【正文】 協(xié)議，它使用消息、狀態(tài)機和時鐘來控制 P2MP 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的訪問。武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）17第 3 章 EPON 的關(guān)鍵技術(shù) EPON 具有很高的性價比，能夠為終端用戶提供可靠的數(shù)據(jù)、話音和視頻業(yè)務(wù)，其帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于現(xiàn)有的其它接入網(wǎng)技術(shù)。一般一個 ODN 的分線率為 8 或 16，并可以進(jìn)行多級連接。ODN 的部署相當(dāng)靈活。3. ODN 的功能ODN 是一個連接 OLT 和 ONU 的無源設(shè)備，呈樹形分支結(jié)構(gòu)，具有光波長透明性、互換性和光纖兼容性等光特性。OLT武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）16在物理上可以是獨立設(shè)備，也可以與其他功能集成在一個設(shè)備內(nèi)。提供有效的用戶管理機制，能夠?qū)崿F(xiàn)AAA（ Authentication， Authorization and Accounting）。根據(jù)以太網(wǎng)向城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)發(fā)展的趨勢，OLT 向上將提供Gpbs 和 l OGpbs 的高速接口，支持 WDM 傳輸：還提供在 ODN 上高效發(fā)送或接收分組數(shù)據(jù)的能力，包括復(fù)用需送至各 ONU 的信息以及識別來自各 ONU 的信息。ONU 實現(xiàn)的功能如下：（1）接收 OLT 發(fā)送的廣播數(shù)據(jù)，判斷是否將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給用戶，取出屬于該ONU 的信息并合理安排要發(fā)送給 OLT 的信息；（2）響應(yīng) OLT 發(fā)出的注冊、測距、帶寬分配及功率控制等命令；（3）對用戶的數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存，并在 OLT 分配的發(fā)送窗口中向上行方向發(fā)送數(shù)據(jù)；（4）其它相關(guān)的以太網(wǎng)功能和 QoS 功能。ONU 的位置有很大靈活性，既可以設(shè)置在用戶住宅處，也可以設(shè)置在 DP（分線盒）處甚至 FP（交接箱）處，按照 ONU 在用戶接入網(wǎng)中所處的位置不同，可以將 OAN 劃分為幾種基本不同的應(yīng)用類型，即光纖到路邊（FTTC），光纖到樓（FTTB），光纖到辦公室（FTTO）和光纖到戶（FTTH） 。武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）15 EPON 各部分的功能1. ONU 的功能ONU 位于用戶端，終結(jié)來自 ODN 的光信號，并為用戶提供各種服務(wù)接口，實現(xiàn)用戶接入。多點接入子層用于支持上行和下行鏈路的多點接入：仿真子層的作用是將一點對多點的通信等效為傳統(tǒng)以太網(wǎng)的對等實體的通信（P2P） ；安全子層主要用于下行鏈路的 MAC 幀加密 [6]。 協(xié)議棧圖 描述了 EPON 系統(tǒng)的協(xié)議分層以及與 ISO/IEC OSI 參考模型之間的關(guān)系。ONU 的主要功能是接收光信號并將其轉(zhuǎn)換為客戶需要的形式，如以太網(wǎng)、IP 多播、POTS、T1 等。ONU 與ONT 的區(qū)別在于 ONT 直接位于用戶端，而 ONU 與用戶間還有其他網(wǎng)絡(luò)如以太網(wǎng)。OLC 與多個 ONU 通過 POS（無源光切分器）連接。OLT 位于中心交換局的機架上，它既是一個交換機或路由器，又是一個多業(yè)務(wù)提供平臺，提供 EPON 系統(tǒng)與業(yè)務(wù)供應(yīng)商的核心數(shù)據(jù)、視頻和電話網(wǎng)絡(luò)間的接口，它通過一個 EMS 鏈接到業(yè)務(wù)供應(yīng)商的網(wǎng)絡(luò)上。由于是無源分路，因此在保密性和安全性方面需要采取特殊措施。為了避免數(shù)據(jù)沖突并提高網(wǎng)絡(luò)利用率，上行方向采用 TDMA多址接入方式并對各 ONU 的數(shù)據(jù)發(fā)送進(jìn)行仲裁。圖 EPON 參考結(jié)構(gòu)武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）13EPON 系統(tǒng)由局側(cè)的光線路終端（OLT）用戶側(cè)的光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU ）和光分配網(wǎng)絡(luò)（ODN）組成，為單纖雙向系統(tǒng)。用戶經(jīng)過 EPON，通過 OLT 所連接的不同 SNI 節(jié)點，可以接入Inter、PSTN 等網(wǎng)絡(luò)，能夠為用戶提供多種不同的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。ONU 設(shè)備位于用戶端，用于暫時存儲用戶端傳來的上行數(shù)據(jù)或者 OLT 傳來的下行數(shù)據(jù)，并在適當(dāng)?shù)臅r候進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。EPON 位于業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)接口（SND）到用戶網(wǎng)絡(luò)接口（UNI ）之間（即接入層），主要分成三部分: 一個光線路終端（Optical Line Terminal，OLT ）、多個光網(wǎng)絡(luò)單元（ Optical Network Unit，ONU ）和光分武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）12配網(wǎng)絡(luò)（Optical Distribution Networks ，ODN） [5]。在安全性方面，EPON 也使用標(biāo)準(zhǔn)的基于 AES 的加密技術(shù)。對于 IPTV、VOIP 等 IP/以太網(wǎng)基礎(chǔ)上的多業(yè)務(wù)，EPON 更是可以很好地承載。而且，隨著傳統(tǒng) TDM 業(yè)務(wù)量所占比例的日趨減少，使用分組交換技術(shù)，把 TDM 業(yè)務(wù)收容到日益擴(kuò)大的分組網(wǎng)絡(luò)中來，無疑將是一種更為經(jīng)濟(jì)的手段。且不說目前 EPON 設(shè)備廠商采用的各種 TDM over Ether 的專利技術(shù)提供了 EPON單一網(wǎng)段的 TDM 業(yè)務(wù)傳輸通道，從測試結(jié)果來看，其性能完全滿足 時延等指標(biāo)要求，完全符合傳統(tǒng) TDM 業(yè)務(wù)的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。EPON 模塊價格已接近傳統(tǒng)模塊。日本 Yahoo BB 之所以能在 EPON 標(biāo)準(zhǔn)剛正式頒布不久即大規(guī)模采用 EPON 部署 FTTH，就是因為 EPON 的工藝技術(shù)如火純青。武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）11從產(chǎn)量規(guī)模角度來看：EPON 系統(tǒng)廠商在標(biāo)準(zhǔn)制訂過程中就已經(jīng)開發(fā)了早期的系統(tǒng)，開始進(jìn)行小規(guī)?，F(xiàn)場試驗，一方面隨著標(biāo)準(zhǔn)的演化及時跟進(jìn)，另一方面也為將來的的大規(guī)模部署積累著相關(guān)的工程和服務(wù)經(jīng)驗。EPON 繼承了以太網(wǎng)“簡單即是美”的優(yōu)點，盡量只做最小的改動來提供增加的功能，這就使得傳統(tǒng)的以太網(wǎng)芯片廠商可以很容易地進(jìn)行 EPON 芯片設(shè)計，新的設(shè)計公司也能利用隨處可得的以太網(wǎng)相關(guān) IP core(具有知識產(chǎn)權(quán)的設(shè)計內(nèi)核) 來加入 EPON 芯片設(shè)計的陣營。影響成本的因素是多方面的，比如：技術(shù)復(fù)雜度、規(guī)模產(chǎn)量以及市場應(yīng)用規(guī)?！，F(xiàn)在，能夠提供商用 EPON 系統(tǒng)的廠商近 10 家，從技術(shù)水平上看，因為幾乎同步開發(fā)，國內(nèi)外廠商的差別很小?，F(xiàn)在傳統(tǒng)的主流電信大廠也開始進(jìn)入該領(lǐng)域，如：富士通、UT 斯達(dá)康和烽火集團(tuán)，極大地帶動了 EPON 的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展?，F(xiàn)在能夠提供 EPON 模塊的廠商已經(jīng)有 1020 家。模塊價格的下降反過來又帶動了 EPON 系統(tǒng)的規(guī)模部署速度，日本和韓國都已開始了大規(guī)模的EPON 商業(yè)化應(yīng)用。在對 EPON 系統(tǒng)核心芯片擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的基礎(chǔ)上，KDT 為產(chǎn)業(yè)鏈提供應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)服務(wù)，為光網(wǎng)絡(luò)終端制造商提供簡便易用、高性價比的芯片產(chǎn)品。最近，我國杭州開鼎科技有限公司，中國唯一擁有 EPON 芯片核心技術(shù)的國內(nèi)企業(yè)，日前與中國電力科學(xué)研究院通信與用電技術(shù)分公司就“基于 PON 的配用電光通信 OLT/ONU 芯片合作開發(fā) ”正式投產(chǎn)強保護(hù)、高安全、低功耗、體積武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）10小的芯片。日前，EPON 的核心芯片已發(fā)展到第三代 SOC（system on chip）階段，集成了多端口標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)的 MAC 和 PHY、SRAM 、CPU 以及 PON 專用的 SerDes。上、下行分別使用1310nm 波長和 1490nm 波長進(jìn)行傳輸。 IEEE 制定了 EPON 標(biāo)準(zhǔn)的基本原則是盡量在 體系結(jié)構(gòu)內(nèi)進(jìn)行 EPON 的標(biāo)準(zhǔn)化工作，最小程度地擴(kuò)充標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)的 MAC 協(xié)議。EPON 的服務(wù)對象是家庭用戶和小企業(yè)，考慮到業(yè)務(wù)的不對稱性和 ONU 的低成本，EFM 工作組決定在上行鏈路上采用 TDMA 方式。與衛(wèi)星通信的多址方案類似，可選的方案有：波分多址（WDMA）、時分多址（TDMA）、碼分多址（CDMA）和隨機接入（CSMA/CD）。舉例說明：圖 中，ONU1 收到包 3，但是它僅僅發(fā)送包 1 給終端用戶 1，擯棄包 2 和包 3。另外，部分包可以是給所有的 ONU（廣播式）或者特殊的一組 ONU（組播） ，在光分路器處，流量分成獨立的三組信號，每一組載有所有指定 ONU 的信號。圖 EPON 的 WDM 技術(shù)為了分離同一根光纖上多個用戶的來去方向的信號，采用以下兩種復(fù)用技術(shù)：（1）下行數(shù)據(jù)流采用 TDM 技術(shù)；（2）上行數(shù)據(jù)流采用 TDMA 技術(shù)。通過 N 的無源分光器，數(shù)據(jù)幀到達(dá)各項目 BPON GPON EPON下行速率,上行速率 ， 622M，,分支數(shù) 16 或 32 64（理論上 128） 3264線路編碼 NRZ NRZ 8B/10B最大傳輸距離（km） 20 60 20TDM 支持能力 TDM over ATMTDM over ATMTDM over PacketTDM over Ether上行可用寬帶（Mbit/s）（傳輸 IP 業(yè)務(wù)）500（在上行 622Mbit/s速率情況下）1600（在上行 速率情況下） 760860OAM 有 有 有下行數(shù)據(jù)加密 攪動或 AES 加密 AES 加密 沒有定義武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）7ONU，ONU 通過檢查接收到的數(shù)據(jù)幀的目的媒體接入控制（MAC）地址和幀類型來判斷是否接收此幀 [3] [4]。EPON 對上行數(shù)據(jù)流和下行數(shù)據(jù)流傳輸采用不同的方法。數(shù)據(jù)傳輸采用可變長度的包，最長達(dá) 1518 字節(jié)。2022 年 3 月 ITUT 頒布了描述 GPON 總體特性的 和 ODN 物理媒質(zhì)相關(guān)（PMD）子層的 GPON 標(biāo)準(zhǔn)，2022 年 3 月和 6 月發(fā)布了規(guī)范傳輸匯聚（TC）層的 和運行管理通信接口的 標(biāo)準(zhǔn)。2022 年底，F(xiàn)SAN 更新網(wǎng)頁，把 APON 更名為 BPON，即“帶寬 PON”。EPON 標(biāo)準(zhǔn) 已于 2022 年 6 月正式頒布。但在我國由于價格較高且 ATM 技術(shù)效率不高、協(xié)議復(fù)雜推廣受阻，所以 APON 在我國幾乎沒有什么應(yīng)用。同時各電信設(shè)備制造商也研發(fā)出了 APON 產(chǎn)品。1995 年，F(xiàn)SAN聯(lián)盟成立，目的是要共同定義一個通用的 PON 標(biāo)準(zhǔn)。第 5 章總結(jié)了全文的工作，并對今后的工作加以展望。第 3 章詳細(xì)的介紹了 EPON 的關(guān)鍵技術(shù)。 本論文的研究內(nèi)容本論文主要分為 5 章，具體劃分如下：第 1 章介紹了 EPON 技術(shù)誕生的背景，及其技術(shù)特點，以及與傳統(tǒng)接入網(wǎng)比較存在的巨大優(yōu)勢，從而說明 EPON 技術(shù)具有巨大的市場前景，體現(xiàn)本文的研究價值，最后介紹本文的章節(jié)安排。從運營商和服務(wù)提供商的角度來看，EPON 系統(tǒng)可以帶來多方面的好處，包括降低安裝、管理和運營成本，提高投資回報率，增加新的贏利機會，長期保持競爭優(yōu)勢等。系武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）4統(tǒng)長時間可靠穩(wěn)定運行，得到用戶認(rèn)可。目前，富士通利用在日本成功推廣 EPON 寬帶接入的經(jīng)驗，與國內(nèi)運營商、集成商合作，已經(jīng)成功地在中國多家運營商、寫字樓等鋪設(shè)寬帶網(wǎng)絡(luò)。在其網(wǎng)絡(luò)上可以同時承載語音、視頻和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，做到三網(wǎng)合一。運用 EPON 方式部署網(wǎng)絡(luò)正逐漸成為寬帶網(wǎng)絡(luò)的一種主流方式。通過集成 ONU 到 CMTS（Cable Modem Termination Systems），電纜調(diào)制解調(diào)器終端系統(tǒng))，EPON 可以用來給現(xiàn)有的電纜連接提供帶寬，而且可以實現(xiàn)真正的交互式服務(wù)，同時降低建設(shè)和運營成本。采用 EPON 技術(shù)，可以通過無源傳輸網(wǎng)絡(luò)直接連接到服務(wù)區(qū)域，再進(jìn)行 DSL 或 LAN 擴(kuò)展，從而為大范圍的用戶提供服務(wù)，而且可以集中進(jìn)行管理和帶寬分配。DSL（Digital Subscriber Line，數(shù)字用戶線路）和 LAN（Local Area Network，局域網(wǎng)）是目前中國寬帶的兩種主要接入方式。在當(dāng)前的情況下，EPON 技術(shù)大多會以一種與其他技術(shù)相結(jié)合的姿態(tài)進(jìn)入市場。在過去的幾年里，盛力亞、富士通相繼進(jìn)入中國的市場，格林威爾、訊風(fēng)光通信也不斷有產(chǎn)品問世。面對著有巨大發(fā)展前景的 EPON 技術(shù)，國內(nèi)外廠商都表現(xiàn)出濃厚的興趣。基于上述原因，EPON 己經(jīng)成為最具有發(fā)展前途的寬帶接入技術(shù)，它得到了廣泛的重視，目前各國都投入一定的力量進(jìn)行相關(guān)技術(shù)的研究。大約有 70 個公司加入了這個工作小組，包括 Cisco、Nortel 、 SBC、World、Verizon、 Salira、Broad、Agere、 Inte、 BroadLigh、Alcatel 等。（8）便于管理：對業(yè)務(wù)透明，便于系統(tǒng)升級、管理和引進(jìn)新業(yè)務(wù)。（6）支持多種業(yè)務(wù)：由于 EPON 系統(tǒng)建立在 IP 的技術(shù)上，因此， EPON 系統(tǒng)支持各種以 IP 技術(shù)為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，使電視網(wǎng)、電信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng) (三網(wǎng))的融合也成為現(xiàn)實。這比目前的接入方式，如 ADSL, Cable Modem 都要高得多。（4）覆蓋范