FTTH场景下ODN网络的规划设计优秀毕业论文 参考文献 可复制黏贴.pdf

学位论文原创性声明 本人所呈交的学位论文是我在导师指导下完成的 据我所知 除文中已 经注明引用的内容外 本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体 均己在文中作了明确说明并表示 谢意 学位论文作者签名 箍 竺里 日期 丝f 鱼 学位论文使用授权声明 本人完全了解南京邮电大学有关保留 使用学位论文的规定 学校有权 保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版 有权将学位论文用于非盈利目的的少量复制并允许学位论文进入学校图书馆 被查阅 有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索 有权将学位论文 的标题和摘要汇编出版 论文作者签名 导师签名 日期 日期 糨q 南京邮电大学 工程硕士学位论文摘要 学科 专业 工学 电子与通信工程 研究方向 通信网络设计 厶 作者 二零零六级工程硕士研究生韩煜 指导教师 杨龙祥教授 博导顾先锋高工 题目 f 珊场景下o d n 网络的规划设计 英文题目 p l 锄i n ga n dd e s i g l lo f o d nu n d e r s c e n eo f f n h 关键词 f 们h o d n p o n k e 旧r d s f i b e rt t h e h u s e c p t i c a ld i s t r i b u t i nn e t w r k p a s s i v ec 社i c a l n e t w o r k 南京邮电大学工程硕士研究生学位论文 摘要 随着互联网技术的快速发展 网络上新的业务种类层出不穷 使得人们对网络带宽的 需求持续增加 由于普通的a d s l 技术无法提供长距离及高速宽带等服务 已经无法适应 固网运营商在原有带宽技术上推出更多新服务的项目需求 所以 可提供全业务 高速率 的光纤到户 f t t h 光接入网络就成为了宽带接入网的最有效的解决方案 本文首先分析了f 1 t h 的有关关键技术 包括f t t h 的系统结构 p o n 的基本原理及关键 技术和e p o n 的基本原理及关键技术 为后续的分析和设计打下了理论基础 本文还研究 了o d n 的规划理论 重点分析了o d n 的框架结构 0 d n 的光配线设施和o d n 的分光方式 本文最后结合六安电信o d n 网络规划实例 分层次的介绍了o d n 网络的规划设计 从 o l t 局站的规划到接入光缆网的规划 详细介绍了不同的环节存在的问题 提出规划思路 预算建设规模与投资情况 最后综合建设情况汇总 总结o d n 网络的总体规划 关键词 f 1 t h o d n p o n 南京邮电大学工程硕士研究生学位论文 a bs t r a c t w i t l l 1 er a p i dd e v e l o p m e n to fi n t e m 吒l o t so fn e wb u s i n e s sa r ee m e r g i n g 1 ed e m a l l d f o rb 删d mi si n c r e a s i n g b e c a u s eo r d i 彻r ya d s li sn o t 谳l e f 0 rp r o v i d i n gl o n gd i s t 觚c e 1 1 i g hr a t es e r v i c e s i td o e sn o tm e e tt h eo p e 嘲幻r sd e m 砒1 df o ro 虢r i i 坞m o n e ws e r v i c e s b 私e do n 耐g i l l a lb 锄d l i d t h f m w m c hc 趾o f f e r 彻ls e i c e sa n d 1 1 i 曲d a t ar a t e i s 恤i n o s t e f j e i c i e n ts o l u t i o nf o rb r o a d b a i l da c c e s sn e 咖r k 础s 恤s i s 觚a l y z e dm ek e yt e c h n o l o 西e so ff t t h m l u d i n g 也es y s t e ma r c l l i t e c t 砒ef o r f 砌 m e 埘n c i p l e sa n dk c yt e c l u l o l o g i e so fp o n a n dn l e 研n c i p l e sa n dk e yt e c l l i l o l o 西e so f e p o n t h e s ea n a l y s e sm a d eas o l i db a s i sf 0 rt h ed e s i g na n dp l a r m i n go ff t t h 1 1 l ep l a n i l i n g p 订n c i p l e so fo d nw 鹤i i e s t i g a t e di nt b j sm e s i s w ee m p h 嬲i z e do nm e 也l r r l e w o r ko fo d n m e o p t i c a ld i 昀五b u t i o nf a c i l 毋 觚dt l l eo p t i c a ld i 嘶b u t i o nm o d e so fo d n f i n a l l yn l i st l l e s i si l i t r o d u c e so d n sp l a i l i l i n ga 1 1 dd e s i g i l sf o rl u 觚t e l e c o m so d n 1 1 1 i s t l l e s i sd i s c u s s e dn l ep l 疵n g舶mo l t 跏i o 珊t 0a c c e s s 叩t i c a ln e t v o r ki nd e t a i l 觚d p l a i l i l i l l gs o l u t i o i l c o i l s t m c t i o ns c a l e a n dt h ei m e s t r n e n tw e r ep r o p o s e d l a s t l yt h eo v e r a l l p l a n l l i n gs o l u t i o nf 0 rl u 觚f t t hw a sp r o p o s e d k e y w o r d s f i b e rt ot h eh o u s e o p t i c a ld i s t r i b u t i o nn e t v o r k p a s s i v eo p t i c a l i i 南京邮电大学工程硕士研究生学位论文 目录 中文摘要 i a b s t l 认c 1 i i i 目录 i i i 第一章引言 1 1 1f t t h 发展概述 1 1 2 论文主要工作 2 第二章f t t h 原理及关键技术 3 2 1f t t h 系统结构 3 2 1 1 点到点 p 2 p 光接入技术 3 2 1 2 点到多点 p 2 m p 光接入技术 4 2 2p o n 的基本原理及关键技术 4 2 2 1p o n 技术的发展 4 2 2 2e p o n 技术 5 2 2 3g p o n 技术 6 2 3e p o n 的基本原理及关键技术 7 2 3 1e p o n 技术原理和网络结构 7 2 3 2e p o n 的关键技术 8 第三章o d n 网络规划设计研究 1 l 3 1o d n 框架结构 1 1 3 2o d n 光配线设施 1 2 3 3 分光方式 1 3 第四章六安电信o d n 网络规划实例 1 5 4 1 概述 1 5 4 1 1 规划背景 1 5 4 1 2o d n 规划思路 1 5 4 1 3o d n 网络发展目标 1 6 4 2o l t 局站规划 1 6 4 2 10 l t 现状及存在问题 1 6 4 2 20 l t 规划思路及原则 1 8 4 2 3o l t 局站规划方案 1 8 4 2 4m o d f 建设规模与投资 1 9 4 3 配线光节点规划 2 3 4 3 1 配线光节点现状及存在问题 2 3 4 3 2 配线光节点建设思路 2 3 4 3 3 配线光节点建设规模与投资 2 5 4 3 4 农村光节点建设规模与投资 2 6 l i l 南京邮电大学工程硕士研冗生学位论文 4 4 主干光节点规划 2 6 4 4 1 主干光节点现状及存在问题 2 6 4 4 2 主干光节点建设思路 2 7 4 4 3 主干光节点建设规模与投资 2 7 4 5 接入光缆网规划 3 1 4 5 1 接入光缆现状及存在问题 3 1 4 5 2 接入光节点建设思路 3 2 4 5 3 接入光缆建设规模与投资 3 5 4 5 4 配线光缆建设规模与投资 3 5 4 5 5 基站 政企客户接入光缆规模与投资 3 6 4 6f t t h 建设规划 3 6 4 6 1f t t h 建设现状及存在问题 3 6 4 6 2f t t h 建设思路 3 7 4 6 3f t t h 规划方案与投资 3 9 4 7 建设规模投资汇总 3 9 第五章总结与展望 4 1 5 1 总结 4 1 5 2 展望 4 1 致谢 4 2 参考文献 4 3 南京邮电大学工程硕士研究生学位论文 1 1f r t h 发展概述 第一章引言 在宽带接入领域 目前很多家庭都是使用的a d s l a 剐姗e t r i cd i g i t a ls u b s 耐b e rl i n e 非对称数字用户环路 技术来实现 用户的各种业务通过接入网进入核心网 随着互联网技 术的快速发展 网络上新的业务种类层出不穷 使得人们对网络带宽的需求持续增加 主 流接入技术从拨号逐步过渡到速度更快的a d s l 和以太网 核心网上的可用带宽由于s d h 的发展而迅速增长 用户侧业务量也由于i n t e m e t 业务的急剧增加 作为用户与核心网之 间桥梁的接入网则由于入户媒介的带宽限制而跟不上骨干网的和用户业务需求的发展 正 为用户与核心网之间的接入瓶颈 由于普通的a d s l 技术无法提供长距离及高速宽带等服 务 已经无法适应固网运营商在原有带宽技术上推出更多新服务的项目需求 所以 可提 供全业务 高速率的光纤到户 f t t h 光接入网络就成为了宽带接入网的最有效的解决 方案 f h f i b e rt b1 1 l eh o m e 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 饼叮u o p t i c a ln c t w o r ku n i t 的位置所在 分为f t t h f t t b 光纤到大楼 f 1 卫 光 纤到驻地 和f 1 r c 光纤到路边 等情况 统称为f 珊 对于住宅或者建筑物来说 用 光纤连接用户的主要有两种方式 一种是用光纤直接连接每个家庭或者大楼 另一种是采 用无源光网络技术 用分光器把逛信号进行分解 一根光纤可以为多个用户提供服务 光 纤接入技术与其他接入技术相比 最大的优势在于可用带宽宽 而且还有巨大的潜力可以 开发 在这个方面其他接入技术根本无法与其相比 光纤接入网络还有传输质量好 传输 距离长 抗干扰能力强 网络可靠性高和节约管道资源等特点 当然光纤接入网络也存在 一定的劣势 最大的问题是成本比较高 尤其是光节点离用户越近 每个用户分摊的接入 设备成本就越高 光通信发展到现在 骨干网络 城域网等发展都接近成熟 只有在接入 网还存在不足 只有实现光纤到家才能最终发挥光纤网络的巨大潜力 光纤到桌面是信息 社会的标志 将是国家竞争力的根本体现 目前 全球宽带用户数目最高的是中国 美国 日本和韩国 四者之和已经超过了全 球用户的7 0 除了中国外 其他几个宽带发展较快的国家都已经开始大规模发展f 删 日本是世界上对f 1 1 h 最热衷的国家 在f t t h f 1 曙上的发展都一直处于世界领先地位 堕蔓墅皇奎兰三堡堡主婴墨生堂堡丝苎 2 0 0 3 年8 月 n t t 发表了它的r f p 光线路终端 o l t 通过一个无源光网络实现与数个 光网络单位 o n u 之间的以太网m a c 的发射和接收 速率要达到l g b s 这标志着日 本最大运营商的f 1 瑚t t p 计划正式启动 在2 0 0 2 年 n t t 的f t r h f t t p 用户数为2 0 万 2 0 0 3 年已经达到了6 5 万 普及率已经接近1 0 2 0 0 4 年n t t 计划为其f t t p 建设项 目投资2 5 6 亿美元 占全年投资总额的三分之一以上 可见其对f t t h f t t p 的信心和决 心 近年来韩国宽带市场的激烈竞争 也使得各大运营商a i 冲u 值逐渐下滑 而韩国业界 也把嗍认定为他们的救星 从而 在近乎饱和的韩国宽带市场之中 为了再竞争中不 处于劣势 各大运营商纷纷推出其f t t h 业务 以继续保持其综合市场竞争力 在我国 f 1 r 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 i p t v 以及高端网络游戏的兴起 这些业务的特点是高带宽应用 在这中大环境下 国内设备供应商纷纷加入f r r x 阵营 其中包括在f r r x 光接入领域走得较早的格林威尔 烽火 华为 中兴等业内公司 产品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 t t 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 另外 国内众多运营商已经开始战略性的关注f t 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 r r x 市场 各运营商纷纷成立了相应的技术研究部门 探讨 应用方案 对标准进行改进 武汉 北京 上海 浙江等地也纷纷展开了相应的试点工作 其中包括住宅小区的家庭光纤接入 也有商业用户的光纤接入应用 用户对带宽的需求愈来愈大 视频及互动业务 网络游戏 远程教育 数字电视等业 务的迅猛发展均离不开带宽的支持 f r r x 必将取代铜缆 其高端用户将会直接使用f 唧 1 2 论文主要工作 论文主要研究了o d n 光配线网络 的规划与设计 介绍了f t t h 的原理和p o n 的 关键技术 并设计了六安电信o d n 网络 论文第二章分析了f t t h 的有关关键技术 包括f 1 t h 的系统结构 p o n 的基本原理及关 键技术和e p o n 的基本原理及关键技术 为后续的分析和设计打下了理论基础 论文第三章研究0 d n 的规划理论 重点分析了o d n 的框架结构 o d n 的光配线设施和 o d n 的分光方式 论文第四章结合六安电信o d n 网络规划实例 分层次的介绍了o d n 网络的规划设计 从o l t 局站的规划到接入光缆网的规划 详细介绍了不同的环节存在的问题 提出规划思 路 预算建设规模与投资情况 最后综合建设情况汇总 总结o d n 网络的总体规划 2 南京邮电大学工程硕士研究生学位论文 第二章f i i t h 原理及关键技术 f i i t h f i b e rt ot h eh o m e 有两种含义 狭义上的f t t h 是指利用光纤媒介连接通信 局端和家庭住宅的接入方式 引入光纤由单个家庭住宅独享 广义上的f t t h 泛指f t t h 的 各种网络应用 根据用户单元在接入网中所处的位置不同 分为光纤到路边 f i t c 光 纤到楼 f 1 t b 光纤到户 f 1 i t h 和光纤到办公室 f t t o 2 1f r t h 系统结构 在f t t h 的技术模式中主要分为两类 点到点 p 2 p 和点到多点 p 2 m p 2 1 1 点到点 p 2 p 光接入技术 f t t h 网络中的点到点光接入技术是将电信号转换成光信号进行长距离的传输 从中心 局到每个用户均使用一对光纤 上下行速率都可以达到1 0 0 m b i t s 甚至1 0 0 0 m b i t s 点到 点 p 2 p 光接入技术具有产品成熟 结构技术简单 安全性好等特点 但是这种技术最 大的缺点是需要铺设大量的光纤和光收发器 在大规模应用情况下网络铺设困难 设备成 本也很难下降甚至上升 运营维护工作量大 因此被认为是实现f t t h 的过渡技术 比较 适合网络发展初期用户数较少的阶段 图2 一l 点对点光接入技术 3 南京邮电大学工程硕士研究生学位论文 2 1 2 点到多点 p 2 m p 光接入技术 p 2 m p 的连接方式通常采用p o n 的形式来实现 即利用分光器 1 8 1 3 2 l 6 4 等 在下行方向将局端的光信号分配给每个0 n u 设备 在上行方向将各个0 n u 的信号进行复接 这种方式极大的节省了局端光模块和光纤 且铺设容易 便于维护 适合用户数量较多 光纤资源紧张的场合 但是协议比较复杂 技术难度上要大一些 图2 2 点对多点光接入技术 2 2p o n 的基本原理及关键技术 2 2 1p o n 技术的发展 在十多年的发展历程中 f t t h 技术不断推陈出新 从有源接入方式到无源接入方式 从点到点 p 2 p 方式到m c 媒体转换器 发展到点到多点的a p o n e p o n g p o n 等p o n 技 术 无源光网络 p o n 的概念由来己久 它节省光纤资源 对网络协议透明的特点 在 光接入网中扮演着越来越重要的角色 同时 以太网 e t h e r n e t 技术经过二十多年的发 展 以其简单实用 借个低廉的特性 几乎已经完全统治局域网 并在事实上被证明是承 载i p 数据包的最佳载体 随着i p 业务在城域网和干线传输中所在的比例不断攀升 以太 网也在通过传输速率 可管理性等方面的改进 逐步向接入 城域网甚至广域网上渗透 而以太网与p o n 的结合 便产生了以太网无源光网络 e p o n 它同事具备了以太网和p o n 的优点 正成为光接入网领域最难攻关的热门技术 p o n 系统由局端的光线路终端 o l t 用户侧的光网络单元 o n u 光网络终端 o n t 和光配线网络 o d n 组成 所谓无源 是指0 d n 全部由无源分光器和光纤等无源光器件 组成 不包括任何有源节点 p o n 技术采用了点到多点的拓扑结构 o l t 发出的下行光信 4 要塞墅皇奎兰三翌堡主婴塞竺堂垡丝奎 号通过一根光纤经无源光分路器广播给各o n u o n t 不同的数据链路层技术和物理层p o n 技术结合形成了不同的p o n 技术 例如a t m p o n 形成了a p o n e t h e r n e t p o n 形成了e p o n a t m g e m p o n 形成了g p o n 这是各种p o n 技术之间最大的区别 2 2 2e p o n 技术 无源光网络系统最早在2 0 世纪9 0 年代初期就已经出现 随后 以a t m 技术为基础的 p o n 即a p o n 系统获得了较快的发展 1 9 9 8 年i t u t 正式通过了 基于无源光网络的宽 带光接入计划 的建议 对a p o n 系统的个性技术指标定义了详尽的规范 随着i n t e r n e t 的高速发展 用户对网络带宽的需求不断提升 e p o n 技术随之出现 它利用p o n 的拓扑结 构实现以太网等多种业务的接入 所有业务都将封装i e e e 8 0 2 3 标准以太网帧在系统内传 输 e p o n 的上行采用t d 姒 时分多址 及w d m 波分复用 两种方式 但由于相关的光器 件技术不够成熟 目前多数商用的e p o n 系统均采用t d m a 的方式 e p o n 的下行采用广播方 式 o n u 根据接收到的帧的目的m a c 地址 逻辑链路标志l l i d 或v l a nt a g 等接收属于自 己的数据 在上行方向 e p o n 采用t d m a 的方式 t d m a 上行 下行传输原理如图2 3 所示 来避 免不同0 n u 的发送冲突 每个o n u 都只能由0 l t 授权的时隙内发送数据 由于每个o n u 与 o l t 之间的物理距离不同 加之o n u 只能在特定的时隙发送 o l t 侧的光接收机必须工作 在突发模式 且应具备自动阀值控制 a t c 功能 同理o n u 的激光器也工作在突发发送 模式 由于e p o n 上下行没有固定的传输帧格式 在提高网络传输效率 简化网络设备复 杂性的同时 也将导致对语音入视频业务支撑能力的下降 需要采取措施保证不同的q o s e p o n 具有如下技术优势 图2 3e p o n 上 下行传输原理 1 与现有以太网技术兼容 以太网技术 是现在最成功和成熟的局域网技术 e p o n 只是对现有的i e e e 8 0 2 3 协议做了少量的补充 是与传统以太网兼容的 随着e p o n 标准 5 甬泵邮电大学工程坝士研冗生学位论文 的正式发布和成熟e p o n 系统的大规模商用 在w a n 和l a n 连接时将减少很多协议转换引 入的成本和代价 2 高带宽 e p o n 的下行信道为干兆广播方式 上行信道为用户共享的千兆信道 即 使在分路比为l 3 2 时 每个o n u 的上 下行平均带宽仍然可以达到3 0 m b s 峰值带宽深度 可以到达9 0 0 m b s 及以上 比目前的其他接入方式 如m o d e m a d s l 甚至a p o n 都要高很 多倍 3 低成本 e p o n 提供了较大的带宽和较低的用户设备成本 由于采用p o n 的结构 e p o n 网络中减少了大量的光纤和光器件以及网络建成后的运营维护成本 降低了预先支付 设备资金和与s d h s o n e t 及a t m 有关的投资 以太网本身的价格优势也很突出 如廉价的 器件和简便的安装维护使e p o n 具有a p o n 和g p o n 等无法比拟的优势 4 为灵活和快速的服务重组提供了方便 提供了多层安全 如支持8 0 2 1 x 的用户身 份认证和多种业务水平协议s l a 支持虚拟专用网的v l a n i p 安全等 5 网络运营商可通过在e p o n 体系结构上开发的广泛而灵活的服务来增加收入 例如 管理防火墙 语音交易支持 v p n 和i n t e r n e t 接入等 可以方便开通视频点播 视频会议 大型文体活动的现场直播等多种业务 2 2 3g p o n 技术 g p o n g i g a b i t c a p a b l ep o n 技术是基于i t u tg 9 8 4 x 标准的最新一代宽带无源 光综合接入标准 具有高带宽 高效率 大覆盖范围 用户接口丰富等众多优点 被大多 数运营商视为实现接入网业务宽带化 综合化改造的理想技术 g p o n 最早由f s a n 组织于2 0 0 2 年9 月提出 i t u t 在此基础上于2 0 0 3 年3 月完成了 i t u tg 9 8 4 1 和g 9 8 4 2 的制定 2 0 0 4 年2 月和6 月完成了g 9 8 4 3 的标准化 从而最 终形成了g p o n 的标准族 基于g p o n 技术的设备基本结构与已有的p o n 类似 也是由局端的o l t 光线路终端 用户端的o n t o n u 光网络终端或光网络单元 连接前两种设备由单模光纤和无源分光 器 s p l i t t e r 组成的o d n 光配线网络 以及网管系统组成 对于其他的p o n 标准而言 g p o n 标准提供了前所未有的高带宽 下行速率高达 2 5 g b i t s 其非对称特性更能适应宽带数据业务市场 提供q o s 的全业务保障 同时承 载a t m 信元和g e m 帧 有很多的提供服务等级 支持q o s 保证和全业务接入的能力 承载 g e m 帧时 可以将t d m 业务映射到g e m 帧中 使用标准的8 k h z 1 2 5 u s 帧能够直接支持 t d m 业务 作为电信级的技术标准 g p o n 还规定了再接入网层面上的保护机制和完整的0 a m 6 雨泵邮电大学工程硕士研究生学位论文 功能 g p o n 的主要技术特点是采用全新的传输汇聚层协议 通用成帧协议 g f p g e n e r i c f r 锄i n gp r o t o c 0 1 实现多种业务码流的通用成帧规程封装 g f p 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过的适配机制 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 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 的带宽 同事可传送多个波长在一条 光纤上 g p o n 可在接入网络上提供1 0 m b p s l o o m b p s 及l g b p s 的服务 并支持对称和非对 称的线路速率选择 包括对称6 2 2 m b s 对称1 2 5 g b s 2 5 g b s 下行和1 2 5 g b s 上行等 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 而非对称 特性更能使用未来的f t t h 宽带市场 g p o n 的核心基础是g f p 采用g f p 通用帧协议 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g p o n 设备 也不需要以任何方式改变其传输层 2 3e p o n 的基本原理及关键技术 2 3 1e p o n 技术原理和网络结构 e p o n 系统由局侧的光线路终端 o l t 用户侧的光网络终端 o n u 和光配线网络 o d n 组成 为单纤双向系统 原理 当o l t 启动后 在本端口上广播允许接入的时隙信息 o n u 上电后 根据广播 的允许接入信息发起注册请求 o l t 通过论证后允许o n u 接入 并分配一个本端口唯一的 逻辑链路标识 l l i d 在下行方向 o l t 到o n u 0 l t 发送的信号通过o d n 到达各个o n u i p 数据 语音 视频等多种业务由位于局端的0 l t 采用广播方式 通过o d n 中的1 n 或2 n 光分路器 o b d 分配到所有的o n u 单元 下行数据从o l t 广播到每个o n u o n u 根据l l i d 作判断 接收发 送给它的包 丢弃其他o n u 的包 在上行方向 o n u 到o l t o n u 发送的信号只会到达o l t 而不会到达其他o n u 各 个0 n u 的信息通过o d n 中的1 n 或2 n 光分路器 0 b d 耦合到一根光纤 最终到达同一 个o l t 为了避免数据冲突并提高网络利用效率 上行方向采用t d m a 多址接入方式并对各 o n u 的数据发送进行仲裁 上行数据从o n u 根据0 l t 分配给0 n u 的时隙传输到o l t 在同 7 南京邮电大学工程硕士研宄生学位论文 一个p o n 口下面 每一个o n u 之间的时间是严格同步的 当多个0 n u 的数据信号在同一根 光纤上传输时 各个o n u 的上行包互不干扰 在e p o n 系统中 除了o n u 认证与l l i d 数据帧确认外 还通过加密或v l a n 隔离的方 式保障信息安全 光配线网络 o d n 由光纤和一个或多个无源光分路器等无源光器件组成 在o l t 和 o n u 之间提供光通道 e p o n 给整个接入层光缆网带来十分巨大的影响 扩张了接入光缆网 特别是主干层的承载能力 光分路器 0 b d 按制造工艺不同可分为熔融拉锥型和平面波导型两种 熔融拉锥型 技术成熟 可不等分光 但均匀性差 平面波导型分光均匀 体积小 但可靠性较低 光 分路器的分路边越大 则光损耗越大 2 3 2e p o n 的关键技术 1 系统同步 系统同步是指由于e p o n 上行为多点到一点的拓扑结构 每个o n u 发送时隙必须与 0 的系统分配的时隙保持一致 以防止各个o n u 上行数据发生碰撞 o n u 侧的时钟应与 0 l t 侧的时钟同步 e p o n 时钟同步采用时间标签方式 在o l t 侧有一个全局的计数器 下行方向o l t 根据本地的计数器插入时钟标签 0 n u 根据收到的时钟标签修正本地计数 器 完成系统同步 上行方向o n u 根据本地的计数器插入时钟标签 o l t 根据收到的时钟 标签完成测距 2 o n u 的自动识别 o n u 自动加入目的是通过系统的自动运行 不需人工干预的完成对新o n u 的发现和注 册 使新0 n u 能够自动加入到e p o n 系统而不影响其他o n u 运行 e f m 对解决注册冲突 提出了两种方案 1 随机延迟时间 发生注册冲突时 发生冲突的o n u 仍然每次都响应注册授权 但是在响应开窗时随机延迟一定时间 但必须保证o n u 随机延迟后的应答仍然可以落在 开窗内 采用随机延迟时间的方法可以缩短o n u 加入系统的时间 但是需要增大注册开 窗的长度 这样会降低系统的带宽利用率 2 随机跳过开窗 发生注册冲突时 发生冲突的o n u 随机跳过若干个注册授权 后才重新响应 如果注册授权的周期为1 5 那么发生冲突的o n u 可随机延时卜8 s 系统 可配置 然后继续等待注册授权 采用随机跳过开窗的方法比随机延迟时间需要多花一 些时间 但是不需增大注册开窗 不会影响系统的带宽利用率 8 南京邮电大学工程硕士研究生学位论文 3 e p o n 中t d m 业务的传输 尽管数据业务的带宽需求正快速增长 但现有的电 路业务还有很大的市场 在短期内仍将发挥其巨大的作用 在今后几年内仍是业务运营商 的主要收入来源 所以在e p o n 系统中承载电路交换网业务 将分组交换业务与电路交换 业务结合有利于e p o n 的市场应用和满足不同业务的需要 因此现在大家谈论的e p o n 实 际都是考虑网络融合需求的多业务系统 e f m 对t d m 在e p o n 上如何承载 在技术上没 有作具体规定 但有一点是肯定的就是要兼容的以太网帧格式 如何保证t d m 业务的质 量实际上也就成为多业务e p o n 的关键技术之一 3 e p o n 中信息安全的考虑 根据正e e 8 0 2 3 a h 规定 e p o n 系统物理层传输的是标准的以太网帧 对此 8 0 2 3 a h 标准中为每个连接设定l l d 逻辑链路标识 每个o n u 只能接收带有属于自己的l l i d 的 数据报 其余的数据报丢弃不再转发 不过l l i d 主要是为了区分不同连接而设定 0 n u 侧 如果只是简单根据l l i d 进行过滤很显然还是不够的 为此i e e e 8 0 2 3 a h 工作组从2 0 0 2 年下半年起召开几次的会议 专门讨论有关e p o n 的链路安全性的问题 包括研究a p o n 的 g 9 8 3 建议中搅动机制 8 0 2 1 x 协议等 会议中另一个主要议题就是关于安全性的问题是 单独放在e p o n 中解决 还是放到整个8 0 2 体系中解决 最终会议决定单独成立一个任 务组结合e p o n 的具体情况 负责整个8 0 2 体系的安全性问题的研究和解决 2 0 0 3 年1 月份以原e p o n 安全小组的主要成员为主的新的工作组已经召开会议 将在尽量保证以太 网体系架构的基础上 结合8 0 2 1 x 8 0 2 1 0 等已有以太网关于安全性的协议 加强和完 善e p o n 和其他以太网应用的安全性 4 e p o n 中的以太网管理 和传统的局域网不同 在第一英里的终端用户不是按照以太网业务提供者的要求而配 置的 第一英里包括局端设备 o l t 和远端设备 o n u 因此 局端设备必须要有能力监测 业务提供网络和用户驻地网之间的物理链路和设备的一些重要的信息 e f m 工作组已经决 定提供的o a m 功能包括 远端错误指示 远端环回 链路监视 o a m 的消息通道 采用长 度 类型域为8 8 0 9 的慢协议帧传送o a m 消息 5 关键协议一多点控制协议 m p c p 在采用点对多点 p z m p 通信的网络设备中 主单元和从单元之间要采用点到多点控制 协议 m p c p 来实现数据的有效传输 e p o n 系统是一种典型的点到多点传输 接入设备 采 用m p c p 可以实现一个可控制的网络配置 如o n u 的自动发现 终端站点的带宽分配及 查询 监控等 6 动态带宽分配 d b a o 南京邮电大学工程硕士研究生学位论文 带宽分配分为静态和动态两种 静态带宽由打开的窗口尺寸决定 动态带宽则根据 o n u 的需要 由0 l t 分配 d b a 技术是m a c 层技术关键 它直接关系到上行信道的利用 率和数据时延 t d m a 方式的最大缺点在于其带宽利用率较低 采用d b a 可以提高上行带 宽的利用率 在带宽相同的情况下可以承载更多的终端用户 从而降低用户成本 另外 d b a 所具有的灵活性为进行服务水平协商 s l a 提供了很好的实现途径 实现带宽动态分 配的关键在于如何获得o n u 的实际状态 各种d 队算法获得0 n u 状态的手段不同 目前 m a c 层争论的焦点就是d b a 算法和8 0 2 3 a h 标准中是否确定统一的d b a 算法 目前的 方案是基于轮询的带宽分配方式 即o l t 采用轮转的方式对各o n u 进行轮询 o n u 在传 输的有效数据流中嵌入其缓冲区内等待以太数据包发送请求控制信息 o l t 对各个o n u 大小不一的带宽请求信息按照限定最大发送窗的分配方案分别进行授权 动态带宽分配算法就是实时地 m s s 量级 改变e p o n 的各o n u 上行带宽的机制 e p o n 中如果用带宽静态分配 对数据通信这样的变速率业务很不适合 如按峰值速率静 态分配带宽则整个系统带宽很快就被耗尽 带宽利用率很低 而动态带宽分配使系统带宽 利用率大幅度提高 通过d b a 我们可以根据o n u 突发业务的要求 通过在0 n u 之间动 态调节带宽来提高p o n 上行带宽效率 由于能更有效地利用带宽 网络管理员可以在一 个已有的p o n 上增加更多用户 终端用户也可以享有更好的服务 如用户可以用到的带 宽峰值可以超过传统的固定分配方式的带宽 根据e p o n 的特点可以得出对动态带宽分配设计的具体要求有 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 动态带宽分配采用集中 控制方式 所有的o n u 的上行信息发送 都要向0 l t 申请带宽 o l t 根据o n u 的请求按 照一定的算法给予带宽 时隙 占用授权 o n u 根据分配的时隙发送信息 其分配准许算法 的基本思想是 各o n u 利用上行可分割时隙反映信元到达的时间分布并请求带宽 o l t 根 据各o n u 的请求公平合理地分配带宽 并同时考虑处理超载 信道有误码 有信元丢失 等情况的处理 o n u 可能经常要断开 特别是在f t t h 情况下 已经断开的0 n u 不应再 占用网络带宽 解决这个问题的方法有 使新的请求在许可信号后的r t t t 时间内到达 如果请求 k 个 丢失了就意味着o n u 已经断开 下次询问此o n u 前先等待1 分钟 这样 可使断开o n u 只占用大约o o 0 0 5 的p o n 带宽 在p o n 中 在传输会聚层上用流量容器来存储管理上行带宽分配的业务流 使p o n 段 带宽利用率得到提高 分析表明 采用d b a 最大的带宽利用率可达8 0 而没有d b a 时 只有4 0 9 6 平均传输时延无d b a 时为1 0 0 l n s 而用d 卧时为 1 0 m s l o 南京邮电大学工程硕士研究生学位论文 第三章o d n 网络规划设计研究 3 1o d n 框架结构 光配线网 o d n 0 p t i c a ld i s t r i b u t i o nn e t w o r k 是在接入光缆网络主干 配线层面 的基础上向引入层面进行不同程度的延伸 f r t h 技术 e p o n g p o n 的引入 通过在不同光 节点设置无源光分路器 使得f i i t x 网络对主干 配线层光缆的需求与其他接入方式也有 所不同 显示了新的特点 在规划时要区别对待 0 d n 网络由0 l t 至o n u 之间的所有光缆和无源器件组成 其框架结构如图3 一l 所示 黑 燃 篇热 馁篓字絮煮用嚣删节巍 囊 党节矗 小陟路边簿 犬援 矮入点 选戴 k 赢磊斗卜 1 函蕊 卜 气赢一 毫 雅1 x 聚绕毙缆段落 o i 拶设柱髑臻 币心妫 滋 搿嚣魏 耄矣黔教塞掰品鬻磊删 币心硒 节矗 小隧 路边簪 犬援 接入纛 德联 甥 v 臣x 到萝 趣妒 卜 黔1 h 磊赢 鼍磊嚣 叫十 1 函一 b 珂飘系统 憝缆段落 现f 设在接入赢 一 一 o 辫巍援入光缆嘲段臻 i 3 图3 1o d n 网络框架结构示意图 o d n 网络以树型结构为主 包括馈线段 配线段和入户段3 个段落 段落之间的光分 支点分别为光分配点 光用户接入点 o d n 的馈线段从o l t 局端延伸到各分配点 配线段 从分配点延伸到各接入点 入户段则从接入点处延伸到每一个光纤用户 端接在用户室内 堕塞墅皇奎兰三墨堡主里壅生兰垡丝茎 l i i i 一一一 或直接将入户光缆连接到o n u 上 根据接入光缆网的分层结构 主干 配线和引入层 以及o l t 的设置位置 对于f t t h 应用 0 d n 网的配线光缆段可以是2 级配线 有时可以是4 级配线 对于f t t b c 应用 光 分配点可以兼作光用户接入点 入户光缆段可以缺省 o d n 网络涉及的无源光配线设施主要有 局端配线设施 光配线架等 光分配点设施 光配线架 光交接箱 光分线盒 光分路器 光分歧接头盒等 光用户接入点设施 光分路器 光分线盒 光终端盒 光分歧接头盒等 j 用户端接设施 用户终端智能盒 光纤信息面板 3 2o d n 光配线设施 光配线设施的设置方式决定了o d n 网络的物理结构 各种光配线设施功能与设置原则 如下 1 光配线架 光交接箱 光配线架 o d f 是用于局端光通信设备与光缆的配线连接设备 也是用于室内光分配 点馈线光缆与配线光缆 或配线光缆与配线光缆的配线连接设备 光交接箱一般用于室外的配线连接 对于大型楼宇 也可设置用于楼内配线的光交接 箱 室外光交接箱应尽量靠近永久性建筑物设置 2 光分线盒 光终端盒 光分线盒 光终端盒是用于室内的配线连接设备 光分线盒可以提供光纤的熔接 端 接 配线及分线功能 光终端盒则可提供除分线功能之外的其他功能 当用户暂不开通光纤业务时 可使用具有光纤端接功能的光分线盒 终端盒 将配线 光缆端接在盒内 待用户申请业务时再将入户光缆连接到用户端 3 光分歧接头盒 光分歧接头盒一般用于室外的配线连接 直熔方式的固定连接 一般来说 每个分歧 接头盒可以提供2 8 根光缆的保护性连接 光纤分配 4 用户终端智能盒 光纤信息面板 用户终端智能盒主要提供0 n u 及用户附属终端的安装 供电 入户线光缆成端及光 电缆储存和保护的功能 光纤信息面板为入户光缆提供保护端接功能 但光纤接头容易因 外界因素受损 家用o n u 尽量安装在用户终端智能盒内 入户光缆直接终端在盒内以加强对光纤接头 1 2 南京邮电大学工程硕士研究生学位论文 的保护 对于实施f t t o 的写字楼 或竞争需要的楼宇 可以设置光纤信息面板进行入户 光缆终端 需要开通业务时再通过尾纤跳至0 n u 5 光分路器 光分路器 光纤分路器 也称为 非波长选择性光分支器件 用于实现特定波段光 信号的功率分路及再分配功能的光纤器件 光分路器可以作为独立的器件在0 l t 节点 光分配点 用户接入点使用 也可以置于 其他局端配线设施 光分配点和用户接入点设施内 一体化设计或可插拔式 使用 3 3 分光方式 以总分路比1 3 2 为例 几种常用的分光结构如图3 2 所示 絮熊 尹 鬟锡 0 嚣 臻 魏 专爹篙雾 蠢墨笔撇 翟绻糍 伪哪 一鬻 叫圈睁 叫 沪 q 贬沪 删黼 栩一 馏箍圈 乏 二 二 二二 湍锡卧e 二二谁 二二 二二j 揣 三毒 二二二二二二j 图3 2 几种分光结构示意图 在分光结构规划时 要重点考虑如下问题 1 总分路比 总分路比要根据p o n 系统设备支持度 带宽规划进行设置 一般来说 e p o n 系统f t t h 应用可按1 3 2 设置 但从带宽上来考虑 光分路器将有部分端口暂时闲置 2 分光方式 如图4 2 所示 在总分路比一定的前提下 可以有一级分光 二级分光等多种分光结 构 如总分路比为1 3 2 一级分光 l 3 2 二级分光 1 2 x 1 1 6 1 1 6 x 1 2 1 4 x 1 8 1 8 x 1 4 一级分光方式需要占用较多的主干 配线光缆 但在减少故障点 故障定位 p o n 系 统带宽优化方面比二级分光方式更有优势 在组网时应尽量采用一级分光方式 从提高光 缆使用效率角度出发 在用户较分散时 或用户分布较集中 规模较大但布线条件受限 如 楼内布线管孔孔径不足 时 也可以采用二级分光方式 原则上不采用三级及三级以上的分 雨京邮电大学工程硕士研究生学位论文 光方式 3 光分路器位置 光分路器的设置位置直接影响对光缆芯数的占用需求 将光分路器尽量靠近光用户接 入点 光缆的使用效率最高 但考虑到用户分布的不均匀性和放号的不确定性 光分路器 应尽量靠近o l t 以提高o l tp o n 口使用效率 在实际组网时 要综合线路成本 设备成 本进行考虑 光分路器的位置设置原则 在保证一定的p o n 口使用效率的前提下 尽量将光分路器 靠近光用户接入点 综合考虑经济性 扩展性等因素 可以取定光分路器下移最佳的p o n 口保证使用