【正文】 四、多點控制協(xié)議（MPCP）MPCP協(xié)議概述 MPCP協(xié)議是EPON網(wǎng)絡進行信息互通及調度的依據(jù)。EPON網(wǎng)絡中主要用到五種MPCP幀，分別為授權幀（GATE）、注冊幀（REGISTER）、注冊請求幀（REGISTER REQ）、注冊確認幀（REGISTER ACK）和報告幀（REPORT）。授權幀和請求幀主要用來進行帶寬的分配?？刂茙袷饺缦聢D所示： MPCP控制幀格式第三節(jié) EPON的關鍵技術一、ONU的自動發(fā)現(xiàn)為了添加新的ONU，EPON系統(tǒng)必須具有自動發(fā)現(xiàn)功能，這是保證OLT與ONU正常通信的重要手段。OLT周期性的發(fā)送GATE消息，搜索網(wǎng)絡中新加入的ONU，或者由于未知原因被注銷的ONU，從而對注冊的ONU進行帶寬分配，對被注銷的ONU不進行帶寬分配。ONU自動發(fā)現(xiàn)的過程可以簡述如下：①在初始化的時候，OLT向所有的ONU發(fā)送DISCOVERY GATE消息。②ONU接收到DISCOVERY GATE消息之后，在一個等待了一個隨機延時之后，向OLT發(fā)送一個REGISTER_REQ消息。③在OLT收到了ONU發(fā)送過來的REGISTER_REQ消息之后，如果經(jīng)過驗證之后得知該ONU是合法的，則向ONU發(fā)送一個REGISTER消息。④ONU接收到OLT的REGISTER消息之后，等待OLT發(fā)送的一個GATE消息。樣就在ONU與OLT之間建立起了信道，發(fā)現(xiàn)過程完成。所以，在OLT進行時隙分配之前，必須知道OLT到每個ONU的時延。只有清楚的知道OLT到每個ONU的時延，才能保證在時隙分配完畢之后不會在光合路器上出現(xiàn)數(shù)據(jù)沖突的問題。通過測距過程，可以補償因光線路終端與光網(wǎng)絡單元距離上的差異而造成的傳輸差異。測距的主要方法主要包括擴頻法測距、帶外法測距和帶內(nèi)開窗測距3種。 EPON上行傳輸ONU的時隙沖突三、系統(tǒng)同步 EPON為點到多點的拓撲結構。只有達到時鐘同步，才能防止各個光網(wǎng)絡單元在進行上行數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程之中發(fā)生碰撞，產(chǎn)生數(shù)據(jù)上的沖突，才能保證信息的正確傳輸。在EPON系統(tǒng)中，以OLT的時鐘作為共同的參考時鐘，每個ONU的時鐘保持與OLT時鐘同步。為了達到系統(tǒng)同步，OLT會將下行時間戳封裝在GATE MAC控制幀中?？偟恼f來，就是ONU通過不斷的刷新當前的時間戳來保證自己以落后于OLT一定的時間來同OLT進行同步。要想提高服務的質量，增加帶寬的利用率，就需要對上行帶寬進行合理的的帶寬分配。下面將對帶寬的分配過程進行一個詳細的介紹。在接收到授權信息之后，ONU則根據(jù)接收到的授權，在OLT指定的時隙內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)發(fā)送完成后就接著發(fā)送一個請求幀，來告知OLT下一個周期需要發(fā)送的數(shù)據(jù)量，即ONU的緩存的狀況。在基于QoS的動態(tài)帶寬分配的原則中，帶寬的分配會與業(yè)務的服務等級相關，對于高優(yōu)先級業(yè)務將提供高優(yōu)先級的服務，對于低優(yōu)先級業(yè)務提供盡力而為的服務。第四節(jié) 本章小結本章一共分為三節(jié)，詳細的闡述了以太無源光網(wǎng)絡的相關內(nèi)容。然后，介紹了以太無源光網(wǎng)絡的工作原理。最后一節(jié)對目前最熱門的以太無源光網(wǎng)絡的關鍵技術進行了簡單的描述，包括ONU的自動發(fā)現(xiàn)、ONU的測距、系統(tǒng)同步以及動態(tài)帶寬分配技術。為下文動態(tài)分配算法及仿真等內(nèi)容的展開做了鋪墊。為了避免數(shù)據(jù)的沖突同時也為了確保服務質量，OLT需要根據(jù)一定的原則來給各個ONU公平的分配上行時隙。在這種分配方式中，OLT把上行信道劃分為幾個固定長度的時隙，一個輪詢時間內(nèi)各個ONU可以分配的到相同大小的時隙。這樣接入的優(yōu)點是免去了OLT計算帶寬的時間和ONU發(fā)送請求的時間，因而加快了分配的速度，有一定的優(yōu)勢。部分包會因為過大無法裝進分配的時隙，而只能等待下一個時隙的到來，造成帶寬的浪費。為了進一步的提高帶寬利用率，則需要引入動態(tài)帶寬分配(DBA，Dynamic Bandwidth Allocation)方案。現(xiàn)有的EPON系統(tǒng)的動態(tài)帶寬分配算法主要有基于輪詢的IPACT（Interleaved Polling with Adaptive Cycle Time）算法、固定比特率（CBR，Constant Bit Rate）算法、帶寬保證輪詢（BGP，Bandwidth Guaranteed Polling）算法等等。 第一節(jié) 動態(tài)帶寬分配算法一、基于輪詢的IPACT算法IPACT（Interleaved Polling with Adaptive Cycle Time）算法是一種基于授權/請求機制同時具有自適應循環(huán)時間的交織輪詢算法。在IPACT算法中，OLT將根據(jù)每個ONU緩存器的容量大小來給每個ONU分配不同的時隙。 ①假定當前OLT知道每一個ONU中等待發(fā)送的數(shù)據(jù)的量以及每個ONU發(fā)送數(shù)據(jù)的往返時間。以此信號來告知ONU發(fā)送數(shù)據(jù)的時刻和此ONU可以發(fā)送的數(shù)據(jù)大?。礊槭跈啻翱诘拇笮。?。②當?shù)谝粋€接收到來自OLT的授權信息之后，它將根據(jù)授權信息的內(nèi)容，按指定的字長來發(fā)送數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)發(fā)送完畢之后，第一個ONU會馬上發(fā)送一個控制消息，即一個請求（Request）給OLT，告知OLT當前緩存中的數(shù)據(jù)量的大小。同時，OLT將回應此ONU一個0字節(jié)的授權信息。OLT將會根據(jù)輪詢表中保存的信息進行計算，然后再向第二個ONU發(fā)送授權信息。④OLT在接受完第一個ONU發(fā)送來的數(shù)據(jù)和請求消息之后會馬上刷新自己的輪詢表，同時也會根據(jù)授權和請求的發(fā)送和接受時間來計算更新各個ONU新的往返時間。 IPACT算法，自適應周期的間插輪詢方法具有很多的優(yōu)點。同時，帶寬分配與網(wǎng)絡負載相適應，根據(jù)ONU的需要來分配帶寬，自動動態(tài)的調整帶寬分配。首先，該算法的周期不固定，使得業(yè)務的時延不確定，產(chǎn)生時延抖動，不利于實時業(yè)務的傳輸。最后，該算法不支持優(yōu)先級調度。可以說IPACT算法是一種獨立的分配方式，考慮不到各個ONU之間的關系和各個ONU中不同業(yè)務的關系。先保證了高優(yōu)先級用戶的帶寬，剩余的帶寬再動態(tài)的分配給其他低優(yōu)先級的業(yè)務。同時，在算法之中，整個上行帶寬也被分成了一些相等的小單元。服務等級不同的光網(wǎng)絡單元可以被分配到的帶寬單元的數(shù)目也是不相同的。如果有帶寬保證的光網(wǎng)絡單元在占用時隙的過程中還有剩余的帶寬，那么剩余的帶寬就可以被動態(tài)的分配給第二類光網(wǎng)絡單元來使用【2】。雖然在BGP算法中，解決了不同的光網(wǎng)絡單元之間的優(yōu)先級調度問題。另外，在BGP算法中，總的上行帶寬被分割為了相等的小上行時隙單元，保護時隙變多，從而致使上行帶寬的利用率大大下降。固定比特率算法采用了各個光網(wǎng)絡單元之間調度以及每個光網(wǎng)絡單元內(nèi)部調度這兩種調度的方式。然而，光網(wǎng)絡單元的外部調度則是基于授權/請求方式的。ONU內(nèi)部調度則在ONU端。其中，加速轉發(fā)的優(yōu)先級最高，確保轉發(fā)的優(yōu)先級次之，盡力轉發(fā)的優(yōu)先級最低。同時，在ONU側分別設置3種優(yōu)先級不同的隊列，分別存儲語音、視頻和數(shù)據(jù)業(yè)務。接著再考慮低優(yōu)先級業(yè)務的傳輸。接著，不同用戶的業(yè)務就被按照各自的優(yōu)先級來進行分類。在光網(wǎng)絡單元向光線路終端發(fā)出請求消息的時候，光網(wǎng)絡單元就開始統(tǒng)計每個隊列的大小，然后便將統(tǒng)計的結果向光線路終端匯報。但是，為了保證高優(yōu)先級業(yè)務的服務質量，因為語音業(yè)務是恒定比特率的業(yè)務，OLT在發(fā)送授權信息的時候是采取預測等待時間內(nèi)到達的數(shù)據(jù)量的策略，根據(jù)預測結果再對ONU進行授權，以此來保證高優(yōu)先級業(yè)務的及時傳輸。但是在CBR算法中，僅對恒定比特率的業(yè)務進行預測，同時預測方式不夠嚴謹，所以說這種算法仍然存在著一定的問題。為不同業(yè)務等級提供不同標準的服務。在DiffServ中定義了三種業(yè)務類型：①盡力而為的業(yè)務(Besteffort Service)：與現(xiàn)在Internet中盡力而為的業(yè)務有一定的相似之處。②確保業(yè)務(Assured Service)：這是一類對時延和抖動要求一般的業(yè)務。③加速轉發(fā)業(yè)務(Expedited Service)：也常常被稱作高優(yōu)先級(HP，High Priority)業(yè)務。①第一部分是系統(tǒng)預留帶寬。②第二部分是高優(yōu)先級帶寬。同時，也可以用來傳輸一些控制消息，以保證EPON可以正常良好的工作。③第三部分飛低優(yōu)先級帶寬。 EPON系統(tǒng)上行帶寬分級二、ONU 隊列管理在ONU中，共有8個隊列可以用來存放數(shù)據(jù)。ONU 隊列管理和ONU內(nèi)部的調度機制是由ONU內(nèi)部的分類器根據(jù)用戶的服務等級協(xié)議來完成的。前面已經(jīng)提到過，所有的業(yè)務大致可以劃分為三種優(yōu)先級。整個ONU的權重就等于該ONU下所有隊列的權重之和。ONU的用戶端口有兩大類，TDM業(yè)務接口和普通的以太網(wǎng)業(yè)務接口。其他的業(yè)務則可以根據(jù)標記來插入不同的隊列。這種算法的帶寬利用率不高，同時造成大量的網(wǎng)絡資源的浪費。在算法中首先要能夠動態(tài)的確定輪詢周期，然后要將業(yè)務在ONU側進行等級劃分，根據(jù)優(yōu)先級的高低來決定分配帶寬的多少，對于優(yōu)先級不同的業(yè)務分配不同的帶寬。動態(tài)的確定輪詢周期使得系統(tǒng)可以根據(jù)各個ONU的實際情況和網(wǎng)絡的負載量的大小來決定輪詢周期的長短。在輕負載的情況下，輪詢周期會動態(tài)的縮短；在重負載的情況下，輪詢周期會動態(tài)的增大。可以提高信道的利用率。在ONU側進行ONU的內(nèi)部調度。這一類業(yè)務對抖動以及延時非常敏感，實時性的要求較高，滿足語音類業(yè)務對服務質量的要求。這一類業(yè)務對抖動以及延時不像高優(yōu)先級業(yè)務那么敏感，可是應當確保一定的帶寬。只要求網(wǎng)絡盡最大努力的為其分配帶寬即可，時延要求也不高。接著，預先計算好各個業(yè)務等級的帶寬需求，確定出所需的輪詢周期的長短。然后，再將分配剩余的帶寬給中優(yōu)先級業(yè)務AF。如果中優(yōu)先級業(yè)務對帶寬的需求小于最大門限帶寬，則將AF業(yè)務所需的帶寬分配給它。假如分配完低優(yōu)先級業(yè)務BF之后的帶寬仍有剩余，那么就仍舊按照先分配中優(yōu)先級業(yè)AF所需的帶寬，再分配低優(yōu)先級業(yè)務BF的次序來分配。先收集用戶的帶寬請求，再根據(jù)各種用戶業(yè)務優(yōu)先級的不同，分配不同的帶寬。同時，這些量滿足如下的一個關系式：在分配帶寬之前，首先應當確定輪詢周期，然后再進行帶寬分配。如果光線路終端收到的帶寬請求小于可以分配的總帶寬，即有，那么就可以繼續(xù)根據(jù)業(yè)務的優(yōu)先級來對各個業(yè)務進行帶寬的分配。如果輪詢周期擴大到最大后，仍有，那么就優(yōu)先滿足高優(yōu)先級業(yè)務的帶寬要求。①高優(yōu)先級業(yè)務HP：首先應該保證高優(yōu)先級業(yè)務的分配。即滿足公式。即對中優(yōu)先級業(yè)務分配的帶寬不應該超過最大門限，以下是具體的分配方式：③低優(yōu)先級業(yè)務LP：對于低優(yōu)先級業(yè)務的帶寬分配類似于中優(yōu)先及業(yè)務MP，但是低優(yōu)先級業(yè)務的門限帶寬與中優(yōu)先級業(yè)務的門限帶寬不同，低優(yōu)先級業(yè)務的門限帶寬為，以下是具體的分配方式：如果在進行了一次帶寬分配之后還有剩余帶寬，在的情況下，將剩余帶寬分配給中優(yōu)先級業(yè)務MP，如果還有剩余就將余下的分配給低優(yōu)先級業(yè)務LP。三、仿真結果仿真參數(shù)本設計利用Visual C++ 軟件來進行仿真。最大的輪詢周期為2ms。另外，在數(shù)據(jù)設置中，高優(yōu)先級業(yè)務所占比例為50%，中優(yōu)先及業(yè)務所占比例為25%，低優(yōu)先級業(yè)務所占比例也為25%。這是由于在這種支持QoS的動態(tài)帶寬分配算法中，由于算法支持業(yè)務分級機制，對高優(yōu)先級業(yè)務的發(fā)送時延變小，帶寬利用率增大的緣故。這是因為在這種支持QoS動態(tài)帶寬分配算法中，對系統(tǒng)的剩余帶寬還進行了再分配。使得該算法比CBR算法有了一定的改進。并且，隨著網(wǎng)絡負載的增加，改進型的算法的帶寬利用率比IPACT算法的帶寬利用率高出的部分就越多。這樣的仿真結果，充分的證明了這種改進型的算法要比IPACT算法以及CBR算法更加的優(yōu)化。首先，算法動態(tài)的確定輪詢周期，根據(jù)網(wǎng)絡負載的的大小來確定輪詢周期的長度，滿足帶寬分配的要求，避免了帶寬的浪費。但是，該算法對低優(yōu)先級業(yè)務的支持力度不夠，從這個角度看，仍然需要一定的改進。引入服務區(qū)分機制可以更好的提高帶寬利用率，有助于改善EPON網(wǎng)絡的性能。即基于輪詢的IPACT算法、BGP算法以及CBR算法。BGP算法沒有考慮到ONU的內(nèi)部調度，仍然存在很大的缺陷。采用了ONU內(nèi)部調度和OLT側調度的兩次調度的方法，支持了不同業(yè)務的優(yōu)先級，對于保障業(yè)務的QoS起到了很大的作用，非常的值得借鑒。本章的最后，闡述了一種支持QoS的動態(tài)帶寬分配算法，重點介紹了算法的基本思想、算法的過程以及算法的仿真結果。結 論在光纖通信飛速發(fā)展的今天，以太無源光網(wǎng)絡作為光纖接入領域最受關注的一環(huán)，必將成為解決接入網(wǎng)瓶頸問題的重要技術之一。動態(tài)帶寬分配算法是以太無源光網(wǎng)絡研究的一個重要問題，采取不同的帶寬分配算法會給EPON的網(wǎng)絡性能帶來不同的影響?，F(xiàn)有的動態(tài)帶寬分配算法主要有IPACT算法、CBR算法、BGP算法等等。CBR算法考慮到了不同業(yè)務的服務等級，在CBR算法中考慮到了不同業(yè)務的服務等級，值得借鑒。在簡單的介紹了EPON基本結構、工作原理、網(wǎng)絡的性能與服務質量等知識的基礎之上，同時結合傳統(tǒng)帶寬分配算法，對現(xiàn)有的EPON網(wǎng)絡的服務區(qū)分機制進行了研究和分析，得出結論。業(yè)務的QoS支持對網(wǎng)絡來說至關重要。致 謝參考文獻[1] 姚玉坤，鮮永菊，趙國峰．現(xiàn)代通信網(wǎng)絡實用教程[M]．機械工業(yè)出版社．2009年1月．[2] 郎為民，郭東生．EPON/GPON從原理到實踐[M]．人民郵電出版社．2010年1月．[3] 康祥，.[4] 劉柱，無源光網(wǎng)絡(PON)技術探討．《現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)》．2010年1月[7] 萬魯沖，張培洲，鞠武．一種改進的EPON上行帶寬雙時序算法及仿真實現(xiàn)．《信息技術》．2010年第1期．[8] 李鵬，三網(wǎng)融合測試．電信網(wǎng)技術． 2010年7月15日．[9] 陳淑英，韓玉寧．EPON接入網(wǎng)技術．廣西通信技術．2008年第3期．[10] 李立．.[11] 秦建兵，王坤，[J]．光學儀器2005 27(5)：43～46．[12] 孔慶輝，．信息與電腦(理論版).2011年4月15日.[13] .[14] 劉冬，張齋，電信科學，2005，6：62—65[15]