（模式识别与智能系统专业论文）基于epon系统的ftth研究与实现.pdf

摘要 当前无论是中国还是全球，宽带业务的发展正朝宽带化、业务综合化和网络 光纤化发展。随着光纤在长途网、城域网乃至接入网的主干段的大量应用，运营 商在接入网络建设中要实现经济有效的发展就应该将光纤继续向接入网的配线 段和引入线部分延伸，从而最终实现f n h ( 光纤到户) 。 本课题“基于e p 洲系统的唧i 研究与实现”是采用e p o n ( 以太网无源光网 络) 宽带光纤接入技术实现f t n l 的方案，从而实现数据、v o i p ( 语音) 和i p t v ( 远 程视频) “三网台一”的业务带宽需求。并且具有一定的运行、维护和管理功能。 本文在以下几方面对e p o n 技术实现的f r t h 进行了描述： 介绍了e p o n 物理层的相关技术原理。 详细分析了e p o n 技术实现f 盯h 的m a c 层关键技术原理一一多点控制协 议( m p c p ： i u l t l 2p o i n tc o n t r o lp r o t o c 0 1 ) 。e p o n 拓扑结构是树状结构，由位 于根部的o l t ( 光线路终端) 和位于枝端的多个o n u ( 光网络单元) 组成。o l t 可以和 各个o n u 互相通信，但o n u 之间不能通信。m p c p 能够使o l t 和o n u 之间有效地传输数 据。 重点描述了上行方向动态带宽分配的方法 实现f r t h 功能的e p o n 系统主要是由m o t o r o l a 系列微处理器m p c 8 5 2 t 对o l t 和o n u 的控制。此系统实现了在o l t 一端对远端o n u 端的固件更新和业务 配置。文中介绍了m p c 8 5 2 t 和p a s s a v e 公司的o l t 芯片p a s 5 0 0 1 、o n u 芯片p a s 6 2 0 1 的硬件连接以及软件控锖4 。 最后列出了由网络性能测试工具s 肚j c t b i t 所测得的系统网络功能、硬件 的性能、数据的丢包率以及误码率等实验结果，证明此系统的可用性。 关键词：以太网无源光网络，光纤到户，光线路终端，多点控制协议， 光网络单元 a b s t r a c t c u r r e n t l y , d i s r e g a r d i n go u lc h i n aa n dt h ew h o l ew o r l d ，t h eb r o a d b a n db u s i n e s si s d e v e l p t i n gi n t o t h eb r o a d b a n d , t o t a l i z a t i o na n df i b r e - o p t i o a i w i t ht h e t h eg r e a t a p p l i c a t i o ni nl o n g - d i s t a n c en e t w o r k ，m e t r o p o l i t a na r e an e t w o r ka n dt h e a c c e s s n e t w o r k ，i no r d e rt or e a l i z et h ee f f e c t i v ed e v e l o p m e n t , t e l e c o mo p e r a t o r ss h o u l d i n t r o d u c tt h ef i b e rt ot h ec o n n e c t e di i n e so ft h esa o c e 骆n e t w o r k ，s oa st or c a l i z ct h e f 册。 t h ej ct h a tt h er e s e a r c ha n di m p l c t a t i o no ff m ib a s e do ne p o na d o p bt h e t c e h n i q u e o f e t h e m e t p a s s i v e o p t i c a l n e t w o r k i tc a nr e a l i z e t h e t r i p l e - p l a yb u s i n e s s o f d a t a ，v o i pa n d 职n i tc a na l s oh a v et h ef u n c t i o no fc e r t a i no p e r a t i o n ，m a i n t a i n a n d m a n a g e m e n t t h cw o r kc a l lb es u m m a r i z e da sf o l l o w ： i ti sd e s c - n b e dt h a tt h et e c h n o l o g yi nt h ep h y s j ll a y e r t h cc r i t i c a lt e c h n o l o g y ( m p c p ) i sd i s c u s s e di nd e t a i l t h cs t r u c t u r eo fe p o n i sc o m p o s e do f t h eo l t b e i n gl o c a t e di nt h ec e n t r a lo f f i c ea n dt h eo n ub e i n gl o c a t e d i nt h eu s e rs i d e t h co u a n dt i mo n uc a nc o m m u n i c a t em u t u a l l y , b u tt h eo n u sc a n n o tc o m m u n i c a t ew i t he a c ho t h e r 。m p c pi sa b l et ot r a n s m i td a t a se f f i c i e n t l ym n o u g t h e o l t a n d t h e o n u 。 i td i s c u s s e dt h em e t h o do f d y n a m i cb a n d w i d t hd i s t r i b u t i o n 。 t h es y s t e mo fo l ta n do n ui sc o n t r o l l e db yt h em i c r o p r o c e s s o ro f m p c 8 5 2 t 。t h i ss y s t e mc a nu p d a t et h ef i r m w a r eo fo h ui nt h et e r m j a n lo fo l t 。ht h i a r t i c l e t h eh a r d w a r el i n k sb e t w e e nt h e 队s 6 2 0 1a n dm p a b 5 2 t 、t h eh a r d w a r el i n k s b e t w e e nt h ep a s 5 0 0 1a n dm p c 8 5 2 ta n dt h es y s t e ms o f t w a r ea r ed e s c n b e d 。 a l l 舔l w cu s e dt h en e t w o r kt o o lo fs m a r t b 盯m e a s u r et h ep a r a m e t e r so ft h e l a t e n c y 、t h ef r a m el o s s 、t h ev a l u eo fb a c kt ob a c ka n dt h e 恤u g h p u t t h e s e t c r d t i e st h ef e s s i b i f i t yo f t h i ss y s t e m 。 k e yw o r d s ： e p o nf t t h o p t i c a ll i n et e r m i n a l m u l t i p l ep o r tc o n t m lp r o t o c o lo p t i c a ln e t w o ru n i t 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得云显王些盔堂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已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名够有、 蝴牝卿一日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解云鎏王些太堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权丢盗王些盍芏可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库迸行 检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学 校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：乡刁5 ( 何 签字日期：必四年i 月? o 日 签字r 期：如叼年月；o 只 学位论文的创新点 一，结合p a s s a v e 公司提供的通用方案，经过消化吸收，对原始方案进行了改 造成功的设计出了符合客户要求的o p c 一0 l t 删v u 硬件平台，经实际测 试达到了很好的效果。 二，本项目实现了在光线路终端对业务的配置、管理。能够实现对用户端设备的 远端升级 三，本项目完成了一个a g e n t 代理对十四个l i u 板卡的控制，一个板卡带有四个 p o n 系统，使它们之间能很好的协调工作。独特的e p o n 系统结构。 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 w r h ( f i b e rt on eh o m e1 是光纤接入网发展的一种最终形式。光纤接入网 以光网络单元的位置所在，分为盯m 、f i t b ( 光纤到大楼) 、f t r p ( 光纤到驻 地) 和f i t c ( 光纤到路边) 等几种情况，统称f t i x 。对于住宅或者建筑物来 讲，用光纤连接用户主要有两种方式：一种是用光纤直接连接每个家庭或大楼； 另一种是采用无源光嘎络技术，用分光器把光信号进行分支，一投光纤为多个用 户提供服务。e p o n 是基于千兆以太网的无源光网络技术，它继承了以太网的低 成本和易用性以及光网络的高带宽，是实现f 1 - r h 众多技术中“性价比”最高的 一种e p o n 以以太网为载体，采用点到多点结构、无源光纤传输方式：下行速 率目前可达到1 0 g b p s ，上行以突发的以太网包方式发送数据流。另外，e p o n 也提供一定的运行维护和管理( o a m ) 功能。和传统的以太网相比，e p o n 主 要增加了两部分功能：位于媒体接入控制( m a c ) 层之下的仿真子层和被作为 m a c 层一部分的多点控制协议( m p c p ) 。仿真子层使得下面的点到多点网络在 协议上层看来像是多个点到点链路，这一点是通过在每一个分组的开始加上逻辑 链路标志( u j d ) 以取代2 个字节的前导来实现的。e p o n 技术和现有的设各 具有很好的兼容性，新发展的o o $ 技术使以太网对语音、数据和图像业务的支 持成为可能。这些技术包括全双工支持、优先级和v l a n 等。 1 2 国内外f i t h 发展的现状 1 2 1 国外f t t h 发展的状况 f 兀x 在世界范围内已经进入市场启动阶段，并在逐渐升温。由于刚和 运营商竞争等因素影响，北美、日本都已经大规模地开展f i t x 接入商业化应用。 据i d c 最新预测全球硎市场将会从2 0 0 3 年的5 亿美元，增长到2 0 0 8 年 的2 4 亿美元。而光纤接入用户将从2 0 0 2 年1 6 8 万增长到2 0 0 7 年的2 0 0 0 万， 占宽带用户数的9 9 。实际上北美、日本等各大运营商态度更加激进，实建f 兀x 用户数量可能会比i d c 预测还多日本是全球f 兀h 发展最好的国家。日本制 第一章绪论 定的“e - - j a p a n ”战略要求国内使用光纤线路的用户或家庭要达到整个宽带市场 的三分之一以上，日本的司法和建筑物管理机构甚至还联合出台了一份建议，提 出在未来数年内，新建的楼宇和公寓都推荐使用光纤接入或无线接入线路。这种 着重发展“超高速”宽带接入方式的指导思想使提供f m i 接入方式的服务提供 商数量增加较快。日本总务省于2 0 0 3 年7 月3 1 日公布了“互联网接入服务用户 数变化”的快报，截至2 0 0 3 年6 月3 0 日，p t r h 用户为4 5 8 万，并且有加速发 展的趋势。最新统计数据显示在2 0 0 4 年7 月底f 兀h 用户数增至1 5 1 万。按照 发展趋势，光纤接入用户数将超过数字用户线( d s l ) 增长数。因此，硎将 有可能在未来两三年内得到较大发展。近年韩国宽带市场的激烈竞争，也使得各 大运营商a r p u 值逐渐下滑，而韩国业界也把f 兀h ( 以及其它基于f y t i - i 的各 种新兴业务) 认定为他们的救世主。从而，在近乎饱和的韩国宽带市场之中，为 了在竞争中不处于劣势，各大宽带运营商纷纷推出其f 1 1 h 业务，以继续保持其 综合市场竞争力。此外，最近欧盟也作出决定，批准德国电信业管制机构的计划， 迫使德国电信公司向竞争对手开放其价值3 0 亿欧元的正在兴建的超高速宽带网 络欧盟这项法律的初衷也是为了给新兴企业创造条件，让他们可以进入被国有 电信公司主宰的市场 1 2 2 国内f t t h 发展的状况 我国f f r x 建设的驱动力也已经开始浮现出来，其中最重要的当数视频业务 视频会议、以及高端网络游戏的兴起，这些业务的特点是高带宽应用， a d s l 尽管还可以支持现在的i f t v 业务( 2m b i 垤带宽) ，但是只能算是口t v 的起步支撑技术，如果未来采用h d t v ( 2 0m b i t s ) 或者一户多t 、，应用，带宽 高达1 0 0m b i t s 的f t x 将是一个重要选择。 在这种大环境下，国内设备供应商纷纷加入f r r x 阵营，其中既包括在f t t x 光接入领域走得较早的格林威尔、烽火等公司，也有华为、中兴等业内巨头。产 品形态从大客户接入到家庭用户接入，从e p o n 到m c ( 点对点的光纤接入方 案) 。不同的f f r x 产品形态，不同的应用方案，不同的光纤布线技术纷纷推出， 大大增加了运营商的选择余地。 另一方面，国内众多运营商已经开始战略性地关注f i t x 技术了。面对未来 国内可能达到1 0 0 0 2 0 0 0 亿元人民币，年的f t t x 市场，各运营商都没有怠慢， 纷纷成立相应技术部门进行专门研究，探讨应用方案，对标准进行改进。武汉、 北京、上海、浙江也都纷纷展丌试点这其中有住宅小区的家庭光纤接入，也有 商业客户的光纤接入应用因此，我们有充分理由相信，f 兀x 的市场启动条件 已经基本具备。经过未来一两年的试验期、准备期，光纤到户将不再是一个未来 第一章绪论 的构想，而会真正地进入每个企业、每个家庭。目前我国f i t x 市场还处于起步 阶段，f i t x 的大规模应用还需产业链上各方的不懈努力。p o n 器件、设备制造 商需要积极地降低成本、扩大规模，使p o n 设备在功能、性能上远远优于a d s l 而成本与其相当# 而运营商需要积极开展p o n 的商用试点以摸索运营和维护经 验，全面客观地评估p o n 规模应用的投资回报( 不是单从初期的设备投资角度) ， 制定兼顾近期和长远利益的p o n 引入、规模推广、长期运营的发展路线等。由 于各大运营商资源优势和发展战略不同，而且f r r x 所开展的宽带业务内容受产 业政策、用户接受度的制约，f t r x 的未来走势以及时间进度有相当的不确定性， 但可以通过对比2 0 0 ( 0 2 0 0 4 年a d s l 的发展过程来推测。2 0 0 0 年，a d s l 每线 价格在40 0 0 元人民币左右，竞争技术有v d s l ，还有各种l a n 技术。但是伴 随着运营商的积极试点和商用，在短短3 年的时间里，a d s l 价格下降到6 0 0 元 人民币，线，而且成为主流接入技术。因此，对于现在高达3 0 0 0 元人民币，线的 f 兀t 产品，似乎也不必过于悲观，只要应用规模上来，价格下降就会是一个必 然趋势。同样我们类比a d s l 的市场定位发展历程，不难看出，在新技术推出早 期，价格较高的情况下，其用户大部分都是政府、大企业等高端用户，这些用户 对设备价格并不敏感，而对业务能力非常看重。随着应用的深入，逐渐应用到普 通商业或者s o h 0 小型公司，最后才会进入家庭，并成为一个大众化的技术。 因此，对于设备开发商和运营商来说，也完全可以延续这些经验，从大客户或者 普通商业客户开始进行f r i k 试点，经过一两年的实际商用，积累足够的经验， 再逐渐向普通用户过渡，这是一个比较稳健的策略。随着2 0 0 8 年奥运会和2 0 1 0 年世博会的临近，f i t h 的脚步也越来越近，f i t h 已经不再是遥不可及的事情。 1 3e p o n 与g p o n 的比较 1 9 8 7 年英国电信公司的研究人员最早提出了p o n 的概念1 9 9 5 年，f s a n r 全 业务接入网集团1 联盟成立，目的是要共同定义一个通用的p o n 标准。1 9 9 8 年， 玎i - 1 以1 5 5 m b i t sa t m ( 异步传输模式) 技术为基础，发布了g 9 8 3 系列a p o n ( a t m p o n ) 标准。同时各电信设备制造商也研发出了a p o n 产品，目前在北 美、日本和欧洲都有a p o n 产品的实际应用。但在我国由于价格较高，又受到 a t m 推广受阻的影响，所以a p o n 在我国几乎没有什么应用。 2 0 0 0 年底一些设备制造商成立了第一英里队太网联盟( e f m a ) 。提出基于 以太网的p o n 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网( e f m ) 小组，开始正式研究包括1 2 5 g b i q s 的e p o n 在内的e f m 相关标准。e p o n 标 准i e e e8 0 2 3 a h 己于2 0 0 4 年6 月正式颁布。我国在”十五“8 6 3 计划中也设立了 第一章绪论 吉比特e p o n 的相应课题。 2 0 0 1 年底，f s a n 更新网页把a p o n 更名为b p o n ，即”宽带p o n ”。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 也开始进行1 g b i t s 以上的p o n - - g p o n 标准的研究，2 0 0 3 年3 月r 1 1 j - t 颁布了描述g p o n 总体特 性的g 9 8 4 1 和o d n ( 光分配网) 物理媒质相关( p m d ) 子层的g 9 8 4 2g p o n 标 准，2 0 0 4 年3 月和6 月发布了规范传输汇聚( t c ) 层的g 9 8 4 3 和运行管理通信 接口的g 9 8 4 4 标准。 从应用情况来看，g p o n 由于技术实现复杂，成熟的商业产品还很少，目 前还没有规模的商用系统应用；b p c 小在欧美等a t m 原有设备较多的国家和地 区使用较多；e p o n 在亚洲地区，尤其是日本使用较多。值得注意的是，今年我 国在武汉、杭州、北京、绵阳等许多城市已经开始大量使用e p o n 系统 在p o n 技术已被毋庸置疑地认为是未来f t r h 时代的终极解决方案之后， e p o n 和g p o n 谁将主导f 删大潮已成为当前新的争论热点。单独从某一方面 的对比结果来判断哪种技术会得到规模应用是不严谨的，因此，本小节将从可用 带宽、成熟度、成本、多业务和安全性、q o s 和o a m 等方面对二者进行综合的 比较。 1 3 1 上行可用带宽 可用带宽的计算由于要涉及到网络业务分布模型、o h u 数日以及上行周期 等诸多因素，因此不同的假设和算法得出的结论也会有较大的出入。 为了简化计算模型，并考虑到将来全分f l t 4 bi p 的趋势，这里给出的计算结 果仅仅针对单一的以太网业务，不包含传输t d m 等其他业务带来的开销。基于 这样的假设，把p o n 的开销分成三类：线路编码开销、封装开销以及t o n 调度 开销。 对于i p 数据业务，e p o n 的上行可用带宽约为8 2 0 m ，1 2 4 4 g 速率的g p o n 大约为1 g 。 l 线路编码开销 e p o n 采用8 b 1 0 b 编码，将8 位数据字节编为加位传输字符，这部分引入 的开销为2 0 。g p o n 在物理层编码采用不归零( m 吃) 扰码为线路码，这部 分没有引入开销。值得注意的是：8 b 1 0 b 的编码开销和协议封装开销是所有以太 网的固有属性，而非e p o n 引入的开销。而且8 b ，l o b 线路编码及插入 i p 6 ( m e p o l u sg r o u p ) 的方式带来的实现简单，定时要求宽松等优点，足以抵消 其带宽代价。以太网从1 0 m 、1 0 0 m 到i g 发展过程中始终选择类似的方案可有 力证实这一点。 2 封装开销 第一章绪论 e p o n 的封装开销包括：1 2 字节的l p g 、8 字节的| ； 导码( 含s p d ) 、6 字节 的源m a c 地址、6 字节的目的m a c 地址、2 字节的长度、4 字节的f c s 以及可 能的帧填充开销p a d s 。 对于可能的p a d s ，大小和l p 包的长度分布有关。按照e f m 给出的接入网 内包长分布模型，最后可以算出e p o n 封装的总开销约为7 4 。 g p o n 的封装开销包括：5 字节的g e m 帧头、6 字节的源m a c 地址、6 字 节的目的m a c 地址、2 字节的长度、4 字节的f c s 以及可能的帧填充开销p a d s 。 在同样的包长分布模型下，得出g p o n 的封装开销约为5 8 3 p o n 调度开销 p o n 调度开错包括：上行突发开销、控制协议开销以及空白时隙开销 ( 1 ) 突发开销和控制协议开销：对于e p o n ，每o n u 上行突发丌销为1 0 4 字节，控制协议开销主要来自r e p o r t 帧，每o n u 开销时间约为8 4 字节。 对于g p o n ，上行突发开销固定为1 5 字节，控制协议的开销为1 3 字节的 p l o a m ( 物理层管理维护1 。根据计算公式：系统开销= 每o n u 开销时间x o n u 个数上行周期时问。在上行周期时同为5 0 0 u s ，3 2 个o n u 的情况下，e p o n 的上行突发开销为5 3 ，控制协议开销为4 3 。g p o n 的上行周期固定为1 2 5 u s ， 这样算出在3 2 个o n u 的情况下的上行突发开销为2 o ，控制协议开销为2 1 。 其他情况下的上行突发开销和控制协议开销可根据此公式推出。 ( 2 ) d b a 引入的开销与具体的d b a 算法有关，当d b a 分配给o n u 的授权 时隙的剩余部分不足以发送下一个完整的以太网帧时，这部分剩余时隙就会被浪 费，产生空白时隙开销。根据前面给出的包长分布模型，可以计算得出平均剩余 时隙的长度为5 9 5 字节，这样e p o n 在d b a 周期长度为5 0 0 u s 的情况下的帧碎 片开销约为1 。g p o n 在时隙长度不足的情况下可以切割帧。但会引入新的封 装开销和填充开销，这种开销约为3 ，8 。 综合以上计算过程，最后得出e p o n 的总传输效率为 ( 1 - 0 2 ) x ( 1 - 0 0 5 8 - 0 0 5 3 - 0 0 4 3 - 0 0 1 ) = 6 5 6 ( 可用带宽为1 2 5 g x 6 5 6 - - - - 8 2 0 m ) ； g p o n 的总传输效率为1 - 0 0 5 8 - 0 0 2 0 - 0 0 2 1 - 0 0 3 8 = 8 6 3 。( 可用带宽为 1 2 4 4 g x 8 6 3 = 1 0 7 3 m ) 。 i 3 2 成熟度 l 标准 e p o n 的标准是i e e e 的8 0 2 3 a h ，标准中定义了e p o n 的物理层、m p l - p ( 多点控制协议) 、o a m ( 运行管理维护) 等相关内容。i e e e 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，最小程度地扩 充标准以太网的m a c 协议。这就最大程度的继承了以太网经过长期、大规模实 第一章绪论 践检验积累下来的宝贵技术经验。i e e e 制订该标准的过程是漫长的，标准组初 期曾提出了多种技术路线，在经过成员厂商在芯片和系统方面的实践检验后，从 中择优选用才形成了目前最终的标准。8 0 2 3 a h 标准和i e e e 的8 0 2 3 系列其他标 准一样，都是经过充分实践验证的成熟标准。 g p o n 的标准是l t u tg 9 8 4 系列标准，规定了g p o n 的物理层、t c 层和 o a m 相关功能g p o n 标准的制订考虑了对传统t d m 业务的支持，继续采用 1 2 5 m s 固定帧结构，以保持8 k 定时延续。为了支持a t m 等多协议，g p o n 定 义了一种全新的封装结构g e m ：g p o he n c a p s u l a t i o nm e 缅o d 。可以把a t m 和其 他协议的数据混合封装成帧。g p o n 标准相当复杂，在已有技术基础上，以可接 受的成本实现完全符合标准要求的设备比较困难 2 核心芯片和光收发模块 现在可以提供e p o n 核心芯片的专业厂商已有5 6 家( 不包括自主设计芯 片的系统厂商) ，在标准讨论的过程中这些厂商即己开始芯片的设计和验证，因 此在8 0 2 3 a h 标准正式颁布时，他们大多都已推出了第二代和标准完全兼容的芯 片，可以迅速支持e p o n 系统的大规模部署。目前。e p o n 的核心芯片已发展到 第三代s o c ( s y s t e m o nc h i p ) 阶段，集成了多端口标准以太网的m a c 和p h y 、 s r a m 、c p u 、以及p o n 专用的s e r d e s 。以这种芯片为核心，只需增加少数的 外围器件( 如模块和接口电路) 就可以构成一个完整的系统，某些厂商提供的 o n u 参考设计，面积只有手掌一半大小最近，我国大陆和台湾的蕊片厂商也 开始启动了e l o n 芯片设计项目。e p o n 光收发模块的产业链已经完整并开始与 e p o n 系统的发展互相推动，二者开始步入良性循环的轨道：o n u 模块的价格 从最初的2 0 0 美元以上，下降到目前不足5 0 美元，价格水平已经和普通的千兆 以太网光模块相当。模块价格的下降反过来又带动了e p o n 系统的规模部署速 度，日本和韩国都已开始了大规模的e p o n 商业化应用。e p o n 模块的主流厂商 也从日本和美国转移到中国的台湾和大陆。现在能够提供e p o n 模块的厂商已经 有1 0 2 0 家。 除g p o n 设备厂商自主设计的g p o n 芯片外，目前还没有专业的芯片厂商 推出商用g p o n 核心芯片。g p o n 设备上使用的模块都是专用的自主或协作开 发的模块，还没有专业的模块厂商可以提供样品，更谈不上大规模量产g p o n 标准要求模块指标支持三类o d i n ，但c 类o d n 受目前光模块技术水平的限制， 很难在经济的成本下实现。 3 系统 提供e p o n 系统的最韧都是一些新兴专业厂商。如a l l o p t i c 和s a l i m 。现在 传统的主流电信大厂也开始进入该领域：如富士通、u t s t a r c o m 和烽火。极大地 6 第一章绪论 带动了e p o n 的产业化发展。我国从e p o n 国际标准制订一开始就把e p o n 列 入国家的8 6 3 重大项目，支持格林威尔等国内厂商对母o n 的关键技术进行攻关， 2 0 0 4 年初完成8 6 3 项目的验收，之后滚动投入二期资金支持优秀厂商进行e p o n 系统的商业化推广。现在，能够提供商用e p o n 系统的厂商也已将近十家，从技 术水平上看，因为几乎同步开发，国内外厂商的差别很小。而价格方面，国内厂 商占优。 ， ， 目前提供g p o n 系统的还只有一两家新兴专业厂商，如f l e x l i g h t 。其生产 供货、技术支持和服务能力还有待提高，难以独立支撑g p o n 的大规模部署。 综上，与e p o n 相比，g p o n 的产业链还不完整，更谈不上成熟。 1 3 3 成本 影响成本的因素是多方面的；比如技术复杂度、规模产量、以及市场应用规 模 在芯片方面，为什么e p o n 的芯片已发展到第三代，已经可以开始搭建“单 片系统”，而g p o n 却还迟迟不能发布第一代完全符合标准的主芯片。虽然同样 身处二层，可是二者却“形态近而难易远”。e p o n 继承了以太网“简单即是美” 的优良传统，尽量只做最小的改动来提供增加的功能，这就使得一方面传统的以 太网芯片厂商可以很容易地进行e p o n 芯片设计，另一方面新的设计公司也能利 用随处可得的以太网相关i pc o r e ( 具有知识产权的设计内核) 来加入e p o n 芯 片设计的阵营e p o n 从技术角度“进入门槛”很低，容易吸引大批厂商加入 e p o n 产业联盟。目前e p o n 的第三代芯片其价格并不比前两代芯片价格高( 甚 至还有下降的趋势) ，功能却不可同日而语g p o n 芯片功能比较复杂，需要全 新设计封装格式，没有对这方面比较熟悉的传统厂商，“技术门槛”较高，又会 让新兴公司“望而却步”。g p o n 芯片厂商数量太少，芯片价格也难以下降。在 这方面，a t m 就是一个前车之鉴。 在模块方面，从技术角度来看，由于g p o n 的光模块要满足很高的突发同 步指标( 在l 2 4 4 g 速率下，g p o n 标准规定突发同步物理层开销只有1 2 字节) ， 对模块中的驱动和前后放大器芯片的要求很高；还要满足三类o d n 的功率预算， 对o n u 发射机功率和o l t 接收机的灵敏度也有很高要求，只能采用d f b ( 分布 式反馈) 发射机和a id 的接收机，而它们的成本几乎是e p o n 模块中使用的传统 f p 发射机和p i n 接收机的6 倍( 该数据来自光模块厂商) 所以，g p o n 光模块 的成本显然要高于e p o n 光模块。 另外，从产量规模角度看，e p o n 系统厂商在标准制订的过程中就已经开发 了早期的系统，开始进行小规模现场试验，一方面随着标准的演化及时跟进，另 一方面也为将来的大规模部署积累着相关的工程和服务经验。这样在标准颁布之 7 第一章绪论 时就早已做好了各方面的准备，一旦需求爆发，马上就可以开始大规模的部署。 日本y a h o o b b 之所以能在e p o n 标准刚正式颁布不久即大规模采用e p o n 部署 册i 就是因为e p o n 的工程技术成熟。这反过来又大大促进了e p o n 产业的发 展，只其一家的采购规模就足以大大拉低e p o n 光模块的价格，还吸引了更多的 新厂商进入。e p o n 模块价格已接近传统模块。实际上，e p o n 一开始就把竞争 对手定位在传统的光纤收发器和a d s l 上。致力于用与其相当的部署成本，提供 更大的带宽、更多的业务和更好的服务质量。现在，随着e p o n 部署规模的增大， 二者的价格差距正在逐步缩小而g p o n 目前的部署规模还很小，模块价格很 难快速下降。 经过多年的发展，期间包括一场跟a t m 的“战争”，以太网已成为数据网络 中的事实标准，以太网相关技术无疑具有良好的市场前景，现在和将来的新技术， 都要提供对以太网的接口。和g p o n 相比，e p o n 的市场前景应该会更好一些。 无论从哪方面来看。现在e p o n 的成本肯定比g p o n 低，事实也正是如此： 根据从日本市场获得的数据，目前y a h o ob b 部署的e p o n 系统，每用户( 或每 线) 设备成本( 包括o n u 和分摊的o l t 成本) 已降到了2 1 2 0 美元。g p o n 还未 见有大规模商用的市场报道，参考北美1 5 5 ma p o n 系统的设备价格为每用户 3 0 0 美元以上，再参考s d h ( s y n c h r o n o sd i g i t a lh i e r a r c h y ) 的6 2 2 m 系统对1 5 5 m 系统的价格系数( 约为2 5 ) ，估计目前的g p o n 系统价格约为每用户7 5 0 美元， 将近是e p o n 价格的4 倍。即便换算成单比特成本，g p o n 也是e p o n 的3 倍。 而且从长远来来看，e p o n 的成本下降速度也会比g p o n 更快。所以无论现在还 是将来，g p o n 在成本上将始终难以和e p o n 竞争。 1 3 4 多业务和安全性 目前对e p o n 多业务能力质疑最多的就是它传输传统t d m 业务的能力。且 不说目前e p o n 设备厂商采用的各种t d mo v e re t h c m c t 的专利技术提供了 e p o n 单一网段的t d m 业务传输通道，从测试结果来看，其性能完全满足1 s m s 时延等指标要求，完全符合传统t d m 业务的应用标准就是在普通的以太网设 备上，现在也可以使用各种标准的p w e 3 ( p s e u d ow i r ee m u l a t i o ne d g et oe d g e ) 设备提供跨网段、端到端的透明的传统点对点t d m 通道。而且，随着传统t d m 业务量所占比例的日趋减少，使用分组交换技术，把t d m 业务收容到同益扩大 的分组网络中来，无疑将是一种更为经济的手段。即使是现在部署的g e p o n 系 统，也会更看重其对各种以太网数据业务的支持能力。 对于l p t v ，v o l f 等i p 以太网基础上的多业务，e p o n 更是可以很好地承载。 对模拟的c a t v 业务，e p o n 也可以采用和g p o n 一样的方式承载：增加一个 波长。( 其实这属于w d m 技术，跟e p o n 和g p o n 本身无关) 。 b 第一章绪论 在安全性方面，e p o n 也使用标准的基于a e s 的加密技术，其安全性和 g p o n 没有区别。 1 3 5 0 0 s 和o a m 在o o s 方面，e p o n 定义了8 个优先级队列，d b a 算法也考虑了对不同优 先缴队列的带宽分配策略和公平性等问题。对于数据包中的口优先级或以太网 优先级可以很容易地映射到这8 个优先级队列中，再通过d b a 算法保证其传输 的带宽和时延，因此完全可以满足不同业务的o o s 要求。例如对t d m 业务使 用e p o n 的0 0 s 机制，就可以保证其各项指标要求。 g p o n 中o l t 检测每个c o n t - t 的业务负荷，用于预测份析o n u 的业务 流情况和网络的拥塞情况，根据网络状况给每个c o n t - t 分配资源，但并不涉及 v p s v c s 或p o r t _ i d s 的0 0 s 。v i s n c s 或p o r t _ i d s 提供的o o s 保证由两端的 j 叮m g e mc l i e n t 的相应机制来完成。对于有不同o o s 要求的业务，g p o n 通过 使用指针安排o n u 用不同的传输方式来实现；调整其授权带宽和授权周期来保 证业务的带宽和时延要求 实际上，对于如何保证业务的o o s 方面，e p o n 和g p o n 的实现机理在本 质上是一样的。在o a m 方面，e p o n 标准中定义了远端故障指示、远端环回控 制和链路监视等基本的o a m 功能，对于其他商级的o a m 功能，则定义了丰富 的厂商扩展机制，让厂商在具体的设备实现中自主增强各种o a m 功能。而且 e p o n 标准还从便于开通维护的角度，定义了一套o a m 能力的自动协商机制( 与 以太网端口的自动协商机制类似) ，可以在无需人工参与的情况下，自动识别并 配置o l t 和o n u 两端的o a m 能力。另外，比较有特色的是，e p o n 定义了一 种p o n 端口的环回测试功能，把p o n 链路的性能测试功能嵌入到系统之中，可 以在无需外部溟4 试仪表的情况下，进行p o n 链路的性能检测，大大方便了系统 的开通和故障定位。 g p o n 中的o a m 包括带宽授权分配、d b a 、链路监测、保护倒换、密钥交 换以及各种告警功能从标准本身来看，g p o n 标准中定义的o a m 信息比e p o n 标准定义的丰富，不过从实际的设备来看，二者提供的功能并没有多少差异，目 前的e p o n 设备也能提供这些功能。 综上所述，在o a m 、q o s 、多业务承载、安全性等方面，目前的e p o n 产 品与g p o n 标准规范的相当，但每单位带宽成本则要比g p o n 低得多，而且 e p o n 的技术更成熟，更早被市场接受更早进入大规模商用的阶段。因此，现 在e p o n 技术是实现f 1 r r h 的更好方案。 9 第一章绪论 1 4 课题背景 本课题来源于某有限公司，是针对于满足用户数据、口阿v 、v o i p 三网合一 业务要求的e p o n 系统n t h 的实现。本人在该项目中负责e p o n 系统控制代 码的整和调试，并在前期参与了整个系统方案的论证和硬件系统的设计。 第二章系统的方案瑷计 第二章系统的方案设计 ( e t h e m e t p a s s i v e o p t i c a l n e t w o r l d n g 。e p o n ) ，这个技术不仅提供了千兆传输 带宽，同时价格低且稳定，几乎成了以太网络的代名词，主要的系统服务供应商 已经在开发e p o n 系统并与下一代的宽带接入技术相结合。 一个无源光网络是单一且光纤共享，同时并使用便宜的分光器，把信号从单 一光纤分散至独立的用户，之所以被称呼为。无源光网络”是因为有别于传统的 电信机房局端及客户端的连接，这其中并没有一个有源电子设备装置介于该接入 网络之间，这样的优势大大的简化了网络系统的操作、维护及成本，另一个优点 为相比于一个点对点的光纤网络中，其所使用的光纤并不需要很多。 对于低光纤数的需求是可以想象的，我们可以从图2 1 的架构中看出传统的 点对点的以太网络，路边交换l l l ( c u r b - s w i t c h e d ) 以太网络及e l o n 问的不同。点 对点的以太网络可能使用n 条或2 n 条的光纤，但必须使用2 n 个光收发器，而 终端交换机以太网络则使用一条骨干光纤。如此是可以节省光纤及电信机房所占 用的空间，但仍需使用2 n + 2 个光收发器且必须供应电力给交换机来使用。 e f o n 也使用一个骨干光纤、最少的光纤及占用电信机房较小的空问，同时 只需n + 1 个光收发器，另外也不需要额外的电力，下行的传输速率几乎达其全 速的骨干连接，它同时也支持下行串行广播，如影像。 2 1 e p o n 拓l 、架构及组成 典型的e p o n 系统由o l t ( 光线路终端) 、o n u ( 光网络单元) 以及o d n ( 光分配网络) 以及e m s 管理单元构成的点到多点系统。其系统拓 多为星型 或树型分支结构，如图2 - 2 所示。 o l t 位于中心交换局的机架上，o l t 系统既是一个以太网交换机又是一个 多业务的提供平台。o l t 的网络接口连到i p 网络，通过这个接口可以访问多业 务网络。o u 。做为e p o n 系统的核心，提供以下功能； 向o n u 以广播方式发送以太网数据。 发起并控制测距过程，记录测距信息。 发起并控制o n u 功率。 为o n u 分配带宽，即控制o n u 发送数据的起始时间和发送窗口大小。 l l 第二章系统的方案设计 其他相关的以太网功能。 o d n 是一个连接o l t 和o n u 的无源设备，可以置于全天候的环境中，它 分发下行数据并集中上行数据，一般一个o d n 的分路比为8 、1 6 、3 2 或6 4 。正 是因为有了o d n 这个无源设备，使整个e p o n 系统的非常容易安装，并大大节 省了系统的费用。 o n u 位于用户端，放在住户、企业或m d u t m t i l i ( 多住户，租户单元) 处。提 供客户的语音，数据和视频与p o n 间的接口。o n u 为用户提供e p o n 的接入功 能，实现以下功能： 选择接收o i t 发送的广播数据。 响应o l t 发出的各种控制帧。 对用户的以太网数据进行缓存，并在o l t 分配的