【正文】 比如 EPON 的下行信道安全性問(wèn)題、如何實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理、點(diǎn)到點(diǎn) LAN 和共享 LAN的研究、EPON 中的錯(cuò)誤的檢測(cè)和隔離，都是今后需要研究的發(fā)展方向。EPON 當(dāng)仁不讓地成為FTTx 建設(shè)的主流技術(shù)。目前，從產(chǎn)業(yè)鏈、組網(wǎng)應(yīng)用規(guī)模等方面來(lái)看：EPON 比 GPON 更勝一籌，EPON 已實(shí)現(xiàn)設(shè)備芯片和系統(tǒng)的互通，另外隨著價(jià)格的大幅下降，EPON 已經(jīng)具備了規(guī)?；逃玫臈l件，正在大規(guī)模量產(chǎn)。本文先概述了 EPON 的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，并闡述了 EPON 系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)、工作過(guò)程以及關(guān)鍵技術(shù)。但位于用戶本地網(wǎng)和城域網(wǎng)之間的接入網(wǎng)卻發(fā)展緩慢，已經(jīng)成為信息高速公路的“瓶頸”。武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）34 圖 EPON 在邊遠(yuǎn)地區(qū)的應(yīng)用實(shí)例武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）35第 5 章 總結(jié)與展望 近年來(lái)，隨著因特網(wǎng)的迅猛發(fā)展和快速普及，使得各種高帶寬業(yè)務(wù)不斷出現(xiàn)，各式各樣的高速度、大容量的信息交互日益普及，人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求也快速增加。圖 EPON 在商務(wù)街區(qū)應(yīng)用實(shí)例 邊遠(yuǎn)地區(qū)應(yīng)用實(shí)例某移動(dòng)公司在一山谷地區(qū)采用 WiMAX 進(jìn)行覆蓋，對(duì)于 WiMAX 覆蓋盲區(qū)的用戶則采用 EPON 接入。某運(yùn)營(yíng)商采用 EPON 利用少量的城域光纜解決了網(wǎng)吧一條街的業(yè)務(wù)接入。不過(guò)，考慮到 EPON 的接入距離一般武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）33在20 km 以內(nèi)，如果需要大范圍地使用 EPON 接入，則需要將 OLT 的位置往用戶側(cè)靠近，因此需要設(shè)置多個(gè)接入?yún)R聚節(jié)點(diǎn)。將 OLT 設(shè)置在匯聚節(jié)點(diǎn)，在用戶集中的區(qū)域設(shè)置光分路器，ONU 設(shè)置在用戶接入點(diǎn)，利用 ONU 豐富的接口就可以利用極少量的光纜解決眾多用戶的各類業(yè)務(wù)需求。如果條件允許，建議在大樓相對(duì)集中、業(yè)務(wù)需求較大的區(qū)域內(nèi)尋找合適的點(diǎn)作為未來(lái)的接入?yún)R聚節(jié)點(diǎn)，將 OLT 的位置往用戶側(cè)靠近，并結(jié)合光交接箱的設(shè)置，采用星型模式接入附近的業(yè)務(wù)點(diǎn)以減少光纖的使用量，為將來(lái)大規(guī)模接入打好基礎(chǔ)。建設(shè)初期，建議將 OLT 放置在附近的接入?yún)R聚機(jī)房?jī)?nèi)，光纜可沿大樓的分布情況建設(shè)，在每棟大樓的地下室或者在大樓相對(duì)集中的地帶設(shè)置光交接箱，用來(lái)放置光分路器。 EPON 在商務(wù)街區(qū)接入中的應(yīng)用商務(wù)街區(qū)的特點(diǎn)是沿街分布眾多的商務(wù)樓，樓內(nèi)分布著多家公司，因此一般將 ONU 設(shè)置到公司，即 FTTO（光纖到辦公室）， ONU 通過(guò)交換機(jī)或路由器與公司內(nèi)部網(wǎng)相連。若無(wú)法設(shè)置較多的光交接箱，則建議增大光纜芯數(shù)，便于未來(lái)大量企業(yè)的接入。這種模式類似于小區(qū)接入中的 FTTB 模式，建議在工業(yè)區(qū)所屬區(qū)域設(shè)置合適的接入?yún)R聚節(jié)點(diǎn)，將 OLT 放置在接入?yún)R聚節(jié)點(diǎn)；在工業(yè)區(qū)范圍內(nèi)，可采用樹型結(jié)構(gòu)，沿著主干道選擇合適的點(diǎn)（機(jī)房或光交接箱）放置一級(jí)光分路器，再根據(jù)企業(yè)的分布情況布設(shè)二級(jí)分路器和 ONU，以最大限度地節(jié)省光纜。 小區(qū) FTTB+LAN 模式小區(qū) FTTH 將在實(shí)現(xiàn)“ 三網(wǎng)合一 ”的時(shí)期體現(xiàn)出巨大的優(yōu)勢(shì)，但考慮到相關(guān)政策的限制，并不是所有運(yùn)營(yíng)商都能實(shí)現(xiàn)，因此目前在利用 EPON 進(jìn)行小區(qū)接入時(shí)采用 FTTB+LAN 的模式將是最佳方案。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖 所示。對(duì)于 FTTH 模式，由于用戶數(shù)不確定，為了提高設(shè)備的利用率、降低成本及方便維護(hù)，光分路器的設(shè)置應(yīng)相對(duì)集中，采用一級(jí)分光，可選擇在小區(qū)機(jī)房或者小區(qū)內(nèi)的光交接箱。 EPON 在接入網(wǎng)中的應(yīng)用模型利用 EPON 技術(shù)是實(shí)現(xiàn) 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)于信息化的需求來(lái)看，大致可分為小區(qū)、工業(yè)區(qū)、商業(yè)街區(qū)和邊遠(yuǎn)地區(qū)幾種接入方式，下面將逐一進(jìn)行分析。在 ONU 側(cè)通過(guò)光分路器分送給最多 32 個(gè)用戶，因此可大大降低 OLT 和主干光纖的成本壓力；（4）上下行均為千兆速率，下行采用針對(duì)不同用戶加密廣播傳輸?shù)姆绞焦蚕韼?，上行利用時(shí)分復(fù)用（TDMA）共享帶寬。加密問(wèn)題仍然是一個(gè)尚待解決的技術(shù)難題。OLT 可以定時(shí)發(fā)出命令，要求 ONU 更新自己的密鑰，OLT 就利用每個(gè) ONU 發(fā)送來(lái)的新密鑰對(duì)發(fā)送給該 ONU 的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，從而保證每個(gè) ONU 從接收到的OLT 數(shù)據(jù)中，只能按照自己的密鑰譯出屬于自己的數(shù)據(jù)，保證下行信息安全地到達(dá)目的地，確保每個(gè)用戶的隱私。在正常情況下這樣可以區(qū)分不同用戶的數(shù)據(jù)，但是一些非法用戶可以通過(guò)一些網(wǎng)絡(luò)手段獲取所有 LLID 的信息，所以產(chǎn)生了一些安全隱患，比如保密信息被偵聽、OAM 信息被修改或重發(fā)，偽造 OAM 信息、以合法身份對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行攻擊等。（1）DBA 的工作流程是 Gate→Report →Gate →Report，如此循環(huán)；（2）OLT 給 ONU 發(fā)布的 grant 在 Gate 消息中承載；（3）ONU 通過(guò) Report 消息使 OLT 了解其本地的隊(duì)列狀態(tài)和業(yè)務(wù)流量；（4）Grant 的分配是基于特定算法的；（5）DBA 要按照 SLA 進(jìn)行 grant 分配（包括保證帶寬、最大帶寬等參數(shù)）。EPON 系統(tǒng)的 DBA 一般采用輪詢方式。ONU 利用 REPORT 幀向 OLT 匯報(bào)其上行隊(duì)列的狀態(tài)，向 OLT 發(fā)送帶寬請(qǐng)求。其分配準(zhǔn)許算法的基本思想是：各 ONU 利用上行可分割時(shí)隙反應(yīng)信元到達(dá)時(shí)間分布并請(qǐng)求帶寬，OLT 根據(jù)各 ONU 的請(qǐng)求公平合理地分配帶寬，并同時(shí)考慮處理超載、信道有誤碼、有信元丟失等情況的處理。DBA 具有帶寬效率高，公平性好、能夠滿足 QoS 要求的優(yōu)點(diǎn)。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)帶寬分配在 EPON 系統(tǒng)的上行方向，采用 TDMA（時(shí)分多址接入）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)帶寬分配的和動(dòng)態(tài)帶寬分配。而且 EPON 標(biāo)準(zhǔn)還從便于開通維護(hù)的角度定義了一套 OAM 能力的自動(dòng)協(xié)商機(jī)制（與以太網(wǎng)端口的自動(dòng)協(xié)商機(jī)制類似），可以在無(wú)需人工參與的情況下，自動(dòng)識(shí)別并配置 OLT 和ONU 兩端的 OAM 能力。例如：對(duì) TDM 業(yè)務(wù)，使用 EPON 的 QoS 機(jī)制，就可以保證期各項(xiàng)指標(biāo)要求。圖 RTT 測(cè)量武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）24 QoS 和 OAM在 QoS 方面，EPON 定義了 8 個(gè)優(yōu)先級(jí)隊(duì)列，DBA 算法也考慮了對(duì)不同優(yōu)先級(jí)隊(duì)列的寬帶分配策略和公平性等問(wèn)題。（1）OLT 在時(shí)刻 TI 發(fā)送 GATE 幀給 ONU，在 GATE 幀中加時(shí)間標(biāo)簽為T1； (2) ONU 在 T2 時(shí)刻接收 GATE 幀后，根據(jù)時(shí)間標(biāo)簽 T1 將自己的本地時(shí)鐘置為 T1； (3) ONU 在本地時(shí)間為 T3 時(shí)開始上傳 REPORT 幀，在 REPORT 中加時(shí)間標(biāo)簽 T3； (4) OLT 在時(shí)刻 T4 收到該 REPORT 幀，得到時(shí)間標(biāo)簽 T4。 EPON 的同步和測(cè)距正是通過(guò)時(shí)戳完成的。MPCP(位于 OLT 和所有 ONU 中的)各自維護(hù)一個(gè)本地時(shí)鐘，OLT 中的時(shí)鐘作為全局時(shí)間。 測(cè)距與同步EPON 中的各 ONU 上行接入采用 TDM 方式，因此 OLT 和 ONU 在開始通信武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）23前以及通信過(guò)程中必須建立并保持同步，才能避免碰撞。（2）隨機(jī)跳過(guò)開窗:發(fā)生注冊(cè)沖突后，發(fā)生沖突的 ONU 隨機(jī)跳過(guò)若干個(gè)DISCOVERY GATE 才開始重新響應(yīng)。對(duì)于注冊(cè)沖突，主要有兩種處理方案：（1）隨機(jī)延遲時(shí)間:發(fā)生注冊(cè)沖突后，發(fā)生沖突的 ONU 仍然每次都響應(yīng)DISCOVERY GATE，但它在新的注冊(cè)窗口中， ONU 發(fā)送 REGISTER REQ 前隨機(jī)等待一段時(shí)間（時(shí)間小于 DISCOVERY 窗口大?。Ｎ錆h工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）22圖 ONU 的 DISCOVERY 過(guò)程需要注意的是：DISCOVERY 窗口是唯一允許多個(gè) ONU 同時(shí)占用上行信道的時(shí)段。OLT 正確收到REGISTER ACK 標(biāo)志著對(duì)該 ONU 的 DISCOVERY 過(guò)程結(jié)束。（1）OLT 廣播 DISCOVERY GATE，向所有 ONU 通知 DISCOVERY 窗口的時(shí)間范圍；（2）未登錄的 ONU 在 DISCOVERY 窗內(nèi)發(fā)送 REGISTER REQ 消息，告知OLT 自己的 MAC 地址，及其他性能參數(shù)；（3）OLT 在一個(gè) DISCOVERY 窗內(nèi)可能收到多個(gè)正確的 REGISTER REQ請(qǐng)求。在登錄過(guò)程中 ONU 和 OLT 可以相互交換性能參數(shù)，使得 EPON 的介質(zhì)更加廣泛，不同廠商的設(shè)備可以互連互通。此后 OLT 還會(huì)周期調(diào)用 DISCOVERY 過(guò)程動(dòng)態(tài)發(fā)現(xiàn)新啟動(dòng)的 ONU 或掉線后重新恢復(fù)的 ONU，使它們能及時(shí)登錄到 EPON 上。只有這樣才可以保持鏈路激活和 OLT、ONU同步。MPCP 要求 OLT 必須定期向 ONU 授權(quán)。OLT 才能夠根據(jù)每個(gè) ONU 的申請(qǐng)統(tǒng)籌規(guī)劃，動(dòng)態(tài)分配帶寬。GATE 具體過(guò)程如圖 所示：圖 GATE 過(guò)程圖(2) REPORT 過(guò)程為了優(yōu)化帶寬分配，OLT 須實(shí)時(shí)監(jiān)控各 ONU 的傳輸需求，所以 OLT 的授權(quán)必須以 ONU 的申請(qǐng)(REPORT)為前提。傳送窗口是 ONU 上傳數(shù)據(jù)的時(shí)間區(qū)間。 ONU 接收到 GATE 消息后等待自己的傳送窗口打開（Start Time到來(lái)），然后開始向 OLT 發(fā)送數(shù)據(jù):當(dāng)傳送窗口關(guān)閉時(shí)（經(jīng)過(guò) Length 大小的時(shí)間間隔后）停止發(fā)送，等待下一次授權(quán)和授權(quán)所指定的窗口。(1) GATE 過(guò)程MPCP 的一個(gè)關(guān)鍵原則是每時(shí)刻只允許一個(gè) ONU 占用上行信道。其中 GATE 過(guò)程和 REPORT 過(guò)程，控制上下行帶寬分配，保證數(shù)據(jù)有序控制幀名稱 GATE REPORT REGISTER REQ REGISTER REGISTER ACK操作碼（opcode） 0002 0003 0004 0005 0006武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）20傳輸，實(shí)現(xiàn)一個(gè) OLT 與多個(gè) ONU 的正常通信。EPON 上行的系統(tǒng)運(yùn)行開銷及其占總帶寬的比例如下：（1）用于突發(fā)接收的物理層開銷：約 %；（2）以太網(wǎng)幀的封裝開銷：約 %；（3）MPCP（多點(diǎn)控制協(xié)議）和 OAM（運(yùn)行管理維護(hù)）協(xié)議開銷：約%；（4）DBA 算法造成的剩余時(shí)隙（即不足以傳輸一個(gè)完整以太網(wǎng)幀的時(shí)隙）浪費(fèi)：約 %；EPON 上行總開銷為上述開銷之和，約為 144Mbit/s，可用帶寬約為856Mbit/s（即 1000Mbit/s144Mbit/s）。下面將計(jì)算 EPON 在包含 32 個(gè) ONU，輪詢周期為 750s 的情況下，承載純IP 業(yè)務(wù)時(shí)的上行可用帶寬。它與系統(tǒng)中包括的 ONU 數(shù)量、DBA（動(dòng)態(tài)帶寬分配）算法的輪詢周期、承載業(yè)務(wù)的類型以及各業(yè)務(wù)所占比例等都有很大關(guān)系。由表 可以看出，每種控制幀除去前導(dǎo)碼/幀起始定界符之后都是 64 字節(jié)，正是以太網(wǎng)幀的最小長(zhǎng)度。表 MPCP 控制幀的一般結(jié)構(gòu)Preamble/SFD 8bytesMAC DA 6bytesMAC SA 6bytesLength/Type（8808） 2bytesOpcode 2bytesTime Stamp 4bytesData/Reserved/Pad 40bytesFCS 4bytes以太控制幀的類型值為 0x8808，以太數(shù)據(jù)幀的類型字段則為它的長(zhǎng)度。其中前兩個(gè)用于控制數(shù)據(jù)的發(fā)送，后三個(gè)用于 ONU 的自動(dòng)發(fā)現(xiàn)模式，自動(dòng)發(fā)現(xiàn)模式用于檢測(cè)新連接的 ONU 并測(cè)量它的往返時(shí)間 RTT（ Round Trip Time）和 ONU 的MAC 地址。MPCP 功能的實(shí)現(xiàn)位于分層結(jié)構(gòu)的 MAC 控制子層。EPON 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的重點(diǎn)和難點(diǎn)是在上行方向上，故 工作組重點(diǎn)討論了 MPCP 協(xié)議，定義 MPCP 協(xié)議的目標(biāo)是 [12]：（1）支持具體的點(diǎn)到點(diǎn)仿真（P2PE）；（2）OLT 處支持多個(gè) LLIDs 和 MAC 客戶；（3）每個(gè) ONU 支持單個(gè) LLID；（4）支持單拷貝廣播機(jī)制；（5）允許動(dòng)態(tài)分配帶寬的靈活體系結(jié)構(gòu)；（6）使用 32bit 的時(shí)間標(biāo)簽；（7）基于體系結(jié)構(gòu)的 MAC 控制；（8）發(fā)現(xiàn)設(shè)備的測(cè)距目的是提高網(wǎng)絡(luò)性能；（9）連續(xù)的測(cè)距目的是補(bǔ)償 RTT 時(shí)間浮動(dòng)。MPCP 負(fù)責(zé)仲裁多個(gè) ONU 的數(shù)據(jù)傳輸，它指定了實(shí)現(xiàn) P2MP 的 PON 結(jié)構(gòu)中上行信道資源的無(wú)碰撞分配機(jī)制。MPCP 是為 MAC 控制子層的一種雙向消息