（光学工程专业论文）多波长epon系统的体系结构及关键技术研究.pdf

南京邮f u 人学顾 j 研究生学位论文 摘要 摘要 随着用户接入带宽的迅猛增长，采用p o n 技术建设f t t x 网络已经成为接入网发展的 趋势。目前以e p o n 为代表的t d m p o n 已经在接入网中开始规模商用，如何利用波分复 用技术对e p o n 系统进行带宽扩容已成为接入网建设的研究热点。w d m p o n 被认为是 t d m p o n 的最终发展方向。在现阶段，w d m p o n 的成本太高，还不适合在成本敏感的 接入网中大规模应用。在t d m p o n 向w d m 。p o n 发展的过程中，会存在一个过渡阶段。 本课题“多波长e p o n 系统的体系结构及关键技术研究”就是研究如何在t d m e p o n 基础上引入c w d m 技术，实现时分复用接入网的扩容。论文的主要工作是在研究p o n 技 术与c w d m 技术的基础上，分析c w d m 在p o n 带宽升级中应用的几种方案，并提出了 一种新型的多波长e p o n 系统。论文对多波长e p o n 系统的结构框架进行设计，并给出了 其光配线网、局端、用户端的参考配置方案，考虑了系统的工作波长选择。分析了多波长 e p o n 系统在层次结构上的扩展，重点是在p m d 子层、r s 子层、m p m c 子层上所作的扩 展，并对系统的资源管理、自动发现与注册机制、保护倒换、平滑升级等关键技术进行探 讨。 论文应用光通信仿真软件o p t i s y s t e m 对多波长e p o n 系统的重要器件和系统整体结构 进行了建模仿真。仿真结果表明，多波长e p o n 系统能够在多个c w d m 波长上证常工作， 是一种技术可行的e p o n 升级方案。同时提出了多波长p o n 最坏值系统设计方法，并应 用此法对多波长e p o n 系统进行最坏值设计。最后，对e p o n 系统的建设成本与多波长 e p o n 系统的升级成本进行分析比较，结果表明从e p o n 系统升级到多波长e p o n 系统是 一种经济可行的方案。 关键词：以太无源光网络，多波长以太无源光网络，粗波分复用，体系结构，成本分析 南京邮l 【1 人学倾i 口f 究生学位论义a b s t r a c t a bs t r a c t w i t ht h er a p i di n c r e a s ei ns u b s c r i b e ra c c e s sb a n d w i d t hr e q u i r e m e n t ，p o n - b a s i n gf t t x n e t w o r kb e c o m e st h et r e n do ft h ea c c e s sn e t w o r k r e c e n t l yt d m p o n ，t y p i c a l l ye p o n ，h a s d e v e l o p e di n t o s c a l e dc o m m e r c i a la p p l i c a t i o n u s i n gw d mt e c h n o l o g yi nt h eb a n d w i d t h u p g r a d i n go fe p o ns y s t e mi sb e c o m i n g ah o t s p o ti n t h er e s e a r c ho fa c c e s sn e t w o r k w d m p o ni sb e l i e v e dt ob et h ef i n a ld i r e c t i o no ft d m - p o n h o w e v e r ，t h eh i g hc o s to f w d m p o nh a sb l o c k e di t sa p p l i c a t i o ni nc o s t s e n s i t i v ea c c e s sn e t w o r ki nt h ep r e s e n ts t a t e t h e r e f o r e ，t h e r ew i l lb eat r a n s i t i o n a ls t a g eb e t w e e nt d m - p o na n dw d m p o n t h i sr e s e a r c hs u b j e c ti st oe x p l o r eap r a c t i c a ls c h e m ef o rb a n d w i d t hu p g r a d i n go fe p o n s y s t e mu s i n gc w d mt e c h n o l o g y b a s i n g o nt h e i n d e p t hr e s e a r c h o fp o na n dc w d m t e c h n o l o g y ，t h et h e s i sa n a l y s i ss e v e r a ls c h e m e sf o rc w d ma p p l i c a t i o ni np o nu p g r a d i n g ，a n d p r o p o s e s an e ws y s t e m ，t e r m e dw i t h “m x e p o n ”( s h o r tf o r “m u l t i w a v e l e n g t he p o n ”) t h e f r a m e w o r ko ft h em l e p o ns y s t e mi sd e s i g n e di nt h et h e s i s ，a n dc o n f i g u r a t i o n sf o ro d n ，o l t ， o n ua r eg i v e nf o rr e f e r e n c e t h es e l e c t i o no fw o r k i n gw a v e l e n g t h si sa l s oc o n s i d e r e d t h e n e x t e n s i o no ft h es y s t e mh i e r a r c h i c a ls t r u c t u r ei sd i s c u s s e d ，e m p h a s i so np m ds u b l a y e r ，r s s u b l a y e r ，m p m cs u b l a y e r s o m ek e yt e c h n o l o g y ，s u c ha sr e s o u r c em a n a g e m e n t ，a u t o m a t i c a l l y d i s c o v e r ya n dr e g i s t r a t i o n ，p r o t e c t i o n ，s m o o t ht r a n s i t i o n ，i sa l s od i s c u s s e d o p t i s y s t e mi su s e dt oe m u l a t es o m ek e yo p t i c a ld e v i c ea n dt h ew h o l ea r c h i t e c t u r e t h e e m u l a t i o nd e m o n s t r a t e st h a tm l e p o ns y s t e mi sat e c h n i c a l l yf e a s i b l es y s t e m ，w i t hm u l t i p l e w a v e l e n g t h sw o r k i n gw e l li nt h ew h o l ea r c h i t e c t u r e t h ew o r s ts y s t e md e s i g n i n gm e t h o df o r m u l t i w a v e l e n g t hp o ns y s t e mi sp r o p o s e di nt h et h e s i s ，a n dt h i sm e t h o di sa p p l i e dt oc a l c u l a t e t h em a x i m u mt r a n s m i s s i o nd i s t a n c eo f 瑚队一e p o ns y s t e m f i n a l l y ，t h ec o n s t r u c t i o nc o s to f e p o ns y s t e ma n du p g r a d i n gc o s to fm l e p o ns y s t e mi sc a l c u l a t e da n dc o m p a r e d ，a n dt h e r e s u l ts h o w sm 九e p o ns y s t e mi sa ne c o n o m i c a ls c h e m ef o re p o nu p g r a d i n g k e yw 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 ( e p o n ) ，m u l t i 。w a v e l e n g t he t h e r n e tp a s s i v e o p t i c a ln e t w o r k ( m k - e p o n ) ，c o a r s ew 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 ( c w d m ) ，s y s t e m f r a m e w o r k ，c o s ta n a l y s i s i l 南京邮f u 人学顾f j 研究生学位论文缩略语 a f a p o n a t m a w g b e r c 0 c r c c w c c w d m d b a d e m u x d s l e f m e p o n f c s f e c f t t b f t t c f t t h f t t n f t t o f t t p f t t z g m i i g p o n h d t v i e e e i t u t a d a p t a t i o nf u n c t i o n 缩略语 a t mp a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k a s y n c h r o n o u st r a n s m i s s i o nm o d e a r r a y e dw a v e g u i d eg r a t i n g b i t e r r o rr a t i o c e n t e r0 f f i c e c y c l i cr e d u n d a n c yc h e c k c o m b i n e dw a v e l e n g t hc o u p l e r c o a r s ew 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 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 e m u l t i p l e x e r d i g i t a ls u b s c r i b e rl i n e e t h e m e ti nt h ef i r s tm i l e 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 f r a m e c h e c ks e q u e n c e f o r w a r de r r o rc o r r e c t i o n f i b e rt ot h eb u i l d i n g f i b e rt ot h ec u r b f i b e rt ot h eh o u s e f i b e rt ot h en o d e f i b e rt ot h e0 f f i c e f i b e rt ot h ep r e m i s e s f i b e rt ot h ez o n e g i g a b i tm e d i u m i n d e p e n d e n ti n t e r f a c e 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 h i g h d e n s i t yt e l e v i s i o n i n s t i t u t eo fe l e c t r i c a la n de l e c t r o n i ce n g i n e e r s i n t e m 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 i i 适配功能 a t m 无源光网络 异步传输方式 阵列波导光栅 误码率 中心局 循环冗余校验 组合波长耦合器 粗波分复用 动态带宽分配 解复用器 数字用户线 第一英里以太网联盟 以太无源光网络 帧校验序列 前向纠错 光纤到楼 光纤到路边 光纤到家 光纤到节点 光纤到办公室 光纤到驻地 光纤到小区 吉比特介质无关接口 吉比特无源光网络 高清电视 电气电子工程师协会 国际电信联盟 南京邮f 匕人学顾f j 研究生学位论文缩略语 l l i d l t e m a c m d i m p c p m u x m n e p o n o a m o a n o d n o l t o n u p c s p d u p m d p o n q o s r n r s s c b s n i t d m t d m a t d m p o n u n i v o d v o i p w d m w d m a w d m p o n l o g i c a ll i n ki d e n t i f i e r l o g i c a lt o p o l o g ye m u l a t i o n m e d i aa c c e s sc o n t r o l m e d i u md e p e n d e n ti n t e r f a c e m u l t i p o i n tc o n t r o ip r o t o c o l m u l t i p l e x e r 逻辑链路标识 逻辑链路仿真 媒质接入控制 媒质相关接口 多点控制协议 复用器 m u l t i w a v e l e n g t hp a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k 多波长以太无源光网络 o p e r a t i o n ，a d m i n i s t r a t i o n ，m a i n t e n a n c e o p t i c a l a c c e s sn e t w o r k o p t i c a ld i v i s i o nn e t w o r k o p t i c a ll i n et e r m i n a l o p t i c a ln e t w o r ku n i t p h y s i c a lc o d i n gs u b l a y e r p r o t o c a ld a t au n i t p h y s i c a lm e d i u md e p e n d e n ts u b l a y e r p a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k q u a l i t y o f - s e r v i c e r e m o t en o t e r e c o n c i l i a t i o ns u b l a y e r s i n g l ec o p yb r o a d c a s t s e r v i c en o d ei n t e r f a c e t i m e - d i v i s i o nm u l t i p l e x i n g t i m e d i v i s i o nm u l t i p l e x i n ga c c e s s t i m e d i v i s i o nm u l t i p l e x i n gp o n u s e rn e t w o r ki n t e r f a c e v o i c e o n d e m a n d v o i c e o v e r - i p w a v e l e n g t h - d i v i s i o nm u l t i p l e x i n g w a v e l e n g t h d i v i s i o nm u l t i p l e x i n ga c c e s s w a v e l e n g t h d i v i s i o nm u l t i p l e x i n gp o n 运行维护管理 光接入网 光配线网 光线路终端 光网络终端 物理编码子层 协议数据单元 物理媒质相关子层 无源光网络 服务质量 远端节点 协调子层 单拷贝广播 业务节点接口 时分复用 时分多址接入 时分复用无源光网络 用户网络接口 视频点播 基于i p 的语音技术 波分复用 波分多址接入 波分复用无源光网络 南京邮电大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个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的 地方外，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 含为获得南京邮电大学或其它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已在论文中作了 明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：三逸叁连日期：丝塑：幺f2 南京邮电大学学位论文使用授权声明 南京邮电大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留 本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其 他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一 致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布 ( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权 南京邮电大学研究生部办理。 研究生签名：扭i 蚤导师签名：主堕兰日期：醴翌：竺：! 王 南京i i i i i 也人学烦i j 研究生学位论义第1 章绪论 1 1 课题研究的背景 第1 章绪论 信息社会的到来，使得人们对信息的需求不断增长。随着i n t e r n e t 的迅猛发展，人们 对于远程教学、远程办公、远程医疗、视频会议、v o d 视频点播等多媒体应用的需求i f 大 幅度增加，宽带接入已成为趋势。根据c n n i c ( 中国互联网络信息中心) 2 0 0 7 年7 月的统 计中国互联网络发展状况统计报告l l 】，截至2 0 0 7 年6 月，中国网民总人数达到1 6 2 亿，仅次于美国2 。11 亿的网民规模，位居世界第二。在各种接入方式中，宽带网民数达到 1 2 2 亿，宽带上网比例已经占到7 5 6 。人们f 对网络的带宽及速率提出更高的要求，促 使网络从低速向高速、由共享到交换、由窄带向宽带方向迅速发展。 按照服务范围、网络拓扑和接入逻辑，可把现代通信网划分为骨干网、城域网和接入 网。目前，骨干网和城域网已经基本完成了向高速、大容量网络的转变。而传统的接入网 速率很低，这就使接入网成为了通信网络传输的瓶颈。随着骨干网带宽的不断拓宽和用户 侧需求的不断增加，解决接入网这一“瓶颈”就变得愈发迫切，接入网己成为未来国家 信息基础设施洲i i ) 的发展重点和关键。解决这一问题的宽带技术有多种，如电信的a d s l 、 广电的c a b l em o d e m 、社区以太网、电力线上网、无线局域网【2 1 【3 1 等。但是，随着用户对 带宽需求的不断加大，这些技术将无法满足未来需求。专家们认为，为满足高带宽的需要， 下一代网络中的接入网目标应该是实现f t t x 光纤接k ( f t t c f t t b f t t h ) 1 4 】【5 】【6 1 。 光纤接入技术与其他接入技术相比，最大优势在于可用带宽大，而且还有巨大潜力没 有丌发出来，o 此外，光纤接入网还有传输质量好、传输距离长、抗干扰能力强、网络可靠 性高、节约管道资源等特点，因此光纤接入技术将成为未来通信发展的趋势。所谓光接入 网( o a n ：o p t i c a la c c e s sn e t w o r k ) 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。根据接入网室外传输设施中 是否含有源设备，o a n 又可以划分为无源光网络( p o n ：p a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k ) 和有源光 网络( a o n ：a c t i v eo p t i c a ln e t w o r k ) ，前者采用光分路器分路，后者采用电复用器分路，两 者均在发展，但多数国家和国际电联标准部i t u t 更注重推动p o n 的发展，不少国家也 已开始或准备开始在接入网中大量引入p o n 系统。 南京l f f | j f 【i 人学顺 j 形f 究生学位论文第l 章绪论 1 2 无源光接入网的发展现状及趋势川8 1 1 9 i i 1 1 1 1 1 1 1 2 i 目自孑p o n 技术主要分为t d m p o n 和w d m p o n 两类，目前最主流p o n 技术是e p o n 和g p o n ，两者均属于t d m p o n 技术，其主要差异在于采用了不同的二层技术。e p o n 和g p o n 具有各自的技术定位，不存在严格的优劣之分；但目前看来e p o n 的技术成熟度 和商用化程度已经远远超过g p o n 。的确，从f t t x 在我国以及整个亚太地区的发展情况 来看，e p o n 发展态势喜人，e p o n 已成为实现f t t x 的主流选择。 基于以太网技术所特有的技术简单、成本低、通用性和可扩展性强、承载i p 业务的高 效率等优点，e p o n 技术获得了业界的广泛支持。从产业链的角度看，e p o n 系统的光发 送接收模块已经较成熟，市场上有多款核心的商用芯片可供选择，如p m c s i e r r a 、 t e k n o v u s 、c o n e x a n t 、i m m e n s t a r 等。e p o n 的产品也相对成熟，国内主流系统厂商有中兴、 烽火、华为、u t s t a r c o m 等，并且种类丰富，形态齐全，有机架式o l t 和盒式o l t ，o n u 的形态包括单住户单元和多住户单元以及支持t d m 业务的单商户单元和多商户单元，能 够满足在不同的应用场景下的部署。 2 0 0 7 年，由中国电信主导的e p o n 互通性研究工作有了很大的突破，实现了主流e p o n 设备在e p o n 基本功能、业务承载相关功能、运行管理和维护功等多方面的互通，为国内 下一步的f t t h 及宽带光接入网发展提供了重要的技术依据，有力地推动了国内e p o n 及 f t t h 技术的发展和网络应用。e p o n 互通性的圆满解决，标志着e p o n 技术和设备已经 成熟，将进入规模商用阶段。 随着e p o n 应用规模的扩大，一定时间内用户带宽将得到满足，这将刺激用户对于高 带宽网络多媒体业务的需求增长，而网络业务的增长反过来又给带宽提出了更高的要求。 这是一个良性循环的过程。可以预见，当e p o n 得到大规模布署以后，运营商的下一步发 展将是考虑如何实现p o n 系统的带宽扩容。 目前w d m p o n 的研究也成为热点。然而由于w d m - p o n 的光器件还没有成熟，成 本过高，其所能提供的带宽也大大超出了一般用户的需求，所以w d m p o n 在目前的市场 条件下还不能大规模普及。 1 3 论文的主要研究内容和结构 将波分复用技术( 尤其是c w d m ) - 与p o n 技术结合，可以在有效利用现有资源、节约 成本的基础上尽量满足用户不断增长的接入带宽需求，方便运营商的升级要求。本文所要 2 堕窒业! 些叁兰竺! ：竺! ! 竺兰丝堡茎笙! 翌笪笙 探索的就是从t d m p o n 到w d m p o n 的演进过程，探讨了具体的e p o n 升级过程中的 第一步骤，研究c w d m t d m 混合的多波长e p o n ( m k e p o n ：m u l t i w a v e l e n g t he p o n ) 系 统。m k - e p o n 系统并不是多个e p o n 的简单重叠，关键是波长与时隙资源的整合以及多 波长引入后给网络结构、资源管理、网络生存性等多方面带末的变化。本课题的研究工作 就是围绕这些关键问题进行深入探讨，在认真考虑原e p o n 系统的兼容性的基础上，提出 一个m k e p o n 系统方案。研究工作的重点是系统总体框架的设计及物理层关键技术。 论文结构如下： 本章首先对论文工作的研究背景进行了简述，介绍了无源光接入网的发展现状及趋 势，为后面的研究工作做了铺挚。 第二章介绍了p o n 系统的组成结构，以e p o n 为例对t d m p o n 进行介绍，同时也 介绍了w d m p o n 的原理及特点，将t d m p o n 与w d m p o n 进行比较以后，得出 t d m p o n 必然向w d m p o n 进行过渡的结论。 第三章介绍了c w d m 技术的特点和应用，提出了c w d m 在t d m p o n 带宽升级过 程中应用的几种方案，并从升级成本、设备复杂性、生存性、可管理性、协议复杂性等几 个方面进行比较。 第四章设计了一种新型的m k e p o n 系统，将c w d m 技术引入e p o n 系统中，对 m k e p o n 系统的结构框架、工作原理进行介绍，重点介绍了m k e p o n 系统中使用的组合 波长耦合器、粗波分复用器等重要无源光器件的设计，并给出了光配线网、局端、用户端 的参考配置，同时也考虑了工作波长的选择策略。 第五章分析了m k e p o n 系统在层次结构上的扩展，重点是在p m d 子层、r s 子层、 m p m c 子层上所作的扩展，并对系统的资源管理、自动发现与注册机制、保护倒换、平滑 升级等关键技术进行探讨。 第六章应用光通信仿真软件o p t i s y s t e m 对m k e p o n 系统的重要器件和系统整体结构 进行了建模仿真。同时提出了多波长p o n 最坏值系统设计方法，并应用此法对m 九- e p o n 系统进行最坏值设计。最后，对e p o n 系统的建设成本与多波长e p o n 系统的升级成本进 行了分析比较。 南京i f 【f ；i u 人学顺f j 研究生学位论文第2 章尤源光接入嘲概述 第2 章无源光接入网概述 2 1p o n 的结构及优势1 1 2 1 1 1 3 1 1 1 4 j l l 5 j 无源光网络( p o n ) 是o a n 中的一种，主要由光纤线路终端( o l t ) 、光纤分配网络( o d n ) 和光网络单元( o n u ) 组成。图2 1 所示为p o n 的一种通用参考结构。o l t 提供网络侧接口 并连至一个或多个o d n ，完成下行电到光、上行光到电的转换，以及分配和控制各信道的 连接，并对各个光电接口实施监控，提供o a m 功能。o d n 为o l t 和o n u 提供光传输手 段，主要功能是完成光信号功率的分配，完全出光纤无源器件组成，这也是p o n 名称的 由来。o n u 提供用户侧接口并和o d n 相连，完成下行光到电和上行电到光的转换，还要 完成对语音信号的数模和模数转换、复用、信令处理和维护管理功能，实现各类业务的 接入。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。 ! 兰兰! 竺型：接入链路：鼻剑 图2 1p o n 参考配置 无源光网络中采用的接入方式主要有：光纤到家( f t t h ：f i b e rt ot h eh o m e ) 、光纤到 大楼( f t t b ：f i b e rt ot h eb u i l d i n g ) 、光纤到路j , 2 ( f t t c ：f i b e rt ot h ec u r b ) 、光纤到办公室 ( f 兀o ：f i b e rt ot h eo f f i c e ) 、光纤到小区( f t t z ：f i b e rt ot h ez o n e ) 及光纤到节点( f t t n ：f i b e r t ot h en o d e ) 等等。各种接入方式的主要区别在于o n u 放置的位置不同，其中最典型的方 式是f t t b 、f t t c 和f t t h 。 p o n 在下行方向( 从o l t 到o n u ) 是点对多点网络，o l t 始终拥有整个下行带宽。在 上行方向( o n u 到o l t ) ，p o n 是多点对一点的网络，多个o n u 都向一个o l t 发送数据， 共享干路光纤带宽资源。因此，在上行方向应该采用信道分割机制来避免发生碰撞，公平 有效地利用主干光纤的传输资源。根据信道分割机制的不同，实用的p o n 技术大致分为 4 堕塞堕! ! 叁兰! 堕! 型堕! 竺兰篁笙竺 笙! 主垄塑鲞堡仝型堡竺 两类：一是基于时分复用技术的无源光接入网( t d m p o n ) ；二是基于波分复用技术的无源 光接入网( w d m p o n ) 。 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，避免了外部设备的电磁干扰和雷电影响，减少了线路和外部设备的故障 率，提高了系统可靠性，同时节省了维护成本。而且这种接入方式的前期投资小，大部分 资会可以等到用户真j 下接入时才投入。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。 p o n 应用于光接入网的独特优势： ( a ) p o n 使端局到用户的距离更长。基于p o n 的本地环路的距离可达2 0 k m ，这远远 超过了d s l 的最大覆盖范围。 ( b ) p o n 最小化了户外和端局内光纤敷设工程量。p o n 在端局仅需要一根光纤、一个 p o n 端口，这样能使端局设备耗电更少、占空间更少。 ( c ) p o n 提供更宽的带宽( 由于光纤更靠近用户) 。光纤到楼、光纤到家、甚至光纤到 p c 机达到了光纤贯穿到用户所有路径的目标，而光纤n d , 区路边是目前来说是最经济的。 ( d ) 作为点到多点的网络，p o n 适合下行视频组播广播。通过波分复用可以叠加其他 信道到p o n 上而不用改变设备电路。 ( e ) p o n 去掉了远置的复用解复用设备，这样免去了网络运营商供电、维护之苦，取 代有源复用解复用设备的无源光分合路器可埋在地下。 ( f ) p o n 方便通过波分复用或提高速率升级，因为无源的光分合路器对信号传输是完 全透明的。 以上这些优势使得p o n 技术成为“第一英里”解决方案的最佳候选者。 2 2t d m p o n 介绍 t d m p o n 就是上行采用t d m a 复用技术传输、下行采用t d m 技术传输的p o n 。人 们考虑把t d m p o n 应用到用户技术入已经有相当长的时间了。随着p o n 技术的发展， 相关标准化组织规范了几种t d m p o n 技术网，它们的主要区别在于承载协议的不同。目 前已标准化的有：基于a t m 的无源光网络( a t o n ) 、基于以太网的无源光网络( e p o n ) 、采 用g e m 的吉比特无源光网络( g p o n ) 。它们之间的主要区别如下： 5 南京i | i i j l 【1 人学顺l ：研究生! 学位论义第2 帝无源光接入网概述 表2 1a p o n ，g p o n 和e p o n 主要区别1 1 6 a p o ng p o ne p o n i t u t 建议 i e e e8 0 2 3 a h 2 0 0 4 标准l0 0 0 b a s e g 9 8 3 x g 9 8 4 x p x l 0p x 2 0 最人逻辑距离( k m ) 2 06 01 02 0 上行线路速率( m b s ) 1 5 5 6 2 2155 6 2 2 l2 4 4 2 4 8 8】2 5 0 卜行线路速率( m b s ) l5 5 6 2 2 12 4 412 4 4 2 4 8 81 2 5 0 线路编码n r z + 扰码 8 b 1 0 b n r z + 扰码 协议a t ma t m g e m e t h e r n e t ( m p c p ) 最小分路比 3 26 41 6 最人分路比 6 41 2 86 4 卜行d f bd f bd f b t x 激光器 上行 f pf pf pd f b 。卜行 p i np i np l na p d r x 检测器 上行 p i np i np i np i n 下面以e p o n 为例对t d m p o n 进行详细介绍。 2 2 1e p o n 基本结构* n t 作原理【1 7 】【1 9 】 e p o n 标准是由i e e e 的e f m 工作小组最早提出的，在很大程度上继承了i t u t 和 f s a n 制定的a p o n 标准i t u tg 9 8 3 ，并采用了符合i e e e 8 0 2 3 协议的以太帧承载业务 信息。e p o n 是单纤双向系统j 采用波分复用技术实现了上下行数据在一根光纤上的全双 工通信模式，数据传输的速度均为1 g b s ( 由于其物理层编码方式为8 b 1 0 b 码，所以其线 路码速率为1 2 5 gb s ) 。 e p o n 的下行方向( 即由o l t 到o n u ) 采用广播方式，o n u 将接收到所有的下行数据， 根据不同的l l i d 值提取属于各自的数据并去掉l l i d 标签。l l i d 是指逻辑链路标识，o l t 为每一个注册上的o n u 都分配一个l l i d 标签，根据此l l i d 来识别不同的o n u 。下行 传输的结构示意图如图2 2 所示。 图2 2e p o n 下行数据流 6 南京| f f f f f u 人学颁 j 研究生学位论文 第2 章尢源光接入网 c 述 上行方向( 由o n u 到o l t ) 采用t d m a 多址接入方式共享系统，任一时刻只能有一个 o n u 发送上行数据；数据首先在o n u 处打上各自的l l i d 标签，然后根据o l t 分配的时 隙传送到o l t ，其结构示意图如图2 3 所示。 2 2 2e p o n 协议层次结构 图2 3e p o n 上行数据流 i e e e 8 0 2 3 委员会的工作范畴是在开放系统互连参考模型下面的物理层和数据链路 层。这两层的每一层又分成若干个子层和接口。根据i e e e 8 0 2 3 a h 标准，e p o n 系统的协 议分层以及与i s o i e co s i 参考模型之间的关系如图2 4 所示【1 7 】。 o s l 参考模掣层次 l a n j 丢 l a n 麦 高层 高层 l l c 逻辑链路控制l l c 一逻辑链路控静 o a m ( 可选)o a m ( 可选) m p m c 一多点m a c 控制m p m c 多j _ m a c 控。 m a c 媒质接入控制 m a c 一媒质接入控韦 协调 u l l 协调 删。姐g 圳一 p c s p c s f e c ( 可选) f e c ( 可选) p m a p m a p m d p m d m d l m d 卜 无源光嘲络媒质 乡 g m i i = 吉比特媒质无关接口 m d i = 媒质相关接u o a m = 运行管理维护 o l t = 光线路终端 o n u = 光m 络巾元 p c s = 物理编码子层 f e c = 前向纠错子层 p m a = 物理媒质附加子层 p m d = 物理媒质柏关子层 图2 4e p o n 协议分层和o s i 参考模型间的关系 7 o n u 堕堡坐! 垒叁兰塑! ：塑壅竺兰竺堡兰笙! 童垄塑堂堡全型塑些 其中，逻辑链路控铝i j ( l l c l o g i c a ll i n kc o n t r 0 1 ) 子层负责提供使本地网络层实体与远 端对等网络层实体之间交换协议数据单元( p d u s ) 的服务，l l c 子层不在i e e e8 0 2 3 a h 工作 范畴之内； 运行管理维护( o a m ：o p e r a t i o n ，a d m i n i s t r a t i o n ，m a n a g e m e n t ) 子层是i e e e 8 0 2 3 a h 工 作组考虑以太网应用到公网，运营商对网络的运行、维护、管理需求而增加的； 多点m a c 控制( m p m c ：m u l t i p o i n tm a cc o n t r 0 1 ) 子层提供对p o n 这样的无源点对多 点拓扑的多点接入控制； 媒质接入控s f j ( m a c ：m e d i u ma c c e s sc o n t r 0 1 ) 层根据l l c 层所提供的参数对l l c 来 的信息进行成帧( 加m a c 层自己的帧头和差错校验用的帧尾) ：当m a c 层接收到下层传上 来的m a c 帧时，它要检测差错，如没有差错则去掉帧头和帧尾并送往l l c 层，如有差错 则丢弃该帧； 协调子层( r s ：r e c o n c i l i a t i o ns u b l a y e r ) 除在通常以太网中的c m i i 接1 3 信号到m a c 信 号之间映射外，在e p o n 中更重要的是在这旱要进行点对点仿真( p 2 p e ：p o i n tt op o i n t e m u l a t i o n ) ； 吉比特媒质无关接h ( g m i i - g i g a b i tm e d i a - i n d e p e n d e n ti n t e r f a c e ) 的目的是规范一个清 晰的便于实施的划分m a c 层和物理层的接口； 物理编码子层( p c s ：p h y s i c a lc o d i n gs u b l a y e r ) 负责对g m i i 来的数据字节进行8 b 1 0 b 编码送往p m a 子层、解码p m a 子层来的1 0 b 码送往g m i i ； 物理媒质附加子层( 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 ) 子层负责并串串并转换； 物理媒质相关子层( p m d ：p h y s i c a lm e d i u md e p e n d e n t ) 子层则负责串行比特流的输出， 包括光电电光转换，产生合适的脉冲形状、功率，适当地均衡、判决接收信号等； 媒质相关接1 3 ( m d i ：m e d i u md e p e n d e n ti n t e r f a c e ) 是光的连接器，把信号连接到光线路 卜。 2 2 3e p o n 的关键技术概述【2 1 1 e p o n 的关键技术包括动念带宽分配、o a m 功能、实时业务传输质量、安全性考虑等 等多个方面，下面进行简单介绍。 动态带宽分配： e p o n 中上行方向信道的传输是采用时分复用接入方式束共享光纤的，各个o n u 收 集来自用户的信息并向o l t 发送数据，不同的o n u 发送的数据占用不同的时隙，为了避 堕璺型! 皇叁兰丝! 翌! ! ! 竺兰竺堡苎 笙! 主垄鉴堂堡全型丝堕 免产生冲突，o l t 必须对上行信道的带宽进行仲裁、分配。目前e p o n 动念带宽分配算法 都是状态报告类型的。o n u 通过上行报告帧报告带宽请求，o l t 根据各o n u 带宽请求情 况和带宽分配策略决定各o n u 的授权，通过下行授权帧( g a t e ) 通知各o n u 。关于e p o n 动态带宽分配策略或者说d b a 算法，i e e e 8 0 2 3 a h 并没有规定，由各个制造厂商自行规定。 随着各种宽带业务的发展，用户对带宽的需求将会越来越大，如何根据不同用户的业务类 型与业务特点合理分配信道带宽，使网络提供者以一套最有效的手段利用网络资源，是决 定e p o n 系统性能的关键技术之一。动态带宽分配也是目自玎e p o n 研究的热点，目日订已经 提出多种