信道的MPCP便成為EPON的MAC層技術(shù)的核心。同時要求在激光器處于關(guān)閉狀態(tài)時，要使從PMA層發(fā)送過來的信號全部為低，以確保不工作的ONU激光器的輸出總功率疊加不會對正在工作的激光器的信號造成畸變影響。對于遠(yuǎn)端的光模塊而言，接收機(jī)處于連續(xù)工作狀態(tài)，而發(fā)送機(jī)則工作于突發(fā)模式，只有在特定的時間段里激光器才處于打開狀態(tài)，在剩下的時間段里，激光器并不發(fā)送數(shù)據(jù)。上下行的激光器分別工作在1310nm和1490nm窗口；光信號的傳輸要做到當(dāng)光分路比較小的時候，最大傳輸20km無中繼。(4) PMD子層 EPON的PMD子層的功能是完成光電、電光轉(zhuǎn)換。此外EPON中所使用的光器件均為無源光器件，因此信號的傳輸距離有限，在一些接入距離較大的地方，F(xiàn)EC技術(shù)尤其重要。作為一項(xiàng)技術(shù)，它也有一些不足之處：FEC會增加開銷，增加系統(tǒng)的復(fù)雜性，使有效傳輸速率減小。接收 把經(jīng)字節(jié)對齊之后的數(shù)據(jù)進(jìn)行RS譯碼、插入空閑碼后發(fā)送數(shù)據(jù)到PCS層。 字節(jié)對齊 FEC子層接收從PMA層的信號，對齊幀。(2) FEC子層　　FEC子層的位置處在PCS和PMA之間，是EPON物理層中的可選部分。因此EPON的PCS子層不僅要能像普通的千兆PCS子層一樣在連續(xù)的數(shù)據(jù)流狀態(tài)下能正常工作，在面對突發(fā)發(fā)送和突發(fā)接收時也要保持穩(wěn)定。這種在上行時不是連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)的通信模式叫突發(fā)通信。沒有正確的LLID，處于等待狀態(tài)的ONU就得不到想要的數(shù)據(jù)。這是因?yàn)镾PD在整個八字節(jié)的前導(dǎo)碼中有固定的位置，它起著指示LLID和CRC位置的作用。我們知道，普通的千兆網(wǎng)技術(shù)發(fā)送狀態(tài)機(jī)根據(jù)EVEN或ODD的指示選擇第一個或第二個字節(jié)用/S/來替代，也就是說SPD的位置可以是變化的。對于EPON中新增的LLID，我們可以把它當(dāng)作數(shù)據(jù)發(fā)送出去，不用對PCS作什么變動。這個兩字節(jié)的字段所處的位置見圖 。當(dāng)OLT通過光纖向各ONU廣播時，為了對各ONU區(qū)別，保證只有發(fā)送請求的ONU能收到數(shù)據(jù)包。在鏈路上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)除了256個數(shù)據(jù)碼之外，還有12個特殊的碼組作為有效的命令碼組出現(xiàn)。PCS子層的發(fā)送、接收過程在自動協(xié)商的指示下完成數(shù)據(jù)收發(fā)、空閑信號的收發(fā)和鏈路配置功能。接收過程 從PMA經(jīng)過同步數(shù)據(jù)單元指示原語連續(xù)接收碼流。同步過程 PCS同步過程經(jīng)PMA數(shù)據(jù)單元指示原語連續(xù)接收碼流，并經(jīng)同步數(shù)據(jù)單元指示原語把碼流發(fā)往PCS接收過程。輸入的并行八位數(shù)據(jù)變?yōu)椴⑿械氖粩?shù)據(jù)發(fā)往PMA。這個高速的8b/10b編碼器的工作頻率是125MHz，它的編碼原理基于5b/6b和3b/4b兩種編碼變換。PCS子層上接GMII接口下接PMA子層，其實(shí)現(xiàn)的主要技術(shù)為8b/10b，10b/8b編碼變換。從宏觀上講，除了FEC層和PMD層以外，各子層基本上可以同千兆以太網(wǎng)兼容。這個子層是一個可選的子層，它處在物理編碼子層和物理媒體附屬子層中間?！　⊥д滓蕴W(wǎng)的物理層相比，唯一不同的是EPON的物理層多了一個前向糾錯子層(FEC)，其它各層的名稱、功能、順序沒有太大的變化。物理層的主要功能是將數(shù)據(jù)編成合適的線路碼；完成數(shù)據(jù)的前向糾錯；將數(shù)據(jù)通過光電、電光轉(zhuǎn)換完成數(shù)據(jù)的收發(fā)。MAC Control向MAC子層的操作提供實(shí)時的控制和處理。 MPCP涉及的內(nèi)容包括ONU發(fā)送時隙的分配，ONU的自動發(fā)現(xiàn)和加入，向高層報(bào)告擁塞情況以便動態(tài)分配帶寬。系統(tǒng)運(yùn)行過程中上行方向在一個時刻只允許一個ONU發(fā)送，位于OLT的高層負(fù)責(zé)處理發(fā)送的定時、不同ONU的擁塞報(bào)告、以便優(yōu)化PON系統(tǒng)內(nèi)部的帶寬分配。PON將拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的根結(jié)點(diǎn)認(rèn)為是主設(shè)備，即OLT；將位于邊緣部分的多個節(jié)點(diǎn)認(rèn)為是從設(shè)備，即ONU。該子層是通過在每個數(shù)據(jù)報(bào)的前面加上一個LLID(Logical Link Identification)邏輯鏈路標(biāo)識來實(shí)現(xiàn)的。在P2MP拓?fù)渲械拿總€ONU都包含一個MPCP的實(shí)體，用以和OLT中的MPCP的一個實(shí)體相互通信。 EPON作為EFM討論標(biāo)準(zhǔn)的一部分，建立在MPCP(MutiPoint Control Protocol多點(diǎn)控制協(xié)議)基礎(chǔ)上，該協(xié)議是MAC control 子層的一項(xiàng)功能。 圖 EPON的層次模型 MPCP子層 EPON系統(tǒng)通過一條共享光纖將多個DTE (Data Terminal Equipment 數(shù)據(jù)終端設(shè)備) 連接起來，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為不對稱的基于無源分光器的樹形分支結(jié)構(gòu)。而對以太網(wǎng)MAC層以及MAC層以上則盡量做最小的改動以支持新的應(yīng)用和媒質(zhì)。(4) VLAN (Virtual Local Area Network 虛擬局域網(wǎng)) 隔離：通過VLAN方式，將不同的用戶群、或者不同的業(yè)務(wù)限制在不同的VLAN，保障相互之間的信息隔離。(3) 加密，對于每一對ONU與OLT之間，可以啟用128位的AES (高級數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)) 加密。對于下行方向，由于EPON網(wǎng)絡(luò)，下行是采用廣播方式傳輸數(shù)據(jù)，為了保障信息的安全，從幾個方面進(jìn)行保障：(1) 所有的ONU接入的時候，系統(tǒng)可以對ONU進(jìn)行認(rèn)證，認(rèn)證信息，可以是ONU的一個唯一標(biāo)識(如MAC地址或者是預(yù)先寫入ONU的一個序列號)，只有通過認(rèn)證的ONU，系統(tǒng)才允許其接入。 對于安全性的考慮。在一個OLT端口(PON端口)下面，所有的ONU與OLT PON端口之間時鐘是嚴(yán)格同步的，每一個ONU只能夠在OLT給他分配的時刻上面開始，用分配給它的時隙長度傳輸數(shù)據(jù)。當(dāng)ONU在注冊時成功后，OLT會根據(jù)系統(tǒng)的配置，給ONU分配特定的帶寬，(在采用動態(tài)帶寬調(diào)整時，OLT會根據(jù)指定的帶寬分配策略和各個ONU的狀態(tài)報(bào)告，動態(tài)的給每一個ONU分配帶寬，動態(tài)帶寬調(diào)整的進(jìn)一步說明見后面章節(jié))。舉例，ONU1收到包3，但是它僅僅發(fā)送包1給終端用戶1，摒棄包2和包3。另外，部分?jǐn)?shù)據(jù)幀可以是給所有的ONU(廣播式)或者特殊的一組ONU(組播)，在分光器處，流量分成獨(dú)立的三組信號，每一組載到所有ONU的信號。ONU上電后，根據(jù)OLT廣播的允許接入信息，主動發(fā)起注冊請求，OLT通過對ONU的認(rèn)證(本過程可選)，允許ONU接入，并給請求注冊的ONU分配一個本OLT端口唯一的一個邏輯鏈路標(biāo)識 (LLID Logical Link Identification)。 EPON從OLT到多個ONU下行傳輸數(shù)據(jù)和從多個ONU到OLT上行數(shù)據(jù)傳輸是十分不同的。此外，每一48個字節(jié)段就要浪費(fèi)5個字節(jié)，造成沉重的開銷，即所謂的ATM包的稅頭。用APON傳送IP業(yè)務(wù)，數(shù)據(jù)包被分成每48個字節(jié)一組，然后在每一組前附加上5個字節(jié)開銷。 EPON傳輸原理EPON與APON最大的區(qū)別是EPON根據(jù)IEEE ，包長可變至1518字節(jié)傳送數(shù)據(jù)，而APON根據(jù)ATM協(xié)議，按照固定長度53個字節(jié)包來傳送數(shù)據(jù)，其中48個字節(jié)負(fù)荷，5個字節(jié)開銷。從EPON的結(jié)構(gòu)上看，其關(guān)鍵優(yōu)點(diǎn)是消除了復(fù)雜而昂貴的ATM和SDH (Synchronous Digital Hierarchy 同步數(shù)字系列) 網(wǎng)元，從而極大地簡化了傳統(tǒng)的多層重疊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。ONU：(Optical Network Unit 光網(wǎng)絡(luò)單元)/ ONT (Optical Network Termination光網(wǎng)絡(luò)終端)ONU/ONT(ONT直接接用戶網(wǎng)絡(luò)，ONU與用戶之間還有其它的網(wǎng)絡(luò)連接)位于用戶端，放在住戶、企業(yè)或MDU/MTU(多住戶服戶單元)處，提供客戶的語音，數(shù)據(jù)和視頻與PON間的接口。ODN在OLT和ONU之間提供光通道，ODN的無源光網(wǎng)絡(luò)可以是一個或多個光分路器的級聯(lián)。它分發(fā)下行數(shù)據(jù)并集中上行數(shù)據(jù)，一般一個ODN的分路比為132或64。OLT作為EPON的核心，主要實(shí)現(xiàn)以下功能：(1) 向ONU以廣播方式發(fā)送以太網(wǎng)數(shù)據(jù)；(2) 發(fā)起并控制測距過程，并記錄測距信息；(3) 發(fā)起并控制ONU功率控制；(4) 為ONU分配帶