| 無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)(PON)自從在20世紀(jì)80年代被采用至今為止已經(jīng)歷經(jīng)幾個(gè)發(fā)展階段,電信運(yùn)營(yíng)商和設(shè)備制造商開(kāi)發(fā)了多種協(xié)議和技術(shù),使PON解決方案能更好地滿(mǎn)足接入網(wǎng)市場(chǎng)要求。PON標(biāo)準(zhǔn)最初基于ATM ,并由ITU/FSAN定義了相應(yīng)G.983建議,即APON。目前則有兩個(gè)頗為引人注目的新的PON標(biāo)準(zhǔn)正在制定中,其中一個(gè)是由ITU/FSAN負(fù)責(zé)制定用來(lái)替換APON標(biāo)準(zhǔn)的Gigabit PON(GPON)標(biāo)準(zhǔn),另一個(gè)是由IEEE 802.3ah工作組負(fù)責(zé)制定的Ethernet PON(EPON)標(biāo)準(zhǔn)。 APON是由FSAN/ITU定義,以ATM協(xié)議為載體,下行以155.52Mbps或622.08Mbps的速率發(fā)送連續(xù)的ATM信元,同時(shí)將物理層OAM信元插入數(shù)據(jù)流中;上行以突發(fā)的ATM信元方式發(fā)送數(shù)據(jù)流,并在每個(gè)53字節(jié)長(zhǎng)的ATM信元頭增加3字節(jié)的物理層開(kāi)銷(xiāo),用以支持突發(fā)發(fā)送和接收。APON提供非常豐富和完備的OAM,包括比特誤碼率的監(jiān)視、告警和檢測(cè),自動(dòng)發(fā)現(xiàn)和自動(dòng)測(cè)距,并采用攪動(dòng)策略作為實(shí)現(xiàn)下行數(shù)據(jù)加密的安全機(jī)制。 在2000年12月,IEEE802.3成立了第一英里以太網(wǎng)－EFM特別工作組,致力于研究如何支持三種接入網(wǎng)拓?fù)湟约跋鄳?yīng)的物理層：銅線(xiàn)上以太網(wǎng)(EoVDSL),在750米的距離上傳送速率為10Mbps;點(diǎn)到點(diǎn)光纖上的以太網(wǎng),在最長(zhǎng)10km上傳送速率可以達(dá)到1000Mbps;點(diǎn)到多點(diǎn)基于光纖的以太網(wǎng),在最長(zhǎng)10km上傳送速率可以達(dá)到1000Mbps。此外,該工作組還將定義以太網(wǎng)的運(yùn)行、管理、維護(hù)(OAM),使其具有遠(yuǎn)端故障顯示、遠(yuǎn)端環(huán)回和鏈路監(jiān)測(cè)等功能。 EPON的發(fā)展現(xiàn)狀 EPON是幾個(gè)最佳的技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的結(jié)合。EPON采用點(diǎn)到多點(diǎn)結(jié)構(gòu),無(wú)源光纖傳輸方式,在以太網(wǎng)之上提供多種業(yè)務(wù)。目前,IP/以太網(wǎng)應(yīng)用占到整個(gè)局域網(wǎng)通信的95%以上,EPON由于使用上述的經(jīng)濟(jì)和高效結(jié)構(gòu),是連接接入網(wǎng)最終用戶(hù)的一種最有效的通信方法。10G以太主干和城域環(huán)的出現(xiàn)也將使EPON成為未來(lái)全光網(wǎng)中最佳的最后一英里的解決方案。 目前接入網(wǎng)現(xiàn)有的解決方案和用戶(hù)的需求之間還存在著巨大差異。在用戶(hù)側(cè)的本地網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)普遍擁有了支持10M和100M速率的能力,在城域網(wǎng)側(cè)已經(jīng)可以支持千兆和萬(wàn)兆的速率,但在用戶(hù)側(cè)和城域網(wǎng)之間數(shù)據(jù)的傳送卻大部分低于1M甚至只有幾十K的速率。接入網(wǎng)仍是大容量局域網(wǎng)和骨干網(wǎng)之間的瓶頸,為了突出接入網(wǎng)的優(yōu)先地位與重要性,IEEE 802.3工作組在2000年11月成立了EFM研究小組,于2001年7月開(kāi)始制定IEEE 802.3ah EFM標(biāo)準(zhǔn),2003年9月將完成EFM的標(biāo)準(zhǔn)制訂。 EPON網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
 圖1為典型的EPON網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。一套典型的EPON 系統(tǒng)由局端設(shè)備(OLT)、遠(yuǎn)端設(shè)備(ONU)/ONT和POS組成。OLT位于根節(jié)點(diǎn),通過(guò)ODN與各個(gè)ONU相連,在下行方向,OLT提供面向無(wú)源光纖網(wǎng)絡(luò)的光纖接口;在上行方向,OLT將提供千兆以太網(wǎng)(GE)連接。將來(lái)10Gbps的以太網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)定型后,OLT也將支持類(lèi)似的高速接口。為了支持其它流行的協(xié)議,OLT還可支持ATM、FR以及OC3/12/48/192等速率的SDH/SONET的接口標(biāo)準(zhǔn)。OLT通過(guò)支持E1接口來(lái)實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的TDM話(huà)音的接入,在EPON的統(tǒng)一網(wǎng)管方面,OLT是主要的控制中心,實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理的主要功能。POS是無(wú)源光纖分支器,是一個(gè)連接OLT和ONU的無(wú)源設(shè)備。ONU放在用戶(hù)駐地側(cè),接入用戶(hù)終端。 OLT和ONU之間可以靈活組建成樹(shù)形、環(huán)形、總線(xiàn)形以及混合型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。 EPON網(wǎng)絡(luò)層次模型 對(duì)于以太網(wǎng)技術(shù)而言,PON是一個(gè)新的媒質(zhì)。802.3工作組定義了新的物理層,而對(duì)以太網(wǎng)MAC層以及MAC層以上則盡量做最小的改動(dòng),以支持新的應(yīng)用和媒質(zhì)。EPON的層次模型按照2003年1月發(fā)布的IEEE 802.3ah Draft 1.3規(guī)定如下： EPON系統(tǒng)通過(guò)一條共享光纖將多個(gè)DTE連接起來(lái),其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為不對(duì)稱(chēng)的基于無(wú)源光分路器的樹(shù)形分支結(jié)構(gòu)。多點(diǎn)控制協(xié)議(MPCP)就是使這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)適用于以太網(wǎng)的一種控制機(jī)制。 EPON作為EFM討論標(biāo)準(zhǔn)的一部分,建立在MPCP基礎(chǔ)上,該協(xié)議是MAC 控制子層的一項(xiàng)功能。MPCP使用消息、狀態(tài)機(jī)和定時(shí)器來(lái)控制訪問(wèn)點(diǎn)到多點(diǎn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在點(diǎn)到多點(diǎn)拓?fù)渲械拿總�(gè)ONU都包含一個(gè)MPCP的實(shí)體,用以和OLT中的MPCP的一個(gè)實(shí)體相互通信。作為EPON/MPCP的基礎(chǔ),EPON實(shí)現(xiàn)了一個(gè)點(diǎn)到點(diǎn)的仿真子層,該子層使得點(diǎn)到多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵?duì)于高層來(lái)說(shuō)就是多個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路的集合。該子層是通過(guò)在每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)的前面加上一個(gè)邏輯鏈路標(biāo)識(shí)(LLD)來(lái)實(shí)現(xiàn)的,該LLID將替換前導(dǎo)碼中的兩個(gè)字節(jié)。PON將拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的根節(jié)點(diǎn)認(rèn)為是主設(shè)備,即OLT,將位于邊緣部分的多個(gè)節(jié)點(diǎn)認(rèn)為是從設(shè)備,即ONU。MPCP在點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的主從設(shè)備之間規(guī)定了一種控制機(jī)制,以協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)有效地發(fā)送和接收。系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中上行方向在一個(gè)時(shí)刻只允許一個(gè)ONU發(fā)送,位于OLT的高層負(fù)責(zé)處理發(fā)送的定時(shí)和不同ONU的擁塞報(bào)告,以便優(yōu)化PON系統(tǒng)內(nèi)部的帶寬分配。EPON系統(tǒng)通過(guò)MPCPDU來(lái)實(shí)現(xiàn)OLT與ONU之間的帶寬請(qǐng)求、帶寬授權(quán)和測(cè)距等。 MPCP涉及的內(nèi)容包括ONU發(fā)送時(shí)隙的分配,ONU的自動(dòng)發(fā)現(xiàn)和加入,向高層報(bào)告擁塞情況以便動(dòng)態(tài)分配帶寬。多點(diǎn)控制協(xié)議(MPCP)多點(diǎn)控制協(xié)議位于MAC控制子層。MAC控制子層向MAC子層的操作提供實(shí)時(shí)的控制和處理。圖2為EPON網(wǎng)絡(luò)的層次模型結(jié)構(gòu)。 EPON中的關(guān)鍵技術(shù) 1. 系統(tǒng)同步 系統(tǒng)同步是指由于EPON上行采用多點(diǎn)到一點(diǎn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),每個(gè)ONU發(fā)送時(shí)隙必須與OLT的系統(tǒng)分配的時(shí)隙保持一致,以防止各個(gè)ONU上行數(shù)據(jù)發(fā)生碰撞。ONU側(cè)的時(shí)鐘應(yīng)與OLT側(cè)的時(shí)鐘同步。EPON時(shí)鐘同步采用時(shí)間標(biāo)簽方式。在OLT側(cè)有一個(gè)全局的計(jì)數(shù)器,在下行方向OLT根據(jù)本地的計(jì)數(shù)器插入時(shí)鐘標(biāo)簽,ONU根據(jù)收到的時(shí)鐘標(biāo)簽修正本地計(jì)數(shù)器,完成系統(tǒng)同步;在上行方向ONU根據(jù)本地的計(jì)數(shù)器插入時(shí)鐘標(biāo)簽,OLT根據(jù)收到的時(shí)鐘標(biāo)簽完成測(cè)距。 2. ONU的自動(dòng)識(shí)別 ONU自動(dòng)加入目的是通過(guò)系統(tǒng)的自動(dòng)運(yùn)行,不需人工干預(yù)就能完成對(duì)新ONU的發(fā)現(xiàn)和注冊(cè),使新ONU能夠自動(dòng)加入到EPON系統(tǒng)而不影響其它ONU運(yùn)行。EFM對(duì)解決注冊(cè)沖突提出了兩種方案。 a. 隨機(jī)延遲時(shí)間：發(fā)生注冊(cè)沖突時(shí),發(fā)生沖突的ONU仍然每次都響應(yīng)注冊(cè)授權(quán),但是在響應(yīng)開(kāi)窗時(shí)隨機(jī)延遲一定時(shí)間(但必須保證ONU隨機(jī)延遲后的應(yīng)答仍然可以落在開(kāi)窗內(nèi))。采用隨機(jī)延遲時(shí)間的方法可以縮短O(píng)NU加入系統(tǒng)的時(shí)間,但是需要增大注冊(cè)開(kāi)窗的長(zhǎng)度,這樣會(huì)降低系統(tǒng)的帶寬利用率。 b. 隨機(jī)跳過(guò)開(kāi)窗：發(fā)生注冊(cè)沖突時(shí),發(fā)生沖突的ONU隨機(jī)跳過(guò)若干個(gè)注冊(cè)授權(quán)后才重新響應(yīng)。如果注冊(cè)授權(quán)的周期為1秒,那么發(fā)生沖突的ONU可隨機(jī)延時(shí)1～8秒(系統(tǒng)可配置),然后繼續(xù)等待注冊(cè)授權(quán)。采用隨機(jī)跳過(guò)開(kāi)窗的方法比隨機(jī)延遲需要多花一些時(shí)間,但是不需增大注冊(cè)開(kāi)窗,不會(huì)影響系統(tǒng)的帶寬利用率。 3. EPON中TDM業(yè)務(wù)的傳輸VSPACE=12 HSPACE=12 ALT="圖2：EPON的層次模型。">
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