（通信与信息系统专业论文）epon系统mac协议的研究与设计.pdf

原创性声明 本人郑重声明；所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。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。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名：；垂! 整日期：塑兰：! ! 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅：本人授权山东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、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：；墨塾导师签名：重亟 日期：丝竺：! ! 山东大学硕士学位论文 摘要 近年来，电信骨干网持续发展，而接入网却进展不大，“最后一公里”成为大 容量局域网和骨干网的发展瓶颈。d s l 和c a b l em o d e m 技术相对5 6 k b p s 的拨号线 有了很大的提高，但是还不能综合支持视频点播( v o d ) 、交互游戏或双向的视频会 议等。用户需求和网络通信的迅猛发展更加恶化了接入网容量的滞后发展。人 们迫切需要一种经济、简单、易升级、能够综合传输语音、数字和视频业务的新 的接入网络技术。 e p o n 就是在这种背景下由国际标准化组织i e e ee f m ( e t h e r n e tf o rt h ef i r s t m i l e ) 工作组于2 0 0 1 年底在t a n m a n 标准委员会( t a l 4 s c ) 会议上提出的。它将目 前最为简单和厂泛应用的以太网技术与p o n 系统想结合，具有大带宽、高性价比、 结构简单和一定服务质量保证等特点，被业界普遍看好，成为能够满足上述要求 的下一代接入网的最佳候选技术。 由于在上行方向上e p o n 是多点到点网络，来自不同o n u 的上行数据流可能会 发生碰撞，因此需要采用媒质接入控制( m a c ) 协议来避免不同o n u 发送数据之间 的冲突，并且该m a c 协议应该具有透明性、高效性和公平性等特点。本文首先介 绍了e p o n 系统中现有的有代表性的m a c 协议( 重点分析了i p a c t 协议) ，在分析 其优缺点的基础上提出一种改进的m a c 协议。改进m a c 协议仍采用i p a c t 协议中 “申请一授权一发送”的轮询方式，o l t 作为集中控制器，根据网络的实时负载情 况动态分配带宽：协议中将控制信息嵌入上、下行数据流中，充分利用了系统带 宽。不同的是，在分配带宽时改进m a c 协议将用户服务水平协议( s t a ) 考虑到m a c 协议的设计中，对于s l a 要求不同的o n u 分配大小不等的可用带宽。且对保证带 宽的未利用部分依s l a 进行重新分配。另外，考虑到部分实时业务对时延及抖动 的敏感性，改进的m a c 协议采用固定的轮询周期。 在文章最后，对本文所设计的m a c 协议的进行了仿真和性能分析，并在相同 的业务接入条件下，将它与i p a c t 协议进行比较，证明了改进m a c 协议所具有的 优越性能。 关键词：以太无源光网络( e p o n ) ；媒质接入控制( m a c ) 协议 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t w 托l ei nr e c e n ty e a r sb a c k b o n eb a n d w i d t hh a se x p e r i e n c e ds u b s t a n t i a lg r o w t h 1 i t t l eh a sc h a n g e di nt h ea c c e s sn e t w o r k “l a s tm i l e ”s t i l lr e m a i n st h eb o r l e n e c kb e t w e e n ah i g hc a p a c i t yl a na n dt h e b a c k b o n e d i g i t a ls u b s c r i b e rl i n e ( d s l ) a n dc a b l e m o d e m ( c m ) t e c h n o l o g i e s ，c o m p a r e dw i t h5 6 k b p sd i a l u pl i n e ，o f f e rag r e a t i m p r o v e m e n t ，b u ts t i l ld on o tp r o v i d ec n o u g hb a n d w i d t hf o re m e r g i n gs e r v i c e ss u c ha s v i d e o o n - d e m a n df v o d ) i n t e r a c t i v eg a m e so rt w o w a yv i d e oc o n f e r e n c i n g n l er a p i d g r o w t ho fu s e rd e m a n da n di n t e m e tt r a f f i ch a sa g g r a v a t e dt h el a go fa c c e s sn e t w o r k c a p a c i t y at e c h n o l o g yf o ra c c e s sn e t w o r k si sr e q u i r e dt h a ti si n e x p e n s i v e ，s i m p l e ， s e a l a b l e ，a n dc a p a b l eo fd e l i v e r i n gi n t e g r a t e dv o i c e ，d a t a ，a n dv i d e os e r v i c e st oa n e n d - u s e rs u b s c r i b e ro v e ras i n g l en e t w o r k j u s ti n t h i sb a c k g r o u n d i e e ee f mg r o u pp r e s e n te p o nt e c h n o l o g ya tt h e l a n m a ns t a n d a r dc o m m i t t e ei n2 0 0 1 e p o nt e c h n o l o g yr e p r e s e n t st h ec o n v e r g e n c e o fl o w c o s te t h e r n e te q u i p m e n tw i t hp o n a n di s r e g a r d e da st h eb e s tc a n d i d a t e t e c h n o l o g yf o rn e x tg e n e r a t i o na c c e s st e c h n o l o g yb e c a u s eo fi t sb r o a db a n d w i d t h ， e x c e l l e n tp e r f o r m a n c e - t o c o s tr a t i o ，s i m p l ec o n f i g u r a t i o n ，a n dc e r t a i n “q u a l i t yo f s e r v i c e ”p r o m i s e s i n c ee p o ni sam u l t i p o i n t - t o p o i n ts y s t e mi nu r ) s t r e a md i r e c t i o n ，u p s t r e a m t r a f f i c sf r o md i 行e r e n to n u sw i l lc o l l i d ei nt h et r u n ko p t i c a l s oap a r t i c u l a rm e d i a a c c e s sc o n t r o l ( m a c ) m e c h a n i s mi sn e e d e df o ru 口s t r e a mt r a f f i ct oa v o i dt r a f n c c o l l i s i o n t h em a cp r o t o c o lh a st os u p p o r td i f i e r e n ts e r v i c ec l a s s e s ，a n dh a st oa l l o c a t e b a n d w i d t hf 豇r l va n de f n c i e n t l ya n dt r e a tu s e r sf a i r l y i nt h i sp a p e r ，w ei n t r o d u c et w o r e p r e s e n t a t i v em a cp r o t o c o l si ne p o nf i r s t l y , a n db a s e d o na n a l y z i n gt h et w o p r o t o c o l s a d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e s ，w ep r e s e n ta ni m p r o v e dm a cp r o t o c 0 1 t h e i m p r o v e dm a cp r o t o c o la d o p t s “a p p l y - g r a n t - d e l i v e r p o l l i n g s c h e m e ，l i k e dt h e i p a c tp r o t o c 0 1 o l t , a st h em u s t e rc o n t r o l l e r d i s t r i b u t c sb a n d w i d t ha m o n g0 n u s d y n a m i c a l l ya c c o r d i n g t oi n s t a n t a n e o u sn e t w o r kl o a d t h ep o l l i n gm e s s a g e i s i n t e r l e a v e dw i t hf r a m et r a n s m i s s i o ns ot h a tt h eb a n d w i d t hi sf u l l yu s e d d i f f e r e n t l y ，t h e i m p r o v e ds c h e m ee x p l i c i t l yi n c o r p o r a t e st h es l a si n t om a cp r o t o c o ld e s i g n ， d i s t r i b u t e sd i f f e r e n tb a n d w i d t ht oo n u sa c c o r d i n gt ot h e i rs l a t h eu n u s e dp o r t i o no f g u a r a n t e e db a n d w i d t hi sd i s t r i b u t e dt oe a c ho ft h eh i g h l yj o a d e do n u s f u r t h e rm o r e ， c o n s i d e r i n gt h ei p c a ts c h e m ei sn o ts u i t a b l ef o rd e l a ya n dj i a e rs e n s i t i v es e r v i c e s , t h e i m p r o v e dm a cp r o t o c o la d o p t sf i x e db o u n d o nc y c l el e n g t h i nt h el a s tp a r to ft h i sp a p e rs i m u l a t i o ni sg i v e nt os h o wt h ep e r f o r m a n c eo ft h e p r o p o s es c h e m e w ea l s op r o v i d et h ep e r f o r m a n c eo ft h eo n ui ni p a c tf o r c o m p a r i s o nw i t ht h es a n a et r a f f i ca c c e s s a n dp r o v et h es u p e r i o r i t yo f t h em a c p r o t o c 0 1 k e y w o r d s ：e t h e r n e tp a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k ；m e d i a a c c e s sc o n t r o l ( m a c ) p r o t o c o l 2 山东大学硕士学位论文 a na c c e s sn e t w o r k a p o n a t mo v e rp o n a t m b e r d b a c a t v 符号说明 a s y n c h r o n o u st r a n s f e rm o d e b i te r r o rr a t e d y n a m i cb a n d w i d t ha 1 l o c a t i o n c a b l et v c d m ac o d ed i v i s i o nm u l t i p l e x i n ga c c e s s c b rc o n s t a n tb itr a t e c oc e n t r a lo f f i c e c r c c y c li cr e d u n d a n c yc h e c k c s m a c dc a r r i e rs e n s em u l t i p l ea c c e s sw it h 带有冲突检测的载波侦听多路存取 d s l d 骱帅 e m s e p o n e s c f d m a f s a n f r t b f t t c f 1 丁h f 1 t 0 g u i h f c i t u 接入网 a t m 无源光网络 异步传输模式 误码率 动态带宽分配 有线电视 码分多址 恒定比特率 中心交换局 循环冗余校验 c o l 】j s i o nd e t e c t i o n d i g i t a ls u b s c r i b e rl o o p 数字用户环路 d e n s ew a v e l e n g t hd i v i s i o nm u t i p e x i n g 密集波分复用 e l e m e n tm a n a g e m e n ts y s t e m 单元管理系统 e t h e r n e tp a s s i v e0 p t i c a ln e t w o r k 以太无源光网络 e s c a p ec o d e 转义码 f r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l e x i n ga c c e s s 频分多址 f u l ls e r v i e ea c c e s sn e t w o r k全业务接入网 f i b e rt ot h eb u i l d i n g光纤到楼 f i b e rt ot h ec u r b光纤到路边 f i b e rt ot h eh o m e光纤到家 f i b e rt ot h eo f f ic e光纤到办公室 g r a p h i c su s e ri n t e r f a c e 图形用户接口 h v b r i df i b e r - c o a x混和光纤同轴 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国际电信联盟 山东大学硕士学位论文 i s d n i n t e g r a t e ds e r v i c ed i g i t a ln e t w o r k综合业务数据网 i e e ei n s t i t u t eo fe l e c t r i c a l a n de l e c t r o n i c se n g i n e e r s 电机工程师协会 姒c m e d i aa c c e s sc o n t r o l媒体接入控制 m p c pm u l t i p o i n tc o n t r o lp r o t o c o l多点控制协议 n tn e t w o r kt e r m i n a t i o n 网络终端 o a mo p e r a t i o n sa d m i n i s t r a t i o nm a i n t e n a n c e操作维护管理 o a n o p t i c a la c c e s sn e t w o r k 光接入网 o d n o p t i c a ld i s t r i b u t i o nn e t w o r k 光分配网 o l t o p t i c a ll i n et e r m i n a l 光线路终端 o n uo p t i c a ln e t w o r ku n i t 光网络单元 o s i o p e ns y s t e mi n t e r c o n n e c tr e f e r e n c em o d e 开放式系统互联参考型 p c s p h y s i c a lc o d i n gs u b la y e r 物理编码子层 p d hp l e s i o c h r o n o u sd i g i t a lh i e r a r c h y准同步数字系列 p d vp a c k e td e l a yv a r i a t i o n数据包延时变化 p l o , a mp h y s ic a ll a y e ro a m物理层维护管理 p m a p h y s i c a lm e d i u ma t t a c h m e n t 物理介质接入 p m d p h y s i c a lm e d i u md e p e n d e n t 物理介质相关 p o np a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k无源光网络 p o t sp l a i no l dt e l e p h o n es e r v i c e原有电话业务 p s t np u b l i cs w i t c h e dt e l e p h o n en e t w o r k 公共交换电话网 p t p e p o i n t t o p o i n te m u l a t i o n 点到点仿真 q a mq u a d r a t u r ea m p l i t u d em o d u l a t i o n正交幅度调制 q o s q u a l i t yo fs e r v i c e 服务质量 r s r e c o n c i l i a t i o ns u b l a y e r协调子层 r t t r o u n d - t r i pt i m e 往返时间 s d h s y n c h r o n o u sd i g i t a lh i e r a r c h y 同步数字系列 s d vs w i t c hd i g i t a lv i d e o交换数字视频 4 山东大学硕士学位论文 s l as e r v i c el e v e la g r e e m e n t服务水平协议 s n i s e r v i c en e t w o r ki n t e r f a c e 业务网络接口 t et e r m i n a le q u i p m e n t 终端设备 t d m at i m ed i v i s i o nm u l t i p l e x i n ga c c e s s时分多址 t m nt e l e c o m m u n i c a t i o nm a n a g e m e n tn e t w o r k 电信管理网 t o s t y p eo fs e r v i c e 服务类型 t s ct i m es c h e d u l i n gc o n t r o l定时和时陈控制 u n iu s e rn e t w o r ki n t e r f a c e 用户网络接口 v b rv a r i a b l eb i tr a t e 可变比特率 w a n w i d ea r e an e t w o r k广域礴 w d m w a v e l e n g t hd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g 波分复用 山东大学硕士学位论文 第一章引言 信息技术发展到今天，全球都在致力于探讨下一代网络将会如何发展。尽管 目前对于下一代网络的体系架构和内涵还处于研究当中，但多数专家认为，不管 下一代网络如何发展，在下一代网络的服务层面必将是i p 大同的世界。现实与趋 势都表明，以i p 为代表的数据业务终将会超越话音业务，并且将继续保持高速增 长态势。同样，在传送层面上，高速率、大容量、抗干扰的光纤则将继续承担下 一代基础鄹络最理想的传送媒介。事实上，随着d 胃删技术及计算机技术的迅猛发 展，骨干网和城域核心网已经得到了如同雨后春笋般的发展。1 。三网融合已经开始 其历史进程，w e b 上的图象、音频、视频等多媒体内容越来越多，i p 电话、网上 音频、视频广播和点播发展迅速。用户已经不能满足于目前几p s 的接入速率， 迫切需要一种经济、简单、易升级、能够综合传输语音、数字和视频业务的新的 宽带接入技术。 就是在这种背景下一种集合了代表未来网络融合趋势的i p 及无源光网络结构 的e p o n ( e t h e r n e tp a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k ) 技术浮出水面，并以其大带宽、 高性价比、结构筒单、能够与i p 业务紧密结合、有效利用已有信息基础设施而减 少重复投资及便于向来来网络升级的诸多优势成为层出不穷、百花齐放的接入技 术中枝独秀，不但被认为是下代网络体系结构中全光接入网领域的最佳解决 方案，还赢得了来自全球的设备制造商、基础网络运营商、标准组织及科研i 浣校 的广泛关注。 近几年，由于i p 应用的迅速崛起，以太网技术的发展也随之曰新月异，从 1 0 形l o 嘣到1 0 0 0 m 、1 0 g 甚至4 0 6 ，速率呈数量级提高，应用环境也从局域网向城 域网、核心网发展。e p o n 的思想同时继承了以太网的核心遗传因子，将以太网最 核心、最本质的部分保留下来，并添加上多址接入和远距离传送的成分，使得传 输距离和接入拓扑方面得以突破。源自以太网的简单本质和广泛的芯片支持，使 得e p o n 产品被认为在接入领域得以具备更有竞争力的成本优势；其次，e p o n 产品 6 山东大学硕士学位论文 上、下行对称l g 的带宽，已大大高于目前的d s l 、t t f c 、窄带p o n 等接入技术所能 提供的带宽，而且e p o n 还可以轻松实现带宽到1 0 g 的平滑升级，这样的带宽容量 完全可以满足未来几十年内的用户接入需求。另外，e p o n 除支持i p 业务外，还可 以支持传统电路业务，如p o t s 、e l t 1 等成为目前接入领域为数不多的综合业 务接入技术之一。 p o n ( 无源光网络) 是指o d n ( 光配线网) 中不含有任何电子器件及电子电源。 o d n 全部由光分路器( s p l i t t e r ) 和光合路器( c o m b i n e r ) 等无源器件组成，不需 要贵重的有源电子设备”。p o n 网络的突出优点是消除了户外的有源设备，所有的 信号处理功能均在交换机和用户宅内设备完成。而且这种接入方式的前期投资小， 大部分资金可以等到用户真正接入时才投入。它的传输距离比有源光纤接入系统 的短，覆盖的范围较小，但它造价低，无需另设机房，维护容易，因此这种结构 可以经济地为居家用户服务。在下行方向上，交换机发出的信号是按广播式发给 所有的用户；在上行方向上，各o n u 必须采用某种多址接入技术，如t d m a ( t i m e d i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ) 技术，才能完成共享传输通道信息访问。 e p o n 采用与i t u tg 9 8 3 建议的a p o n 相同的网络结构，采用点到多点结构， 无源光纤传输方式，在以太网之上提供多种业务。由于e p o n 采用p o n 一点对多点 的树型拓扑结构，上行方向多个o n u 共享干线信道容量和信道资源：各个o n u 的 数据帧通过复用方式传至o l t ，由于无源光合路器光分路器的定向性，各个o n u 的数据帧只能到达o l t ，而不是其他的o n u 。从这种意义上讲，e p o n 在上行方向上 类似点到点网，但它与真正的点到点网不同，来自不同o n u 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数据冲突，使o n u 合 理共享干线光纤的信道容量和资源。从目前的研究情况看，大多数方案使用了d w d m + t d 姒的复用方法，d _ d m 的使用是发展的趋势，但主要取决于光器件。因此，主 要讨论的焦点是t d i a 的实现方法，即如何使用t d m a 的方法使上行信道的带宽利 用率、时延和时延抖动等指标达到要求。在e p o n 中如果采用带宽静态分配，对数 据通信这样的变速率业务很不合适，如果按峰值速率静态分配带宽，则整个系统 的带宽很快就被耗尽，带宽利用率很低。因此我们需要一种能够根据o n u 突发业 务的要求实时( m s u s 量级) 地改变各o n u 的上行带宽的动态分配方案。根据e p o n 山东大学硕士学位论文 的特点及i t u tg 9 8 3 建议，动态带宽分配设计应该具有业务透明，高带宽利用 率，低时延和低时延抖动，公平分配带宽，健壮性好，实时性强等特点”3 。 目前已经很多人纷纷提出各种在e p o n q h 实现动态带宽分配的m a c 协议。本文介 绍了l i r g l e nk r a m e r 提出的i p a c t 协议。并对其性能、优缺点进行了详细分析， 在其基础上提出了一种新的m a c 协议。i p a c t 是一种通过轮询机制实现为不同o n u 分 配带宽的动态仲裁方案：o n u 首先向0 l t 发送带宽请求，o l t 根据o n u 的状态给每个 o n u 分配不同的时隙( 可传输比特数) 。在i p a c t 协议中，o l t 保存一张轮询表，表 中存放系统中各个o n u 的缓存器长度以及数据往返时间。o l t 依次向o n u 发送授权信 息，下一个o n u 的授权信息会在前一o n u 数据到达o l t 之前发送，o l t 根据当前o n u 数 据缓存器的长度动态地给o n u 分配可传输窗口，但不会大于最大窗口w m a x 。另外 本文还简单介绍了另一个有代表性的m a c 协议，b g p 协议。 我们知道，在实际的接入系统中。各个o n u 根据s l a ( 服务水平协议) 的不同， 对系统带宽的需求是不完全相同的。本文所设计的m a c 协议在i p a c t 协议的基础上 做以下改进：对于带宽需求不同的用户在分配带宽时不再一视同仁，而是根据s l a 给它们分配不等的可用带宽。且采用固定周期轮询，克服了可变周期对时延及时 延变化的影响。 最后论文给出了计算机的仿真结果，并对改进的m a c 协议进行了性能分析，结 果表明改进协议比原有的协议在性能上有较大的改善。 山东大学硕士学位论文 第二章e p o n 及其相关技术理论介绍 以太网是在2 0 世纪8 0 年代发展的种局域网技术，其带宽为l o m b i t s ，最 初是共享媒体型，需要防碰侦听，这就限制了其使用效率和传输距离。9 0 年代发展 了交换型以太网，解决了上述问题，并先后推出了快速以太网f e ( 1 0 0 m b i t s ) 和 吉位以太网g b e ( 1 0 0 0 m b i t s ) 。以太网由于具有使用简单方便、价格低、速度高等 优点，很快成为局域网的主流。以太网的帧格式与i p 是一致的，特别适合于传输 i p 数据。随着吉位以太网的成熟和万兆以太阀的出现，以及低成本在光纤上直接 架构吉位以太网和万兆以太网技术的成熟，以太网开始进入城域网和广域网领域。 2 0 0 2 年万兆以太网标准完成后，成为宽带i p 城域网的首选方案，被广泛用于m a n 和w a n 。如果接入网也采用以太网将形成从局域网、接入网、城域网到广域网全部 是以太网的结构。采用与i p 一致的统一的以太网帧结构，各网之间无缝连接，中 间不需要任何格式转换。这将可以提高运行效率、方便管理、降低成本。这种结构 可以提供端到端的连接，根据与用户签订的服务协议s i a ，保证服务质量q o s “1 。 e p o n 中的o n u 采用了技术成熟而又经济的以太网协议，在中带宽和高带宽的 o n u 中实现了成本低廉的以太网第j ：层第三层交换功能，这种类型的o n u 可以通过 层叠来为多个终端用户提供很高的共享带宽。因为都使用以太协议，在通信的过 程中，就不再需要协议转换，实现o n u 对用户数据的透明传送。o n u 也支持其他传 统的t d m 协议，而且不会增加设计和操作的复杂性，在更高带宽的o n u 中，将提 供大量的以太接口和多个t 1 e l 接口。当然，对于光纤到家( f t t t ) 的接入方式， o n u 和n i u 可以被集成在一个简单的设备中，不需要交换功能，从而可以在极低的 成本下给终端用户分配所需的带宽”。 第一节接入网( a n ) 技术 21 1 接入两技术基本概念及定界” 用户接入网( a n ：a c c e s sn e t w o r k ，简称“接入网”) 是为适应当今通信业务 山东大学硕士学位论文 的需要，由i t u t 提出并得到迅速发展的新型用户网，泛指用户网络接口( u n i ) 与业务接口( s n i ) 间实现传送承载功能的实体网络( 诸如线路设施和传输设施) ， 是从本地交换机到用户端之间的实施系统，要连接的相关设备包括交换机和用户 终端设备，可经由q 3 接口进行配景和管理。 接入网是整个电信网的重要组成部分，连接核心网和用户驻地网。其目标是 建立一种标准化的接口方式，以一个可监控的接入网络，使用户能获得话音、租 用线业务、数据多媒体、有线电视等综合业务。 接入网是由网络侧的v 或z 参考点与用户侧的t 或z 参考点之闻的所有机线 设备构成，其定界如图2 - 1 所示。接入网所覆盖的范围由三个接口定界，网络侧 经由业务点接口( s n i ) 与业务节点( s n ) 相连。业务节点可以是p s t n i s d n 交换 机，也可以是租用线业务节点、路由器或特定配置情况下的点播电视和广播电视 业务节点等。业务节点接口是连接接入网和业务节点的开放接u ，包括目前广泛 应用的与窄带交换设备相连的v 5 接口，还有v b 5 接口、高速以太网接口及其他开 放接口。用户侧经由用户网络接口( u n i ) 与用户终端设备( t e ) 或用户驻地网( c p n ) 相连。用户网络接口可以是z 接口、i s d n 接口a t m 接口，也可以是以太网接口或 其他接口。用户终端可以是计算机、普通电话机或其他电信设备。用户驻地网可 以是局域网或其他专用通信网。管理方面经q 3 接口与电信管理网( t 心) 相连， 通常需经协调设备( 岫) 再与t m n 相连。 s n i 图2 - 1 ：电信接入网的定界 2 1 2 接入网的主要功锭 接入网的主要功能有5 种，即用户口功能( u d f ) 、业务接口功能( s p f ) 、核 心功能( c f ) 、传送功能( t f ) 和接入网系统管理功能( s m f ) ，如图2 2 所示。 山东大学硕士学位论文 用户承载和用户信令信息 控制和管理 圈2 2 ：接入网功能结构 ( 1 ) 用户口功能( u p f ) 用户口功能是将特定的u n i 要求与核心功能和管理功能相适配。主要功能有： 终结u n i 功能；h d 转换和信令转换；u n i 的激活去激活：处理u n i 承载通路容 量；u n i 的测试和u p f 的维护：管理和控制功能。 ( 2 ) 业务口功能( s p f ) 业务口的主要功能是将特定s n i 规定的要求与公用承载通路适配以便核心功 能处理，也负责选择有关的信息以便在a n 系统管理功能中进行处理。主要功能有： 终结s n i 功能；将承载通路的需要和及时的管理和操作需要映射进核心功能：特 定s n i 所需要的协议映射s n i 的测试和s p f 的维护：管理和控制功能。 ( 3 ) 核心功能( c f ) 核心功能处于u p f 和s p f 之间，其主要作用是负责将个别用户口承载通路或 业务口承载通路相适配。其主要功能还包括为了通过j a n 传送所需要的协议适配和 复用所进行的对协议承载通路的处理。核心功能可以在a n 内分配，其主要功能有： 接入承载通路处理：承载通路集中；信令和分组信息复用。 ( 4 ) 传送功能( t f ) 传送功能为a n 中不同地点之间公用承载通路的传送提供通道。也为所用传输 媒质提供适配功能。主要功能有：复用功能；交叉连接功能( 包括输导和配置) ： 管理功能；物理媒质功能。 ( 5 ) a n 系统管理功能 山东大学硕士学位论文 e ! j 自_ t e _ 目_ _ _ l _ _ _ _ _ i f l i p _ 目自_ _ e _ 日t - i a n 系统管理功能的主要作用是协调a n 内u p f 、s p f 、c f 和弹的指配、操作和 维护，也负责协调用户终端和业务节点的操作功能。主要功能有：配置和控制； 指配协调；故障检测和指示；用户信息和性能数据收集；安全控制：协调u p f 和 s n 的及时管理和操作功能；资源管理。 a n - s m f 经q 3 接口t u n 通信以便接受监视和或控制，同时为了实时控制的需 要也经s n i 与s n s m f 进行通信。 第二节光接入网( o a n ) 技术 2 2 1 光接入网的基本概念 所谓光接入网( o a n ) 就是采用光纤传输技术的接入网，泛指本地交换机或远 端模块与用户之问采用光纤通信或部分采用光纤通信的系统”“。通常，o a n 指采用 基带数字传输技术，并以传输双向交互式业务为目的的接入传输系统，将来应能 以数字或模拟技术升级传输带宽广播式和交互式业务“”。 光接入网可以分为有源接入和无源接入，有源系统有基于p d h 和s d h 的，拓 扑结构可以是环形、总线型、星型或者它们的混和。无源系统即指的是p o n ( 无源 光网络) 系统，i t u lg 9 8 2 建议提出的关于光接入网功能参考配置如图2 3 所示， 它由光线路终端( o l t ) 、光配线网( o d n ) 和光网络单元( o n u ) 等几部分组成。 这个结构图适用于光纤到路边( f t t c ) ，光纤到大楼( f t t b ) 、光纤到办公室( f t t o ) 和光纤到家( f t t h ) 等各种情况。 lq 3 二 圜亟垂叵 t 参考点 a 参考点 v 参考点 图2 - 3 ：o a n 的功能参考配置 山东大学硕士学位论文 n 系统管理功能的主要作用是协调a n 内u p f 、s p f 、c f 和t f 的指配、操作和 维护，也负责协调用户终端和业务节点的操作功能。主要功能有：配置和控制； 指配协调；故障检测和指示；用户信息和性能数据收集；安全控制：协调u p f 和 s n 的及时管理和操作功能；资源管理。 a n s m f 经q 3 接口t m n 通信以便接受监视和或控制，同时为了实时控制的需 要也经s n i 与s ns m f 进行通信。 第二节光接入网( o a n ) 技术 22 1 光接入网的基本概念 所谓光接入网( o a n ) 就是采用光纤传输技术的接入网，泛指本地交换机或远 端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。”。通常，o a n 指采用 摹带数字传输技术，并以传输_ j 叹向交互式业务为目的的接入传输系统，将来应能 以数字或模拟技术升级传输带宽广播式和交互式业务。”。 光接入网可以分为有源接入和无源接入，有源系统有基于p d h 和s d i i 的，拓 扑结构可以是环形、总线型、星型或者它们的混和。无源系统即指的是p o n ( 无源 光网络) 系统，i t u rg9 8 2 建议提出的关于光接入网功能参考配置如图23 所示， 它由光线路终端( 0 i t ) 、光配线网( o d n ) 和光网络单元( o n i j ) 等几部分组成。 这个结构图适用于光纤到路边( f t r c ) ，光纤到大楼( f t t b ) 、光纤到办公室( f t t o ) 和光纤到家( f t t h ) 等各种情况。 和光纤到家( f t t h ) 等各种情况。 t 参考点 a 参考点 v 参考点 图2 - 3 ：o a n 的功能参考配置 山东大学硕士学位论文 图中o l t 为光线路终端，位于接入网的局端，为光接入网提供网络侧和本地 交换机之间的接口，并通过一个或n 个o d n 与用户端的o n u 通信。o l t 分离交换与 非交换业务，管理来自o n u 的信令和监控业务，为o n u 和本身提供维护和指配功 能，o l t 与o n u 的关系为主从通信关系。o d n 为o n u 和o l t 提供光传输手段。是一 个连接o l t 和o n u 的无源设备，它的功能是分发下行数据并集中上行数据。o n u 为光接入网提供用户端接口，一个o n u 最多可接入6 4 个用户。o n u 终结来自o d n 的信息，完成网络侧光口之间的光电和电光转换功能，信号处理，复用和维护 管理功能。 2 2 2 光接入网的应用类型 按照o n u 在光接入网中所处的具体位置不同，可以将o h n 划分为三种基本不 同的应用类型“2 “”1 ，如图2 4 所示。 ( 1 ) 光纤到路边( f t t c ) f t t c 是一种双星形结构，o n u 设置在路边电线杆的分线盒处，有时也可设在 交接箱处，此时，o n u 到用户之间可以采用双绞线、同轴电缆等。在f t t c 结构中 引入线部分是用户专用的，现有铜缆设施仍能利用，因而可以推迟耗资巨大的引 入线部分( 有时甚至配线部分，取决于o n u 位置) 的光纤投资，具有较好的经济 性。先铺设了一条很靠近用户的潜在宽带传输链路，一旦有宽带业务需要，可以 很快地将光纤引至用户处，实现光纤到家的战略目标。由于其光纤化程度己十分 靠近用户，因而可以较充分地享受光纤化所带来的一系列优点，诸如节省管道空 间，易于维护，传输距离长，带宽大等。由于f t t c 结构是一种光缆铜缆混台系 统，最后一段仍然为铜缆，还有室外有源设备需要维护，从维护运行的观点仍不 理想。但是如果综合考虑初始投资和年维护运行费用的话，f f t c 结构在提供 2 m b i t s 以下窄带业务时，仍然是o a n 中最现实经济的。 ( 2 ) 光纤到楼( f t t b ) f t t b 也可以看作是f t t c 的一种变形，不同处在于将o n u 直接放到楼内( 通常 为居民住宅公寓或小企事业单位办公楼) ，再经多对双绞线，将业务分送给各个用 户。f t t b 是一种点到多点结构，通常不用于点到点结构。m b 的光纤化程度比f t t c 更进一步，光纤已敷到楼，因而更适于高密度用户区，也更接近于长远发展目标。 山东大学硕士学位论文 预计会获得越来越广泛的应用，特别是那些新建工业区或居民楼以及与带宽传输 系统共处一地的场合。 ( 3 ) 光纤到家( f t t h ) 和光纤到办公室( f 兀o ) 在原来的f t t c 结构中，如果将设置在路边的o n u 换成无源光分路器，然后将 o n u 移到用户家，即为f t t h 结构。如果将o n u 放在大企事业用户( 公司、大学、 研究所、政府机关等等) 终端设备处，并能提供一定范围的灵活的业务，则构成 所谓的光纤到办公室( f t t o ) 结构。由于大企事业单位所需业务量大，因而f t t o 结构在经济上比较容易成功，发展很快。考虑到f r t o 也是一种纯光纤连接网络， 因而可以归入与f t t h 一类的结构。然而，由于两者的应用场合不同，结构特点也 不同。f t t