EPON關鍵技術及其應用畢業(yè)論文

EPON關鍵技術及其應用畢業(yè)論文目錄TOC\o"1-3"\h\u23215第1章緒論 1103961.1課題研究背景及意義 168761.2本論文的研究容 47095第2章EPON技術概述 539102.1xPON綜述 570152.2EPON技術的概念及特點 699942.3EPON的網(wǎng)絡結構和體系結構 1117292.3.1EPON的網(wǎng)絡結構 11265362.3.2參考模型 12279022.3.3協(xié)議棧 13113382.3.4EPON各部分的功能 1427179第3章EPON的關鍵技術 17164293.1多點控制協(xié)議 17180263.2測距與同步 22136543.3QoS和OAM 23215893.4動態(tài)帶寬分配 2487063.5安全性考慮 2512082第4章EPON的應用 266174.1EPON的應用特點 26164184.2EPON在接入網(wǎng)中的應用模型 26107034.2.1EPON在小區(qū)接入中的應用 26269934.2.2EPON在工業(yè)區(qū)接入中的應用 28176624.2.3EPON在商務街區(qū)接入中的應用 29290994.2.4EPON在邊遠地區(qū)接入中的應用 31167904.3EPON組網(wǎng)實例 32215474.3.1商務街區(qū)應用實例 32186504.3.2邊遠地區(qū)應用實例 322869第5章總結與展望 3412767參考文獻 3518401致謝 3611852附錄主要英文縮寫語對照表 37第1章緒論1.1課題研究背景及意義接入網(wǎng)已成為制約全網(wǎng)進一步發(fā)展的瓶頸，隨著光纖傳輸技術的發(fā)展，光纖正逐漸應用到接入網(wǎng)領域。由于光纖具有極高的帶寬和優(yōu)越的抗干擾傳輸特性，光接入網(wǎng)（OpticalAccessNetwork，OAN）將成為未來有線接入網(wǎng)的必然發(fā)展趨勢。所以光纖到家（FTTH）的技術和應用迅速發(fā)展，已經(jīng)成為世界圍的熱點之一。自從無源光網(wǎng)絡（PassiveOpticalNetwork，PON）概念提出以來，一直被業(yè)界看好。PON是通過單一平臺綜合接入語音、視頻、數(shù)據(jù)等多種業(yè)務的理想物理平臺，由于其易維護、高帶寬、低成本等優(yōu)點，成為光接入網(wǎng)未來發(fā)展的方向。目前比較流行的PON技術主要有APON（ATMPassiveOpticalNetwork，ATM無源光網(wǎng)絡）、EPON（EthernetPassiveOpticalNetwork，以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡）和GPON（GigabitpassiveOpticalNetwork，吉比特無源光網(wǎng)絡）。起初人們認為將ATM技術和PON技術相結合的APON技術是實現(xiàn)綜合接入的理想模式。然而，由于數(shù)據(jù)業(yè)務的爆炸式增長，ATM技術暴露出低效率、協(xié)議復雜且成本過高等缺點，并未得到大規(guī)模的應用。在這種背景下，由IEEE802.3以太網(wǎng)第一公里任務工作組（EthernetintheFirstMileStudyGroup，EFM）負責制定的EPON標準孕育而生。而GPON由于技術實現(xiàn)復雜，成熟的商業(yè)產(chǎn)品還很少，目前還沒有規(guī)模的商業(yè)應用系統(tǒng)?？紤]到以太網(wǎng)的普遍性及其低成本高帶寬的優(yōu)點以及光纖網(wǎng)的低成本、大容量的特性，EPON被認為是解決“最后一英里”或“第一英里”（針對用戶來說）問題極富前景的解決方案[1]。EPON采用點到多點結構，無源光纖傳輸方式，比其他接入技術具有獨特的優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在以下幾個方面[2]：（1）與現(xiàn)在以太網(wǎng)的兼容性：以太網(wǎng)技術是迄今為止最成功和成熟的局域網(wǎng)技術。EPON是對現(xiàn)有的IEEE802.3協(xié)議作一定補充，基本上是以太網(wǎng)技術兼容?？紤]到以太網(wǎng)的市場優(yōu)勢，PON與以太網(wǎng)的兼容性是其最大的優(yōu)勢之一。（2）低建設成本：EPON系統(tǒng)顯著減少了光纖、光收發(fā)模塊、中心局設備的數(shù)量。另外，由于光電子器件的成本不斷降低，EPON的接入成本已可與ADSL（AsymmetricalDigitalSubscriberLine，非對稱數(shù)字用戶線路）、CableModem（電纜調(diào)制解調(diào)器）相比，特別是目前光纖的價格比電纜還低，這些條件成為FTTH發(fā)展的基礎，同時，以太網(wǎng)的相關器件、設備價格低廉。用EPON做接入網(wǎng)、成本低、通用性好、效率高、管理簡單。（3）低運營維護成本：局端與用戶之間僅有光纖、光分/合路器等光無源器件，無需租用機房、無需配備電源、無需有源設備維護人員，因此可有效節(jié)省運營維護成本。（4）覆蓋圍大：EPON可以達到20km的傳輸距離，避免了傳統(tǒng)傳輸介質(zhì)(如雙絞線、五類線、Cable等)的距離瓶頸問題。（5）高帶寬：由于EPON采用復用技術，能夠提供高達1Gbps的上下行帶寬。這比目前的接入方式，如ADSL,CableModem都要高得多。EPON可以為用戶提供高帶寬，可以滿足寬帶上網(wǎng)、視頻點播、在線游戲、可視、數(shù)字高清電視等各種業(yè)務的帶寬需求，充分滿足接入網(wǎng)客戶的帶寬需求，并可方便靈活的根據(jù)用戶需求的變化動態(tài)分配帶寬。（6）支持多種業(yè)務：由于EPON系統(tǒng)建立在IP的技術上，因此，EPON系統(tǒng)支持各種以IP技術為基礎的網(wǎng)絡服務，使電視網(wǎng)、電信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)(三網(wǎng))的融合也成為現(xiàn)實。（7）高的接入可靠性：整個光傳輸通道為光纖和無源光器件，可以有效避免電磁干擾和雷電的影響，保證信號傳輸質(zhì)量。（8）便于管理：對業(yè)務透明，便于系統(tǒng)升級、管理和引進新業(yè)務。（9）統(tǒng)一的標準：IEEE802.3ah工作小組從2001年11月就開始進行EPON的標準化工作。大約有70個公司加入了這個工作小組，包括Cisco、Nortel、SBC、Worldcom、Verizon、Salira、Broadcom、Agere、Inte、BroadLigh、Alcatel等。2004年6月27日，IEEE己經(jīng)正式推出了關于EPON系統(tǒng)的802.3ah協(xié)議?；谏鲜鲈颍珽PON己經(jīng)成為最具有發(fā)展前途的寬帶接入技術，它得到了廣泛的重視，目前各國都投入一定的力量進行相關技術的研究。因為目前運營商既追求網(wǎng)絡的運維成本的降低又要實現(xiàn)可運營、可擴展、可盈利的目標。面對著有巨大發(fā)展前景的EPON技術，國外廠商都表現(xiàn)出濃厚的興趣。如何把EPON作為一項技術推廣開去，應用到終端用戶上，成為各大廠商最關心的問題。在過去的幾年里，盛力亞、富士通相繼進入中國的市場，格林威爾、訊風光通信也不斷有產(chǎn)品問世。中國電信、聯(lián)通、網(wǎng)通等電信運營商以及駐地運營商也對EPON倍加關注。在當前的情況下，EPON技術大多會以一種與其他技術相結合的姿態(tài)進入市場。FTTB/FTTC+DSL，F(xiàn)TTB/FTTC+LAN都是不錯的選擇。DSL（DigitalSubscriberLine，數(shù)字用戶線路）和LAN（LocalAreaNetwork，局域網(wǎng)）是目前中國寬帶的兩種主要接入方式。但DSL的距離限制擋住了大量的客戶，傳統(tǒng)的LAN技術也難以靈活地提供和保證用戶的帶寬。采用EPON技術，可以通過無源傳輸網(wǎng)絡直接連接到服務區(qū)域，再進行DSL或LAN擴展，從而為大圍的用戶提供服務，而且可以集中進行管理和帶寬分配。把ONU集成到DSLAM（DigitalSubscriberLineAccessMultiplexer），數(shù)字用戶線路接入復用器)，使用EPON能使DSL突破傳統(tǒng)的距離，從而增加約50%的用戶，DSL可以到達的圍和其潛在的用戶群都會增加。通過集成ONU到CMTS（CableModemTerminationSystems），電纜調(diào)制解調(diào)器終端系統(tǒng))，EPON可以用來給現(xiàn)有的電纜連接提供帶寬，而且可以實現(xiàn)真正的交互式服務，同時降低建設和運營成本。EPON技術還可以用來給固定的無線發(fā)射塔提供帶寬，很好地解決無線接入技術中如何將上行數(shù)據(jù)匯集到中心機房的問題。運用EPON方式部署網(wǎng)絡正逐漸成為寬帶網(wǎng)絡的一種主流方式。該技術充分利用光網(wǎng)絡以及無源光分/合路器的特點，降低了運營商的設備成本、運維成本，并為用戶提供更快更穩(wěn)定的寬帶網(wǎng)絡。在其網(wǎng)絡上可以同時承載語音、視頻和數(shù)據(jù)業(yè)務，做到三網(wǎng)合一。業(yè)人士預測，未來幾年中國將在寬帶接入方面進入新的增長期，尤其以解決FTTH方案為主，EPON將成為一種主流寬帶接入技術。目前，富士通利用在日本成功推廣EPON寬帶接入的經(jīng)驗，與國運營商、集成商合作，已經(jīng)成功地在中國多家運營商、寫字樓等鋪設寬帶網(wǎng)絡。另外，今年我國在、、北京、等許多城市己經(jīng)開始大量使用EPON系統(tǒng)。系統(tǒng)長時間可靠穩(wěn)定運行，得到用戶認可。同時，系統(tǒng)在很大程度上降低了用戶網(wǎng)絡成本和運營成本。從運營商和服務提供商的角度來看，EPON系統(tǒng)可以帶來多方面的好處，包括降低安裝、管理和運營成本，提高投資回報率，增加新的贏利機會，長期保持競爭優(yōu)勢等。在適當?shù)膱龊?，適時地采用EPON系統(tǒng)，無論對于原有的運營商還是新興的運營商，都將是一個明智的選擇。1.2本論文的研究容本論文主要分為5章，具體劃分如下：第1章介紹了EPON技術誕生的背景，及其技術特點，以及與傳統(tǒng)接入網(wǎng)比較存在的巨大優(yōu)勢，從而說明EPON技術具有巨大的市場前景，體現(xiàn)本文的研究價值，最后介紹本文的章節(jié)安排。第2章總結性的介紹了EPON的工作原理、上下行傳輸特點、系統(tǒng)各個部分的功能，以及EPON的協(xié)議基礎和傳輸幀的結構特點。第3章詳細的介紹了EPON的關鍵技術。第4章闡述了EPON的組網(wǎng)應用以及淺談了EPON的組網(wǎng)實例。第5章總結了全文的工作，并對今后的工作加以展望。第2章EPON技術概述2.1xPON綜述1987年英國電信公司的研究人員最早提出了PON的概念。1995年，F(xiàn)SAN聯(lián)盟成立，目的是要共同定義一個通用的PON標準。1998年，ITU-T以155Mbit/sATM技術為基礎，發(fā)布了G.983系列APON（ATMPON）標準。同時各電信設備制造商也研發(fā)出了APON產(chǎn)品。目前在北美、日本和歐洲都有APON產(chǎn)品的實際應用。但在我國由于價格較高且ATM技術效率不高、協(xié)議復雜推廣受阻，所以APON在我國幾乎沒有什么應用。2000年底，一些設備制造商成立了第一英里以太網(wǎng)聯(lián)盟（EFMA）,提出基于以太網(wǎng)的PON概念—EPON,并促成IEEE在2001年成立第一英里以太網(wǎng)（EFM）小組，開始正式研究包括1.25Gbit/s的EPON在的EFM相關標準。EPON標準IEEE802.3ah已于2004年6月正式頒布。我國在“十五”“863”計劃中也設立了吉比特EPON的相應課題。2001年底，F(xiàn)SAN更新網(wǎng)頁，把APON更名為BPON，即“帶寬PON”。實際上，在2001年1月左右EFMA提出EPON概念的同時，F(xiàn)SAN也開始進行1Gbit/s以上的PON-GPON標準的研究。2003年3月ITU-T頒布了描述GPON總體特性的G.984.1和ODN物理媒質(zhì)相關（PMD）子層的G.984.2GPON標準，2004年3月和6月發(fā)布了規(guī)傳輸匯聚（TC）層的G.984.3和運行管理通信接口的G.984.4標準。表2.1依據(jù)相關標準規(guī)描述了BPON、EPON和GPON的主要特征：表2.1BPON、GPON和EPON的技術參數(shù)項目BPONGPONEPON下行速率155.52M,622.08Mbit/s1.25G,2.5Gbit/s1.25Gbit/s上行速率155.52Mbit/s156M，622M，1.25G,2.4Gbit/s1.25Gbit/s分支數(shù)16或3264（理論上128）32-64線路編碼NRZNRZ8B/10B最大傳輸距離（km）206020TDM支持能力TDMoverATMTDMoverATMTDMoverPacketTDMoverEthernet上行可用寬帶（Mbit/s）（傳輸IP業(yè)務）500（在上行622Mbit/s速率情況下）1600（在上行1.244Gbit/s速率情況下）760-860OAM有有有下行數(shù)據(jù)加密攪動或AES加密AES加密沒有定義2.2EPON技術的概念及特點EPON利用以太網(wǎng)作為其第二層的成幀協(xié)議。數(shù)據(jù)傳輸采用可變長度的包，最長達1518字節(jié)。這時IP數(shù)據(jù)來說是最好的，因為IP數(shù)據(jù)的平均包長為500-1200字節(jié)。EPON對上行數(shù)據(jù)流和下行數(shù)據(jù)流傳輸采用不同的方法。在下行鏈路上，OLT以廣播方式發(fā)送以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀。通過N的無源分光器，數(shù)據(jù)幀到達各ONU，ONU通過檢查接收到的數(shù)據(jù)幀的目的媒體接入控制（MAC）地址和幀類型來判斷是否接收此幀[3][4]。圖2.1表達EPON系統(tǒng)采用WDM技術，實現(xiàn)單纖雙向傳輸。圖2.1EPON的WDM技術為了分離同一根光纖上多個用戶的來去方向的信號，采用以下兩種復用技術：（1）下行數(shù)據(jù)流采用TDM技術；（2）上行數(shù)據(jù)流采用TDMA技術。圖2.2中表述EPON的下行傳輸原理：數(shù)據(jù)從OLT到多個ONU廣播式下行，根據(jù)IEEE802.3協(xié)議，每一個包的表明是給ONU（ONU1、ONU2、ONU3…ONUN）中的唯一一個。另外，部分包可以是給所有的ONU（廣播式）或者特殊的一組ONU（組播），在光分路器處，流量分成獨立的三組信號，每一組載有所有指定ONU的信號。當數(shù)據(jù)信號到達該ONU時，它接收給他的包，擯棄那些給其它ONU的包。舉例說明：圖2.2中，ONU1收到包1、2、3，但是它僅僅發(fā)送包1給終端用戶1，擯棄包2和包3。圖2.2EPON工作原理——下行數(shù)據(jù)傳送圖2.3中表述EPON的上行傳輸原理：在上行鏈路上，各ONU的數(shù)據(jù)幀以突發(fā)方式通過共同的無源分配網(wǎng)傳輸?shù)絆LT，因此必須有一種多址接入方式保證每個激活的ONU能夠占用一定的上行信道帶寬。與衛(wèi)星通信的多址方案類似，可選的方案有：波分多址（WDMA）、時分多址（TDMA）、碼分多址（CDMA）和隨機接入（CSMA/CD）。最理想的接入方式應該是WDMA方式，即：每一個ONU占用一個波長，OLT根據(jù)波長的不同來區(qū)別ONU，但由于可調(diào)光收發(fā)器成本較高，WDMA方式使EPON的管理較為復雜；隨機接入的CSMA/CD協(xié)議的帶寬利用率太低，網(wǎng)絡跨距受協(xié)議限制，且無法支持QOS應用：CDMA中存在多址干擾、光正交碼有限和擴頻帶寬遠大于用戶數(shù)據(jù)帶寬等問題。EPON的服務對象是家庭用戶和小企業(yè)，考慮到業(yè)務的不對稱性和ONU的低成本，EFM工作組決定在上行鏈路上采用TDMA方式。圖2.3EPON工作原理——上行數(shù)據(jù)傳送EPON的標準是IEEE802.3ah，標準中定義了EPON的物理層、MPCP（多點控制協(xié)議）、OAM（運行管理維護）等相關容。IEEE制定了EPON標準的基本原則是盡量在802.3體系結構進行EPON的標準化工作，最小程度地擴充標準以太網(wǎng)的MAC協(xié)議。采用1Gbps雙向?qū)ΨQ數(shù)據(jù)速率，傳輸距離為10km和20km兩種物理層規(guī)，采用WDM方式實現(xiàn)單纖雙向傳輸。上、下行分別使用1310nm波長和1490nm波長進行傳輸。目前可以提供EPON核心芯片的專業(yè)廠商不到10家（其中不包括自主設計芯片的系統(tǒng)廠商），在標準討論的過程中，這些廠商就已開始芯片的設計和驗證，因此在802.3ah標準正式頒布時，他們大多數(shù)都已推出了第二代和標準完全兼容的芯片，可以迅速支持EPON系統(tǒng)的大規(guī)模部署。日前，EPON的核心芯片已發(fā)展到第三代SOC（systemonchip）階段，集成了多端口標準以太網(wǎng)的MAC和PHY、SRAM、CPU以及PON專用的SerDes。以這種芯片為核心，只需要增加少數(shù)的外圍器件（如模塊和接口電路）就可以構成一個完整的系統(tǒng)，某些廠商提供的ONU參考設計，面積只有手掌一半那么大。最近，我國開鼎科技，中國唯一擁有EPON芯片核心技術的國企業(yè)，日前與中國電力科學研究院通信與用電技術分公司就“基于PON的配用電光通信OLT/ONU芯片合作開發(fā)”正式投產(chǎn)強保護、高安全、低功耗、體積小的芯片。據(jù)介紹，開鼎科技自創(chuàng)建伊始即專注于光接入網(wǎng)核心芯片的研發(fā)，是中國第一家、全球第四家EPON系統(tǒng)核心芯片供應商。在對EPON系統(tǒng)核心芯片擁有自主知識產(chǎn)權的基礎上，KDT為產(chǎn)業(yè)鏈提供應用系統(tǒng)的設計開發(fā)服務，為光網(wǎng)絡終端制造商提供簡便易用、高性價比的芯片產(chǎn)品。EPON光收發(fā)模塊的產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)完整并開始與EPON系統(tǒng)的發(fā)展互相推動，二者開始步入良性循環(huán)的軌道；ONU模塊的價格從最初的200美元以上下降到目前不足50美元，價格水平已經(jīng)和普通的千兆以太網(wǎng)光模塊相當。模塊價格的下降反過來又帶動了EPON系統(tǒng)的規(guī)模部署速度，日本和韓國都已開始了大規(guī)模的EPON商業(yè)化應用。EPON模塊的主流廠商也從日本和美國轉(zhuǎn)移到中國的和陸?，F(xiàn)在能夠提供EPON模塊的廠商已經(jīng)有10-20家。提供EPON系統(tǒng)的最初都是一些新興專業(yè)廠商，如Alloptic和Salira?，F(xiàn)在傳統(tǒng)的主流電信大廠也開始進入該領域，如：富士通、UT斯達康和烽火集團，極大地帶動了EPON的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。我國從EPON國際標準制訂一開始就把EPON列入國家的“863”重大項目，支持格林威爾等國廠商對EPON關鍵技術進行攻關，2004年初完成“863”項目的驗收，之后滾動投入二期資金支持優(yōu)秀廠商進行EPON系統(tǒng)的商業(yè)化推廣。現(xiàn)在，能夠提供商用EPON系統(tǒng)的廠商近10家，從技術水平上看，因為幾乎同步開發(fā)，國外廠商的差別很小。而價格方面，國廠商占優(yōu)。影響成本的因素是多方面的，比如：技術復雜度、規(guī)模產(chǎn)量以及市場應用規(guī)模。從技術角度來看：EPON“進入門檻”很低，容易吸引大批廠商加入EPON產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。EPON繼承了以太網(wǎng)“簡單即是美”的優(yōu)點，盡量只做最小的改動來提供增加的功能，這就使得傳統(tǒng)的以太網(wǎng)芯片廠商可以很容易地進行EPON芯片設計，新的設計公司也能利用隨處可得的以太網(wǎng)相關IPcore(具有知識產(chǎn)權的設計核)來加入EPON芯片設計的陣營。目前EPON的第三代芯片的價格并不比前兩代芯片價格高（甚至還有下降的趨勢），功能卻不可同日而語。從產(chǎn)量規(guī)模角度來看：EPON系統(tǒng)廠商在標準制訂過程中就已經(jīng)開發(fā)了早期的系統(tǒng)，開始進行小規(guī)?，F(xiàn)場試驗，一方面隨著標準的演化及時跟進，另一方面也為將來的的大規(guī)模部署積累著相關的工程和服務經(jīng)驗。這樣在標準頒布之時就早已做好了各方面的準備，一旦需求爆發(fā)，馬上就能夠大規(guī)模部署。日本YahooBB之所以能在EPON標準剛正式頒布不久即大規(guī)模采用EPON部署FTTH，就是因為EPON的工藝技術如火純青。這反而又大大促進了EPON產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，僅其一家的采購規(guī)模就足以拉低EPON光模塊的價格。EPON模塊價格已接近傳統(tǒng)模塊。目前對EPON多業(yè)務能力質(zhì)疑最多的就是它傳輸傳統(tǒng)TDM業(yè)務的能力。且不說目前EPON設備廠商采用的各種TDMoverEthernet的專利技術提供了EPON單一網(wǎng)段的TDM業(yè)務傳輸通道，從測試結果來看，其性能完全滿足1.5ms時延等指標要求，完全符合傳統(tǒng)TDM業(yè)務的應用標準。就是在普通的以太網(wǎng)設備上，也可以使用各種標準的PWE3（PseudoWireEmulationEdgeToEdge）設備提供跨網(wǎng)段、端到端的、透明的傳統(tǒng)點對點TDM通道。而且，隨著傳統(tǒng)TDM業(yè)務量所占比例的日趨減少，使用分組交換技術，把TDM業(yè)務收容到日益擴大的分組網(wǎng)絡中來，無疑將是一種更為經(jīng)濟的手段。即使是現(xiàn)在部署的G/EPON系統(tǒng)，也會更看重其對各種以太網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務的支持能力。對于IPTV、VOIP等IP/以太網(wǎng)基礎上的多業(yè)務，EPON更是可以很好地承載。對模擬的CATV業(yè)務，EPON采用增加一個波長進行承載。在安全性方面，EPON也使用標準的基于AES的加密技術。2.3EPON的網(wǎng)絡結構和體系結構2.3.1EPON的網(wǎng)絡結構EPON的網(wǎng)絡結構如圖2.4所示。EPON位于業(yè)務網(wǎng)絡接口（SND）到用戶網(wǎng)絡接口（UNI）之間（即接入層），主要分成三部分:一個光線路終端（OpticalLineTerminal，OLT）、多個光網(wǎng)絡單元（OpticalNetworkUnit，ONU）和光分配網(wǎng)絡（OpticalDistributionNetworks，ODN）[5]。其中OLT設備位于中心局端（CenterOffice，CO），充當交換機和路由器的角色。ONU設備位于用戶端，用于暫時存儲用戶端傳來的上行數(shù)據(jù)或者OLT傳來的下行數(shù)據(jù)，并在適當?shù)臅r候進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。ODN由光纖和光分路器/合路器（Sputter/Combiner）等無源器件組成。用戶經(jīng)過EPON，通過OLT所連接的不同SNI節(jié)點，可以接入Internet、PSTN等網(wǎng)絡，能夠為用戶提供多種不同的網(wǎng)絡服務。圖2.4EPON的網(wǎng)絡結構2.3.2參考模型以太網(wǎng)無源光纖網(wǎng)絡（EPON）是一種采用點到多點（P2MP）結構的單纖雙向光接入網(wǎng)絡，其典型拓撲結構為樹型，參考結構如圖2.5所示。圖2.5EPON參考結構EPON系統(tǒng)由局側的光線路終端（OLT）用戶側的光網(wǎng)絡單元（ONU）和光分配網(wǎng)絡（ODN）組成，為單纖雙向系統(tǒng)。在下行方向（OLT到ONU），OLT發(fā)送的信號通過一個1：N的無源光分路器（或幾個分路器的級聯(lián)）到達各個ONU；在上行方向（ONU到OLT），一個ONU發(fā)送的信號只會到達OLT，而不會到達其他ONU。為了避免數(shù)據(jù)沖突并提高網(wǎng)絡利用率，上行方向采用TDMA多址接入方式并對各ONU的數(shù)據(jù)發(fā)送進行仲裁。ODN在一個OLT和一個或多個OUN間提供一條或多條光通道，每個光通道被限制在一個特定波長窗口。由于是無源分路，因此在性和安全性方面需要采取特殊措施。ODN由POS和光纖構成，POS是一個連接OLT和ONU的無源設備，可以置于全天候環(huán)境中，它分發(fā)下行數(shù)據(jù)并集中上行數(shù)據(jù)，一般一個POS的分線比為8、16、32或64，并可多連接。OLT位于中心交換局的機架上，它既是一個交換機或路由器，又是一個多業(yè)務提供平臺，提供EPON系統(tǒng)與業(yè)務供應商的核心數(shù)據(jù)、視頻和網(wǎng)絡間的接口，它通過一個EMS到業(yè)務供應商的網(wǎng)絡上。OLT可提供各種廣域網(wǎng)接口，可與DCS、話音網(wǎng)關、IP路由器等設備相連：還可提供多個吉比特以太網(wǎng)和10吉比特以太網(wǎng)接口，提供第二層和第三層的交換與路由功能，OLT根據(jù)需要配置多塊OLC（光線路卡）。OLC與多個ONU通過POS（無源光切分器）連接。ONU/ONT位于用戶端，放在一個住戶、企業(yè)或MDU/MTU處。ONU與ONT的區(qū)別在于ONT直接位于用戶端，而ONU與用戶間還有其他網(wǎng)絡如以太網(wǎng)。ONU提供客戶的數(shù)據(jù)、視頻和網(wǎng)絡與PON間的接口。ONU的主要功能是接收光信號并將其轉(zhuǎn)換為客戶需要的形式，如以太網(wǎng)、IP多播、POTS、T1等。EPON的獨特之處是：ONU除了終接和轉(zhuǎn)換光信號外，還提供第二層和第三層交換功能，允許在ONU上實現(xiàn)企業(yè)數(shù)據(jù)流的部路由。2.3.3協(xié)議棧圖2.6描述了EPON系統(tǒng)的協(xié)議分層以及與ISO/IECOSI參考模型之間的關系。由于EFM工作組的目的是以盡量小的協(xié)議改動將以太網(wǎng)引入接入網(wǎng)疇，目前暫定的協(xié)議分層（圖2.6）與千兆以太網(wǎng)的協(xié)議分層相比，物理層定義幾乎相同（主要改動是增加功率控制功能），主要的區(qū)別是在數(shù)據(jù)鏈路層增加了兩個子層：多點接入子層和以太網(wǎng)仿真/安全子層。多點接入子層用于支持上行和下行鏈路的多點接入：仿真子層的作用是將一點對多點的通信等效為傳統(tǒng)以太網(wǎng)的對等實體的通信（P2P）；安全子層主要用于下行鏈路的MAC幀加密[6]。圖2.6EPON協(xié)議分層和OSI參考模型間的關系從EPON的結構圖和協(xié)議分層圖可以看出：EPON中較為復雜的功能主要集中于OLT，ONU應盡量簡單和廉價，并且在EPON中，一方面由于傳統(tǒng)的點到點的光纖線路已轉(zhuǎn)變?yōu)辄c到多點的光傳輸結構（類似于衛(wèi)星通信），在上行的TDMA方式中必須考慮延時、快速同步和功率控制等問題；另一方面由于傳統(tǒng)的MAC層的CSMA/CD協(xié)議在EPON中已被棄用，必須在802.3協(xié)議棧中增加支持EPON的MPCP協(xié)議、OAM和QoS機制。2.3.4EPON各部分的功能1.ONU的功能ONU位于用戶端，終結來自ODN的光信號，并為用戶提供各種服務接口，實現(xiàn)用戶接入。ONU的網(wǎng)絡側是光接口而用戶側是電接口，因此ONU需要提供一系列光物理接口，實現(xiàn)光/電、電/光的轉(zhuǎn)換以及上行數(shù)據(jù)的突發(fā)發(fā)送和下行數(shù)據(jù)的連續(xù)接收，還要完成對語聲信號的數(shù)/模和模/數(shù)轉(zhuǎn)換、復用、信令處理和維護管理功能。ONU的位置有很大靈活性，既可以設置在用戶住宅處，也可以設置在DP（分線盒）處甚至FP（交接箱）處，按照ONU在用戶接入網(wǎng)中所處的位置不同，可以將OAN劃分為幾種基本不同的應用類型，即光纖到路邊（FTTC），光纖到樓（FTTB），光纖到辦公室（FTTO）和光纖到戶（FTTH）。ONU作為客戶端設備，應該具有低廉的成本以及即插即用的特性。ONU實現(xiàn)的功能如下：（1）接收OLT發(fā)送的廣播數(shù)據(jù)，判斷是否將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給用戶，取出屬于該ONU的信息并合理安排要發(fā)送給OLT的信息；（2）響應OLT發(fā)出的注冊、測距、帶寬分配及功率控制等命令；（3）對用戶的數(shù)據(jù)進行緩存，并在OLT分配的發(fā)送窗口中向上行方向發(fā)送數(shù)據(jù)；（4）其它相關的以太網(wǎng)功能和QoS功能。2.OLT的功能OLT是整個EPON系統(tǒng)的核心部件，既是一個交換機或路由器，又是一個多業(yè)務提供平臺。根據(jù)以太網(wǎng)向城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)發(fā)展的趨勢，OLT向上將提供Gpbs和lOGpbs的高速接口，支持WDM傳輸：還提供在ODN上高效發(fā)送或接收分組數(shù)據(jù)的能力，包括復用需送至各ONU的信息以及識別來自各ONU的信息;同時利用突發(fā)業(yè)務的統(tǒng)計復用特性，針對用戶的服務等級協(xié)議（ServiceLevelAgreement，SLA）的不同要求進行帶寬分配，提高信道利用率，保證多種業(yè)務對傳輸帶寬使用的公平性，支持QoS功能;提供有效的用戶管理機制，能夠?qū)崿F(xiàn)AAA（Authentication，AuthorizationandAccounting）。同樣也提供光物理接口，實現(xiàn)光/電、電/光的轉(zhuǎn)換以及上行數(shù)據(jù)的突發(fā)接收和下行數(shù)據(jù)的連續(xù)發(fā)送。OLT在物理上可以是獨立設備，也可以與其他功能集成在一個設備。OLT主要實現(xiàn)以下功能：（1）向ONU以廣播的方式發(fā)送以太網(wǎng)數(shù)據(jù)，能支持多種業(yè)務，提供多個用戶網(wǎng)絡接；（2）發(fā)起并控制測距過程，并記錄測距信息；（3）發(fā)起并控制注冊過程，使ONU自動發(fā)現(xiàn)注冊；（4）為ONU分配帶寬，即控制ONU發(fā)送數(shù)據(jù)的起始時間和發(fā)送窗口大??；（5）為OLT的ONU側的可用帶寬與OLT網(wǎng)絡側的可用帶寬提供交叉連接功能；（6）其它相關的以太網(wǎng)功能。3.ODN的功能ODN是一個連接OLT和ONU的無源設備，呈樹形分支結構，具有光波長透明性、互換性和光纖兼容性等光特性。它的功能是分發(fā)下行數(shù)據(jù)和集中上行數(shù)據(jù)。ODN的部署相當靈活。由于是無源操作，幾乎可以適應于所有環(huán)境。一般一個ODN的分線率為8或16，并可以進行多級連接。從EPON的功能劃分可以看出，EPON中較為復雜的功能主要集中于OLT，而ONU的功能較為簡單，這主要是為了盡量降低用戶端設備的成本[7]。EPON的關鍵技術EPON具有很高的性價比，能夠為終端用戶提供可靠的數(shù)據(jù)、話音和視頻業(yè)務，其帶寬遠遠大于現(xiàn)有的其它接入網(wǎng)技術。目前對EPON系統(tǒng)的幾種關鍵技術的研究的容和難點如下[8][9]：3.1多點控制協(xié)議多種控制協(xié)議（Multi-PointControlProtocol）由IEEE802.3ah任務組[10]開發(fā)。MPCP是為MAC控制子層的一種雙向消息協(xié)議，它使用消息、狀態(tài)機和時鐘來控制P2MP拓撲結構的訪問。一個P2MP的PON結構由一個OLT和多個ONU組成，結構中的每個ONU包含一個MPCP實例，用于和位于OLT的MPCP實例通信。MPCP負責仲裁多個ONU的數(shù)據(jù)傳輸，它指定了實現(xiàn)P2MP的PON結構中上行信道資源的無碰撞分配機制。MPCP不涉及任何具體的帶寬分配算法，而是提供了一個實現(xiàn)EPON中各種帶寬分配算法的框架[11]。EPON系統(tǒng)實現(xiàn)的重點和難點是在上行方向上，故IEEE802.3ah工作組重點討論了MPCP協(xié)議，定義MPCP協(xié)議的目標是[12]：（1）支持具體的點到點仿真（P2PE）；（2）OLT處支持多個LLIDs和MAC客戶；（3）每個ONU支持單個LLID；（4）支持單拷貝廣播機制；（5）允許動態(tài)分配帶寬的靈活體系結構；（6）使用32bit的時間標簽；（7）基于體系結構的MAC控制；（8）發(fā)現(xiàn)設備的測距目的是提高網(wǎng)絡性能；（9）連續(xù)的測距目的是補償RTT時間浮動。MPCP在已有的Ethernet控制幀的基礎上又定義了5個控制幀，以實現(xiàn)EPON系統(tǒng)的啟動注冊、時間同步、時隙分配等功能。MPCP功能的實現(xiàn)位于分層結構的MAC控制子層。在EPON的標準體系中IEEE802.3ah中，主要定義了以下5種控制幀：GATE、REPORT、REGISTER_REQ、REGISTER及REGISTER_ACK。其中前兩個用于控制數(shù)據(jù)的發(fā)送，后三個用于ONU的自動發(fā)現(xiàn)模式，自動發(fā)現(xiàn)模式用于檢測新連接的ONU并測量它的往返時間RTT（RoundTripTime）和ONU的MAC地址?？刂茙囊话憬Y構如表3.1所示[13]。表3.1MPCP控制幀的一般結構Preamble/SFD8bytesMACDA6bytesMACSA6bytesLength/Type（8808）2bytesOpcode2bytesTimeStamp4bytesData/Reserved/Pad40bytesFCS4bytes以太控制幀的類型值為0x8808，以太數(shù)據(jù)幀的類型字段則為它的長度。不同的控制幀有著不同的操作碼和數(shù)據(jù)/保留/填充區(qū)，時間戳用于攜帶時間信息，以同步整個EPON系統(tǒng)，其他部分與通常MAC幀定義均相同。由表3.1可以看出，每種控制幀除去前導碼/幀起始定界符之后都是64字節(jié)，正是以太網(wǎng)幀的最小長度?？刂茙QGATEREPORTREGISTERREQREGISTERREGISTERACK操作碼（opcode）00-0200-0300-0400-0500-06表3.2MPCP協(xié)議中各種控制幀的操作碼從系統(tǒng)上行傳輸總帶寬中減去各種系統(tǒng)運行開銷就是上行可用帶寬。它與系統(tǒng)中包括的ONU數(shù)量、DBA（動態(tài)帶寬分配）算法的輪詢周期、承載業(yè)務的類型以及各業(yè)務所占比例等都有很大關系。EPON是寬帶接入技術，承載的業(yè)務以IP數(shù)據(jù)業(yè)務為主。下面將計算EPON在包含32個ONU，輪詢周期為750s的情況下，承載純IP業(yè)務時的上行可用帶寬。EPON的上行線路速率是1.25Gbit/s，因為采用了8B/10B線路編碼，每10bit中有8bit有效數(shù)據(jù)，所有其有效上行傳輸總帶寬為1Gbit/s，即1000Mbit/s。EPON上行的系統(tǒng)運行開銷及其占總帶寬的比例如下：（1）用于突發(fā)接收的物理層開銷：約2.5%；（2）以太網(wǎng)幀的封裝開銷：約7.4%；（3）MPCP（多點控制協(xié)議）和OAM（運行管理維護）協(xié)議開銷：約2.9%；（4）DBA算法造成的剩余時隙（即不足以傳輸一個完整以太網(wǎng)幀的時隙）浪費：約0.6%；EPON上行總開銷為上述開銷之和，約為144Mbit/s，可用帶寬約為856Mbit/s（即1000Mbit/s-144Mbit/s）。MPCP主要包括三個控制過程：GATE過程、REPORT過程、DISCOVERY過程。其中GATE過程和REPORT過程，控制上下行帶寬分配，保證數(shù)據(jù)有序傳輸，實現(xiàn)一個OLT與多個ONU的正常通信。DISCOVERY過程使OLT可以自動發(fā)現(xiàn)并注冊ONU。(1)GATE過程MPCP的一個關鍵原則是每時刻只允許一個ONU占用上行信道。OLT通過發(fā)送GATE消息向ONU授權，告訴傳送窗口的起始時間（StartTime）和間隔大?。↙ength）。ONU接收到GATE消息后等待自己的傳送窗口打開（StartTime到來），然后開始向OLT發(fā)送數(shù)據(jù):當傳送窗口關閉時（經(jīng)過Length大小的時間間隔后）停止發(fā)送，等待下一次授權和授權所指定的窗口。這里需要注意的是:授權GATE只是一個控制命令，是OLT用來告訴ONU什么時候可以上傳數(shù)據(jù)而發(fā)送的一個消息。傳送窗口是ONU上傳數(shù)據(jù)的時間區(qū)間。通常ONU接收到授權后需等待一段時間才能傳送數(shù)據(jù)。GATE具體過程如圖3.1所示：圖3.1GATE過程圖(2)REPORT過程為了優(yōu)化帶寬分配，OLT須實時監(jiān)控各ONU的傳輸需求，所以OLT的授權必須以ONU的申請(REPORT)為前提。ONU在傳送窗口除了發(fā)送一般數(shù)據(jù)也會向OLT發(fā)送命令數(shù)據(jù)REPORT消息，向OLT報告本地還有多少數(shù)據(jù)等待下次發(fā)送。OLT才能夠根據(jù)每個ONU的申請統(tǒng)籌規(guī)劃，動態(tài)分配帶寬。MPCP沒有定義帶寬分配算法，但自定義的算法需要符合“OLT應盡量滿足ONU需求”的基本原則。MPCP要求OLT必須定期向ONU授權。所以在ONU沒有數(shù)據(jù)申請時，也要向其發(fā)送一個空授權（窗口的Length僅夠ONU發(fā)送下一個的REPORT幀，不附帶任何其他上行數(shù)據(jù)）。只有這樣才可以保持鏈路激活和OLT、ONU同步。(3)DISCOVERY過程OLT啟動時首先要運行DISCOVERY過程，自動發(fā)現(xiàn)活動的ONU，將它連接到EPON上（ONU登錄）。此后OLT還會周期調(diào)用DISCOVERY過程動態(tài)發(fā)現(xiàn)新啟動的ONU或掉線后重新恢復的ONU，使它們能及時登錄到EPON上。此外還可以通過該過程實現(xiàn)重新登錄（Reregister）和注銷（Deregister）。在登錄過程中ONU和OLT可以相互交換性能參數(shù)，使得EPON的介質(zhì)更加廣泛，不同廠商的設備可以互連互通。DISCOVERY具體過程如圖3.2所示。（1）OLT廣播DISCOVERYGATE，向所有ONU通知DISCOVERY窗口的時間圍；（2）未登錄的ONU在DISCOVERY窗發(fā)送REGISTERREQ消息，告知OLT自己的MAC地址，及其他性能參數(shù)；（3）OLT在一個DISCOVERY窗可能收到多個正確的REGISTERREQ請求。OLT收到REGISTERREQ后：a)為該ONU分配LLID，并將該LLID與其MAC地址綁定；b)記錄ONU參數(shù)并作相應處理；c)發(fā)送REGISTER消息通知ONU登錄是否成功，返回LLID等參數(shù)，并回應ONU的性能參數(shù)；（4）OLT向ONU發(fā)標準GATE，授權ONU回復REGISTERACK；（5）ONU在GATE所授權的窗口回應REGISTERACK。OLT正確收到REGISTERACK標志著對該ONU的DISCOVERY過程結束。ONU登錄后正常的數(shù)據(jù)傳送開始。圖3.2ONU的DISCOVERY過程需要注意的是：DISCOVERY窗口是唯一允許多個ONU同時占用上行信道的時段。當ONU在發(fā)出REGISTERREQ的一段時間，如果沒有收到OLT發(fā)給自己的REGISTER，該ONU就認為自己發(fā)送的REGISTERREQ與其它ONU發(fā)送的REGISTERREQ發(fā)生了沖突，從而自動進入沖突的處理算法。對于注冊沖突，主要有兩種處理方案：（1）隨機延遲時間:發(fā)生注冊沖突后，發(fā)生沖突的ONU仍然每次都響應DISCOVERYGATE，但它在新的注冊窗口中，ONU發(fā)送REGISTERREQ前隨機等待一段時間（時間小于DISCOVERY窗口大?。?。這種方法可以縮短ONU加入系統(tǒng)的時間，但是要增大注冊開窗的長度，從而降低系統(tǒng)的帶寬利用率。（2）隨機跳過開窗:發(fā)生注冊沖突后，發(fā)生沖突的ONU隨機跳過若干個DISCOVERYGATE才開始重新響應。采用這種方法比隨機延遲時間的方法所需時間多，但是不需要增大注冊窗口，從而也不會影響到整個系統(tǒng)的帶寬利用率[14][15]。3.2測距與同步EPON中的各ONU上行接入采用TDM方式，因此OLT和ONU在開始通信前以及通信過程中必須建立并保持同步，才能避免碰撞。而測距（ranging）是獲得RTT的過程。MPCP(位于OLT和所有ONU中的)各自維護一個本地時鐘，OLT中的時鐘作為全局時間。當MPCP消息從高層的MAC控制客戶端到達MAC控制子層時，MPCP用本地時間對消息標以時戳（timestamp）。EPON的同步和測距正是通過時戳完成的?；具^程如圖3.3所示[16]。（1）OLT在時刻TI發(fā)送GATE幀給ONU，在GATE幀中加時間標簽為T1；(2)ONU在T2時刻接收GATE幀后，根據(jù)時間標簽T1將自己的本地時鐘置為T1；(3)ONU在本地時間為T3時開始上傳REPORT幀，在REPORT中加時間標簽T3；(4)OLT在時刻T4收到該REPORT幀，得到時間標簽T4。則RTT=TAB十TCD=(T4-Tl)-(T3-T2)=(T4-TI)-(T3-TI)=T4-T3，因此可以看出OLT只需將收到REPORT幀時的絕對時間T4減去收到REPORT幀中時間標簽中的時間T3就可以得到RTT的值了。圖3.3RTT測量3.3QoS和OAM在QoS方面，EPON定義了8個優(yōu)先級隊列，DBA算法也考慮了對不同優(yōu)先級隊列的寬帶分配策略和公平性等問題。對于數(shù)據(jù)包中的IP優(yōu)先級或以太網(wǎng)優(yōu)先級可以很容易地映射到這8個優(yōu)先級隊列中，再通過DBA算法保證其傳輸?shù)膸捄蜁r延，因此完全可以滿足不同業(yè)務的QoS要求。例如：對TDM業(yè)務，使用EPON的QoS機制，就可以保證期各項指標要求。在OAM方面，EPON標準中定義了遠端故障指示，遠端環(huán)回控制和鏈路監(jiān)視等基本的OAM功能，對于其它高級的OAM功能，則定義了豐富的廠商擴展機制，讓廠商在具體的設備實現(xiàn)中自主增強各種OAM功能。而且EPON標準還從便于開通維護的角度定義了一套OAM能力的自動協(xié)商機制（與以太網(wǎng)端口的自動協(xié)商機制類似），可以在無需人工參與的情況下，自動識別并配置OLT和ONU兩端的OAM能力。另外，比較有特色的是，EPON定義了一種PON端口的環(huán)回測試功能，把PON鏈路的性能測試功能嵌入到系統(tǒng)之中，可以在無需外部測試儀表的情況下，進行PON鏈路的性能檢測，大大方便了系統(tǒng)的開通和故障定位。3.4動態(tài)帶寬分配在EPON系統(tǒng)的上行方向，采用TDMA（時分多址接入）方式實現(xiàn)多個ONU對上行帶寬的多址接入，其帶寬分配方案可分為靜態(tài)帶寬分配的和動態(tài)帶寬分配。靜態(tài)帶寬分配方式的原理是OLT周期性為每個ONU分配固定的時隙作為上行發(fā)送窗口。其優(yōu)點是實現(xiàn)簡單，但存在帶寬利用率低、帶寬分配不靈活、對于突發(fā)性業(yè)務適應能力差等問題。動態(tài)帶寬分配（DynamicBandwidthAllocation，DBA）就是OLT根據(jù)ONU的實時帶寬請求獲取各ONU的流量信息，通過特定的算法為ONU動態(tài)分配上行帶寬，保證各ONU上行數(shù)據(jù)幀互不沖突。DBA具有帶寬效率高，公平性好、能夠滿足QoS要求的優(yōu)點。DBA采用集中控制方式：所有的ONU的上行信息發(fā)送，都要向OLT申請帶寬，OLT根據(jù)ONU的請求按照一定的算法給予帶寬（時隙）占用授權，ONU根據(jù)分配的時隙發(fā)送信息。其分配準許算法的基本思想是：各ONU利用上行可分割時隙反應信元到達時間分布并請求帶寬，OLT根據(jù)各ONU的請求公平合理地分配帶寬，并同時考慮處理超載、信道有誤碼、有信元丟失等情況的處理。EPON系統(tǒng)的DBA的實現(xiàn)基于兩種MPCP幀：GATE消息和REPORT消息。ONU利用REPORT幀向OLT匯報其上行隊列的狀態(tài)，向OLT發(fā)送帶寬請求。OLT根據(jù)與該ONU簽署的服務等級協(xié)議（SLA）和該ONU的帶寬請求，利用特定的算法計算并給該ONU發(fā)布上行帶寬授權（Grant），以動態(tài)控制每個ONU的上行帶寬。EPON系統(tǒng)的DBA一般采用輪詢方式。其針對每個ONU的工作過程如圖3.4所示。（1）DBA的工作流程是Gate→Report→Gate→Report，如此循環(huán)；（2）OLT給ONU發(fā)布的grant在Gate消息中承載；（3）ONU通過Report消息使OLT了解其本地的隊列狀態(tài)和業(yè)務流量；（4）Grant的分配是基于特定算法的；（5）DBA要按照SLA進行grant分配（包括保證帶寬、最大帶寬等參數(shù)）。圖3.4DBA實現(xiàn)流程圖3.5安全性考慮EPON下行方向的數(shù)據(jù)采用廣播形式，每個ONU都可以接收OLT發(fā)送給所有ONU的信息，802.3ah標準中為每個連接的ONU設定LLID值，每個ONU只能接收帶有屬于自己的LLID的數(shù)據(jù)包和廣播數(shù)據(jù)包，其余的數(shù)據(jù)包丟棄不再轉(zhuǎn)發(fā)。在正常情況下這樣可以區(qū)分不同用戶的數(shù)據(jù)，但是一些非法用戶可以通過一些網(wǎng)絡手段獲取所有LLID的信息，所以產(chǎn)生了一些安全隱患，比如信息被偵聽、OAM信息被修改或重發(fā)，偽造OAM信息、以合法身份對網(wǎng)絡進行攻擊等。為此必須對MPCP幀和OAM幀及發(fā)送給每個ONU的下行信號進行加密。OLT可以定時發(fā)出命令，要求ONU更新自己的密鑰，OLT就利用每個ONU發(fā)送來的新密鑰對發(fā)送給該ONU的數(shù)據(jù)進行加密，從而保證每個ONU從接收到的OLT數(shù)據(jù)中，只能按照自己的密鑰譯出屬于自己的數(shù)據(jù)，保證下行信息安全地到達目的地，確保每個用戶的隱私。為了防止有的用戶對不屬于自己的信息采用逐個試探的方法進行解密，所以要定期對密鑰進行更新。加密問題仍然是一個尚待解決的技術難題。第4章EPON的應用4.1EPON的應用特點EPON接入系統(tǒng)具有如下特點：

（1）局端（OLT）與用戶（ONU）之間僅有光纖、光分路器等光無源器件，無需租用機房、無需配備電源、無需有源設備維護人員，因此，可有效節(jié)省建設和運營維護成本；（2）EPON采用以太網(wǎng)的傳輸格式同時也是用戶局域網(wǎng)/駐地網(wǎng)的主流技術，二者具有天然的融合性，消除了傳輸協(xié)議轉(zhuǎn)換帶來的成本因素；（3）采用單纖波分復用技術（下行1490nm，上行1310nm），僅需一根主干光纖和一個OLT，傳輸距離可達20公里。在ONU側通過光分路器分送給最多32個用戶，因此可大大降低OLT和主干光纖的成本壓力；（4）上下行均為千兆速率，下行采用針對不同用戶加密廣播傳輸?shù)姆绞焦蚕韼?，上行利用時分復用（TDMA）共享帶寬。高速寬帶，充分滿足接入網(wǎng)客戶的帶寬需求，并可方便靈活地根據(jù)用戶需求的變化動態(tài)分配帶寬；（5）點對多點的結構，只需增加ONU數(shù)量和少量用戶側光纖即可方便地對系統(tǒng)進行擴容升級，充分保護運營商的投資；（6）EPON具有同時傳輸TDM、IP數(shù)據(jù)和視頻廣播的能力，其中TDM和IP數(shù)據(jù)采用IEEE802.3以太網(wǎng)的格式進行傳輸，輔以網(wǎng)管系統(tǒng)，來保證傳輸質(zhì)量。4.2EPON在接入網(wǎng)中的應用模型利用EPON技術是實現(xiàn)FTTP的有效網(wǎng)絡解決方案，根據(jù)目前各運營商對于信息化的需求來看，大致可分為小區(qū)、工業(yè)區(qū)、商業(yè)街區(qū)和邊遠地區(qū)幾種接入方式，下面將逐一進行分析。4.2.1EPON在小區(qū)接入中的應用在小區(qū)接入中，ONU可設置在用戶端（FTTH）或樓道（FTTB），光分路器可設置在樓道或小區(qū)機房。對于FTTH模式，由于用戶數(shù)不確定，為了提高設備的利用率、降低成本及方便維護，光分路器的設置應相對集中，采用一級分光，可選擇在小區(qū)機房或者小區(qū)的光交接箱。采用這種方式建設，無論用戶數(shù)多或少，設備的利用率都是最大化的，但是用戶數(shù)較多時對接入光纜的需求量相對較大。網(wǎng)絡結構如圖4.1所示。圖4.1小區(qū)FTTH模式對于FTTB模式，ONU設置在樓道，一般需要配合樓道交換機進行業(yè)務的接入，光分路器的設置建議與FTTH方式相同。網(wǎng)絡結構如圖4.2所示。圖4.2小區(qū)FTTB+LAN模式小區(qū)FTTH將在實現(xiàn)“三網(wǎng)合一”的時期體現(xiàn)出巨大的優(yōu)勢，但考慮到相關政策的限制，并不是所有運營商都能實現(xiàn)，因此目前在利用EPON進行小區(qū)接入時采用FTTB+LAN的模式將是最佳方案。4.2.2EPON在工業(yè)區(qū)接入中的應用工業(yè)區(qū)一般均為企業(yè)用戶，建議將ONU設置在企業(yè)的接入機房，結合其部交換機完成各類業(yè)務的接入。這種模式類似于小區(qū)接入中的FTTB模式，建議在工業(yè)區(qū)所屬區(qū)域設置合適的接入?yún)R聚節(jié)點，將OLT放置在接入?yún)R聚節(jié)點；在工業(yè)區(qū)圍，可采用樹型結構，沿著主干道選擇合適的點（機房或光交接箱）放置一級光分路器，再根據(jù)企業(yè)的分布情況布設二級分路器和ONU，以最大限度地節(jié)省光纜。網(wǎng)絡結構如圖4.3所示。圖4.3工業(yè)區(qū)EPON接入模式考慮到分路器的多級設置，每個分路器將覆蓋一定圍的企業(yè)用戶，因此建議多設置光交接箱。若無法設置較多的光交接箱，則建議增大光纜芯數(shù)，便于未來大量企業(yè)的接入。此外，如果需要采用EPON的環(huán)路保護，則需要將從匯聚點引出的骨干光纖以成環(huán)方式建設。4.2.3EPON在商務街區(qū)接入中的應用商務街區(qū)的特點是沿街分布眾多的商務樓，樓分布著多家公司，因此一般將ONU設置到公司，即FTTO（光纖到辦公室），ONU通過交換機或路由器與公司部網(wǎng)相連。網(wǎng)絡結構如圖4.4所示。圖4.4商務街EPON接入模式1FTTO模式類似于小區(qū)接入中的FTTH模式，建議將光分路器設置在每棟大樓，ODN采用樹型或鏈型組網(wǎng)。建設初期，建議將OLT放置在附近的接入?yún)R聚機房，光纜可沿大樓的分布情況建設，在每棟大樓的地下室或者在大樓相對集中的地帶設置光交接箱，用來放置光分路器。考慮到這種模式在用戶數(shù)較多時對ODN骨干光纖的需求量較大且采用環(huán)型組網(wǎng)方式，建議EPON的ODN骨干光纖使用較大芯數(shù)光纜。如果條件允許，建議在大樓相對集中、業(yè)務需求較大的區(qū)域?qū)ふ液线m的點作為未來的接入?yún)R聚節(jié)點，將OLT的位置往用戶側靠近，并結合光交接箱的設置，采用星型模式接入附近的業(yè)務點以減少光纖的使用量，為將來大規(guī)模接入打好基礎。網(wǎng)絡結構如圖4.5所示。圖4.5商務街EPON接入模式24.2.4EPON在邊遠地區(qū)接入中的應用對于距離已有傳輸接入點較遠、用戶相對集中的邊遠地區(qū)，采用EPON技術將能夠很好地發(fā)揮其技術優(yōu)勢。將OLT設置在匯聚節(jié)點，在用戶集中的區(qū)域設置光分路器，ONU設置在用戶接入點，利用ONU豐富的接口就可以利用極少量的光纜解決眾多用戶的各類業(yè)務需求。網(wǎng)絡結構如圖4.6所示。圖4.6邊遠地區(qū)EPON接入模式這種模式適用于各運營商的信息化村通接入，將OLT設置在接入?yún)R聚節(jié)點，光分路器放置在需要重點接入的區(qū)域，就可以在只占用2芯接入層光纜的情況下解決多個鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村莊的語音和信息化接入。不過，考慮到EPON的接入距離一般在20km以，如果需要大圍地使用EPON接入，則需要將OLT的位置往用戶側靠近，因此需要設置多個接入?yún)R聚節(jié)點。4.3EPON組網(wǎng)實例4.3.1商務街區(qū)應用實例網(wǎng)吧對于接入帶寬要求較高，現(xiàn)有的光纖直連方式解決網(wǎng)吧接入導致寶貴的城域光纖資源被大量占用。某運營商采用EPON利用少量的城域光纜解決了網(wǎng)