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浙江工业大学硕士学位论文 g p o n 系统0 n um a c 层下行链路的研究与设计 摘要 接入网是连接用户网与城域网骨半网的桥梁。随着社会信息化进程的加快，接入网已 成为铡约网络赛宽带纯发展豹瓶颈。舞了满足爝户魏翥求，接入魏麓薪技术不断涌瑗。嚣 前接入网技术主要有x d s l 、混合接入、光纤接入、无线接入等。在有线接入领域，出于 光纤技术带宽高、衰减少等优势，竞纤接入逐渐成隽接入网戆主流技零。无源竞爨络( p o n ) 是最受关注的光纤接入技术。p o n 经历了a p o n 、e p o n 和g p o n 的发展历程，g p o n 通 过为蔫户提供毒魄特的荣宽，嵩效的i p 、t d m 承载模式，将藏必b w r p f t r h ( 光纤到户) 领域中更为完善的解决方案。随着g p o n 技术的不断成熟和进步，相信g p o n 技术将会是 未来宽带光接天霭络翡发展方彝。 g p o n 的技术特征主要体现在介质访问控制层( m a c 层) ，报多g p o n 的关键技术如 信道复用、动态带宽分鬣、翔解密、测距等都是在奔质访目接豢| 层实瑷的，研究帮设计g p o n 系统光网络单元( 饼哪) m a c 层的下行链路对g p o n 技术的研究具有重要意义。 奉文首先奔绥了光接入鼹技术，毽括三释主要靛无源光舞络艚傣、秘溅和g p o n ， 以及g p o n 技术的发展现状；其次从g p o n 的定义出发，阐明了g p o n 的标准、系统结 构、分层结构和关键技术；然麓重点介绍了g p o n 酶转输汇聚屡，雹括系统协议找、黄输 汇聚层的关键功能、子层结构和功能以及g t c 帧结构；根据传输汇聚层的分析提出了o n u 的m a c 层整体设计结构图，并介缨了备令模块裁功能；在详缨分橇下行链鼹豹每个模块 的基础上，用v e r i l o g 硬件描述语言在q u a r t u si i 软件中对每个模块进行仿真设计，并给出 了仿真结果图；最爵对所徽魏研究工箨进行了总结，指撼了今翥述需继续进行赫研究工作， 并对g p o n 技术的发展前景进行了展望。 语言 关键词：千兆比特无源光网络、光网络单元、m a c 层、模块设计、v e r i l o g 硬件描述 浙江工业大学硕士学位论文 r e s 嚣a r c 珏a n 移d e s 薹g no fg p o ns y s t e mo n u 剐渔cl a y e r sd o w n s t r 翌a mc h a i n a b s t r 舂c t t h ea c c e s sn e t w o r ki st h eb r i d g eo fc o n n e c t i n gu s e rn e t w o r ka n dm a 2 q ( m e t r o p o l i t a na r e a n e t w o r k ) a st h ep r o c e s so fs o c i a li n f o r m a t i o n i z a t i o nw a ss p e e d i n gu p ，t h ea c c e s sn e t w o r k h a s b e c o m et h eb o r i c - n e c ko ft h ed e v e l o p m e n to fw i d e b a n d 。i no r d e rt oa p p e a s et h er e q u i r e m e n to f u s e r s ，n e wt e c h n o l o g i e so fa c c e s sn e t w o r kw a sc o n t i n u o u s w e l l e du p a tp r e s e n t ，t h e t e c h n o l o g i e so fa c c e s sn e t w o r km o s t l yi n c l u d ex d s l , h y b r i da c c e s st e c h n o l o g y , f i b e ra c g c s s t e c h n o l o g ya n dw i r e l e s sa c c e s st e c h n o l o g y i nt h ef i e l do fw i r e ds o l u t i o n s ，f i b e r a c c e s s t e c h n o l o g yb e c o m e st h em a i n s t r e a mt e c h n o l o g yo fa c c e s sn e t w o r ks t e pb ys t e pd u et ot h e i r b a n d w i d t hc a p a c i t ya n dl i t t e ra t t e n u a t i o n p a s s i v eo p t i c a ln e t w o r kf p o n ) i st h ef i b e ra c c e s s t e c h n o l o g yt h a ta t t r a c t st h em o s ta t t e n t i o n p o nh a se x p e r i e n c e dt h r e ep e r i o d s a sa p o n , e p o n a n dg p o n g p o np r o v i d e sg i g a b i t c a p a b l eb a n d w i d t hf o ru s e r s ，h i g he f f i c i e n c yo fl o a d i n gi p a n dt d m , i tw i l lb et h em o s tp e r f e c ts o l v e n ti n t h ef 睽p 蹬嘲f i e l d a l o n gw i t ht h et e c h n o l o g y o fg p o nb e c a m e sm o r ea n dm o r er i p ea n dp r o g r e s s i v e ，i ti sb e l i e v e dt h a tg p o nw i l lb et h e d e v e l o p i n gd i r e c t i o no fw i d eb a n do p t i c a la c c e s sn e t w o r k 。 t h et e c h n o l o g yc h a r a c t e ro fg p o nm a i n l ys h o w so nm e d i u ma c c e s sc o n t r o l ( m a c ) l a y e r m a n yk e yt e c h n o l o g i e s 瓣a c h i e v e do nm a cl a y e r s u c ha sc h a i l n lm u l t i p i ct e c h n o l o g y , d y n a m i c b a n d w i d t ha s s i g n m e n t , e n c r y p t d e c r y p ta n dr a n g i n g i ti ss i g n i f i c a n tt or e s e a r c ha n dd e s i g no f g p o ns y s t e m0 n um a cl a y e r sd o w n s t r e a mc h a i nf o rt h er e s e a r c ho fg p o n a tf i r s tt h ed i s s e r t a t i o ni n t r o d u c e st h et e c h n o l o g yo fo p t i c a la c c e s sn e t w o r k ，i n c l u d i n gt h r e e m a i nk i n d so fp a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k ss u c ha sa p o n ，e p o na n dg p o n ，a n dt h ea c t u a l i t ya n d d e v e l o p m e n to fg p o n ；s e c o n d l y , f r o mt h ed e f i n i t i o n so fg p o n ，w ei l l u m i n a t eg p o n s s t a n d a r d s ，s y s t e ms t r u c t u r e ，d e l a m i n a t i o ns t r u c t u r e ，a n dk e yt e c h n o l o g i e s ；t h e ns t r e s s l yi n t r o d u c e s t h et r a n s m i s s i o nc o n v e r g e n c e ( t c ) l a y e r , i n c l u d i n gt h ep r o t o c o lm o d e l ，k e yf u n c t i o n s ，f u n c t i o n s o ft h es u b l a y e r s ，a n df r a m es t r u c t u r e ；a c c o r d i n gt ot h ea n a l y s i so f t cl a y e r , w ed e s i g nt h ew h o l e t l 浙江工业大学硕士学位论文 s t r u c t u r a ld r a w i n go fo n um e d i u ma c c e s sc o n t r o ll a y e r , i n t r o d u c et h ef u n c t i o no fe v e r ym o d u l e ； b a s e do nt h ea n a l y z i n gi nd e t a i le v e r ym o d u l eo fd o w n s t r e a mc h a i n , w ed e s i g na n ds i m u l a t et h e m o d u l e su s i n gv e r i l o gh d l l a n g u a g eo nt h ed e v e l o p m e n te n v i r o n m e n to fq u a r t u si i ；a 主l a s t , i t s u m m e du pt h er e s e a r c hw o r kw h a th a db e e n d o n ea n dp o i n t e do u tw h a tn e e d e dt op r o c e e dw i t h , a n d e x p e c t e dt h ed e v e l o p m e n to fg p o ni nf u t u r e k e yw o r d s ：g p o n ( g i g a b i t - c a p a b l ep a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k ) ，o n u ( o p t i c a ln e t w o r ku n i t ) ， m a c ( m e d i aa c c e s sc o n t r 0 1 ) ，b l o c kd e s i g n , v e r i l o gh d l ( h a r d w a r ed e s c r i p t i o nl a n g u a g e ) i i i 浙江工业大学 学位论文原创性声明 本夫郑重声臻：所提交戆学位论文是本人在导舞麴指导下，独立进行研究王馋 所取得的研究成果。除文中融经加以标注引用的内容外，本论文不包含其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得浙江工监大学或其它教育机构的 学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中 以明确方式标明。本人承担本声羁的法律责任。 作者签名：1 敷虹表 露期：捌捧毒胃诸西 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，间意学校保留 并怒国家有关部门或机构送交论文的复印髂帮电子版，允许论文被查阅和借阅。本 人授权浙江工业大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复谁手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 堇、保密口，盔年解密蜃适用本授权书。 2 、不保密叽 ( 请在以上穗虚方框肉打时) 作者签名：豫媾 剔程辄鲫 e ta - 潲睥 莠锗基 日期：舴j 月劬珀 浙江工业大学硕士学位论文 1 1 光接入网技术 第1 章绪论 光纤接入技术的通信容量大、性能稳定、傺密性好等特点，已经为接入网带来了“光 迸铜退”的发展趋势。光纤接入网( 或称光接入网) ( o p t i c a la c c e s sn e t w o r k ，o a n ) 是以 光纤为传输介质，并利用光波作为光载波传送信号的接入网，泛指本地交换机或远端交换 机模块与用户之间采用光纤通信或部分采用光纤通信的系统i l 】。 光接入网的参考结构如图薹1 所示。该系统由光线路终端( 娜畦蹦l i n et e m f i n a l ，o l t ) 、 光网络单元( 0 p t i e a ln e t w o r ku n i t ，o n u ) 、光分配网络光配线终端( o p t i c a ld i s t r i b u t i n g n e t w o r k o p t i c a ld i s l r i b u t i n gt e r m i n a l ，o d n o d t ) 、光缆、系统管理单元及穗关适配功髭 ( a d a p t a t i o nf u n c t i o n ，a f ) 设备组成。 i l 、 1 ：篓厂 i 恐! 广制 t匹卜匪蔓y 圈 趔 | 亘 伍丑 t匝卜臣蔓y 用户侧 o n u ；龙网络革元t o n , 无源光瞬络u 掰；用户网络接口o d n ：兜分配两络 o l t ：光线路终端a o n ：有源光网络s n h 业务节点接1 3 o d t ：光配线终端 a f ：邋配功能v ；v 接口 t lt 接口 q 3 ；q 3 攘口 图1 - 1 光接入网参考结构图 光分配网络( o d n ) 在一个o l t 和一个或多个o n u 之间提供一条或多条光传输邋道。 光在0 d n 中传输的两个方向是下行方向和上行方向。下行方向信号从o l t 传输到0 n u ， 上行方向信号从o n u 传输到o l t 。在下行方向，o l t 把从业务节点接口( s e r v i e en o d e 1 - 浙江工业大学硕士学位论文 i n t e r f a c e ，s n i ) 来的业务经过o d n 广播方式发送给与此相连的所有o n u 。在上行方向， 系统采用时分多址( t i m ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ，t d m a ) 技术使o n u 无碰撞的发送信 息给o l t m 。 根据光接入网中o d n 是由无源器件还是由有源器件组成，光接入网可分为有源光网 络( a c t i v eo p t i c a ln e t w o r k ，a o n ) 和无源光网络( p a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k , p o n ) 。a o n 由于采用了有源设备，所以存在供电、可靠性等问题。与a o n 相比，p o n 的覆盖范围和 传输距离要小，但由子户外没有有源设备，提高了抗干扰能力，可靠性更高，而且大大简 化了接入途中的安装条件，价格更低、安装维护更方便，是光接入网最具发展潜力的的技 术【3 】。 1 2p o n 技术介绍 l 。2 。l 无源光网络韵背景及发展 p o n 的概念最早是由英国电信公司的研究人员于1 9 8 7 年提出，主要是为了满足用户 对鬻络灵活性的要求翻。壹于p o n 中不包含任鸯有源器件，价格低，安装、维护方便，所 以p o n 技术成为光接入网技术中的热点，发展十分迅速。 最早的p o n 标准是1 9 9 8 提基的l 弼曩g 9 8 3 标准，即基于吴步转移模式( a s y n c h r o n o u s t r a n s f e rm o d e ，a t m ) 的a t m 无源光网络( a t mp a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k ，a p o n ) ，主要目 的是使接入嬲部分p o n 和核心褥的a t m 镌相互兼容。在2 0 0 0 年底，以太鼹最蜃一公里 联盟( e t h e m e ti nt h ef i r s tm i l ea l l i a n c e ，e n 俄) 提出了以太网无源光网络( e t h e m e tp a s s i v e o p t i c a ln e t w o r k , e p o n ) ，邸在p o n 基磷上簧输以太霹帧。随着以太接入网的发展，e p o n 最终被纳入了以太接入网i e e e8 0 2 3 a h 2 0 0 4 标准。差不多在e f m a 提出e p o n 的同时， 全业务接入溺( f 蠢ls e r v i c ea c c e s sn e t w o r k , f s 越、1 ) 组织考虑到a p o n 麴低效率和e p o n 对话音和视频等实时业务不能提供服务质量( q u a l i t yo f s e r v i c e ，q o s ) 保证的不足，于2 0 0 2 年提出了于兆无源光网络( g i g a b i t - c a p a b l ep a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k , g p o n ) ，并在2 0 0 3 年 通过了g p o n 系列标准：i t u tg 9 8 4 1 、g 9 8 4 2 、c x 9 8 4 3 ，并与2 0 0 4 年4 月完成了g 9 8 4 4 标准。 1 2 2 主流p o n 技术 p o n 直被认为是光接入网中颇具应用前景的技术，它打破了传统的点到点解决方 法，在解决宽带接入阏题上是一种经济的，面向未来多业务的用户接入技术。西翦最流行 一2 一 浙江工业犬学硕士学位论文 的三种无源光网络技术是a p o n 、e p o n 和g p o n 。下面将对这三种技术分别作一个简单 的介绍，并从各个方面进行分析比较。 时0 n a p o n ( 越_ m p 0 n ) 是f s a n 于2 0 世纪9 0 年代串弱开发完成的，并将箕定为凿际电 信联盟( i n t e r n a t i o n a lt e l e c o m m u n i c a t i o nu n i o n ，i t u ) 的标准，即g 9 8 3 标准。a p o n 是结 合a t m 多业务多比特率支持能力和无漂光网络透明宽带传送能力的解决方案。 a p o n 的模型结构如图1 2 所示。其中u n i ( u s e rn e t w o r ki n t e r f a c e ) 为用户网络接口， s n l 为业务节点接口，姗失光蹋络单元，0 班为光线路终端。 墅l 也a p o n 模型图 它是基于a t m 信元的传输系统，为点到多点的传输系统的复用和多路接入方式提供 了良好的基础，这种传输结构为多用户共享整个带宽提供了基础。a p o n 传遴的是固定长 度的数据，可采用两种速率结构：即上下行均为1 5 5 5 2m b s 的对称结构和下行6 2 2 0 8 m b s 、上行15 5 5 2m b s 的不对称结构。 a p o n 的工作原理如下：o l t ( y c 线路终端) 将到达各个o n u ( 光照络单元) 的下行 业务组装成帧，以广播的方式发送到下行信道上，各个o n u 收到所有的下行信元后，根 据信元头信息从中取出属于自己的信元；在上行方向上，由o l t 轮询各个o n u ，得到o n u 的上行带宽请求，o l t 合理分配带宽后，以上行授权的形式允许o n u 发送上行信元，即 只有收到有效上行授权的咖才能在上行帧中占有指定的时隙。g - 9 8 3 协议定义a p o n 系统主要面对宽带业务并没有考虑对窄带业务的支持。在下行的信_ 元流中插有专门的物理 层运行管理维护( p h y s i c a ll a y e ro p e r a t i o na d m i n i s t r a t i o nm a i n t e n a n c e ，p l o a m ) 信元。上 浙江工业大学硕士学位论文 行传输的是突发形式的a t m 信元，为了实现突发发送和接收，每5 3 个字节的信元前面插 入3 字节的物理开销1 4 1 。 a p o n 系统的主要特点：采用统计时分复用技术；动态带宽分配；提供非常丰富完备 的操作管理维护( o p e r a t i o na d m i n i s t r a t i o nm a i n t e n a n c e ，o a m ) 功能，包括误码率监测、 告警、自动发现与自动搜索以及搅码加密等。然而，a p o n 有两大缺点：一是数据传输效 率低；二是a t m 层上适配和提供业务复杂。这些原因致使a p o n 虽然发展多年，但是仍 没有真正进入市场。 嚣p o n 以太网无源光网络( e p o n ) 是基予以太网技术的宽带接入系统，它利用p o n 的拓扑 结构实现以太网的接入图。它在p o n 上传送e t h e m e t 帧，为用户提供可靠的数据、话音和 视频等多种业务。e p o n 比a p o n 提供了更高的带宽，更低的成本和更广的服务能力，其 所提供的带宽远大于现有接入技术。e p o n 的接入网结构如图l 。3 所示： 圈1 - 3e p o n 的接入网结构 船o n 和a p o n 的主要区别是：在e p o n 中，根据i e e e8 0 2 3 以太网协议，传送的是 可变长度的数据包，最长可为1 5 1 8 个字节；在a p o n 中，根据a t m 协议的规定，传送的 是包含4 8 个字节净受萄和5 字节信头的5 3 字节固定长度信元。 在下行方向，o l t 将数据以可变长度的数据包广播传输给所有在e p o n 上的o n u ， 每个包携带一令具有传输到露的地o n u 标识符的信头。当数据到达o n u 时，由o n u 的 - 4 浙江工业大学硕士学位论文 m a c 层进行地址解析，提取出属于自己的数据包，丢弃其他的数据包。在上行方向使用 时分多址( t d m a ) 技术，多个0 n u 的上行信息组成个时分复用( t u n ed i v i s i o n m u l t i p l e x i n g ，t d m ) 信息流传送到o l t 。由于来自不同o n u 的e p o n 数据帧可能会发生 数据冲突，因此在上行方向需要一些仲裁机制来避免数据冲突和公平的分配信道资源。 为了解决o l t 的带宽分配闯题，i e e e8 0 2 3 a h 工作组提出了一种叫做多点控制协议 ( m u l t i p o i n tc o n t r o lp r o t o c o l ，m p c p ) 的机制，是e p o n 介质访问控铜 ( m e d i u ma c c e s s c o n t r o l ，m a c ) 子层内的一种功畿。m p c p 利用消息、状态机和定时器来控制向点对多点主 站( p o i n t - t o - m u l t i p o i n t ，p 2 m p ) 网络拓扑的接入。在p 2 m p 网络拓扑中的每一个o n u 都 有一个m p c p 协议实例，它与o l t 中的m p c p 协议实例进行通信。 从e p o n 的结构上看，其关键优点是极大地简化了传统的多层重迭网结构，主要特点 有：消除了a t m 和s d h 层，从而降低了初始成本和运行成本；下行业务速率高达1 g b s ， 允许支持更多用户，每一用户的带宽可以更高，并能提供视频业务能力和较好的q o s ；硬 件简单，无须室外电子设备，使安装部署工作得以简化；可以大量采用以太网技术成熟的 芯片，实现较简单，成本较低。但是e p o n 的主要缺点有两个：即效率低和难以支持以太 网之外的业务。 g p o n 2 0 0 3 年初，i t u t 批准了g p o n 标准g9 8 4 1 和g 9 8 4 2 。g p o n 能提供前所未有的 高比特率( 最高可达2 4 8 8 g b p s ) 、全业务支持( 数据和t d m 监务) 、以原有数据格式传 送( 透明传输) 、具有极高效率【6 】。 g p o n 协议设计时主要考虑到基子串寅的多业务( a t m 、t d m 、数据) 传送：上行带宽 分配机制采用时隙指配( 通过指示器) ；支持不对称线路速率；为了提高带宽效率，数据帧 可以分拆和串接；缩短上行突发方式报头( 包括时钟和数据恢复) ；动态带宽分配报告、安 全性和存活率开销都综合于物理层；帧头保护采用循环冗余码校验( c y c l i cr e d u n d a n c y c h e c k , c r c ) ，误码率估算采用比特交织奇偶校验；在物理层支持服务质量( q o s ) 。帧的 净负荷中分a t m 信元段和g p o n 封装格式( g p o ne n c a s u l a t i o nm e t h o d ，g e m ) 通用帧段， 实现综合业务的接入。 g p o n 一开始就自上而下重新考虑了p o n 的应用和要求，不再是基于a p o n 标准， 教称为本色模式p o n 3 。它方面保留了与p o n 相关的许多功能，如o a m 消息、动态带 宽分配( d y n a m i cb a n d w i d ea l l o c a t i o n ，d b a ) 等；另方面g p o n 基于全新的传输汇聚 ( t r a n s m i s s i o nc o n v e r g e n c e ，t c ) 层，该子层能完成对高层多样性业务的适配，包括a t m 业 s 浙江工业大学硕士学位论文 务、t d m 业务以及i p e t h e m e t 业务，并且是高效透明的，其适配协议采用册- tg 7 0 4 1 一g f p ( 通用成帧协议) ，这是一种可以透明地高效地将各种数据信号封装进现有同步数字 系列( s y n c h r o n o u sd i 番t a lh i e r a r c h y , s d h ) 网络的通用标准信号适配映射技术，可以适应 任何用户信号格式和任何传输网络制式，即可以按固有格式传送语音、数据和视频信号， 全面体现了业务提供商对业务提供的灵活要求。由于采用通用成帧协议( g e n e r i cf r a m i n g p r o c e d u r e ，g f p ) 映射，g p o n 的传输汇聚层本质上是同步的，使g p o n 可以支持端到端 的定时和其他准同步业务，特别是可以直接高质量地灵活地支持t d m 业务。 g p o n 更高效、高速，提供从6 2 2 0 8 m b s 到2 。4 g b s 的可升级的框架结构，支持上下 行不对称速率，支持多业务，特别是以本色模式和极高的效率同时支持数据和t d m 业务， 提供明确的服务质量保证和服务级别，具有电信级的网络监测和业务管理能力。因此， g p o n 成为目前最为理想的宽带接入网技术。 1 2 3p o n 技术的比较 表1 1 叼列如了三种p o n 技术在线路编码、上下行速率、封装格式等方面的不羼。 表i - i 五种p o n 的比较 敞i re p o ng p a n 线路编码 n r z8 丑1 0 8僦 q o s 可靠 不可靠可靠 波下行1 4 8 0 - 1 5 0 0 ，上下行1 5 5 0 ，上褥1 3 1 0下行1 4 8 0 - 1 5 0 0 ，上 行1 2 6 。1 3 豹 行1 2 6 0 - 1 3 6 0 相关标准 i u t _ tq 9 8 3i e e e8 0 2 3 a h 1 1 l m t q 9 8 4 支持羲速下行 15 5 衢2 2m b i t s1 。2 5g b i t s 1 2 5 趁。5g b i t s - 率 上行1 5 5m b i t s1 2 5g b i t s15 5 6 2 2m b i t s 、 l2 5 趁5g b i f f s 协议和封装格式删 i e e e8 0 2 3 以太帧封a 1 r m 或g f p 装格式 分路比l ：1 6 l ：3 2 1 ：3 2 ，l ：6 4 ，1 ：1 2 8 有效传输距离( k m )2 0 2 0 6 0 总体效率 7 l 4 9 9 3 从上表来看，在线路编码方面，a p o n 和g p o n 都采用非归零码，效率达1 0 0 ，而 浙江工业大学硕士学位论文 e p o n 采用8 b 1 0 b 编码，本身引入了2 0 的损耗；a p o n 和g p o n 均能提供可靠的q o s ， 而e p o n 仅在数据传输方面有好的性能，在处理话音、视频业务等实时业务时先天不足， 为实现综合业务，e p o n 标准必须附加复杂的q o s 保证机制；在上下行速率方面，g p o n 提供更高的速率，更灵活的对称与不对称速率配置，满足更多用户的需求；g p o n 在分路 比和有效传输距离方面比a p o n 和e p o n 有更大的优势，具有更大的灵活性；在总体效率 方面，由于a p o n 采用a t m 信元传输，内部开销较大，传输效率低，对于e p o n ，由于 采用8 b 1 0 b 编码作为线路码，本身就引入了2 0 的带宽损失，而其业务适配的开销大， 适配业务的效率只有6 0 - - 7 0 ，再加上其他效率的损失，e p o n 的总体效率只有4 9 ， 而g p o n 不涉及带宽的额外损耗，其总体效率为9 3 ，远高于a p o n 的7 l 和e p o n 的 4 9 s 1 。 在全世界运营商芷在使用的所有p o n 技术中，只有g p o n 实现了p o n 的最初目标： 为接入网业务节约成本，尤其是在网络需要同时支持以太分组业务和传统业务的场合下。 对于那些离开城域环5 - - 3 0 k m 的用户，g p o n 提供了一种切实可行的宽带接入方式，而这 是传统铜缆、x d s l 或其他p o n 技术所不能满足的。 1 3g p o n 冒前的国内外发晨 i t u - t 在2 0 0 3 年制定了g p o n 的两个标准g 9 8 4 1 和g 9 8 4 2 ，在2 0 0 4 年，又推出了 g p o n 的主体标准g 9 8 4 。3 。当时只有f l e x l i g h t 和o p t i c a ls o l u t i o n s 两家薪兴公司能够提供 g p o n 设备，传统的电信设备厂商大部分还处在预研状态。f l e x l i g h t 公司是最早推出g p o n 产品的厂商，其产燕透过f p g a 方式实现了核心功能，o p t i c a ls o l u t i o n s 公司推出的是基于 a i m 封装的g p o n 产品。2 0 0 5 年( 2 9 8 4 4 标准定稿后，完整的g p o n 标准体系形成，更 多设备裔开始介入g p o n 领域，大型芯篾厂商也开始研发g p o n 芯片。 g p o n 由于标准门槛高，商用芯片推出较晚，但是从2 0 0 6 年以来情况已经大为改观， b r o a d _ l i g h t 公镯在2 0 0 6 年第一季度推毒g p o n 靛单系统芯片( s o e ) 祥片，a l c a t e l 与f r e e s e a l e 合作，在2 0 0 6 年中期推出了商用g p o n 芯片，e p o n 主要芯片商p a s s a v e 也宣布加入g p o n 芯冀阵营。 在系统制造商方面，世界主流厂商如北电、朗讯、阿尔卡特、c a l i x ( 收购了o p t i c a l s o l u t o n s ) 、摩托罗拉、t e l l a b s 、蜀立、f l e x l i g h t 、n e c 等，以及黉蠹的华为、中兴公蔼都 已经推出了g p o n 产品或者宣布相应的计划，加入到g p o n 阵营中来，看好g p o n 未来 的发展。 浙江工业大学硕士学位论文 运营商中，2 0 0 5 年l l 胄美国三大地方贝尔公司( a t & t ，b e l l s o u t h , v e i l z o n ) 发布了 g p o n 设备的联合招标( i 江p ) 书。欧洲的法国电信、中东的科威特、新加坡电信等也已 开始了g p o n 现场试验和部署。2 0 0 6 年9 月，在美囡加州的s a n t a c l a r a ，f s a n 组织了g p o n 业务层互通测试，参加的厂商包括华为、西门子、富士通、日立、t e r a w a v e 等十几个业界 主流厂商 9 1 。互通的进展顺利使业界看到了g p o n 的光明前景，而f s a n 也将继续推动 o n u 管理控制接口( o n um a n a g e m e n ta n dc o n t r o li n t e r f a c e ，o m c i ) 简化、低成本光源等 方面的研究，以进一步提供简单而易于实现的低成本g p o n 解决方案。在国内，中国电信 和网通都确定了未来接入网向g p o n 演进的长远目标，中圜电信已经开始了g p o n 设备的 实验室测试，g p o n 作为未来接入网发展的目标融成为运菌商的共识。 综上所述，越来越多的厂商和运营商加入支持g p o n 的趋势已经非常明显，规模部署 g p o n 的产业链已经形成【| o 】。 1 4 论文的内容安排 本文主要围绕g p o n 系统o 】u 的m a c 层下行链路的研究设计展开的。 第一章介绍了光接入网技术，重点介绍并比较了目前流行的无源光网络技术：a p o n 、 e p o n 和g p o n ，g p o n 由于其技术优势，将具有很大的前景；然藤介绍了g p o n 露前国 内外的发展状况。 第二章对新一代光接入技零g p o n 进行描述。介绍了g p o n 标准制定的进程；简单分 析了g p o n 四个协议g 9 8 3 1 、c t 9 8 3 2 、g 9 8 3 3 和g 9 8 3 4 ；介绍了g p o n 的系统结构，分 层结构和g p o n 关键技术。 第三章介绍了g p o n 的传输汇聚层( t c 层) ，重点介绍了g p o n 协议栈、控制管理 平面、用户平匿、传输汇聚层的关键功麓、g 戏：予层功能和帧结构。 第四章给出了o n u 的m a c 层整体设计图，介绍了帧同步域( p s y n e ) 、超帧指示域 ( i d e n t ) 、下行物理层操作维护管理( p l o 恻滋) 、下行有效载萄长度域( p l e n d ) 、带宽映 射域( b w m a p ) 、下行有效负荷( p a y l o a d ) 、输出控制、加解密和编解码等模块的功能。 第五章首先贫绍了所用的嚣发环境q u a r t u s l i 软律与开发语言v e r i l o g 硬件攒述语言； 接着着重下行链路的设计实现，并给出了每个模块的逻辑图和仿真图，包括i d e n t 域、p l e n d 域、带宽映射域( b w m a p ) 等模块。 第六章则对整篇文章进行总结，阐述了研究设计过程中的一些体会，分析了文章的不 足| 良及后续的工俸。 浙江工业大学硕士学位论文 第2 章g p o n 技术简介 2 1g p o n 标准 2 。1 薹g p o n 的标准化进程 1 9 9 5 年，f s a n 联盟成立，其目的是要共同定义一个通用的p o n 设备标准。f s a n 努 力的第一个结果是1 5 5 m b i t s p o n 系统的技术规范，从1 9 9 8 年开始悉提出了删巧g 9 8 3 系列标准，因它是用a t m 作传输协议，所以名为a p o n ，其最高速率为6 2 2 m b i t s 。1 9 9 8 年l q 胃，l m t 通过7g 。9 8 3 1 标准，即“基于无源光网络的宽带光接入网”，主要趣定了 线路速率、光网络要求、网络分层结构、物理媒质层要求、汇聚层要求、测距方法和传输 性能要求等。1 9 9 9 年又出台了g 。9 8 3 。2 建议，瑟“a p o n 的o n t 管理和控制接口规藏静， 主要从网络管理和信息模型上对a p o n 系统进行了定义，以确保不同厂商的设备可实现互 操作。随后，又批准了g 9 8 3 3 建议，针对三两融合盼趋势，对p o n 系统物理层光波段进 行了燕新分配。同时各电信设备制造商也研发出了a p o n 产品，但e l j 于价格较高，又受到 a t m 推广受阻的影响，所以a p o n 在市场中也受到很大限制剐。 2 0 0 0 年底另一些设备制造商成立了第一英里以太网联盟( e f m a ) ，提出基于以太网 的p o n 的概念- - e p o n 。并促成i e e e 在2 0 0 1 年成立第一英里以太鼷小缓( 嚣f m ) ，开始 正式研究包括1 2 5 g b i t s 的e p o n 在内的e f m 相关标准。2 0 0 1 年底，f s a n 更新网页把 a p o n 改名为b p o n ，霹崧宽带p o n ”0 2 1 。 实际上，在2 0 0 1 年1 月左右e f m a 提出e p o n 概念的同时，f s a n 联盟也开始进行 1 g b i t s 以上的p o n 标准靛研究。除了需要支持更高的比特速率终，f s a n 提出“对全都 协议开放地进行完全彻底的重新考虑 的正确决定，努力寻求一种最佳的、支持全业务的、 效率最高静解决方案。2 0 0 3 年年初，删零批准了g p o n 标准g + 9 8 4 董帮g 。9 8 4 2 ，2 0 0 4 年，又相继批准了g 9 8 4 3 和g 9 8 4 4 ，形成了( 2 9 8 4 x 系列标准，至此，g p o n 技术标准 已经完成。 2 。重2g p o n 的标准余缓 g p o n 技术的标准共有四个，分别是：g 9 8 4 1 、g 9 8 4 2 、g 9 8 4 3 和g 9 8 4 4 。 g ，9 8 4 。l 标准的名称为千多毽麓：特无源光网络的总体特性，主要瓶范了g p o n 系统的总 9 浙江工业大学硕士学位论文 体要求，包括o a m 的体系结构、业务类型、s n i 和u n i 、物理速率、逻辑传输距离以及 系统的性能目标f 1 3 1 。 g 9 8 4 2 标准名称为千兆比特无源光网络的物理媒体相关( p h y s i c a lm e d i ad e p e n d e n t , p m d ) 层规范主要规范了g p o n 系统的物理层要求。g 9 8 4 2 规定，系统下行速率为 1 2 4 4 g b p s 或2 4 8 8 g b p s ，上行速率为o 1 5 5 g b p s 、0 6 2 2 g b p s 、1 2 4 4 g b p s 或2 4 8 8 g b p s 。标 准定义了在各种速率等级下o l t 和o n u 光接1 2 1 的物理特性，提出了1 2 4 4 g b p s 及其以下 各速率等级的o l t 和o n u 光接口参数l 湖。 g 9 8 4 3 标准名称为干兆比特无源光网络的传输汇聚( 代) 层规范，即m a c 层规范， 该标准规定了g p o n 的t c 子层、帧格式、封装方法、适配方法、测距机制、q o s 机制、 安全机制、动态带宽分配和操作维护管理功能等。g 9 8 4 3 引入了一种薪的传输汇聚予层， 用于承载a t m 业务流和g e m 业务流。g e m 是一种新的封装结构，主要用于封装那些长 度可变的数据信号和t d m 业务【1 5 1 。 g 9 8 4 4 标准名称为g p o n 系统管理控制接口规范，提出了对o m c i ( 光网络终端管 理与控制接口) 的要求，目标是实现多厂家o l t 和o n t 设备之间的互通。该建议指定了 协议管理实体，模拟了o l t 和o n t 之间信息交换的过程【1 6 1 。 2 2g p o n 的系统结