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1、目 录摘 要2第一章 绪论41.1基于以太网的无源光网络应用现状41.2 EPON技术进展与标准化情况41.3 本论文用到的英文缩写词及其含义5第二章 传统的LAN接入与EPON接入对比分析72.1 两种接入方案图72.2 两种接入方案比较82.2.1 两者的原理比较82.2.2 组网比较92.2.3 两者的建设和维护成本102.2.4 具有更高的可靠性103 基于以太网技术的无源光网络技术-EPON123.1 EPON的组成单元123.2 EPON的工作原理143.2.1 EPON的工作原理-上行数据163.2.2 EPON的工作原理-下行数据163.2.3 EPON协议栈结构173.3 E
2、PON的关键技术183.4 EPON的技术优点总结204 基于以太网技术的无源光网络组网分析214.1 光线路终端布放原则214.2 分光器分光方式214.3 分光器布放原则214.4 光网络单元布放原则224.5 组网选择225 EPON接入技术应用举例235.1 项目背景235.2 项目分析235.3 建设方案及主要内容235.4 投资估算255.5 总结25第六章 心得体会27 29EPON技术在高档小区宽带接入中的应用摘 要本论文从EPON技术的应用现状和标准化情况的发展出发，简要的介绍了EPON的工作原理，并通过将EPON组网技术与典型的LAN组网技术作比较，突出了EPON的组网优势
3、-具有诸多传统接入技术无可比拟的优点，利用EPON技术组网不仅可以实现高带宽接入网络，而且可节省建设成本和后期维护成本，并在此基础上详细的介绍了EPON的组网模型和组网结构之后，结合工程中的实际应用情形，将EPON组网的各个环节、设备的安装位置进行了研究分析。最后，在理论的基础上，以自己在公司实习期间参与建设的深圳某高档小区网络接入工程为例研究了EPON技术在实际组网中的应用。【关键词】EPON；无源光网络；FTTH；光网络单元；TDMA Abstract This paper from the EPON technology development status and standardiz
4、ation of the proceeding, a brief description of the working principle of EPON, and through the EPON network technology and the typical LAN networking technology comparison, highlighting the advantages of EPONs network - - has many incomparable advantages of traditional access technologies, using EPO
5、N technology can not only achieve high-bandwidth network access network, and can save construction costs and post-maintenance costs, and on this basis, a detailed description of the EPON networking model and the network structure, the practical application of engineering in the case, all aspects of
6、the EPON network, equipment installation location of the research and analysis. Finally, on the basis of the theory to practice during his participation in the company of a high-end residential building in Shenzhen, a case study on network access EPON technology works in real applications in the net
7、working.【Key words】EPON ；Passive Optical Network；Fiber To The Home；ONU；TDMA第一章 绪论1.1基于以太网的无源光网络应用现状 PON（Passive Optical Network），无源光网络，属于光纤接入技术的一种，是一种纯介质网络，用于消除了局端与客户端之间的有源设备，它能避免外部设备的电磁干扰和雷电影响，减少线路和外部设备的故障率，提高系统可靠性，同时可节省维护成本。PON的业务透明性较好，原则上可适用于任何制式和速率的信号。目前基于PON的实用技术主要有APON、GPON、EPON/GEPON等几种，其主要差异
8、在于采用不同的二层技术，在二层用以太网的称为EPON技术。 与其它PON技术一样，EPON技术采用点到多点的用户网络拓扑结构，利用光纤实现数据、语音和视频的全业务接入的目的。 到目前为止，光纤到户（Fiber To The HomeFTTH）在日本和美国已得到广泛应用，就拿日本为例：日本是世界上的信息大国，其光纤接入建设一直处于全球领先地位，报告显示，到2007年末为止，日本的宽带覆盖率从93.9%上升到了95.8%，FTTH覆盖率也从79.7%上升到了85.3%，但是时至今日FTTH在我国还处于萌芽阶段。现有FTTH技术主要包括小区无源光网络（Passive Optical NetworkP
9、ON）接入技术和小区有源交换光网络（Active Optical NetworkAON）接入技术。EPON技术已较成熟，从芯片到设备的产业链较为健全，国内外有较多的厂商提供EPON设备，成本也在不断下降，EPON是目前宽带光纤接入及FTTH的主要实现方式之一。在我国，EPON技术已在芯片和设备方面经过了互通测试，由于多种多样需要高速宽带数据传送业务的推广，包括IPTV(互动网络电视)、数字会议、交互游戏、视频电话、远程医疗、远程学习、网络购物等，用户对于带宽的要求大幅度上升，同时对通信质量的要求也极大的提高，拨号上网以及进行铜缆传输的宽带技术已经不再能够满足日益增长的带宽要求，政府、运营商开始
10、加大对FTTH的重视和投资，越来越多的小区网络建设项目开始选用EPON技术实现。1.2 EPON技术进展与标准化情况 FTTH成为当前接入领域最为关注的热点，而EPON和GPON则是当前FTTH建设最有代表性的无源光接入技术。随着宽带业务的快速发展，PON技术在标准领域的进展也日新月异，深入了解技术标准进展对企业战略决策和探寻符合自己情况的FTTH建设模式无疑都有明确的参照意义。 EPON标准IEEE802.3ah于2004年正式发布，是以由制造商主导技术。目前EPON标准规定了物理层和MAC层，因而MAC层以上的标准需要设备商自行开发。此外，EPON标准在OAM方面的定义相对较少，所以各厂商
11、对标准定义理解也有所差异，以致不同厂商之间设备互通性能相对不足。 EPON标准目前还没有专门的组织负责互通测试，运营商需要自行组织互通对接和制定适合自身业务运营需求的补充标准，因而会增加系统部署成本。为进一步增强EPON竞争力，IEEE于2006年成立了802.3av工作组开展了10GEPON系统的研究，从而使得带宽能力方面得到了一定程度上的提高，但带宽使用效率上尚无明显改善。 IEEE802.3av工作组的目标是重新定义1Gbps上下行不对称网络架构和10Gbps上下行对称网络架构，且满足物理层误码率不大于10-12的点对多点的光接入技术。为了支持两种速率的接入，IEEE802.3标准将会对
12、10GEPON物理层进行全新定义，目前倾向采用1G/10G双速率接收方案，尽量避免MAC层以上各层的改动，协议栈会考虑1G与10G共存的场景。 就EPON应用范围来看，目前主要是东亚地区的日本和韩国，GPON则在日、韩之外的欧美、中东和拉美市场得到广泛应用，我国在两种技术上都做出了有益尝试。当前来看，两种技术都能支持多业务运营的需要，ODN网络部分也可以共用，另外两者在核心芯片及光器件复杂度和技术方面的指标也相当接近，因而相同的设备配置下的设备成本更取决于采购数量。这里需要注意的是，不同运营商的EPON设备技术标准并不兼容，核心芯片采购规模效应的实现存在一定难度，系统成本是否能够降低，则取决于
13、各运营商在光纤接入建设方面的推进力度和推进速度。我国在“十一五”规划中指出信息技术是当今世界经济和社会发展的重要驱动力，并已成为我国全面建设小康社会的战略性、基础性和先导性支柱产业。促进宽带业务的发展，全面提供综合性信息服务，加快新业务的发展已被提上日程。光纤接入作为当前宽带综合业务提供的最佳技术得到了业界的广泛关注，积极参与标准制定，紧密跟踪标准发展对企业战略决策及探寻符合自身的FTTH建设模式都具有明确的现实意义。1.3 本论文用到的英文缩写词及其含义 APON (ATM Passive Optical Network ATM无源光网络 ） EPON (Ethernet Passive O
14、ptical Network 以太网无源光网络) GPON(Gigabit-Capable PON 吉比特无源光网络） FTTH（Fiber To The Home 光纤到户） AON（Active Optical Network 有源交换光网络） LAN(Local Area Network 局域网) ADSL（Asymmetric Digital Subscriber Line 非对称数字用户环路） VLAN（Virtual Local Area Network 虚拟局域网） DSLAM (Digital Subscriber Line Access Multiplexer 数字用户线路接
15、入复用设备）OAM（Operation Administration and Maintenance 操作、管理、维护，简称OAM）EMS（Environment Monitoring System 环境监测系统）TDMA：Time Division Multiple Access - 时分多址接入 ）OLT（Optical Line Terminal 光线路终端）ONU（Optical Network Unit 光网络单元）ONT（Optical Network Terminal 光网络终端）ODN（Optical Distribution Network 光分配网）LLID (Logic
16、Link Identifier 逻辑链路标示)MPCP（Multi-Point Control Protocol 多点控制协议）TDM（Time Division Multiplex and Multiplexer 时分复用）ONT(Optical NetworkTmination 光网络终端)POS(Passive optical Splitter 光分离器)ODN(optical DistributionNode 光分配节点)第二章 传统的LAN接入与EPON接入对比分析2.1 两种接入方案图传统的LAN接入方式常见的拓扑图：图2-1-1通过EPON接入方式的拓扑图如下： OLTIP Ne
17、tworkBASV5.2/H.248FE/GEPSTN/SSCATVCDNPCCATVPHONEIPTV数字家庭网关合波器其他用户FE/GEONT分光器其他用户020KM1550nm1490nm1310nm图2-1-2以下为LAN和有源光网络分别在核心层、汇聚层、接入层用到的设备，如表2-1-1所示：区域EPON网络LAN网络核心层核心交换机核心交换机汇聚层OLT 分光器24口汇聚交换机接入层ONU16口接入交换机表2-1-12.2 两种接入方案比较 随着宽带业务的发展，人们越来越意识到网络接入部分存在严重的带宽“瓶颈”和距离限制。接入网两端的设备都已达到Gbit级以上的速率（用户端广泛使用的
18、PC内部总线速率已达到40Gbit/s），而作为接入网的另一端，城域网或长途网的骨干设备每波长速率也达到2.5-10Gbit/s，它们都比接入部分高出至少3个数量级。接入距离上，传统LAN(局域网)方式最远200m，XDSL(数字用户环路)最远几公里的接入距离，对于地域广阔的中国来说，都无法很好的解决覆盖问题。随着多网合一的推行，突破接入网带宽“瓶颈”和接入距离限制变得越来越迫切，只有突破接入网带宽“瓶颈”和接入距离限制，才能使整个网络有效发挥带宽的作用，真正推进各种业务的发展，给运营商带来经济效益和社会效益。EPON（无源光网络）作为一种合适的接入技术在这种背景下迅速得广泛应用。2.2.1
19、两者的原理比较EPON(802.3ah)就是基于以太网的无源光网络，它承载的内容是以太网数据包，因此EPON天生就是为IP服务的，与传统的LAN技术标准一样，都出自IEEE.数据传送原理EPON下行使用1490nm的光波承载数据，OLT(光线路终端)到ONU(光网络单元)间下行数据采用点对多点广播方式传递数据（TDM），ONU通过识别报文MPMC层LLID的数据。 在OLT和ONU之间，通过AES-128进行加密，保证数据安全。对于ONU到OLT的上行数据，采用时分多址接入技术（TDMA ）为各个ONU分配时隙，传输上行流量。 当ONU注册成功后，OLT会根据系统配置，给ONU配置特定的带宽（
20、采用DBA，OLT会根据指定的带宽分配策略和各个ONU的状态报告，动态地给每个ONU分配带宽）。带宽对于PON层面来说，就是有多少可以传输数据的基本时隙，每个基本时隙单位时间长度为16nm。 在各个OLT端口（PON端口）下面，所有的ONU和OLT PON端口之间时钟是严格同步的，每个ONU只能在OLT给它配分的时刻上面开始，用分配给它的时隙长度传输数据。 通过时隙分配和时延补偿，确保多个ONU的数据信号耦合到一根光纤时，各个ONU上行包不会互相干扰。 LAN是一种局域网技术，由于其技术简单、使用广泛而被引入到接入网中。目前LAN技术主要就是以太网，尤其IEEE802.3u和IEEE802.3
21、z/ab应用广泛。以太网使用CSMA/CD（带有冲突监测的载波侦听多址访问）是一种共享技术。 该技术中两端设备是对等的，双方采用相同的机制传送数据流量。终端与终端间的数据交换在交换机上完全依照MAC进行转发，数据都采用CSMA/CD的方式实现转发。VLAN的出现很好的解决了冲突及广播的问题。 带宽和传输距离LAN以太网当前实现10/100/1000Mbit/s的对称接入速率，但只能提供到最远200m的传输距离，这也是其作为接入技术的最大问题之一，通常智能通过级联交换机延长传输距离。 EPON同样实现10/100/1000Mbit/s的对称接入速率，但可以保障最远20km的传输距离，完全克服了以
22、太网及xDSL技术在距离和带宽上的局限性，使宽带接入方案的覆盖范围更为宽广。 组网能力于可扩展性LAN设备放置在写字楼或小区内部，通过五类线连接用户，这就涉及了楼内的布线工程开销。 LAN是系统的点对点接入技术，只支持点到点信息传递，因此组网有局限性。如果沿马路的狭长地带有宽带接入需求，就需要在每个需求点都部署交换机，统一汇入局端汇聚交换机，或者在每个需求点放置一台二次汇聚设备，由该设备提供端口，汇接该需求点交换机流量。若采用EPON技术，解决需求则快捷许多。 EPON是点到多点的接入技术，结合不同分光比的分光器后，可实现灵活组网，支持树形、星形、链型等形式组网。 沿马路的狭长地带有宽带接入需
23、求，在每个需求点放置一个1：2的无源分光器，规划一定的带宽后，继续往前铺设光缆，在下一个需求点同样放置一个1：2的无源分光器，如此则可轻松接入所有信息节点。 EPON支持星型组网的优势也很明显，ODN中放置一个1：N的分光器即可覆盖最多64个信息点的接入，而且覆盖半径最大为20km。 EPON产品主要几种于OLT和ONU，OLT布置在机房端，一套OLT可覆盖广阔的区域。中间的无源设备成本低廉，可以一次部署到位。而ONU可以随着业务的发展而扩展。并且ONU在OLT上注册是自动完成的，因此当某区域需要增加ONU时直接加入网络即可。2.2.2 组网比较EPON作为接入技术，通常有FTTH（光纤到户）
24、、FTTB（光纤到楼）等多种组网方案。FTTH组网简单并且提供的带宽高，随着三网融合的推广，EPON在组网方面的优势明显突出。 以太网技术具有扩展性好、价格便宜、接入速率高、成熟简单等优势，能为用户提供10/100Mbit/s的终端接入速率。尤其是对于高密度用户群，以太网的接入的经济性也非常好，而我国由于城市居民的居住密度大，现有的小区以以太网接入为主。 在商业大楼和普通小区，以太网接入依然是前景良好的宽带接入手段，端到端的以太网服务也代表着通信技术的一个发展方向。EPON产品完全继承了以太网技术的有点，ONU提供以太网接口，可直接为用户提供10/100Mbit/s的终端接入速率。两者相同点：
25、1) 局端都需要大容量的汇聚设备。LAN模式是汇聚交换机，EPON模式是OLT设备。2) 中间需要汇聚点，LAN模式是园区汇聚或楼宇汇聚交换机，EPON模式是POS。3) 为用户提供10/100Mbit/s以太网接口，LAN模式由楼道交换机提供 10/100Mbit/s以太电接口，EPON模式由ONU提供10/100Mbit/s以太网接口。4) 两种方式都需要占用光缆资源。不同点：1) 传统LAN模式占用两芯光缆，EPON占用单芯光缆。2) 传统LAN模式需要多级汇聚交换机，EPON采用无源光分器。3) 传统LAN模式多级汇聚，层次复杂导致带宽利用率低，EPON模式层次简洁，带宽利用率高。影响
26、通信技术发展的主要动因是成本和带宽，即单位带宽的投入是决定因素。于LAN接入技术相比，EPON不但节约光纤资源，由于节省出了局端与用户端时间的有源设备，是维护简单、可靠性高，从而整体降低了网络成本。2.2.3 两者的建设和维护成本 在相同的用户条件下，EPON+FTTH模式局端(OLT)与用户(ONU)之间仅有光纤、光分路器等光无源器件，无需租用机房、无需配备电源、无需有源设备维护人员。因此，对于承建费用要降低至少20%，后期维护费用要降低50%； 而LAN模式需要建设机房，建立独立供电源并且需要维护人员，相对运维费用要远远高于EPON模式。通过以上分析可以看出，采用EPON技术实现数据对称传
27、输，具有天然限制广播与冲突机制，满足运营商根据灵活的资费模式为用户提供1M1GE的带宽，并提供半径20km接入能力，覆盖范围大大提高，彻底解决边远区域的宽带接入问题；网络无源设备，省电、防盗、防雷，不需要二层汇聚交换机投资，不需要机房建设，可靠性能高，显著降低维护费用；网络层次简化，组网灵活，部署迅速，这就是EPON对于传统LAN接入的优势所在2.2.4 具有更高的可靠性1、全面的QoS保障 每路PON支持多达127个逻辑通路，结合VLAN等技术可为用户提供良好的QoS；并可针对每个逻辑通路可以采取三重搅动加密；支持强大的动态带宽分配（DBA），具有强大的带宽共享能力，并能有效地提高带宽利用率
28、； 具有灵活的带宽管理能力，其基于SLA和优先级的双重管理模式能有效地保证用户的最小指定带宽需求和高优先级业务（TDM）的低时延要求，全面保障业务的QoS。 2、强大的OAM特性 支持ONU自动发现和自动注册、认证功能，支持用户线路测试、远端ONU断纤和断电自动告警。 支持MAC地址绑定及过滤、IP地址绑定及过滤、带宽控制、VLAN、流量控制等丰富的可运营、可管理电信特性。 支持中国电信扩展的其他OAM，满足CTC互通要求。 3、完备的网管功能 支持简洁的本地CLI串口管理； 支持TELNET、TFTP等远程管理方式； 和业界保持一致的命令行风格； 内置基于WEB的图形界面网管； 支持基于SN
29、MP的图形界面统一网管； 设备支持远程在线升级； 支持带内/带外管理方式； 支持对终端的远程诊断，快速故障定位；3 基于以太网技术的无源光网络技术-EPON3.1 EPON的组成单元EPON系统可以采用树型、环型和总线型拓扑结构，但一般多采用功率分配点到多点的树型拓扑结构，其结构图如下：树形 总线形环 形图3-1-1它采用了与ITU-TG.983建议的APON相同的网络结构，由光线路终端（OLT）、光网络单元（ONU）、光分配网络（ODN）和单元管理系统（EMS）组成。图3-1-2 1 、 光线路终端（OLT）OLT位于中心交换局的机架上，它既是一个交换机或路由器，又是一个多业务提供平台，通过
30、WAN接口提供EPON与电信核心网的连接，通过千兆以太网与PON连接，并且通过但与管理系统（EMS）将EPON接入到核心网的操作管理中。在OLT中必须具有ONU的上行接入控制、流量管理等功能块，有些OLT还必须具备第二层和第三层的交换和路由、QOS保证等功能。 2 、光网络单元（ONU） ONU/ONT位于用户端，可以是路边、小区、住宅楼或者是家中，一个ONU最多可接入64个用户。ONU与ONT的区别在于ONT直接位于用户端，而ONU与用户间还有其他网络如以太网。ONU提供客户的数据、视频和电话网络与PON间的接口。ONU的主要功能是接收光信号并将其转换为客户需要的形式，如以太网、IP多播、P
31、OTS、T1等。EPON的独特之处是，ONU除了终接和转换光信号外，还提供第二层和第三层交换功能，允许在ONU上实现企业数据流的内部路由。 3 、光分配网络（ODN）ODN为OLT和ONU之间的物理连接提供光传输媒质，主要功能是分发下行数据并集中上行数据。ODN由POS和光纤构成，POS是一个连接OLT和ONU的无源设备，可以置于全天候的环境中，它分发下行数据并集中上行数据，一般一个POS的分线比为8、16、32或64，并可有多连接。 4 、单元管理系统（EMS） EMS管理所有EPON网元，并提供与业务运营商核心管理网的接口。管理功能包括故障管理、性能管理、配置管理、计费和安全等。关键特性和
32、功能包括：所有计费和安全功能均通过一个先进的图像用户接口（GUI）完成；可管理多个EPON系统；支持上百个并发GUI用户；通过标准接口连接到核心管理网。3.2 EPON的工作原理 EPON是一种新型的多业务宽带光纤接入技术，采用与当前电信网络IP化相一致的协议，上下行的数据流使用波分复用（WDM）技术，在同一根光纤中传送，下行使用1490nm波长，上行使用1310nm波长。1490nm波长用来携带下行数据，语音和数字视频业务；1310nm波长用来携带上行用户语音信号和点播数字视频、下载数据的请求信号等。上、下行的数据都采用IEEE802.3的以太网数据帧格式，并且新增 LLID （LLID的定
33、义可查看相关的文档）：用于在OLT上标识ONU 如图：图 3-2-1 上行数据流用点对点的突发发送、突发接收的方式。因为在EPON系统中，多个ONU共享干线光纤信道容量和信道资源，来自不同ONU上行数据流可能会发生碰撞，因此必须为它找到一种合适的多址接入技术来避免上行数据冲突。从目前的研究来看，大多数方案都使用了DWDM+TDMA的复用方法，每个ONU在OLT分配给它的时隙到来时以突发的方式将数据发送出去。下行数据采用广播连续发送、连续接收的方式，由各个ONU监测到达帧的MAC地址来决定是否接收该帧，如果该帧所含MAC地址和自己的MAC地址相同则接收该帧，反之则丢弃。整个系统工作过程图如下：图
34、3-2-2（1）0LT作为EPON的核心，主要实现以下功能：向ONU以广播方式发送以太网数据发起并控制测距过程，并记录测距信息发起并控制ONU功率为ONU分配带宽支持EPON的统一网管，OLT是主要的控制中心，实现网络管理的五大功能(2)ONU(光网络单元)ONT(光网络终端)ONUONT(区别为ONT直接接用户网络，ONU与用户之间还有其它的网络连接)， EPON中的ONU主要采用以太网协议，实现ONU对用户数据的透明传送。OLT到ONU之问可实现高速的数据转发。ONUONT的主要功能：选择接受OLT发送的广播数据响应OLT发出的测距及功率控制命令，并做出相应的调整提供多业务接口，对用户的以
35、太网数据进行缓存，并在OLT配备的发送窗口中向上行方向发送在部分ONU中实现了成本低廉的以太网几层交换甚至是三层路由的功能，这种类型的ONU可以通过堆叠来为多个最终拥护提供很高的共享带宽。(3)POS(光分离器)ODN(光分配节点)POSODN足无源光纤分支器，是一个连接OLT和ONU的无源设备。他的功能是分发下行数据和集中上行数据。由于是无源操作，几乎可以适应于所有环境。一般一个POS的POS的分线率为8、16、32或64，并可以进行多级连接。3.2.1 EPON的工作原理-上行数据 EPON的上行数据传输采用的是TDMA技术来实现图3-2-1-1 OLT在接收数据前会比较LLID注册列表；
36、 每个ONU在由局方设备统一分配的时隙中发送数据帧； 分配的时隙补偿了各个ONU距离的差距，避免了各个ONU之间的碰撞。3.2.2 EPON的工作原理-下行数据 EPON的下行数据传输采用的是TDM广播的方式；图3-2-1-2 在ONU注册成动后分配一个唯一的LLID； 在每一个分组开始之前添加一个LLID，替代以太网前导符的最后两个字节； OLT接收数据时比较LLID注册列表，ONU接收数据时，仅接收符合自己的LLID的帧或者广播帧。3.2.3 EPON协议栈结构EPON技术是一种宽带综合接入技术。它延用了以太网和TDM的一些特性。从网络分层协议上来看，EPON属于L2的协议，EPON的协议
37、栈模型如图3-2-3所示：图3-2-31、物理层物理层定义了EPON的电气特性、机械特性、规程特性、功能特性等四大功能，基本上采纳Ethernet的标准。由于EPON属于宽带接入技术，如果仍然采用Ethernet或者FE(Fast Ethernet)作为物理标准，那么带宽将成为EPON的瓶颈，即便是采用8FE端口捆绑技术使带宽达到800Mbits，因此在物理层EPON基本上沿用了GE的标准。包含物理媒质相关子层PHY(physical LayerProtoc01)和物理媒质相关子层PMD(Physical Medium Dependence protoc01)两大子层功能。2、数据链路层数据链
38、路层分为逻辑链路层LLC(Link Layer control Protoc01)和媒质接入控制层MAC(Medium Access Control Protoc01)两大部分。LLC主要体现为8022，后者在802的标准中有8023(CSMACD)、8024(Token Bus)、8025等。EPON对以太网MAC层及MAC层以上尽量做最小的改动，以支持新的应用和媒质，通过对时间进行分片，然后将不同的时间片指定给不同的ONU设备来使用，从而避免数据传输过程中棘手的冲突问题以及复杂的冲突检测问题。采用MPCP(Muzt i-Point Contro Protoeol多点控制协议)使点对多点的拓
39、扑适用于以太网，该协议是MAC控制子层的一项功能。MPCP能够控制ONU发送时隙的分配、ONU的自动发现和加入，高层报告拥塞情况及动态带宽分配，MPCP使用消息、状态机、定时器来控制访问P2MP的拓扑结构，每个ONU都包含一个MPCP实体，用以和OLT中的MPCP的一个实体相通信，作为EPONMPCP的基础，EPON增加了了一个P2P仿真子层，该子层使得P2MP网络拓扑对于高层来说就是一个点对多点链路的集合，仿真子层在每个数据报的前面增加了LLID(LogiCal Link Identification)逻辑链路来标识，该LLID将替换前导码中的两个字节，MPCP在点对多点的主设备(OLT)和
40、从设备(ONU)之间规定了一种控制协议以协调数据有效的发送和接收，系统运营过程中上行方向在一个时刻只允许一个ONU发送数据。EPoN在MAC层中实现8021P来提供与APON类似的OoS。EPON就是通过这些简单成熟的协议来提供声音、视频和数据服务，控制和优化各oNU与OLT之间突发性数据通信和实时的话音通信。3.3 EPON的关键技术1、上行信道复用技术从研究来看，WDM、TDMA的复用方式是现在的主流方式，WDM是使用发展的趋势，但其主要取决于光器件的发展，因此TDMA成为主要的实现方式。MPCP是EPON的MAC层技术的核心，也是上行信道复用技术的核心，目前的EFM草案确定在EPON的M
41、AC层中增加MPCP子层。MPCP子层的基石主要有3点一是上行信道采用定长时隙的TDMA方式，但时隙的分配由OLT实施：二是对于ONU发出的以太网帧不作分割，而是组合，即：每个时隙可以包含若十个8023帧组合方式由ONU依据QOS决定：三是上行信道必须有动态带宽分配(DBA)功能支持即插即用、服务等级区分(SLA)和QOS。2、OLT的测距和延时补偿技术和ONU即插即用技术由于EPON的上行信道采用TDMA方式，多点接入导致各ONU的数据帧延时不同，因此必须引入测距和时延补偿技术以防止数据时域碰撞。此外，由于上行信道采用TDMA方式，而20km光纤传输时延可达01ms(105个比特的宽度)，为
42、避免OLT接收侧的数据碰撞，必须利用测距和时延补偿技术实现全网时隙同步，使数据包按DBA算法的确定时隙到达，并支持ONU的即插即用。准确测量各个ONU到OLT的距离，并精确调整ONU的发送时延，可以减小oNU发送窗口间的间隔，从而提高上行信道的利用率并减小时延。另外，测距过程应充分考虑整个EPON的配置情况，例如，若系统在工作时加入新的ONU，此时的测距就不应对其它ONU有太大的影响。EPON的测距由OLT通过时间标记(Timestamp)在监测ONU的即插即用的同时发起和完成。3、突发信号的收发由于OLT接收到的信号为各个ONU的突发信号，OLT必须能在很短的时间(几个比特内)内实现相位的同
43、步，进而接收数据。要求在ONU和OLT中使用支持突发信号的光器件，现有的大部分光器件还不能满足这一要求，少数突发模式的光器件也只能工作在155M的速率上，而且价格昂贵。为了实现突发模式，在收发端都要采用特别的技术。光突发发送电路要求能够非常快速的开启和关闭，迅速建立信号，因而传统的电光转换模块采用的加反馈自动功率控制将不再适用，需要使用响应很快的激光器。而在接收端，由于来自各个用户的信号光功率是不同的且是变化的，所以突发接收电路必须在每次收到新的信号时调整接收电平(门限)。突发模式前置放大器的阀值调整电路可以在几个比特内迅速建立起闭值，接收电路根据这个门限正确恢复数据。4、安全性和传输质量在E
44、PON中支持QoS的关键体现在3个方面：一是物理层和数据链路层的安全性：二是如何支持业务等级区分：三是如何支持传统业务。在传统的以太网中，对物理层和数据链路层安全性考虑甚少，因为在全双工的以太网中，是点对点的传输，而在共享媒体的CSMACD以太网中，用户属于同一区域。但在点到多点模式下，EPON的下行信道以广播方式发送，任何一个ONU可以接收到OLT发送给所有ONU的数据包。这对于许多应用，如付费电视、视频点播业务是不安全的。MAC层之上的加解密控制只对净负荷加密，而保留帧头和MAC地址信息，因此非法ONU仍然可以获取任何其它ONU的MAC地址。MAC层以下的加密可以使OLT对整个MAC帧各个
45、部分加密，主要方案是给合法的ONtl分配不同的密钥，利用密钥可以对MAC的地址字节、净负荷、校验字节甚至整个MAC帧加密。但是密钥的实时分配与管理方案会加重EPON的协议负担和系统复杂度。目前对MAC帧净负荷实施加密措施已得到EFM工作组的共识，但对于MAC地址是否加密及以何种方式加密还未确定，常用的加密算法为AEC一128加密算法。由于EPON的服务对象是家庭用户和小企业，业务种类多，需求差别大，计费方式多样，而利用上层协议并不能解决EPON中的数据链路层的业务区分和时延控制。因此，支持业务等级区分是EPON必备的功能，EPON需要在以太网的能力下，保证实时语音、IP语音、视频等多业务的传送
46、，并且实现与SDH和ATM同样的服务质量，易于管理。很多厂家采用TOS字段保证，TOS字段提供8层优先级，从而保证信息包按照重要程度传输，也有一些厂家利用带宽预留的方案，为TDM业务提供带宽保障。影响传统业务(话音和图像)在EPON中传输的性能指标主要是延时和丢帧率。无论EPON的上行信道还是下行信道都不会发生丢帧，因此EPON所要考虑的重点是保证面向连接业务的低延时。低延时由EPON的DBA算法和时隙划分的“低颗粒度(Tin Ganularity)保障，而对传统业务端到端的Qos支持则由现存的协议如虚拟局域网、多协议标签交换(MPLS)来实现，其中VLAN和MPLS是被看好的应用于EPON的QOS协议。5、动态带宽分配在EPON系统的上行方向，采用TDMA(时分多址接入)方式实现多个ONU对上行带宽的多址接入，其带宽分配方案可分为静态带宽分配和动态带宽分配。静态带宽分配方式的原理是OLT周期性地为每个ONU分配固定的时隙作为上行发送窗口。其优点是实现简单，但存在带宽利用率低、带宽分配不灵活、对于突发性