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g p o n 网络中m a c 层相关技术的研究及d b a 算法的设计 摘要 本论文是作者在参与了北京市科委“点到点的f 1 陌h 设备研发与 应用”( z 0 0 0 5 1 7 0 0 4 1 3 2 1 ) 项目的科研与开发工作的背景下，写作而 成的。该项目的目的是实现可实用化的e p o n 和g p o n 系统及设备。 本文主要对g p o n 的媒体接入控制( m a c ) 层( 包括m a c 控制子 层和r s 子层) 中的若干关键问题进行了深入的研究。 本文的工作集中于吉比特无源光网络系统媒质接入控n ( m a c ) 协 议的研究和设计、协议性能分析以及其它与m a c 协议相关内容的研 究。作为媒质共享的树型网络，g p o n 需要媒质接入控制( m a c l 协议 协调各终端对上行信道的访问，避免冲突。m a c 协议在整个通信系 统中扮演着重要的角色，对系统的性能有着深刻的影响，在g p o n 系统中居于核心地位。i t u t 建议g 9 8 4 1 ，g 9 8 4 2 、g 9 8 4 3 和g 9 8 4 4 的形成使g p o n 的发展走上了标准化之路，但它们未对m a c 协议作 出明确规定，并未指定具体的带宽分配算法，并指明尚需要进一步研 究，因此本文的工作具有现实意义。 与其他媒质共享网络相比，p o n 的树型结构具有特殊性，这对 m a c 协议提出了特殊要求。随机接入控制方法虽然具有简单和易于 扩展的特点，但是无法满足电信级的时延和吞吐量要求，因而不适合 p o n 系统。中央控制基于预约的带宽分配算法是p o n 的首选，它具 有良好的时延和吞吐量特性。 论文的主要创新点有：在吉比特光网络( g p o n ) 中，针对o l t 提出了一种支持多种d b a 算法的上行带宽分配系统的分层模型。设 计了一个硬件支持层，包括授权实体队列状态收集模块、尾部编号带 宽映射表和时隙转换模块。该分层系统将具体的d b a 算法与带宽的 管理和发放机制相分离，不受具体的带宽分配算法的限制，能够支持 多种带宽分配算法，使得系统能够有效地支持多种不同的应用场合或 不同的业务对带宽分配的要求；针对具有同类用户的g p o n 系统 提出了一种面向多业务等级的动态带宽分配算法；设计了一种新 的m a c 协议来解决g p o n 用户之间的公平性问题，并基于该m a c 协议对o n u 中的队列调度系统进行了设计；在基础上，针对具 有不同类型用户的g p o n 系统提出了一种基于认购速率和q o s 等级 的动态带宽分配算法，有效地解决了由于某些用户恶意产生大量高优 先级数据而影响其他用户使用网络的问题；提出了组播协议在 g p o n 系统中的实现方案，包括o n u 加入、离开组播组的方法以及 o l t 对下行数据的处理方法。 归纳起来，论文主要包括以下三个方面： ( 1 ) 在有关上行带宽分配的控制系统的系统结构方面，本文针对 o l t 提出了一个支持上行带宽分配功能的分层模型。将o l t 的上行 带宽分配功能划分为三层：参数管理层、带宽分配算法层以及硬件支 持层。将具体的d b a 算法同上行报告信息的处理以及带宽的管理和 发放机制相分离，前者由软件实现，后者全部由硬件完成。采用了这 种分层模型的设计后，o l t 可以支持多种带宽分配算法，并且带宽分 配的响应速度也不受软件或c p u 性能的限制。从而使得系统可以适 应多种场合或业务的需求； ( 2 ) 在动态带宽分配( d b a ) 算法方面，本文提出了不同情况下 的两种d b a 算法。首先，当g p o n 系统中的所有用户属于同一级别 时，提出了一种面向多业务等级业务的动态带宽分配算法。该算法可 分为两步：第一步，o l t 最大限度地满足每个o n u 的带宽请求，即 设一个最大确保带宽，若o n u 的请求带宽( 固定带宽除外) 没有超 过确保带宽，则按需分配，否则，为该o n u 分配的带宽就是该确保 带宽；第二步，若带宽还有剩余，则按比例以及业务的优先级别为未 能得到带宽满足的o n u 中的不同等级的业务分配带宽。理论分析和 仿真试验证明，这种算法可以提高网络的吞吐量，满足各种业务的时 延要求，并且对不同用户和不同等级的业务都具有很好的公平性。 考虑到不同用户对于网络的服务质量可能存在着不同的需求，本 文设计了一种新的o n u 端的m a c 协议，即用户可以预先申购不同 的网络带宽，o n u 会按照用户的认购速率为其上传的业务选择适当 的队列，利用严格的队列调度机制保证用户之间的公平性。基于这种 m a c 协议，本文提出了一种基于认购速率和q o s 等级的动态带宽分 配算法。该算法在网络负载较小时，即总的请求带宽小于可用带宽时， 按需分配；在网络负载较大时，首先按照用户的认购速率分配带宽， 若带宽还有剩余，则比例分配给尚需带宽的o n u 。通过o p n e t 仿真 结果可以看出，这种算法在严格控制数据传输延时的前提下，能够保 证多用户之间带宽分配的公平性。 ( 3 ) 组播协议在吉比特无源光网络中的应用方面，本文提出了组 播协议在g p o n 中的实现方案，包括o n uj j l k 、离开组播组的方法 以及o l t 对下行数据的处理方法。通过o p n e t 仿真平台对组播协议 进行了测试，考察g p o n 网络对i g m p v 2 的支持程度和对i g m p s n o o p i n g 的支持程度。 最后，我们对本文所做工作进行总结，并讨论将来可能继续的研 究方向。 关键词：接入网吉比特无源光网络媒质接入控制 动态带宽分配组播因特网组管理协议 r e s e a r c ho ft e c h n o l o g yr e l a n v et om a c l a y e ri ng p o nan dd e s i g no fd b aa l g o i u t h m s a b s t r a c t t h i sp a p e ri sw o r k e do u tb a s e do nt h er e s e a r c hw o r k ：s t u d ya n da p p l i c a t i o n so f p o i n tt op o i n tf t t hd e v i c e ( n o z 0 0 0 5 1 7 0 0 4 1 3 2 1 ) t h er e s e a r c ho ft h i sp r o j e c ti s o r i e n t e dt ot h ep r a c t i c a b l eg p o ns y s t e md e s i g n t h i sp a p e rs t u d i e st h es e v e r a lk e y i s s u e so fm e d i aa c c e s sc o n t r o l ( m a c ) l a y e ro fg p o n ，i n c l u d i n gm a cc o n t r o l s u b - l a y e ra n dr ss u b - l a y e r t h ep r e s e n td i s s e r t a t i o nf o c u s e so ns t u d ya n dd e s i g no ft h em e d i u ma c c e s s c o n t r o l ( m a c ) p r o t o c o lf o rg i g a b i t - c a p a b l ep a s s w eo p t i c a ln e t w o r k s ，a n a l y s i so ft h e p r o t o c o lp e r f o r m a n c ea n do t h e ra s p e c t sc l o s e l yc o r r e l a t e dt ot h em a cp r o t o c 0 1 t h e m e d i aa c c e s sc o n t r o l ( m a c ) p r o t o c o li sn e e d e df o rg p o nt oc o n t r o le a c ht e r m i n a l t oa c c e s st h eu p s t r e a mc h a n n e la n da v o i dc o l l i s i o n sa sg p o ni sam e d i a - s h a r e dt r e e n e t w o r k t h em a c p r o t o c o lp l a y sa ni m p o r t a n tr o l ei nt h ew h o l ec o m m u n i c a t i o n s s y s t e m ，a n da f f e c t st h es y s t e mp e r f o r m a n c eg r e a t l y , s oi to c c u p i e st h ec o r ep o s i t i o ni n t h eg p o na c c e s s s y s t e m r r u - tg 9 8 4 1 ，g 9 8 4 2 ，g 9 8 4 3 a n dg 9 8 4 4 r e c o m m e n d a t i o na c c e l e r a t e st h ep r o c e s so f s t a n d a r d i z a t i o no f g p o n b u tt h e yd on o t s p c c i f yt h em a cp r o t o c o l sa n dp a r t i c u l a rb a n d w i d t ha l l o c a t i o na l g o r i t h m s ，a n d d e c l a r et h a ti tn e e d sf u r t h e rs t u d i e s i t ss t i l la no p e np r o b l e m ，s o0 1 1 1 w o r kh a s p r a c t i c a lm e a n i n g c o m p a r e dw i t ho t h e rm e d i a - s h a r e dn e t w o r k s ，t h et r e et o p o l o g yo fp o n h a si t s o w nc h a r a c t e r i s t i c s ，s os o m es p e c i a lr e q u i r e m e n t so nm a cp r o t o c o la r ep r o p o s e d a l t h o u g ht h em e t h o do fr a n d o ma c c e s si sr a t h e rs i m p l ea n de a s yt oe x p a n d ，i tc a n n o t s a t i s f yt h et e l e c o m m u n i c a t i o n - c l a s sr e q u i r e m e n t so fd e l a ya n dt h r o u g h p u t s oi ti sn o t a v a i l a b l ef o rp o ns y s t e m c e n t r a l l yc o n t r o l l e dr e s e r v a t i o n - b a s e db a n d w i d t h a l l o c a t i o na l g o r i t h m sa r et h ef i r s tc h o i c ef o rp o n s ，b e c a u s et h e yd i s p l a yb e t t e r c h a r a c t e r i s t i c so f d e l a ya n dt h r o u g h p u t t h em a i ni n n o v a t i o n so ft h i sp a p e ra r e ；al a y e r e dm o d e lo ft h en p l i n k b a n d w i d t ha l l o c a t i o ns y s t e ms u p p o r t i n gm o r et h a no n ed b aa l g o r i t h mi ng p o ni s 4 p r o p o s e d i nt h el a y e r e dm o d e l ，ah a r d w a r es u p p o r tl a y e ri sd e s i g n e d ，i n c l u d i n ga g r a n t e d o b j e c t s q u e u es t a t e sc o l l e c t i o nm o d u l e ，at a i lc o d eb a n d w i d t hm a p p i n gt a b l e a n das l o tc o n v e r s i o nm o d u l e t h i sl a y e r e da r c h i t e c t u r es e p a r a t e st h es p e c i f i cd b a a l g o r i t h m sf r o mt h eb a n d w i d t hm a n a g e m e n ta n dd i s t r i b u t i o nf u n c t i o n s u s i n gs u c h l a y e r e dm o d e la n dd e s i g n , o l t c a l ls u p p o r tm u l t i p l ek i n d so f d b a a l g o r i t h m s ，w h i c h m a k e st h es y s t e mc a nb eu s e di nd i f f e r e n to c c a s i o n sa n dc a r ls a t i s f yt h er e q u i r e m e n t s o fb a n d w i d t ha l l o c a t i o nf o rd i f f e r e n ts e r v i c e s ；ad y n a m i cb a n d w i d t ha l l o c a t i o n a l g o r i t h mf o rm u l t i s e r v i c ea c c e s si ng p o ni sp r o p o s e di nt h ec a s eo fa l lu s e r si nt h e n e t w o r kb e i n gt h es a n l ec l a s s an o v e lm a cp r o t o c o li no n ui sd e s i g n e dt o s o l v et h ef a i m e s sp r o b l e ma m o n gt h eu s e r si ng p o n ，a n dt h eq u e u es c h e d u l e rs y s t e m i no n ui sd e s i g n e db a s e do nt h em a cp r o t o c o l ；o nt h eb a s i co fa b o v e ， a n o t h e rn e wd y n a m i cb a n d w i d t ha s s i g n m e n ts c h e m eb a s e do ns u b s c r i p t i o nr a t ea n d q o s i ng p o ni sp r o p o s e di nt h ec a s eo ft h eu s e r si nt h es y s t e mb e i n gi nd i f f e r e n t c l a s s e s t h es c h e m ec a ne f f e c t i v e l ys o l v et h ep r o b l e mo fs o m em a l i c i o u sl i s t s e f f e e t i n go t h e r sb yg a i n i n gm o r eb a n d w i d t hb yo v e r - f l o o d i n gt h ep r i o r i t yq u e u e s ； an e ws o l u t i o no fi m p l e m e n t i n gt h em u l t i c a s tp r o t o c o li ng p o n s y s t e mi sp r o p o s e d i n c l u d i n gt h eo n uj o i n i n g ，l e a v i n gt h em u l t i c a s tg r o u pa n dt h ep r o c e s s i n gm e t h o df o r t h ed o w n s t r e a md a t ab yo l t s o ，t h i sp a p e rc a nb es u m m a r i z e di n t ot h ef o l l o w i n gt h r e ea s p e c t s ： ( 1 ) a s s o c i a t i n g 丽i l lt h ec o n t r o ls y s t e ms t r u c t u r eo ft h eu p l i n kb a n d w i d t h a l l o c a t i o n , al a y e r e dm o d e ls u p p o r t i n gt h eu p l i n kb a n d w i d t ha l l o c a t i o nf u n c t i o ni s p r o p o s e d i nt h em o d e l ，t h eu p l i n kb a n d w i d t ha l l o c a t i o nf u n c t i o no fo l t i sd i v i d e d i n t ot h r e el a y e r s ：t h ep a r a m e t e rm a n a g e m e n tl a y e r , t h ed b a a l g o r i t h ml a y e ra n dt h e h a r d w a r es u p p o r tl a y e r i ts e p a r a t e st h ed b a a l g o r i t h m sf r o mt h ef u n c t i o n so f d e a l i n g w i mt h er e p o r ti n f o r m a t i o na n dt h eb a n d w i d t hm a n a g e m e n ta n dd i s t r i b u t i o n t h e f o r m e ri sr e a l i z e db ys o f t w a r e , w h i l et h el a t e ri sw h o l l yi m p l e m e n t e db yh a r d w a r e o n l y u s i n gs u c hl a y e r e dm o d e la n dd e s i g n ，o l tc a ns u p p o r tm u l t i p l ek i n d so fd b a a l g o r i t h m s ，a n dt h er e s p o n s er a t eo f u p l i n kb a n d w i d t ha l l o c a t i o nw i l ln o tb el i m i t e db y t h ep e r f o r m a n c eo fs o r w a r eo rc p u ，w h i c hm a k e sg p o ns y s t e mc a nb eu s e di n d i f f e r e n to c c a s i o n sa n dc a ns a t i s f yt h er e q u i r e m e n t so fb a n d w i d t ha l l o c a t i o nf o r d i f f e r e n ts e r v i c e s ( 2 ) i nt h ea s p e c to fd y n a m i cb a n d w i d t ha l l o c a t i o n ( d b a ) ，t w ot y p e so fd b a a l g o r i t h m sb a s e do nd i f f e r e n tc o n d i t i o n sa r ep r o p o s e d f i r s t l y , w h e na l lu s e r si na g p o nn e t w o r ka r eb e l o n gt ot h es a m ec l a s s ，t h ep r e s e n ta r t i c l ed e s i g n e sad y n a m i c 5 ， b a n d w i d t ha l l o c a t i o na l g o r i t h mf o rm u l t i s e r v i c e t h es c h e m ec a nb ed i v i d e di n t ot w o s t e p s ：t h ef i r s ts t e pi st h a tt h eo l tw i l ls a t i s f yt h eb a n d w i d t hr e q u i r e m e n to fe a c h o n uu n d e r8 1 1u p p e rt h r e s h o l d ，t h a ti s ，t h es y s t e ms e tam a xa s s u r e db a n d w i d t h i f t h e r e q u i r e m e n tb a n d w i d t ho fa no n u ( t h ef i x e db a n d w i d t hi se x c e p t e d ) i ss m a l l e rt h a n t h ea s s u r e db a n d w i d t h ，t h e nt h ea l l o c a t i o nw i l lb ei m p l e m e n t e da c c o r d i n gt on e e d , o t h e r w i s e 也ea s s u r e db a n d w i d t hw i l lb eg i v e nt ot h eo n u t h es e c o n ds t e pi st h a ti f t h e r ei ss o m es u r p l u sb a n d w i d t h ，t h eo l tw i l ld i s t r i b u t et h eb a n d w i d t hp r o p o r t i o n a l l y f o rd i f f e r e n tc l a s s es e r v i c e so fo n u sw h i c hd i dn o to b t a i ne n o u g hb a n d w i d t hf o r s e n d i n gd a t aa c c o r d i n gt o t h e i rp r i o r i t i e s i ti sp r o v e db yt h e o r ya n a l y s i sa n d s i m u l a t i o nr e s u l t st h a tt h en e wa l g o r i t h mc a ni m p r o v et h et h r o u g h p u ta n dm e e t st h e d e l a yr e q u i r e m e n to fa l lt y p e so fs e r v i c e sa n dc a l lr e a l i z et h ef a i r n e s sf o rb o t l l d i f f e r e n to n u sa n ds e r v i c e s c o n s i d e r i n gi t i s p o s s i b l ef o ru s e r st or e q u e s td i f f e r e n tq u a l i t yo fn e t w o r k s e r v i c e s ，t h ep a p e rd e s i g n e san o v e lm a cp r o t o c o li no n u ，t h a ti s ，u s e r sc a r s u b s c r i b ed i f f e r e n tn e t w o r kb a n d w i d t h ( i e 。t r a n s m i s s i o nr a t e ) ，a n do n uw i l lc h o o s e t h ea p p r o p r i a t eq u e u e sf o ru s e r s u p s t r e a md a t at ob eo c c u p i e da c c o r d i n gt ot h e i r s u b s c r i p t i o nr a t e t h i sm a cp r o t o c o lc a ng u a r a n t e et h ef a i r n e s sa m o n gu s e r sb a s e d o nas t r i c tq u e u es c h e d u l i n gm e c h a n i s m b a s eo nt h em a cp r o t o c o l ，a n o t h e rn e w d y n a m i cb a n d w i d t ha s s i g n m e n ts c h e m eb a s e d0 1 1s u b s c r i p t i o nr a t ea n dq o si ng p o n i sp r o p o s e d u s i n gt h i ss c h e m e , w h e nt h en e t w o r kl o a di sl o wa n dt h et o t a lr e q u e s t b a n d w i d t hi ss m a l l e rt h a nt h ea v a i l a b l eu p l i n kb a n d w i d t h , t h ea l l o c a t i o n w i l lb e i m p l e m e n t e da c c o r d i n gt on e e d w h e nt h en e t w o r kl o a di sh i g h ，t h eb a n d w i d t hi s d i s t r i b u t e da c c o r d i n gt ou s e r s s u b s c r i p t i o nr a t ef i r s t l y , t h e n , i ft h e r ei s $ o m es u r p l u s b a n d w i d t h , t h eo l tw i l ld i s t r i b u t et h eb a n d w i d t hp r o p o r t i o n a l l yf o ro n u sw h i c hd i d n o to b t a i ne n o u g hb a n d w i d t hf o rs e n d i n gd a t a i ti ss h o w nt h r o u g ho p n e ts i m u l a t i o n r e s u l t st h a tt h en e wa l g o r i t h mc a ng u a r a n t e et h ef a i r n e s so fb a n d w i d t ha l l o c a t i o n a m o n gu s e r sa n dc a l la c h i e v er e l a t i v es m a l lt r a n s m i s s i o nd e l a y ( 3 ) i nt h ea s p e c to fm u l t i c a s tp r o t o c o lb e i n gu s e di ng i g a b i tp a s s i v eo p t i c a l n e t w o r k , an e ws o l u t i o no f i m p l e m e n t i n gt h em u l t i c a s tp r o t o c o li ng p o ns y s t e mi s p r o p o s e d ，i n c l u d i n gt h em e t h o do fo n uj o i n i n g , l e a v i n gt h em u l t i c a s tg r o u pa n dt h e p r o c e s s i n gm e t h o df o rt h ed o w n s t r e a md a t ab yo l t t h em u l t i c a s tp r o t o c o li st e s t e d o no p n e ts i m u l a t i o np l a t f o r m ，a n dt h es u p p o r td e g r e e so fi g m p v 2a n di g m p s n o o p i n gb yg p o n a r ed e t e c t e d a tl a s t w es u m m a r i z eo u rr e s e a r c hw o r ka n dd i s c u s s et h ep o t e n t i a lr e s e a r c h 6 t o p i c si nf u t u r e k e yw o r d s ：a c c e s sn e t w o r k p a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k ( p o n ) g i g a b i tp a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k ( g p o n )m e d i aa c c e s sc o n t r o l ( m a c ) d y n a m i cb a n d w i d t ha l l o c a t i o n ( d b a ) m u l t i c a s t i n t e r n e tg r o u pm a n a g e m e n t p r o t o c o l ( i g m p ) i g m ps n o o p i n g - 7 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：垄! 坠 日期：2 1 ：! ：兰2 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名：王堡垒 日期： 导师签名；7 冱华堑丝l 日期： m 7 5 z ? 搿 1 1 引言 第一章绪论 无源光网络( p o n ) 一直被认为是光接入网中颇具应用前景的技术，它打破 了传统的点到点方法，在解决宽带接入问题上是一种经济的、面向未来的多业务 用户接入技术。 1 9 9 8 年1 0 月，i t u t 通过了全业务接入网( f s a n ) 联盟所倡导的基于a t m 的无源光网络技术标准g 9 8 3 【l 】。该标准以a t m 作为通道层协议，支持话音、数 据、图象、视频等多种业务，提供明确的q o s 保证和业务级别，具有完善的操 作维护管理( o a m & p ) 系统，最高传输速率为6 2 2 m b s 。 随着i n t e m e t 的快速发展和e t h e m e t 的大量使用，针对a p o n 标准过于复杂、 成本过高、在传送以太网数据业务时效率太低等缺点，第一英里以太网联盟 ( e f m a ) 于2 0 0 0 年底提出了基于以太网的无源光网络( e p o n ) 的概念。i e e e 在2 0 0 0 年1 2 月成立了第一英里以太网( e f m ) 工作组，致力于开发e p o n 的 标准。由于以太网相关器件的价格相对较低，而且对于在通信业务量中所占比例 越来越大的以太网所承载的数据业务来说，e p o n 免去了p 数据传输协议和格 式转化，效率高，传输速率达到1 2 5 g b s ，且有进一步升级的空间，因此e p o n 受到普遍关注。 2 0 0 1 年，在i e e e 积极制定e p o n 标准的同时，f s a n 组织开始发起制定速 率超过i g b i t s 的p o n 网络标准千兆以太网无源光网络( g p o n ) ，随后，i t u - t 也介入了这一新标准的制定工作并于2 0 0 3 年1 月通过两个有关g p o n 的新标准 g 9 8 4 1 1 2 】和g 9 8 4 2 【3 1 。截止到目前，g p o n 已经有了较完整的标准体系： g 9 8 4 1 吉比特无源光网络( g p o n ) 的一般特性； g 9 8 4 2 吉比特无源光网络物理媒质相关( p m d ) 子层规范； g 9 8 4 3 【4 】吉比特无源光网络的传输会聚层； g 9 8 4 4 例g p o no n t 管理控制接口。 从g p o n 提出的背景，我们可以看出，g p o n ( 吉比特p o n ) 提供1 2 4 4 g b i t s 和2 , 4 8 8 g b i t s 的下行速率和所有标准的上行速率，而且支持各种接入服务， o a m & p ( o p e r a t i o n , a d m i n i s t r a t i o n 。p r o v i s i o n i n g ) 功能以及可升级能力，特别是非 常有效地支持原有格式的数据分组和t d m 流，是光接入网络一种全新的最优化 最有效的解决方案。 g p o n 的主要技术特点是采用全新的传输汇聚层协议g e m ( g p o n 封装模 式) ，实现多种业务码流的通用成帧规程封装，g e m 采用通用成帧规程为高层用 户信号业务流和传输网络提供一种通用的适配机制；另一方面又保持了g 9 8 3 中 与p o n 协议没有直接关系的许多功能特性，如o a m & p 管理、d b a 等。 g p o n 也是当前众多解决接入网络瓶颈的技术中唯一可在单一波长下提供 2 5 g b s 的带宽，同时可传送多个波长在一条光纤上的技术。g p o n 可在接入网 络上提供1 0 m b i t s ，1 0 0 m b i t s 及lg b w s 的服务，并支持对称和非对称的线路速 率选择。从用户的立场来看，对于接入层来说，g p o n 具有前所未有的高比特率、 高带宽；而其非对称特性更能适应未来的f t r h 宽带市场。 g p o n 的核心基础是g e m ，采用g e m 帧封装模式，能将任何类型和任何 速率的业务( e t h e r n e t ，t d m ，a t m 等) 进行原有格式封装后经由p o n 传输。g p o n 具有覆盖任何可能出现的新业务的适配能力，包括数字视频、存储网络( s a n ) 电子商务等。g p o n 具有面向未来的、可升级的多业务环境，能为将来的业务提 供清晰的转移路线，而不需要中断和改变现有的g p o n 设备，也不需要以任何 方式改变其传输层。 另外值得一提的是g p o n 系统可提供物理覆盖至少2 0 公里，优于x d s l 的 6 公里达3 倍之多。整个系统兼顾扩充性及提供完整的管理功能，也考虑到硬件 保护及数据的安全，具有丰富的业务管理能力。 1 2g p o n 的技术特征 g p o n 系统具有无源光网络崭新的技术特征。其特有的帧结构和传输复用方 式是g p o n 技术最为突出的特征，使得g p o n 能够简单、高效地解决全业务的 透明传输。下面分别对g p o n 的系统结构、层次模型、基本技术要求、传输复 用方式及帧结构和生存性等几个方面进行详细的介绍。 1 2 1g p o n 系统结构 类似于其他的无源光网络系统，g p o n 系统由光分配网络( o d n ) 、光线路 终端( o l t ) 和光网络单元( o n u ) 组成，其网络结构如图1 1 所示。光线路终 端为接入网提供网络侧与核心网之间的接口，通过光分配网络与光网络单元连 接。作为无源光网络系统的核心器件，光线路终端具有集中分配带宽、控制光分 配网络、实时监控、运行维护管理无源光网络系统的功能。光网络单元为接入网 提供用户侧的接口，提供话音、数据、视频等多业务流，受光线路终端的集中控 制。系统支持的分光比为1 ：1 6 、l ：3 2 或1 ：6 4 ，随着光收发模块的发展演进， 支持的光分路比可以达到1 ：1 2 8 。在同一根光纤上，g p o n 可以使用波分复用 ( w d m ) 技术实现信号的双向传输。根据实际需要，还可以在传统的树型拓扑 的基础上采用相应的无源光网络保护机构来提高网络的生存性。 核心网 接入网 i 蹭千麴 绺勰： 1 2 2g p o n 系统的分屡模型 u n i 图1 1g p o n 系统网络结构 用户驻地网 视频服务 在r r u tg 9 8 3 1 建议中，无源光网络具有如图1 2 所示的网络分层结构， g p o n 沿用了这种分层结构，将网络划分为通道层和传输媒质层。其中传输媒质 层划分为g p o n 传输汇聚子层( g t c ) 和物理媒质相关子层( p m d ) ，g p o n 的 技术特征主要体现在传输汇聚子层。 层结构功能 a t m g e m 传输通道层 参考i 一7 3 2 t 1 2 1 建议参考g 9 8 4 3 4 1 建议 t c 适配子层参考i 一7 3 2 1 2 l 建议参考g 9 8 4 3 州建议 测距 传 g 1 信元( 分组) 时隙分配 输层t c 成帧子层 带宽分配 媒 安全性 质 帧定位 突发同步，比特字节同步 层 电，光适配 物理媒质相关子层( p m d ) 波分复用 光纤连接 图l - 2g p o n 系统分层结构 一 翱 里生节产手旦羼 _ _ i ：一 需需b g p o nt c ( g ，r c ) 层系统的协议栈见图1 3 。g t c 层包括两个子层：g t c 成帧子层和t c 适配子层。g t c 的成帧子层完成g t c 帧的封装，终结所要求的 光分配网络的传输功能，g t c 层的特定功能( 如测距、带宽分配等) 也在g t c 的成帧子层终结，在t c 适配子层看不到。 a t mc l i e n t o m c