【正文】 EPON 技術(shù)還可以用來給固定的無線發(fā)射塔提供帶寬，很好地解決無線接入技術(shù)中如何將上行數(shù)據(jù)匯集到中心機(jī)房的問題。該技術(shù)充分利用光網(wǎng)絡(luò)以及無源光分/合路器的特點(diǎn)，降低了運(yùn)營商的設(shè)備成本、運(yùn)維成本，并為用戶提供更快更穩(wěn)定的寬帶網(wǎng)絡(luò)。業(yè)內(nèi)人士預(yù)測，未來幾年中國將在寬帶接入方面進(jìn)入新的增長期，尤其以解決 FTTH 方案為主，EPON 將成為一種主流寬帶接入技術(shù)。另外，今年我國在武漢、杭州、北京、綿陽等許多城市己經(jīng)開始大量使用 EPON 系統(tǒng)。同時，系統(tǒng)在很大程度上降低了用戶網(wǎng)絡(luò)成本和運(yùn)營成本。在適當(dāng)?shù)膱龊希m時地采用 EPON 系統(tǒng)，無論對于原有的運(yùn)營商還是新興的運(yùn)營商，都將是一個明智的選擇。第 2 章總結(jié)性的介紹了 EPON 的工作原理、上下行傳輸特點(diǎn)、系統(tǒng)各個部分的功能，以及 EPON 的協(xié)議基礎(chǔ)和傳輸幀的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。第 4 章闡述了 EPON 的組網(wǎng)應(yīng)用以及淺談了 EPON 的組網(wǎng)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（論文）5第 2 章 EPON 技術(shù)概述 xPON 綜述1987 年英國電信公司的研究人員最早提出了 PON 的概念。 1998 年，ITUT 以155Mbit/s ATM 技術(shù)為基礎(chǔ)，發(fā)布了 系列 APON（ATM PON）標(biāo)準(zhǔn)。目前在北美、日本和歐洲都有 APON產(chǎn)品的實(shí)際應(yīng)用。2022 年底，一些設(shè)備制造商成立了第一英里以太網(wǎng)聯(lián)盟（EFMA）,提出基于以太網(wǎng)的 PON 概念—EPON,并促成 IEEE 在 2022 年成立第一英里以太網(wǎng)（EFM）小組，開始正式研究包括 。我國在“十五”“863”計劃中也設(shè)立了吉比特 EPON 的相應(yīng)課題。實(shí)際上，在 2022 年 1 月左右 EFMA 提出 EPON 概念的同時，F(xiàn)SAN 也開始進(jìn)行1Gbit/s 以上的 PONGPON 標(biāo)準(zhǔn)的研究。表 依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范描述了 BPON、EPON 和 GPON 的主要特征：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）6表 BPON、GPON 和 EPON 的技術(shù)參數(shù) EPON 技術(shù)的概念及特點(diǎn)EPON 利用以太網(wǎng)作為其第二層的成幀協(xié)議。這時 IP 數(shù)據(jù)來說是最好的，因?yàn)?IP 數(shù)據(jù)的平均包長為 5001200 字節(jié)。在下行鏈路上，OLT 以廣播方式發(fā)送以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀。圖 表達(dá) EPON 系統(tǒng)采用 WDM 技術(shù)，實(shí)現(xiàn)單纖雙向傳輸。圖 中表述 EPON 的下行傳輸原理：數(shù)據(jù)從 OLT 到多個 ONU 廣播式下行，根據(jù) 協(xié)議，每一個包的包頭表明是給ONU（ ONUONUONU3…ONUN）中的唯一一個。當(dāng)數(shù)據(jù)信號到達(dá)該 ONU 時，它接收給他的包，擯棄那些給其它 ONU 的包。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）8圖 EPON 工作原理——下行數(shù)據(jù)傳送圖 中表述 EPON 的上行傳輸原理：在上行鏈路上，各 ONU 的數(shù)據(jù)幀以突發(fā)方式通過共同的無源分配網(wǎng)傳輸?shù)?OLT，因此必須有一種多址接入方式保證每個激活的 ONU 能夠占用一定的上行信道帶寬。最理想的接入方式應(yīng)該是 WDMA 方式，即：每一個 ONU 占用一個波長，OLT 根據(jù)波長的不同來區(qū)別 ONU，但由于可調(diào)光收發(fā)器成本較高，WDMA 方式使 EPON 的管理較為復(fù)雜；隨機(jī)接入的CSMA/CD 協(xié)議的帶寬利用率太低，網(wǎng)絡(luò)跨距受協(xié)議限制，且無法支持 QOS 應(yīng)用：CDMA 中存在多址干擾、光正交碼有限和擴(kuò)頻帶寬遠(yuǎn)大于用戶數(shù)據(jù)帶寬等問題。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）9圖 EPON 工作原理——上行數(shù)據(jù)傳送EPON 的標(biāo)準(zhǔn)是 ，標(biāo)準(zhǔn)中定義了 EPON 的物理層、MPCP（多點(diǎn)控制協(xié)議）、OAM（運(yùn)行管理維護(hù)）等相關(guān)內(nèi)容。采用 1Gbps 雙向?qū)ΨQ數(shù)據(jù)速率，傳輸距離為 10km 和20km 兩種物理層規(guī)范，采用 WDM 方式實(shí)現(xiàn)單纖雙向傳輸。目前可以提供 EPON 核心芯片的專業(yè)廠商不到 10 家（其中不包括自主設(shè)計芯片的系統(tǒng)廠商），在標(biāo)準(zhǔn)討論的過程中，這些廠商就已開始芯片的設(shè)計和驗(yàn)證，因此在 標(biāo)準(zhǔn)正式頒布時，他們大多數(shù)都已推出了第二代和標(biāo)準(zhǔn)完全兼容的芯片，可以迅速支持 EPON 系統(tǒng)的大規(guī)模部署。以這種芯片為核心，只需要增加少數(shù)的外圍器件（如模塊和接口電路）就可以構(gòu)成一個完整的系統(tǒng)，某些廠商提供的 ONU 參考設(shè)計，面積只有手掌一半那么大。據(jù)介紹，開鼎科技自創(chuàng)建伊始即專注于光接入網(wǎng)核心芯片的研發(fā)，是中國第一家、全球第四家 EPON 系統(tǒng)核心芯片供應(yīng)商。EPON 光收發(fā)模塊的產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)完整并開始與 EPON 系統(tǒng)的發(fā)展互相推動，二者開始步入良性循環(huán)的軌道；ONU 模塊的價格從最初的 200 美元以上下降到目前不足 50 美元，價格水平已經(jīng)和普通的千兆以太網(wǎng)光模塊相當(dāng)。EPON 模塊的主流廠商也從日本和美國轉(zhuǎn)移到中國的臺灣和內(nèi)陸。提供 EPON 系統(tǒng)的最初都是一些新興專業(yè)廠商，如 Alloptic 和 Salira。我國從 EPON 國際標(biāo)準(zhǔn)制訂一開始就把 EPON 列入國家的“863”重大項目，支持格林威爾等國內(nèi)廠商對 EPON 關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行攻關(guān)，2022 年初完成“863”項目的驗(yàn)收，之后滾動投入二期資金支持優(yōu)秀廠商進(jìn)行 EPON 系統(tǒng)的商業(yè)化推廣。而價格方面，國內(nèi)廠商占優(yōu)。從技術(shù)角度來看： EPON“進(jìn)入門檻”很低，容易吸引大批廠商加入 EPON產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。目前 EPON 的第三代芯片的價格并不比前兩代芯片價格高（甚至還有下降的趨勢），功能卻不可同日而語。這樣在標(biāo)準(zhǔn)頒布之時就早已做好了各方面的準(zhǔn)備，一旦需求爆發(fā)，馬上就能夠大規(guī)模部署。這反而又大大促進(jìn)了 EPON 產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，僅其一家的采購規(guī)模就足以拉低 EPON 光模塊的價格。目前對 EPON 多業(yè)務(wù)能力質(zhì)疑最多的就是它傳輸傳統(tǒng) TDM 業(yè)務(wù)的能力。就是在普通的以太網(wǎng)設(shè)備上，也可以使用各種標(biāo)準(zhǔn)的 PWE3（Pseudo Wire Emulation Edge To Edge）設(shè)備提供跨網(wǎng)段、端到端的、透明的傳統(tǒng)點(diǎn)對點(diǎn) TDM 通道。即使是現(xiàn)在部署的 G/EPON 系統(tǒng)，也會更看重其對各種以太網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的支持能力。對模擬的 CATV 業(yè)務(wù)，EPON 采用增加一個波長進(jìn)行承載。 EPON 的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和體系結(jié)構(gòu) EPON 的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)EPON 的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖 所示。其中 OLT 設(shè)備位于中心局端（Center Office，CO ），充當(dāng)交換機(jī)和路由器的角色。ODN 由光纖和光分路器/合路器（Sputter/Combiner）等無源器件組成。圖 EPON 的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 參考模型以太網(wǎng)無源光纖網(wǎng)絡(luò)（EPON）是一種采用點(diǎn)到多點(diǎn)（P2MP）結(jié)構(gòu)的單纖雙向光接入網(wǎng)絡(luò)，其典型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為樹型，參考結(jié)構(gòu)如圖 所示。在下行方向（OLT 到 ONU） ，OLT發(fā)送的信號通過一個 1：N 的無源光分路器（或幾個分路器的級聯(lián)）到達(dá)各個ONU；在上行方向（ONU 到 OLT） ，一個 ONU 發(fā)送的信號只會到達(dá) OLT，而不會到達(dá)其他 ONU。 ODN 在一個 OLT 和一個或多個 OUN 間提供一條或多條光通道，每個光通道被限制在一個特定波長窗口內(nèi)。ODN 由 POS 和光纖構(gòu)成，POS 是一個連接 OLT 和 ONU 的無源設(shè)備，可以置于全天候環(huán)境中，它分發(fā)下行數(shù)據(jù)并集中上行數(shù)據(jù)，一般一個 POS 的分線比為132 或 64，并可多連接。OLT 可提供各種廣域網(wǎng)接口，可與 DCS、話音網(wǎng)關(guān)、IP 路由器等設(shè)備相連：還可提供多個吉比特以太網(wǎng)和 10吉比特以太網(wǎng)接口，提供第二層和第三層的交換與路由功能，OLT 根據(jù)需要配置多塊 OLC（光線路卡） 。ONU/ONT 位于用戶端，放在一個住戶、企業(yè)或 MDU/MTU 處。ONU 提供客戶的數(shù)據(jù)、視頻和電話網(wǎng)絡(luò)與 PON 間的接口。EPON 的獨(dú)特之處是：ONU 除了終接和轉(zhuǎn)換光信號外，還提供第二層和第三層交換功能，允許在 ONU 上實(shí)現(xiàn)企業(yè)數(shù)據(jù)流的內(nèi)部路由。由于 EFM 工作組的目的是以盡量小的協(xié)議改動將以太網(wǎng)引入接入網(wǎng)范疇，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）14目前暫定的協(xié)議分層（圖 ）與千兆以太網(wǎng)的協(xié)議分層相比，物理層定義幾乎相同（主要改動是增加功率控制功能） ，主要的區(qū)別是在數(shù)據(jù)鏈路層增加了兩個子層：多點(diǎn)接入子層和以太網(wǎng)仿真/安全子層。圖 EPON 協(xié)議分層和 OSI 參考模型間的關(guān)系從 EPON 的結(jié)構(gòu)圖和協(xié)議分層圖可以看出：EPON 中較為復(fù)雜的功能主要集中于 OLT，ONU 應(yīng)盡量簡單和廉價，并且在 EPON 中，一方面由于傳統(tǒng)的點(diǎn)到點(diǎn)的光纖線路已轉(zhuǎn)變?yōu)辄c(diǎn)到多點(diǎn)的光傳輸結(jié)構(gòu)（類似于衛(wèi)星通信） ，在上行的TDMA 方式中必須考慮延時、快速同步和功率控制等問題；另一方面由于傳統(tǒng)的MAC 層的 CSMA/CD 協(xié)議在 EPON 中已被棄用，必須在 協(xié)議棧中增加支持EPON 的 MPCP 協(xié)議、OAM 和 QoS 機(jī)制。ONU 的網(wǎng)絡(luò)側(cè)是光接口而用戶側(cè)是電接口，因此 ONU 需要提供一系列光物理接口，實(shí)現(xiàn)光/電、電/光的轉(zhuǎn)換以及上行數(shù)據(jù)的突發(fā)發(fā)送和下行數(shù)據(jù)的連續(xù)接收，還要完成對語聲信號的數(shù)/模和模/數(shù)轉(zhuǎn)換、復(fù)用、信令處理和維護(hù)管理功能。 ONU 作為客戶端設(shè)備，應(yīng)該具有低廉的成本以及即插即用的特性。2. OLT 的功能OLT 是整個 EPON 系統(tǒng)的核心部件，既是一個交換機(jī)或路由器，又是一個多業(yè)務(wù)提供平臺。 同時利用突發(fā)業(yè)務(wù)的統(tǒng)計復(fù)用特性，針對用戶的服務(wù)等級協(xié)議（Service Level Agreement，SLA）的不同要求進(jìn)行帶寬分配，提高信道利用率，保證多種業(yè)務(wù)對傳輸帶寬使用的公平性，支持 QoS 功能。同樣也提供光物理接口，實(shí)現(xiàn)光/電、電/光的轉(zhuǎn)換以及上行數(shù)據(jù)的突發(fā)接收和下行數(shù)據(jù)的連續(xù)發(fā)送。OLT 主要實(shí)現(xiàn)以下功能：（1）向 ONU 以廣播的方式發(fā)送以太網(wǎng)數(shù)據(jù)，能支持多種業(yè)務(wù)，提供多個用戶網(wǎng)絡(luò)接；（2）發(fā)起并控制測距過程，并記錄測距信息；（3）發(fā)起并控制注冊過程，使 ONU 自動發(fā)現(xiàn)注冊；（4）為 ONU 分配帶寬，即控制 ONU 發(fā)送數(shù)據(jù)的起始時間和發(fā)送窗口大??；（5）為 OLT 的 ONU 側(cè)的可用帶寬與 OLT 網(wǎng)絡(luò)側(cè)的可用帶寬提供交叉連接功能；（6）其它相關(guān)的以太網(wǎng)功能。它的功能是分發(fā)下行數(shù)據(jù)和集中上行數(shù)據(jù)。由于是無源操作，幾乎可以適應(yīng)于所有環(huán)境。從 EPON 的功能劃分可以看出，EPON 中較為復(fù)雜的功能主要集中于 OLT，而 ONU 的功能較為簡單，這主要是為了盡量降低用戶端設(shè)備的成本 [7]。目前對 EPON 系統(tǒng)的幾種關(guān)鍵技術(shù)的研究的內(nèi)容和難點(diǎn)如下 [8][9]： 多點(diǎn)控制協(xié)議多種控制協(xié)議（MultiPoint Control Protocol）由 任務(wù)組 [10]開發(fā)。一個 P2MP 的 PON 結(jié)構(gòu)由一個 OLT 和多個 ONU組成，結(jié)構(gòu)中的每個 ONU 包含一個 MPCP 實(shí)例，用于和位于 OLT 的 MPCP 實(shí)例通信。MPCP 不涉及任何具體的帶寬分配算法，而是提供了一個實(shí)現(xiàn) EPON 中各種帶寬分配算法的框架 [11]。MPCP 在已有的 Ether 控制幀的基礎(chǔ)上又定義了 5 個控制幀，以實(shí)現(xiàn)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）18EPON 系統(tǒng)的啟動注冊、時間同步、時隙分配等功能。在 EPON 的標(biāo)準(zhǔn)體系中 中，主要定義了以下 5 種控制幀：GATE、REPORT、REGISTER_REQ、REGISTER 及 REGISTER_ACK?？刂茙囊话憬Y(jié)構(gòu)如表 所示 [13]。不同的控制幀有著不同的操作碼和數(shù)據(jù)/保留/填充區(qū)，時間戳用于攜帶時間信息，以同步整個 EPON 系統(tǒng)，其他部分與通常 MAC 幀定義均相同。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）19表 MPCP 協(xié)議中各種控制幀的操作碼從系統(tǒng)上行傳輸總帶寬中減去各種系統(tǒng)運(yùn)行開銷就是上行可用帶寬。EPON 是寬帶接入技術(shù)，承載的業(yè)務(wù)以IP 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為主。EPON 的上行線路速率是 ，因?yàn)椴捎昧?8B/10B 線路編碼，每 10bit中有 8bit 有效數(shù)據(jù)，所有其有效上行傳輸總帶寬為 1Gbit/s，即 1000Mbit/s。MPCP 主要包括三個控制過程：GATE 過程、REPORT 過程、DISCOVERY過程。DISCOVERY 過程使 OLT 可以自動發(fā)現(xiàn)并注冊 ONU。OLT 通過發(fā)送 GATE 消息向 ONU 授權(quán)，告訴傳送窗口的起始時間（Start Time）和間隔大?。↙ength）。這里需要注意的是:授權(quán) GATE 只是一個控制命令，是 OLT 用來告訴 ONU 什么時候可以上傳數(shù)據(jù)而發(fā)送