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1、 UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 毕业设计 题 目 基于 EPON 技术的光纤到楼/户的小区宽带接入网的研究与设计 学生姓名 学 号 专业班级 通信工程 指导教师 学 院 计算机与通信学院 答辩日期 2012 年 基于 EPON 技术的光纤到楼/户的小区宽带接入网的研究与设计 FTTB/FTTH access technology research and design based on EPON Xxx 理工大学毕业设计 I 摘 要 近年来随着互联网的普及和快速发展人们日益增长的通信需求对通信网络的交换和传输能力提出更高的要求但骨干网传输速率和交换能力的提高使得接入网成了整
2、个通信网络的瓶颈。当前 ADSL 是我国主流的宽带接入技术主要提供普通上网业务网吧业务视频会议和企业专线业务但随着 IPTV 和 VOD 等新型业务的发展对接入承载网提出了很高的要求而当前主流的 ADSL 带宽已远远不能满足需要因此具有高带宽和高稳定性等优点的光纤到户技术的发展和应用成为了大势所趋。本设计针对光纤到户接入技术主要进行了以下几方面工作 一 通过对 FTTH 概念的介绍,详细分析了包括多业务传送平台系统点到点以太网系统以及无源光网络技术通过对以上光纤到户实现技术的对比得出了各种技术的优缺点及适用场合。二 本设计阐述了光纤到户接入实现的主要手段 PON,并对 PON 的基本结构和分类
3、进行了分析。通过对几种接入技术的比较得出了目前 EPON 是最为适合我国的国情,并且能在我国得到大力发展的接入技术。三 重点介绍了 EPON 系统的参考结构、复用原理、协议栈、帧结构及对外接口为基于EPON 的 FTTH 光纤到户接入的建设提供了理论上的支撑。四 结合光纤到户接入技术和 EPON 原理以及工程建设的相关要求、原则。本设计介绍了 A 小区光纤到户建设的实例。关键词无源光网络EPONFTTH 理工大学毕业设计 II Abstract In recent years,the development of internet is becoming more and more popul
4、ar and the faster.Peoples growing demand for communications of switching and transmission are asking for higher requirements,but the backbone transmission rate and the exchange of capabilities makes the access network has become the bottleneck of communication network.ADSL is currently the mainstrea
5、m of broadband access technology in China,mainly provide general Internet services,Internet services,video conferencing and enterprise private line services,But as IPTV and VOD and other new business development,accessing to a very high network load demands,and the current mainstream way of ADSL acc
6、ess bandwidth can not meet the needs,and therefore with high bandwidth and high stability of the advantages of FTTH(Fiber To The Home)FTTH technology development and application is becoming the trend.In this paper,FTTH access technology mainly carrys out with the following aspects.First,through the
7、introduction of the concept of FTTH,including a detailed analysis of multi-service transport platform,point to point Ethernet passive optical network systems and passive optical network technology,through the above comparison of FTTH implementation techniques,obtained a variety of techniques advanta
8、ges and disadvantages,and for occasions.Second,his paper describes the main FTTH access to achieve PON(Passive Optical Network),and PONs basic structure,classification were analyzed.Through several PON access technology comparison,the current EPON is the most suitable for China,and can be strong in
9、the development of Chinas FTTH access technology.Third,focus on the EPON system reference architecture,multiplexing principles,protocol stack,the frame structure and external interface,providing the theoretical support for EPON-based FTTH construction.Fourth,the combination of FTTH access technology
10、,EPON principles,and FTTH construction-related requirements,this paper describes A the construction of residential fiber to the home as an example.Keywords:PON;FTTH;EPON;理工大学毕业设计 III 目 录 摘 要.I Abstract.II 第 1 章 绪论.1 1.1 FTTH 的研究背景.1 1.2 FTTH 技术发展的现状.1 1.3 FTTH 技术的发展前景.2 第 2 章 PON 技术的研究.3 2.1 PON 的定义
11、.3 2.2 PON 的基本结构.3 2.3 PON 的分类.3 2.4 几种 PON 接入技术的比较.5 2.5 PON 的应用环境与发展趋势.6 2.6 EPON 的参考结构.6 2.7 EPON 的复用原理.8 2.8 EPON 的协议栈.9 2.9 EPON 的帧结构.10 2.10 EPON 的对外接口.11 2.11 PON 技术接入方式.12 第 3 章 FTTH 光纤到户技术研究.17 3.1 FTTH 的概念.17 3.2 各种光纤到户实现技术的分析.17 第 4 章 FTTH 光纤到户工程设计.20 4.1 FTTH 工程设计目标.20 4.2 FTTH 网络点设置.20
12、4.3 FTTH 技术对光缆的定义.21 4.4 FTTH 光缆产品与技术.22 4.5 布线方案.23 4.6 光功率预算.26 第 5 章 FTTH 光纤到户建设实例.28 5.1 建设简介.28 5.2 工程设计方案.28 5.3 EPON 接入业务配置.30 5.4 光功率预算.34 5.5 吞吐量、丢包率、帧缓冲能力、延迟、误码率的测试结果.35 5.6 工作量及设备统计.36 总结.37 附录 外文文献原文、译文.39 致谢.64 理工大学毕业设计 1 第 1 章 绪论 1.1 FTTH 的研究背景 近年来随着宽带技术的发展大众对一通信网络日益增长的需求对网络的传输速度和交换能力提
13、出了新的要求提高骨干网传输速度和交换能力提高计算机的速度使得接入网已成为在通讯网络中的瓶颈。虽然 ADSL 已成为一种主流宽带接入技术但 ADSL 却无法提供高清晰度或交互式视频服务。与其他的接入技术相比光纤接入的带宽能力是无法比拟的若在通信网络中使用光纤代替铜缆可以带来很多优势消除电信网络的瓶颈降低维护的成本易于业务整合提供新的业务,提高信号传送质量和可靠性等诸多好处。对于每个家庭超过100 兆字节的带宽FTTH 被广泛认为是一个理想的综合接入解决方案。目前一些国家都已开始进行对光纤到户的研究和商业开发。根据对国内及国际市场的分析和预测,发展 FTTH 将成为未来 4-5 年内,将成为促进光
14、纤到户中国电信业发展的一个新的机遇。1.2 FTTH 技术发展的现状 目前 FTTH 在国际市场上己经开始得到较大规模的商用,技术方面也趋于成熟,呈现出良好的发展前景及市场价值。FTTH 建设在许多国家已经具有相当的规模,其中日本是全球 FTTH发展最为成功的国家,2002 年 1 月日本用户数仅为 1.2 万户2004 年 8 月底已飞增至 160 万户,占宽带接入总数的 10%到 2006 年第二季度末,日本的光纤用户数高达 631 万户,其在宽带用户市场中的份额就已经占到 23.4%,仅次于 ADSL,成为日本第二大用户宽带接入技术,使日本一举成为世界头号光纤用户大国。2010 年 3
15、月底达到 1980 万户,据推测到 2011 年末日本的 FTTH 用户将达到 2430 万户。韩国从 2003 年开始发展实地试验,2004 年韩国提出了为期 6 年的 BCN 计划,该计划投入804 亿美元建设遍及全国的通信网络。2010 年 FTTH 普及率超过 53.5%,世界排名第一:2010 年底 FTTH 用户数达 980 万,世界排名第三。北美 FTTH 技术也在不断发展,至 2010 年 12 月已经有 2064 万个家庭通达光纤,占北美家庭数的超过万的 20%。超过 700 万的家庭用光纤连接到互联网电话和 CATV 等业务。2010 年底北美的用户数超过 700 万。20
16、10 年北美宽带用户的下行速率平均增长了 34%。欧洲在 2010 年 FTTH 用户及家庭覆盖增速上升。欧洲老牌运营商正越来越多的参与 FTTH建设,几乎都已经推出或计划部署大规模的 FTTH 网络。欧盟 36 个国家包括俄罗斯有近 810 万FTTH/B 用户。FTTH/B 家庭/建筑物覆盖数近 3300 万如果不包括俄罗斯在内,FTTH/B 用户数为 390 万,家庭/建筑物覆盖数为 2230 万。我国FTTH产业发展前景良好,虽然与世界上其他国家相比,我国FTTH产业进展相对缓慢,理工大学毕业设计 2 但已经开始展现出良好的发展前景,我国电信运营商对 FTTH 发展的兴趣越来越浓,目前
17、我国不少地方如武汉、杭州、上海等都己经纷纷开展了 FTTH/B 试点。1.3 FTTH 技术的发展前景 FTTH/B 将在我国得到大规模的发展,理由主要有(1)极大的技术优势 光纤接入的带宽能力是其他接入方式无法媲美的,一根常规单模光纤的可用带宽至少可达 30000GHZ而最好的同轴电缆的带宽不超过 1GHZ微波的带宽不超过300GHZ光纤在带宽上相比其他的传输媒质的优势至少高出了两个数量级,光纤的高带宽性特质使得各种宽带业务和多媒体业务都成为了可能从而给各运营商提供了新的增值点和利润光纤的另外一个优点是抗干扰性和极高的稳定性光纤信道接近于理想信道不易受外界的干扰误比特率低 从而延伸了传输的距
18、离减少了中继站的建设,大大降低了投资成本。(2)FTTH 本快速下降之所以 FTTH 得不到大规模的推广其最主要的障就是设备、材料的成本过高但是随着近年来光通信技术的不断发展光通信产品价格不断下降FTTH 的成本也因此得到进一步的下降。近年来,光通信产品价格迅速下跌光模块的价格与往年相比己经由 10002000 元跌落到目前的 200300 元。此外光纤价格也在不断下降PON 产品的成本从原来的 2500 元/线下降到目前的 1500 元/线同时随着 FTTH 在我国的发展和应用的不断扩大 FTTH 的建设成本还将进一步的下降,而 ADSL 等目前在广泛应用的接入方式的成本下降的潜力已经不大了
19、如果 FTTH 的成本和使用费用能够和 ADSL 接近甚至达到相同的水平,那无疑 FTTH/B 将扫清在我国大规模发展和应用的障碍 取代 ADSL 成为我国主流的宽带接入技术。(3)我国潜在市场需求旺盛随着我国商业大客户对网络带宽、稳定性需求越来越高。而各家运营商也充分意识到了该领域市场的潜力 已逐步将开发和服务重心都转移到了IPTV(网络电视)、VOD(视频点播)等新型业务方面,而当前比较主流的 ADSL 式的带宽远远不能满足需要,如远程学习、数字电视、视频点播等业务至少需要 7Mbit/s 的带宽而高清晰数字电视HDTV更是需要至少 20Mbit/s 的带宽,因此在我国有极大的发展空间。据
20、电信行业的权威人士推算如果未来我国 FTTH 用户数量按 1 亿计算的话,那么通讯设备和终端的市场规模将达 1500 亿元电信运营行业收入每年将近 1500 亿元连带的辐射作用(对器件、芯片、光纤光缆、材料、业务应用的拉动)每年有 5001000 亿元,总计每年拉动市场 20002800 亿元。总之,在未来 10 年内我国 FTTH 市场总规模将有可能超过 10000 亿元。理工大学毕业设计 3 第 2 章 PON 技术的研究 2.1 PON 的定义 PON(Passive Optical Network:无源光纤网络)。PON 是指光配线网中不含有任何电子器件及电子电源。ODNOptical
21、 Distribution Network是 OLT 和 ONU 之间的光传输物理通道,通常由光纤光缆、光缆连接器、光分路器以及安装这些器件的配套设备组成。PON 网络由包括光线路终端 OLT,用户端的光网络单元(ONU)。在 OLT 与 ONU 之间的光配线网(ODN)包含了光纤以及无源分光器或者藕合器。2.2 PON 的基本结构 PON 的基本模型如图 2.1 所示,局端设备通常称为光线路终端OLT,用户端设备称为光网络单元(ONU),连接两者之间的部分称为光配线网(ODN)。局端 终端 图 2.1 PON 的基本模型 局端作为业务提供点对上与各业务主干网相连对下与所覆盖区域里的众多用户进
22、行链接。这样 OLT 与 ONU 之间的 ODN 就应该是点对多点的星型或树型网络。ODN 一般由分支节点和连接分支节点的光纤光缆组成,分支节点是实现接入网点到多点的关键。OLT 和 ONU 之间的双向通信可以采用空分、波分和时分等方式实现。空分方式实际上就是双纤方式,时分和波分为单纤方式通常采用 1310nm/1550nm 波分方式。还可以采用波分方式实现同一条物理光纤上传送模拟视频光信号来提供模拟视频业务。无源光网络的 ODN 中分支节点是一种简单的无源光分路器它只是简单的将光功率进行分配和合并。PON 中实现点对多点靠的是复杂光传输系统技术。PON 中有多种实现点对多点的方法如时分多址T
23、DMA、波分多址(WDMA)、副载波多址(SCMA)和码分多址(CDMA)等,其中最主要的是 TDMA。所有从传输系统的角度来看PON 也被称为点对多点光接入系统。2.3 PON 的分类 从目前宽带接入技术发展和实际应用来看PON 领域中最重要的三种接入技术分别为宽带 PONBPON、以太网 PONEPON和吉比特 PONGPON。2.3.1 宽带 PONBPON BPON 以前也称为 APON基于 ATM 的无源光网络)它是上世纪 90 年代中期由一些大型网络运营商同它们的主要设备供应商组成的全业务接入联盟,为应用于宽带接入的 PON 设备定义的一个通用标准。该标准以 ATM 作为传输协议,
24、速率为 155Mbit/s 的 PON 系统技术规范,即OLT ONU ODN 理工大学毕业设计 4 APON。BPON 系统技术规范后来被 ITU-T 采纳制定为 ITU-TG.983 系列标准这是业界的第一个提供宽带接入的 PON。随着网络业务种类和流量的迅速发展APON 标准后来发展到可支持622Mbit/s 的传输速率并增加了动态带宽分配、保护等功能,能提供以太网接入、视频发送、高速租用线路等业务。2001 年底APON 更名为宽带无源光网络BPON 表示是可以提高宽带业务接入的 PON以避免让人觉得只能提供 ATM 业务接入的误解。BPON 能提供以太网接入、视频分配、高速租用线等宽
25、带业务目前在美国和日本等国已经开始商用在日本己经敷设了约 50 万线。然而目前实际 BPON 的业务适配提供却很复杂业务提供能力有限数据传送速率和效率不高成本较高其市场前景由于 ATM 的衰落而变得很不确定。从长远的业务发展趋势看BPON 的可用带宽任然不够无法满足网络和业务的长远发展需要。2.3.2 以太网 PONEPON EPON 的标准号为 IEEE 802.3ah。由 IEEE EFM(Ethernet in the first mile)研究小组制定完成 并于 2004 年 6 月 IEEE 协会正式通过。其基本原则为在 APON 类似的结构上和 802.3协议的基础上通过较小的修改
26、实现在用户接入网上传输以太帧即以 Ethernet 技术代替 ATM 技术作为链路层办议。中华人民共和国在 2006 年 6 月正式发布 EPON 国标接入网技术要求基于以太网方式的无源光网络 EPON编号为 YD/T 1475-2006。由于 EPON 是基于以太网的无源光网络EPON 具有较大的成本及性能优势。首先EPON提供了多业务支持可以提供数据、租用线、电话、IPTV 和 CATV 等多种典型业务。其次EPON 保持了以太网适应通信网 IP 化发展的优势还能通过 TDM over IP 技术兼容传统的电信网较好的支持 TDM 业务。最后在传送效率、传送距离和传送速率方面都有很高的性能
27、指标。2.3.3 吉比特 PON(GPON)2001 年在 IEEE 积极制定标准的同时全业务接入网络FSAN组织开始发起制定速率超过 1Gbit/s 的 PON 网络标准-GPON。随后ITU-T 也介入到这一新标准的制定工作中来并于 2003 年 1 月通过两个有关 GPON 的新标准 G.984.1 和 G.984.2 速率提高到 2.5Gbit/s。按照这一标准的规定GPON 可以提供的 1.244Gbit/s 下行速率以及所有标准的上行速率。传输距离至少达到 20km具有高速高效传输的特点。而且GPON 还在传输汇聚层采用了一个全新的标准 GFP这是一种可以透明高效地将各种数据信号封
28、装进现有网络的、开放的、通用的标准信号适配映射技术可以适应任何用户信号格式和任何传输网络制式全面体现了业务提供商对业务提供的灵活要求而 BPON 和 EPON 对每种特定业务都需要提供特定的适配方法。由于采用 GFP 映射GPON 的传输汇聚层本质上是同步的并使用 SDH 标准的 125us 帧理工大学毕业设计 5 因而使得 GPON 可以直接支持 TDM 业务。2.4 几种 PON 接入技术的比较 APON 技术的核心部分采用 ATM 技术。利用 ATM 的集中和统计复用特性提供从窄带到宽带等各种业务不仅支持可变速率业务也支持时延要求较小的业务具有支持多业务多比特率的能力。APON 的对称速
29、率(155.52Mbit/s)和非对称速率下行 662.08Mbit/s上行155.52Mbit/s。传输距离最大 20km支持的光分路比在 32-64 之间。APON 技术具备综合业务接入、Qos 服务质量保证等独有的特点由于标准化时间较早己有成熟商用化产品等等优点。当然 APON 技术也存在利用 ATM 信元造成的传输效率较低带宽受限、系统相对复杂、价格较贵需要进行协议之间的转换等缺点。EPON 和 GPON 的基本差别就是标准化前者往往指非标设备后者指符合 IEEE802.3ah规范的设备技术的核心部分采用以太网技术。在 EPON/GEPON 中 根据 IEEE802.3 以太网协议传送
30、的是可变长度的数据包。由于以太网适合携带 IP 业务与 APON 相比极大地减少了传输开销。EPON/GEPON 能够提供高达 1Gbit/s 的上下行带宽。传输距离最大 10-20km。支持的光分路比大于 16。EPON 融合了 PON 和以太网的优点 系统结构更简化 标准宽松 成本更低。1Gbit/s 的高速宽带且易于升级。与现有的以太网兼容无需协议转换具有同时传输 TDM、IP 数据和视频广播的能力等优点。随着多协议标签交换MPLS等新的 IP 服务质量Qos技术的采用也可提供一定的 Qos 保证。EPON/GEPON 技术目前仍难以支持实时业务的服务质量在安全性、可靠性等方面与电信级的
31、服务相比仍有差距。GPON 技术针对 1Gbit/s 以上的 PON 标准除了对更高速率的支持外还是一种更佳、支持全业务、效率更高的解决方案。引入通用成帧协议GFP 能将任何类型和任何速率的业务进行原有格式封装后经由 PON 传输而且 GFP 帧头包含帧长度指示字节可用于可变长度数据包的传递大大提高了传输效率。因此能更简单、通用、高效地支持全业务。GPON 提供1.244 和 2.488Gbit/s 的下行速率和所有标准的上行速率。传输距离可达 20KM(逻辑 60KM)。支持的光分路比在 64-128 之间。与 EPON 力求简单的原则相比GPON 更注重多业务和 Qos 保证能够简单、通用
32、、高效的透明传送各种业务具有前所未有的高比特率、高带宽非对称特性更能适应未来的 FTTH 宽带市场传输距离更远、覆盖范围更广。但是标准复杂且开发较晚技术尚不成熟其成本相对 EPON 仍显较高目前未到达商品化阶段。理工大学毕业设计 6 表 2-1 PON 技术基本比较 EPON GPON BPON 线路速率 下行 1250Mbps 1244Mbps 或 2488Mbps 155Mbps 或 622Mbps 上行 1250Mbps 155Mbps、622 Mbps、1244Mbps 或 2488 Mbps 155 Mbps 分路比 取决于光功率预算 取决于光功率预算 取决于光功率预算 最大传输距离
33、 10km 或 20km 60km 20km 的最大距离差 20km 数据链路层协议 以太网 GEM 和/或 ATM ATM 封装效率 高 最高 低 TDM 业务支持能力 TDM over Packet 直接 TDM 承载 TDM over ATM OAM 能力 具备 具备 具备 技术标准化程度 完备 一般 非常完备 芯片、器件成熟程度 高 很低 高 成本 理论成本 低 低 高 当前成本 较低 高 高 2.5 PON 的应用环境与发展趋势 2.5.1 PON 的应用环境 APON 适用于对带宽要求不高、对业务质量要求高或者需要运行混合业务的企事业单位的接入。EPON 主要面向对带宽要求高、对业
34、务质量和网络安个要求不是太高、对成本敏感的以太网业务为主的中小型企事业单位的接入如果成本进一步下降也将作为 FTTH 的主要手段直接面向高端个人用户。GPON 适合于少数对带宽要求高、需要提供电信级服务质量且成本不敏感的多业务需求的企事业单位的接入。2.5.2 PON 的发展趋势 APON 最成熟但业务提供能力有限、性价比低无法满足长远的发展不建议大力发展仅满足某些特定区域的接入需求。EPON/GEPON 简单、高速、成本低、用户面广、技术、产品相对成熟是中近期可以大力发展的无源技术。GPON 透明传输、高速高效、电信级服务满足发展的趋势但成本相对高商业化程度低是中远期大力发展的无源技术。GP
35、ON 的市场定位与 EPON 不同两者相互补充的。2.6 EPON 的参考结构 以太网无源光网络(EPON)系统主要结构图如图 2.2 所示。理工大学毕业设计 7 图 2.2 EPON 系统结构图 EPON 系统由局侧的光线路终端(OLT)、用户侧的光网络单元ONU和光分配网络ODN组成为单纤双向系统。ODN 在 OLT 和 ONU 间提供光通道。OLT 作为 EPON 的核心OLT 主要实现以下功能 a.向 OUN 以广播方式发送以太网数据 b.发起并控制测趾过程,并记录测距信 c.发起并控制 ONU 功率控制 d.为 ONU 分配带宽即控制 ONU 发送数据的起始时间和发送窗口大小 e.其
36、它相关的以太网功能。ONU/ONT 为用户提供接入的功能 a.选择接收 OLT 发送的一播数据 b.响应 OLT 发出的测距及功率控月命令并作相应的调整 c.对用户的以太网数据进行缓存并在 OLT 分配的发送窗巾扫向上行方向发送 d.其它相关的以太网功能。ODN 在 OLT 和 ONU 间提供光通道。ODN 的无源光网络可以是一个或多个光分路器的级联 a.EPON 是点到多点的光纤传输系统 b.在单模光纤上以 1000Mbps 速率分路比为 1:32传输距离达到 10km 理工大学毕业设计 8 c.在单模光纤上以 1000Mbps 速率分路比为 1:16传输距离达到 20km d.符合 ITU
37、-T G.652 要求的单模光纤 e.上行应使用 1260nm-1360nm 波长 f.下行应使用 1480nm-1500nm 波长 g.使用 1540nm-1560nm 波长实现.CATV 业务可选。从 EPON 的结构上看其关键优点是消除了复杂而昂贵的 ATM 和 SDH 网元从而极大地简化了传统的多层重叠网络结构。EPON 的主要特点有 a.消除了 ATM 和 SDH 层从而降低了设备成本和运行成本 b.与现有以太网的兼容 c.下行业务速率高达 1Gbit/s 按 64 个 ONU 计算返回的上行业务速率可超过 800Mbit/s d.由于硬件简单无须外场电子设备使安装部署工作得以简化
38、e.改进了电路的灵活指配和业务的提供和重配置能力 f.易于在 EPON 结构上开发更宽范围和更灵活的业务。2.7 EPON 的复用原理 2.7.1 EPON 上行复用技术 由于 EPON 是一个点对多点的结构,决定了 EPON 的上行必须支持多址接入。可以使用时分多址复用技术TDMA和波分多址复用技术WDMA。WDMA 的主要问题是虽然提供供 Gbit/s以上的带宽给每个 ONU但是波分复用沟光器件价格较高导致采用 WDMA 技术的 EPON 系统价格昂贵在当前来看不具有市场竞争力。受本文的范围所限不介绍 WDMA 技术。TDMA具有 N16 或者 32个 ONU 只需要一个 OLT 转发和单
39、一波长上行而且提供的带宽也能满足业务发展的需要。故得到一泛应用。EPON 上行 TDMA 复用原理如图 2.3 所示 图 2.3 EPON 上行复用技术 TDMA OLT 安排好各 ONU 允许发送上行信号的时候 OLT 发出时隙分配帧。ONT 根据时隙分配帧在 OLT 分配给它的时隙中发送自己的上行信号。这样 ONT 之间就可以共享 EPON 上行光纤了理工大学毕业设计 9 即多个 ONU 共享有限的仁行通道带宽 为提高上行带宽利用率 EPON 还提供了带宽分配机制。2.7.2 EPON 下行复用技术 和上行 TDMA 技术相对应的下行技术采用广播方式在下行方向上OLT 通过 1:N 的无源
40、分路器将 Ethernet 帧发送给每个 ONUN 通常为 4-64。这类似于共享媒质网络。EPON 的下行方向是.广播式的发送以太帧各个 ONU 根据各自的 LLIDLogical Link Identifier提取属于自己的数据信息。如图 2.4 所示。图 2.4 EPON TDMA 下行广播方式 2.8 EPON 的协议栈 图 2.5 描述了 EPON 系统的协议分层以及与 ISO/ICE OSI 参考模型之间的关系EPON 标准定义了多点控制协议MPCP、点对点仿真RS 子层扩展、OAM、PMD。理工大学毕业设计 10 图 2.5 IEEE802.3ah 中 EPON 的协议栈 各层功
41、能概述如下 OAM 层使用 OAM 协议数据单元管理、测试和诊断已激活 OAM 功能的链路 多点 MAC 控制使用 MPCP多点控制协议,实现点对多点的 MAC 控制 MAC实现对 Media 的控制 RSReconciliation Sublayer 调和子层调和多种数据链路层能够使用统一的物理层接口 PCSPhysical Code Sublayer 物理编码子层支持在点对多点物理介质中的突发模式+支持 FEC 算法 FECForward ErrorCorrection 前向纠错使用二进制运算例如 Galois 算法 附加一定的纠错码用于在接收端进行数据校验和纠错。PMAPhysical
42、Medium Attachment 物理媒质附加子层支持 P2MP 功能实现 PMD 的扩展 PMDPhysical Medium Dependent 物理媒质相关子层使用 1000BASE-PX 接口实现 PMD服务接口和 MDI 接口之间的数据收发功能。2.9 EPON 的帧结构 理工大学毕业设计 11 EPON 帧格式基本与 IEEE802.3 的以太数据帧格式兼容 在此基础上新增了 LLID(Logical Link Identifier 逻辑链路标记)用于在 OLT 上标识 ONU。8-bytes 6-bytes 6-bytes 2-bytes 46-1500 bytes 8-byt
43、es 图 2.6 EPON 的帧结构 EPON 系统使用多点控制协议Multi-Point Control Protocol.MPCP中的 REPORT 和GATE 控制消息在 PON 中进行请求和发送授权。这是最基本的在 PON 中控制数据传送的机制。更高层的功能使用它进行带宽分配、ONU 的同步和测距。接收 GATE 消息并反馈 REPORT 消息的实体我们称为逻辑链路。并且用逻辑链路标识符Logical Link Identifier.LLID来表示。LLID 是 EPON 系统分配给逻辑链接的一种数字标识。每一个逻辑链接都会分配到不同的LHD。在 EPON 系统中。LLID 是由网管通
44、过 OLT 分配的。OLT 可以通过 LLID 辨别帧是由哪个发来的或者通过修改帧中的 LHD 将帧转发到相应的 ONU 处。于是 我们就能够建立起 OLT 到 ONUONU 到 OLT 的通路。完成 OLT 与 ONU 之间以及 ONU 与 ONU 之间的通信。每个 ONU 的 LLID 的数目是可以通过设置选择的每个 LLID 可以支持一个或者多个队列收发用户的数据。在 IEEE 802.3 ah-2004 标准已经采用了一种非对称的模式即 REPORT 中包含一个 LLID中的多个队列的信息。而 GATE 集合了一个 LLID 包含的所有队列相关的上行带宽授权。很明显一个 ONU 所包含
45、 LLID 的数量对系统的性能有很大的影响。事实上这也是在设计 EPON 系统时的一个主要目标。OLT 连续广播发送下行信号时ONU 选择性接收。PON 的技术标准为 EPON 时EPON 根据LLID 来接受信号。EPON 下行为广播方式所有的 ONU 都能收到相同的数据但是通过 LLID来区分不同的业务的数据ONU 通过过滤来接受属于自己的数据。2.10 EPON 的对外接口 EPON 对外接口见表 2-2 55 55 SPD 55 55 LLID LLID CRC8 Preamble DA SA Length/Type Data/Pad FCS 理工大学毕业设计 12 表 2-2 EPO
46、N 对外接口列表 业务类型 网络侧 用户侧 IP 业务 GE 接口、10/100BASE-T(可选)、10GBASE-X(可选)GE(可选)CATV 业务 GE 接口、10/100BASE-T(可选)、10GBASE-X(可选)10/100BASE-T、GE(可选)数据专线 10/100BASE-T E1 接口(可选)E1 接口 语音 V5.2、H.248、MGCP 中的一种 Z、Za 2.11 PON 技术接入方式 2.11.1 FTTx 定义 FTTx 是对宽带光接入网的各种形态的一种统称。宽带光接入网中光纤可以是唯一的传输媒质或者为主干传输媒质。根据光纤所到达的物理位置不同FTTx 存在
47、多种应用类型,具体分类如图 2.7 所示 馈线光缆 配线光缆 入户线光缆 图 2.7 FTTx 示意图 1光纤到交接箱Fiber To The CabinetFTTCab 光纤到交接箱FTTCab是宽带光接入网的典型应用类型之一其特征是以光纤替换传统馈线电缆光终接设备或 ONU 部署在交接箱即 FP 处光终接设备或 ONU 下采用其他有线介质或无线方式接入到用户光终接设备或 ONU 离用户的距离在 0.5km-2km 范围内。说明光终接设备是指终结光信号向用户侧提供其他非光纤介质接口例如双绞线接口的设备主要指 DSLAM 设备、AG 设备。2光纤到楼宇分线盒Fiber To The Build
48、ing/CurbFTTB/C 光纤到楼宇/分线盒(FTTB/C)是宽带光接入网的典型应用类型之一其特征是以光纤替换用户引入点之前的铜线电缆 ONU 或光终接设备部署在传统的分线盒(用户引入点)即 DP(DP distribution 分配点)ONU 或光终接设备下采用其他有线介质或无线方式接入用户ONU 或光终接设备离用户的距离在 0.5km 以内。根据光缆到最终用户的距离不同光纤到楼宇FTTB可以分为光纤到楼头/楼边、光纤到楼层/单元两种类型。光纤到楼头/楼边是指光纤到达楼侧、楼旁路边距离最终用户距离在 0.5km 以内。中 心机房 交接箱 分线盒 最终用户 理工大学毕业设计 13 光纤到楼
49、层/单元则是指光纤延伸到了距离用户更近的楼层或单元内 距离最终用户距离在 0.1km 以内。3光纤到公司办公室(Fiber To The OfficeFTTO)光纤到公司/办公室(FTTO)是宽带光接入网的典型应用类型之一其特征是仅利用光纤传输媒质连接通信局端和公司或办公室用户的接入方式引入光纤由单个公司或办公室用户独享ONU/ONT 之后的设备或网络由用户管理。4光纤到家庭用户Fiber To The HomeFTTH 光纤到家庭用户FTTH是宽带光接入网的典型应用类型之一其特征是仅利用光纤传输媒质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。5光纤到村(Fiber To Th
50、e VillageFTTV)目前国内还出现了 FTTV(Fiber To The Village 光纤到村)的术语。FTTV 是指在进行农村信息化建设过程中光纤到达行政村有条件的区域到达自然村。其特征是以光纤替换传统主干铜缆光终接设备或 ONU 下采用现有铜双绞线或无线方式每个光终接设备或 ONU下支持一个行政村的用户数。FTTV 可以等效划归入 FTTCab 类型。我国各地农村发展不均衡业务需求不一FTTV 应用中主要差异在于宽带窄带业务比例的配置不同。2.11.2 FTTx 的典型建设模式 目前FTTx 存在以下五种典型建设模式 1 FTTH(PON)FTTH(PON)建设模式是指采用 P