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e p o n 系统互通性研究及实现 摘要 近年来，随着通信技术的发展，用户对带宽的要求也越来越高。 而现有的铜缆接入技术为主的接入方式，无法适应当今时代通信产业 飞速发展的要求。同时，随着光纤制造成本的不断下降和接入技术的 不断发展，出现了越来越多的光纤接入模式。e p o n 综合了p o n 技术 和以太网技术的优点，以其高带宽、低成本、易使用、易升级的优良 特性成为光接入网的最佳选择。 本论文主要工作是对e p o n 系统互通性进行了具体的分析和研 究，e p o n 系统的互通对e p o n 的大规模应用具有重要的现实意义。 e p o n 系统的互通性包括三个层次：e p o n 基本功能的互通，业务承 载相关功能的互通，操作、管理和维护功能的互通。文章通过对e p o n 系统的实际互通性测试，对e p o n 互通性进行了深入的研究。分析了 影响互通的主要因素，并将e p o n 互通中遇到的问题总结归纳，提出 解决方案，推动不同厂商e p o n 设备互通的实现。 本论文主要分为六章，第一章主要介绍了论文的研究背景和意 义；第三章对接入网以及宽带接入技术进行了简要的介绍；第三章从 e p o n 的基本原理出发，分析了e p o n 的分层结构、m p c p 协议和 e m s 系统；第四章针对e p o n 的测距技术、动态带宽分配等关键技 术进行深入的研究；第五章是全文最重要的部分，对e p o n 系统的互 通性的深入研究与实践，将e p o n 互通中遇到的问题分别予以阐述； 第六章总结全文，并且给出了后续工作的建议。 关键词：e p o n ，互通性，接入网，动态带宽分配，多点控制协议， 虚拟局域网，组播 i n t e r o p e r a b 王l 玎yr e s e a r c ha n d i 田l e 旺n t a t l 0 nf o re p o ns y s t e m s a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，a l o n gw i t ht h ed e v e l o p m e n to fc o m m u n i c a t i o n t e c h n i q u e n e t w o r kt r a n s m i s s i o na b i l i t yh a sb e e ni m p m v e dal o t h o w e v e 爻t h em a i nm o d eo fc o p p e rc a b l e sc o m m u n i c a t i o nc a l ln o ta d a p tt ot h e c u r r e n tc o m m u n i c a t i o nd e v e l o p m e n t a tt h es a m et i m e ，w i t ht h ed e v e l o p m e n to fc o n n e c tt e c h n o l o g ya n dt h ec h e a p e rf i b e r t h ef i b e ra c c e s sn e t - w o r ka p p e a r s i tc o m b i n e st h ea d v a n t a g e so fp o na n de t h e m e t 。w i t hi t s f e a t u r eo fh i g hb a n d w i d t h ，l o wc o s t ，a n db e i n gu s e da n du p d a t e de a s i l y , e p o ni so n eo ft h eb e s ts o l u t i o n st ob r o a d b a n da c c e s sn e t w o r k i nt h i st h e s i s ，t h em o s ti m p o r t a n tp a r ti st h ei n t e r o p e r a b i l i t ya n a l y s i s a n dr e s e a r c hf o re p o n s y s t e m 。w h i c hi sd i v i d e di n t ot h r e el a y e r s ：t h ei n t e - r o p e r a b i l i t yo fe p o nb a s i cf u n c t i o n 。t h ei n t e r o p e r a b i l i t yo fs e r v i c ec a r d e l f u n c t i o n ，a n dt h ei n t e r o p e r a b i l i t yo fo p e r a t i o n ，a d m i n i s t e r ，m a i n t e n a n c e f u n c t i o n t h et h e s i sm a k e saf u r t h e rr e s e a r c hb a s e do nt h et e s to ft h ei n t e r o p e r a b i l i t yf o re p o ns y s t e m 。a n ds u m m a r i z e st h eq u e s t i o n si nt h et e s t i t i sv i t a lf o rt h ew i d e l yu s e do fe p o ns y s t e m t h i st h e s i si sd i v i d e di n t os i xc h a p t e r s ：c h a p t e ro n eg i v e st h eb a c k g r o u n do fr e s e a r c h e sa n dm e a n i n g so ft h et h e s i s c h a p t e rt w op r o v i d e st h e s i m p l ei n t r o d u c t i o no fa n a n dt h eb a n d w i d t ha c c e s st e e h n i q u e s c h a p t e r t h r e ea n a l y s e st h el a y e r so fe p o ns y s t e m m u l t i p o i n tm a cc o n t r o lp r o t o c o la n dm u l t i p o i n tm a cc o n t r o ls y s t e m c h a p t e rf o u rr e s e a r c h e st h e k e yt e c n i q u e so f e p o n s y s t e m ，s u c ha st h ep r o c e s so fd i s t a n c em e a s u r i n g a n dd y n a m i cb a n d w i d t ha l l o c a t i o n c h a p t e rf i v ei st h em o s ts i g n if i c a n t p a r to ft h ew h o l e t h e s i s i tg i v e sad e e pi n v e s t i g a t ei nt h ei n t e r o p e r a b i l i t y 黏re p o n s y s t e m ，b e s i d e si td i s c u s s e st h ep r o b l e m si nt h ei n t e r o p e r a b i l i t y f o re p o n s y s t e m c h a p t e rs i xs u m m a r i z e st h ew h o l et h e s i s a n do f f e r st h e a d v i c e sf o rt h ef u r t h e rw o r k k e y w o r d s ：e p o n ，i n t e r o p e r a b i l i t y ，a n ，d 8 a ，m p c p ，v l a n ， m u l t i c a s t 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 包含其绝入已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获褥北京邮电大学或箕他 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 何贡献均巴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，本人承担一切褶关责任。 本人签名： 鸳壑豳 日期：圣竺! 望：i ：三2 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。学校有权傈 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。 r 期：墨! ! 墨i ：兰2 r 期： 北京邮电大学硕 = 研究生学位论文 第一章绪论 第一章绪论 1 1 e p o n 的研究背景以及发展状况 传统的电信界( 主要是电话业务) 将整个电信网划分为用户驻地网、接入网 和核心网三部分。根据网络地域特征和功能特征又可以将核心网分为长途骨干网 和城域网。近年来，随着i n t e r n e t 和相关宽带业务的快速发展，数据业务流量得 到了空前的增长。其中核心网已有能力支持宽带业务的增长( 核心网的带宽已达 到t b p s 量级) ，用户侧终端接口速率也达到1 0 m b p s 、1 0 0m b p s 甚至是1 g b p s 。 然而，作为电信网络“最后一公里”的接入网的速率却增长缓慢，形成了所谓的“网 络瓶颈”，研究宽带“最后一公里”网络己经成为打破这一瓶颈的紧迫课题，p o n 正是这个热点领域的热点技术之一。 从p o n 发展至今，p o n 主要有a p o n 、e p o n 和g p o n 三种基本类型。e p o n 的研究和开发是由a l l o 埘c 和s a l i r a 等后起的光网络设备商推动的。发起的主要原 因是因为a p o n 需要协议转换、带宽有限、结构复杂和造价昂贵等技术局限性。 自2 0 0 0 年1 1 月起，i e e e 8 0 2 3 a h 工作小组开始进行e p o n 的标准化工作，其制定 e p o n 标准的基本原则是尽量在8 0 2 3 体系结构内进行e p o n 的标准化工作，工作 重点放在e p o n 的m a c 协议上，最小程度地扩充以太网m a c 协议。2 0 0 4 年6 月， e f m 正式发布了e p o n 的相关标准8 0 2 3 a h 。 国外e p o n 研究进展迅速，目前，在e p o n 方面领先的国外厂商有s a l i r a 和 a l l o p t i c 及w o r l d w i d e p a c k e t s 等新兴公司，也有一些老牌公司( 如诺基亚和b r o a d c o m 等) 。s a l i r a 光网络系统公司已确定与美国最大运营商中的三家共同建立三个 试验系统。s a l i r a 推出的e p o n 由接入操作系统、桥接t d m 域和分组域基于软件 的部件组成，具有动态q o s 和流量分类功能。a l l o p t i c 和o n e p a t h 正在分别开发企 业和个人用户的市场，它们可提供1 g b i t s 的下行速率和8 0 0 m b i t s 的上行速率，这 个上行速率使e p o n 对企业独具吸引力，因为它超过现在的a p o n 的速率。一些 主要运营商和设备供应商( 思科、北电网络、阿尔卡特和b r o a d c o m 等) 非常看好 e p o n 在宽带接入方面的巨大优势，已着手研究相关产品。诺基亚的d 5 0 0d s l a m 产品是a t m 向e p o n 的过渡产品。q u a n t u mb r i d g e 也声称支持e p o n 。此外，富 士通、比瑞利也有e p o n 产品。p a s s a v e 公司也于2 0 0 4 年9 月正式发表一款高整合 性的以太无源光纤网络芯片一一p a s 6 2 0 1 。富士通作为全球三大i t 厂商之一也推 出了一系列富士通e p o n 解决方案。 第1 页 北京邮电人学硕1 j 研究生学位论文第一章绪论 2 0 0 3 年以来，国内关于f t t h 的新闻也屡见不鲜。各大运营商对于f t t h 的兴 趣不断增长，相继开始了试验网络的建设。中国运营商对于光纤接入网的兴趣也 在不断增长。一些运营商、业务提供商已经把光纤敷设到了办公大楼、大型企业、 住宅小区，并且已经准备建设f t t h f t t b 。除了点到点的结构外，p o n 的安装 已经开始。中国网通已采用s a l i r a 的e p o n 设备在北京、长沙提供业务。长城宽带 网络服务有限公司与日本富士通公司签署了e p o n 技术合作协议，在北京等大城 市中广泛应用，并逐步覆盖全国范围。s a l i r a 光网络系统公司设计的业内第一个 智能化e p o n 接入系统一一s a l i r a2 0 0 0p l a t f o r m 获得信息产业部颁发的入网许 可证，已在北京网通、广州电信和重庆电信进行商业试运营，效果十分显著。上 海电信也开展了商业试点。从目前的形式看，各大运营商的宽带用户都在迅速增 加中。这些无疑会为f t t h f t t b 的进一步发展做好铺垫。可以预见一旦f t t h 市 场启动，其市场规模将是空前的，必将带动整个通信行业进入新一轮的快速增长 时期。 1 2e p o n 系统互通的含义及意义 在i e e e 8 0 2 3 a h 范围内，不同厂商的o l t 与o n u 设备互通，具体是指：采用 同一芯片厂家的互通：a 厂家的o l t 与b 厂家的o n u 的互通；以及采用不同芯片 厂家的互通：a 厂家的o l t 与b 厂家的o n u 的互通； 从x d s l 技术和移动通信技术发展的经验来看，实现e p o n 终端的开放性可以 有效地降低网络建设成本和运维成本，促进其应用，有利于形成完整的产业环境， 使技术发展的趋势。因此，是否实现异厂商o l t 和o n u 的互通，是衡量e p o n 技 术是否成熟的关键。具体的来说，实现e p o n 系统的互通有以下意义： ( 1 ) 降低设备的制造成本； ( 2 ) 增加竞争性，形成供应链的生态系统； ( 3 ) 便于大规模推广，形成规模经济； ( 4 ) 便于优化业务模式； ( 5 ) 便于添加增值业务； ( 6 ) 网络的布线成本低。 1 3 课题来源及本文的主要研究内容 随着通信行业标准接入网技术要求e p o n 系统互通性要求【1 6 】的制定， 2 0 0 7 年业界主流的e p o n 芯片提供商、系统制造商均对各自的e p o n 系统解决 第2 页 北京邮电人学硕士研究生学位论文第一章绪论 方案进行了修改和完善，不同厂商的o l t 设备和o n u 设备之问具备了一定的互 通能力。e p o n 系统的互通对运营商未来大规模的部署应用将产生重大影响，因 此中国网通( 集团) 有限公司组织开展e p o n 互通性研究以及相关测试，以便 全面掌握现阶段业界e p o n 互通情况，为后续可能的应用提供必要的技术支撑。 本课题j 下是来源于中国网通研究院e p o n 系统的互通性项目。 本文从了解国内外研究动态出发，查阅了大量相关方面的文献资料，并结合 现有的研究成果，对e p o n 系统的技术原理以及关键技术进行了具体的分析和 研究，首先介绍了接入网的总体标准以及宽带接入技术，随后对e p o n 系统的 特点、e p o n 系统的分层结构和e p o n 中新提出的m p c p 和o a m 协议、以及对 e p o n 的测距和上行信道带宽分配算法进行了研究。最后，在上面研究的基础上， 对e p o n 系统的互通性进行详细的分析，对影响互通的主要因素进行了归纳， 并结合实际的测试对互通中遇到的问题提出了具体的解决方案。 第3 页 北京邮也大学硕十研究生学位论文第二章接入网综述 2 1 接入网总体标准 第二章接入网综述 2 1 1 电信接入网总体标准一g 9 0 2 1 9 9 5 年1 1 月2 日，1 1 r u t 发布了接入网第一个总体标准1 1 r u tg 9 0 2 e l 】。 g 9 0 2 从功能角度定义了接入网( a n ) ，从接入网的体系结构、功能、业务节点、 管理等方面定义了接入网。其具体定义如下： 接入网【2 0 】由业务节点接口( s n i ) 和用户网络接口( t m i ) 之间的一系列传送 实体组成，为供给电信业务而提供所需传送承载能力的实施系统，可经由管理接 e l ( q 3 ) 配置和管理。原则上对接入网可以实现的u n i 和s n i 的类型和数量没有 限制。接入网不解释信令。 下面来具体讨论接入网。接入网由其接口界定：用户终端通过u n i 连接到 接入网；接入网通过s n i 连接到业务节点s n ；通过q 3 接1 3 连接到电信管理网 t m n 。如图2 一l 所示。 图2 - - 1 接入网的界定 这是接入网最基本的一个图。由接入网界定图可以清楚地看出，接入网以u n i 、 s n i 、q 3 三个接口为边界连接到其他的网络实体，这三个接口是接入网的主要接 口。 接入网按照功能划分可以分为五个基本功能组：用户端口功能( u p f ) 、业 务端口功能( s p f ) 、核心功f l 皂( c f ) 、传送功能( t f ) 和系统管理功能( s m f ) 。图2 - - 2 是接入网功能组结构及功能组之间的相互连接示意图。 ( 1 ) 用户端口功能( u p f ) ：用户端口功能将特定的u n i 要求适配到核心功能和 系统管理功能。接入网支持不同的接入及需要特定功能的用户网络接口。 ( 2 ) 业务端口功能( s p f ) ：业务端1 3 功能将对特定的s n i 规定的要求适配到公共 承载体，以便于在核心功能中处理，并选择相关的信息用于接入网的系统管理功 能处理。 第4 页 北京邮电人学硕士研究生学位论文第二章接入网综述 ( 3 ) 核心功能( c f ) ：核心功能位于u p f 和s p f 之间，将单个用户端口承载体要 求或业务端口承载体要求适配到公共承载体。包括依据所要求的协议适配和用于 在接入网内传送的复用要求进行协议承载处理。核心功能分布于整个接入网内。 ( 4 ) 传送功f l 皂( t f ) ：传送功能在接入网内的不同位置之间为公共承载体的传送 提供通道，并对所用的相关传输媒质进行媒质适配。 ( 5 ) 系统管理功能( s m f ) ：接入网内系统管理功能协调接入网中的u p f 、s p f 、 c f 、t f 白j 的指配、操作和管理。还负责协调用户终端( 经u n i ) 和业务节点( 经 s n i ) 的功能操作。 | q 3 f 一- 。- 。- 。- 。- - - - - 。- 。- - - ? 。- - - - _ - - - - - - - - 一- - - - j 接入网系统管理功能 1 u n i 用户核心 传送 i 核心 业务 一功能 _ 端口 端口功能 功能 i 7 “。 i 功能功能 用户承载和用户信令信息 一 控制和管理 图2 - - 2 接入网的功能结构图 i t u - t g 9 0 2 建议是在2 0 世纪9 0 年代电信业务以电话业务为主的基础上的， 在接入网的发展史上的作用是不可代替的，确立了接入网的第一个总体结构：但 在互联网大潮的冲击下，电信网的主流不再以电话业务为基本特征，而向提供电 话、数据和视频业务的综合接入方向演进，其局限于传统电信网络观念的弱点也 开始暴露，于是产生了i t u ty 1 2 3 1 建议。1 1 r u ty 1 2 3 1 定义了口接入网的总 体结构。 2 1 2 l p 接入网总体标准一y 1 2 3 1 i t u - ty 1 2 3 1 t 2 】建议是i p 接入网的总体标准，于2 0 0 0 年1 1 月通过，是口 技术大潮流推动下的产物，对一般接入网的总体结构将会产生重要的影响。其具 第5 页 北京邮电人学硕士研究生学位论文第二章接入嘲综述 体定义如下： i p 接入网是由网络实体组成的一个实现，为p 用户和i p 业务提供者之间的 i p 业务提供所需接入能力。“p 用户”和“i p 业务提供者”均是逻辑实体，它们终 止于口层、i p 和相关功能及可能的低层功能。其参考模型如图2 3 所示。 图2 3 口接入网总体结构 从接入网的参考模型可以看出，口接入网的总体结构包括三大功能：接 入网传送功能、p 接入功能和口接入网系统管理功能。m 接入网的用户可以是 p c 机、口电话机、其他终端甚至是用户驻地网c p n 。i p 接入网通过统一的抽象 接口r p 与用户驻地网和核心网相连，r p 是一个统一的逻辑接口，不管用户接 口、业务接口还是管理接口都使用r p 接口。但是，r p 在特定网络实现中并不 对应于特定的网络物理实现。口接入网允许的接入类型很多，x d s l 、无线和卫 星、p o n 、h f c 和其他光系统、c a t v 、l a n w a n 均可以接入。 2 1 3 g 9 0 2 年口的y 12 3 1 比较 i p 接入网增加了口接入功能，这是i p 接入网与电信接入网在总体结构上最 大的区别。y 1 2 3 1 的i p 接入功能是用户接入的管理控制功能，这在g 9 0 2 中是 没有的，是y 1 2 3 1 对接入网功能的重要发展。电信接入网为用户提供承载业务 的传送功能，包括复用、交叉连接和传输等，一般不包括交换和控制功能；而 接入网为用户提供传送功能和交换以及控制功能。 i p 接入网与c p n 和m 核心网之间的接口是l 冲，而不是传统的u n i 和s n i 。 第6 页 北京邮也人学硕士研究生学位论文第二章接入网综述 电信接入网与管理嬲终接口为q 3 ，丽琅接入网与管理网络接1 2 1 仍为r p 。r p 是 指逻辑上的接口。u n i 和s n i 是通过相关s n 静态指配建立连接的，就是说它不 能动态选择业务提供者( 并不是通常的i s p 或网络提供者，而是提供i p 服务的 逻辑实体，是一个抽象的逻辑概念) ；璎接入网为用户提供了动态选择业务提供 者的能力。 g 9 0 2 建议中，接入网与业务节点不能完全分开；而i p 接入网提供传送功能， 可以独立于业务，从而使传送、业务、控制三者相对独立，符合现代网络的封装 趋势。 2 2 宽带接入技术 宽带接入技术实质就是高速接入技术，霸前人们所说的“宽带”透常是指 i n t e r n e t 的连接速率远大于拨号的6 4 k b p s 这样的速率，一般认为2 5 6 k b p s 是所谓 的宽带的最低速率。作为提供宽带接入技术的宽带接入网则有以下特点： 1 ) 多业务接入：同时支持语音和数据业务。 ( 2 ) 多用户共享：尽量多的用户共享网络，以达到接入网低成本的要求。 ( 3 ) 业务的不对称性及突发性：上下行业务不对称，而且突发性很大。 正是由于用户需求以及运营商资源优势的不同等原因，各种宽带接入技术也 蓬勃的发展开来。宽带接入技术主要有基于双绞线传输的接入技术( x d s l ) 、基于 同轴电缆和光纤混合传输系统双向改造的接入技术( h f c + c a b l em o d e m ) 、基于 光纤和五类线的以太网接入技术、基于光纤传输的接入技术( 主要有p o n 技术) 和基予无线传输的接入技术等。这些技术着重点以及适焉场会和生命周期不阕， 在实际应用也可以结合使用。接入网技术不同予骨干网技术，它直接面向需求差 异很大的客户群，这决定了接入网的技术是多元化的，不可能一种技术包揽天下。 选择接入睡技术需要全方位考虑各种技术的优缺点，根据不阕客户群、已有资源 情况、未来发展趋势、运营维护是否便利等多方面因素做出决定。从长远发展看， 宽带接入技术的主流是光纤接入，光纤到户是必然趋势。 2 。3 光接入网( 0 a n ) 2 3 1 光接入网简介 光接入网的概念嵩现于1 9 9 6 冬逶过的弼矗g 。9 8 2 t 3 l 。其定义如下：光接入 网是共辜相同网络侧接1 2 1 并由光接入传输系统所支持的接入链路群，由一个光线 路终端( o l t ) 、至少一个光分配网( o d n ) 、至少一个光网络单元( o n u ) 及适配 第7 页 北京邮电大学硕j ：研究生学位论文 第二章接入网综述 设施( a f ) 组成。 ( 1 ) 线形 圈2 4 光纾接入网魏结构类型 其中接入链路是指给定的网络接口( v 接1 2 1 ) 到单个用户接口( t 接口) 之 闻的传输手段的总和。光分配网是由光缆、光分路治路器、光纾连接器等无源 器件构成的o n u 与o l t 之间的光通路连接。也就是依照g 9 8 2 ，光接入网指无 源光网络这样的接入网。后来a f j 扩展了光接入网的概念，泛指业务节点侧与用 第8 页 北京邮电人举硕寸：研究生学俄论文 第二章接入网综述 户侧之间采用光纤传输的接入网。光接入网的常见结构如图2 一莲所示。 光接入网根据o 疆到各o n u 之闻是否含有源设备，可以划分为无源光网络 ( p o n ) 和有源光网络( a o n ) ，前者采用无源光分路器，后者采用有源电复用器。 目前的有源光接入网主要指综合的数字环路载波系统( i d l c ) 。有源光网络采 用电复用器分路，可延长传输距离，并具有技术简单，易于实现，组网能力强的 特点，但考虑到有源设备仍然无法完全摆脱电磁干扰和雷电影响以及有源设备固 有的维护问题，因而不是接人网的长远解决方案。宽带网络接人的最有效的手段 是逶过无源光网络( p o n ) 实现。无源能最大限度地降低光纤环路的费用，由于光 纤具有极大的容量，可以为用户提供经验证的1 5 m b i t s 下载数据流，因而具有更 高的效益和发展潜力。无源光接入网采用光分路器分路，易于扩容和展开业务， 维护费用低。p o n 作为无源系统，是光纤接入的发展方向。在p o n 的基础上发展 起来的a p o n 、e p o n 、g p o n 等技术已经越来越芬l 起人们静关注，有的已经形成 了规模应用。 2 。3 。2p 0 8 技术简介 无源光网络( p o n ) 是光接入网的主流技术。删。在1 9 9 6 年5 月就通过 了第一个无源光网络方面的建议g 9 8 2 。i t u tg 9 8 2 提出了与实现技术无关的 无源光网络功能参考配置，如图2 5 所示。 t 翊户侧 - 一接入链路+ 卜一 圈2 5p o n 熬功麓参考鼠曩 o l t 的作用是为光接入网提供网络侧与业务节点之间的接口，并经一个或多 第9 页 北京邮l 包大学硕一i ：研究生学位论文 第二章接入网综述 个o d n 与用户侧的o n u 通信，o l t 与o n u 的关系为主从通信关系。o l t 可 以位于交换局内，也可以位于远端。 o d n 为o l t 与o n u 之间提供光传输手段，其主要功能是完成光信号的功 率分配任务。o d n 是由光缆、无源光器件( 如光连接器和光分合路器) 等组成 的无源光馈线、配线网，一般呈树形分支结构。 o n u 的作用是为光接入网提供直接或远端的用户侧接口，处于o d n 的用户 侧。其主要功能是终结来自o d n 的光信号、处理光信号并为用户提供业务接口。 a f 为o n u 和用户设备提供适配功能，它可以包含在o n u 内，也可以完全 独立。 下面简述一下o n u 、o l t 、o d n 的具体功能要求。 l 、o n u 的功能结构 o n u 提供与o d n 之间的光接口，实现o a n 用户侧的接口功能。o n u 可 以位于用户住宅的室内或用户所在处的室外。o n u 提供传递系统处理的各种业 务所需的手段。其功能框图如图2 6 所示。 业务 核心部分 用户部分用户和 传输 o d no d n 业务复 复用 接口 用户用功能 功能 端口 功能 功能 公共部分 供电部分o a m 功能 图2 - - 6 0 n u 功能框图 如上图可见，o n u 由3 部分组成，定义为核心部分、业务部分和公共部分。 ( 1 ) o n u 核心部分 o n u 核心部分包括：传输复用功能、用户和业务复用功能和o d n 接口功能。 传输复用功能提供来自o d n 接口和到o d n 接口的输入、输出信号的鉴别和分 配所要求的功能，提取和输入与这个o n u 有关的信息；用户和业务复用功能实 现对来自或发送给不同用户的信息进行组装和拆分，并与各种不同的业务接口功 能相连的功能；o d i n 接口功能提供一组物理光接口功能以及终端o d n 相应组的 光纤，它包括光电和电光转换。 第1 0 页 北京邮电犬学硕一 ：研究生学位论文第二章接入网综述 ( 2 ) o n u 业务部分 o n u 业务部分主要提供用户端口功能。用户端日功能提供用户业务接翻， 并且将其适配到6 4 k b p s 或n * 6 4 k b p s 。该功能可以提供给单个用户或一群用户， 也能按照物理接口来提供信令变换功能。 ( 3 ) o n u 公共部分 o n u 公共部分包括供电和操作维护管理( o a m ) 功能。供电功能将外部电 源转换为所要求的机内电压。o a m 对o n u 的所有功能块，提供处理操作、管 理和维护功能的手段。 2 、o l t 的功能结构 o l t 提供与o d n 之间的光接口，应至少提供一个o a n 网络侧的网络接口。 o l t 提供送到o n u 所需的各种业务的手段，其功能框图如图2 7 所示。 l l l l 核心部分 o d n 接阴功能 业务 ) n交叉 端叠 网络 传输复 连接 o d n 接弱功能翊功能 功能 功能 一业务 公共部分 部分 网。| o 御m 功能供电功能 i 匿2 7 0 l t 功能块框圈 可见，o l t 由3 部分组成，定义为核心部分、业务部分和公共部分。 ( 1 ) o l t 核心部分 o l t 核，t b 部分包括数字交叉连接功能、传输复用功能和o d n 接瑟功能。传 输复用功能提供在o d n 上发送或接收业务通道所要求的功能；数字交叉连接功 能为o l t 的o d n 侧的可用带宽与o l t 网络侧的可用带宽提供交叉连接能力； o d n 接弱功钱提供一组物理光接阻功襞以及终端相应的o d n 的一缰光纤，它包 括光电和电光转换。 ( 2 ) o l t 业务部分 o l t 业务部分包含业务端口功能。业务端麟至少传一个i s d n 基群速率，并 能配置成一种业务或者能够同时支持两种或多种不同的业务。该部分还应该能提 供手段以处理通过o l t 的信令信息。 第1 1 页 北京邮 乜人学硕 = 研究生学位论文第二章接入掰综述 ( 3 ) o l t 公共部分 o l t 公共部分包括供电和o a m 功能。供电功能将外部电源转换为所要求的 机内电压。o a m 对o l t 的所有功能块，提供运行操作、管理和维护功能的手段， 它也提供o a m 的接口功能。 3 、o d n 麴功能结构 o d n 为o n u 和o l t 的物理连接提供光传输媒质。o d n 通用物理模型结构 如图2 8 所示。 图2 - 80 d n 通用物理结构 图中s 、r 为参考点，s 点是紧靠o n u 或o l t 光发射光源的活动连接器上 的点，装点是紧靠o n u 或o l t 光电转换器的活动连接器上酌点。f 表示o n u 与o d n 间的光接口，o l 表示o l t 和o d n 间的光接口，o m 表示o d n 与测试 和监视设备间的光接阴。o d n 的主要光特性有：光波长透明性、互换性、光纤 兼容健。 o d n 中两个方向的光传输定义如下： 下行方向：用于从o l t 到o n u 的信号传送。 上行方向：用于从o n u 到o l t 的信号传送。 2 3 3a p o n 、e p o n 、g p o n 技术 g 9 8 2 没有规定p o n 系统的线路速率，当时p o n 的系统线路速率一般为几 十兆院特每秒。从1 9 9 8 年颁布的a p o n 标准g 。9 8 3 1 4 1 开始，a p o n 、e p o n 、g p o n 标准对线路速率做出了明确规定：至少达到1 5 5 m b p s 且支持宽带数据业务，因 此a p o n ( 包括a p o n ) 以后的p o n 系统都被称为宽带p o n t l 9 】。 a p o n 、e p o n 、g p o n 最大的不同其实在于其数据链路层协议。数据链路 层协议规定了上层数据信号的承接方式。 a p o n ( a t mp o n ) 已经于2 0 世纪9 0 年代中期开发完成，在网络层面采用 第1 2 页 北京邮电人带硕士研究生学位论文第二章接入网综述 a t m 协议进行组网，其标准在g 9 8 3 协议已有详细规定。在a p o n 中，根据a t m 协议的规定，传送的是5 3 个字节的固定长度信元。很显然，a p o n 系统不能 直接用来传送i p 业务信息，而且由于其存在复杂性高和数据传输效率低等问 题，已经逐渐被其他p o n 网络所代替。 e p o n ( e t h e r n e tp o n ) 是近咒年来蠢现的新技术。e p o n 与a p o n 、g p o n 的本质区别表现在：e p o n 在传输媒质层上采用干兆以太网作为传输协议，数据 链路层上也是采用以太网协议。e p o n 传送的是可变长度的数据包，最长可为 1 5 1 8 个字节。以太网建设成本低，可扩震性好，安装维护容易，具有很大发展 潜力。 g p o n ( g i g a b i tp o n ) 是支持最大传输速率2 5 g b p s 的p o n 标准，它采用了 l 匕e p o n 更有效的数据封装格式，但也具有较高的建设成本。g p o n 在a p o n 的基 础上发展起来的，对a t m 业务采用a t m 的封装格式，对于其他t d 碰数据业务， g p o n 贝i j 定义了独特封装方法，称为g e m ( g p o ne n e a p l u a t i o nm e t h o d ) 。g e m 帧结构不基于任何指定类型的格式，而是基于各种用户信号原有的格式进行封 装。g p o n 可以灵活的提供对称和j 蠡对称速率，传输距离至少达到2 0 k m ，系统分 路比可以为l ：1 6 、l ：3 2 、l ：6 4 乃至l ：1 2 8 。三种技术的比较如表2 一l 所示。 表2 1a p o n e p o n g p o n 技术比较 a p o ne p o ng p o n 标准纯组织h v 蜘s a nl e e 嚣e f m 疆v 五y s a n 标准 r i u - to 9 8 3i e e e8 0 2 3 a hi t u tg 9 8 4 传输层使用的协议 a n 订i p e t h e m e ta n w g e m 下行复黑技术繁p mi d mt p m 上行复用技术t d m at d m at d m a 数据业务承载方式 a a l 5e t h e r n e tg e m 最大传输距离 2 0 k m1 0 、2 0 k m2 0 k m 下行线路最大速率1 2 5 鼬 1 2 5 g s2 5 曲趣 上行线路最大速率 6 2 2 m b 临1 2 5 g b s2 5 0 b s 支持分支比 l ：1 6 ，l t3 2l ：1 6 ，l ：3 2l ：1 6 ，l ：3 2 ，l ： 6 4 ，l ：1 2 8 o n u 接口a t m ，t d m 及1 0 1 0 0 m 以太网接a t m ，t d m 及 1 0 1 0 0 m 以太网 口 1 0 1 0 0 m 以太网接 接霹 酲 o l t 网络侧接口a t m ，t d m 及g bg b 以太网接口a t m ，t d m 及g b 以太网接口以太网接口 第1 3 页 北京邮i u 大学硕l ：研究生学位论文 第二二章接入网综述 a p o ne p o n g p o n 升级难易度困难一般 一般 用户侧成本高低较高 网络侧成本高低较高 从目前情况看，a p o n 由于a t m 技术较复杂、承载i p 业务效率不高等原因使 其成本较高，而且a t m 技术在我国城域网中的应用并不是主流，因而逐渐淡出了 我国市场。对于g p o n 来说，虽然其总体性能要高于e p o n 和a p o n ，但是g p o n 标准相当复杂，因此，存在一些亟待解决的问题：一方面，在接入网中提供g 比 特业务还找不到明确的市场定位，目前的大量接入需求仍然是口业务；另一方 面，目前提供g p o n 设备的厂家和部署g p o n 网络的运营商都较少，且g p o n 的成本要高于e p o n ，产品的成熟性也逊于e p o n 。但是，如果g p o n 设备成本 随应用规模的扩大而大幅下降，g p o n 也会得到规模应用。e p o n 则具有其独特 的优势。首先，e p o n 的标准i e e e8 0 2 3 a l l 制定的基本原则是尽量在8 0 2 3 体系结 构内进行e p o n 的标准化工作，最小程度地扩充和修改标准以太网的m a c 协议。 这样就很大程度地继承了以太网经过长期、大规模实践检验积累下来的宝贵技术 经验。其次，从技术角度考虑，e p o n 技术的门槛比较低，容易吸引大批厂商的 加入，从而形成e p o n 产业联盟。另外，e p o n 对硬件性能的要求要远低于g p o n ， 使e p o n 的成本要远低于与其功能相似的竞争对手g p o n 。因此，e p o n 不仅代表 光接入网的发展方向，而且适应宽带接入口化的发展潮流。所以，预计e p o n 在 我国将有十分广阔的发展前景。 2 4 本章小结 本章主要是对接入网作总体的介绍。先比较分析了接入网的总体标准i t u - t g 9 0 2 和i t u t y 1 2 3 1 ，然后概述了现有的几种宽带接入技术，最后对光接入网作 重点介绍，对光接入网拓扑结构以及p o n 技术的参考配置进行分析，对a p o n 、 e p o n 、g p o n 技术进行比较。 第1 4 页 北京邮电火带硕上研究生学位论文 第三章e p o n 技术原理 第三章e p o n 技术原理 3 1 e p o n 简介以及技术本质 随着d 技术的不断完善，大多数运营商已经将腰技术作为数据网络的主要承 载技术，由此也衍生出大量以以太网技术为基础的接入技术。e p o n 的基本构想 就是将成熟的以太两协议引入p o n 系统，戳提高效率，降低设备成本。e p o n 是 i e e e8 0 2 3 e f m ( e t h e r n e tf o rt h ef i r s tm i l e ) 研究组提出的，对于e p o n 系统，可以 直接使用m 协议来进行管理，包括对用户端设备和业务的管理，都可以很简单地 实现，因此，在支持开展综合业务和多种服务质量的灵活性和方便性方面，e p o n 的优势也很明显。 1 ：一 光纤到户是宽带接入的最终目标，e p o n 技术是目前很具有发展前途的光接 入网技术，它是一种点对多点( p 2 m p ) 结构的单纤双向光接入技术，下行采用 时分复震( t o m ) 的广播方式、上行采用时分多址( t d m a ) 方式，典型拓扑结梅 为树型，在光分支点不需要节点设备，只需要安装一个简单的光分合路器即可， 因此具有节省光缆资源、带宽资源共享、节省机房投资、设备安全性高、建网速 度快、综合建网成本低等优点。 下瑟结合图3 1 进一步说明e p c n 的技术本质溷。 第1 5 页 北京邮电人学硕f ：研究生学位论文 第三章e p o n 技术瞰理 图3 - - 1e p o n 的下行与上行传输 下行方向麓传输与通常的光千兆以太阚物理层传输一样，o l t 发出的是以太 网帧经过8 8 1 0 b 编码后的连续比特流，速率为1 2 5 g b p s ；到达光分路器被分路到 各支路光纤上，各支路光纤上仍是o l t 发给所有o n u 的比特流，但信号光功率 幅度由于分路两变小；o n u 接收到o h 发给所有o n u 的8 8 1 0 b 解码后根据以太网 帧前导码中的逻辑链路标识( l l i d ) 取出本o n u 的以太圈帧送上层进一步处理。 上行方向o l t 授权各o n u 的发送时刻和发送时间的长短，在o l t