寬帶接入網中兩種關鍵技術的比較研究畢業論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 特性 EPON 媒質的性質是共享媒質和點到點網絡的結合。在下行方向，擁有共享媒質的連接性，而在上行方向其行為特性就如同點到點網絡。 下行方向： olt 發出的以太網數據報經過一個 1:n 的無源光分路器或幾級分路器傳送到每一個 ONU。 N 的典型取值在 4～ 64 之間（由可用的光功率預算所限制）。這種行為特征與共享媒質網絡相同。在下行方向，因為以太網具有廣播特性，與 EPON 結構和匹配： OLT 廣播數據包，目的 ONU有選擇 的提取。 上行方向：由于無源光合路器的方向特性，任何一個 ONU 發出的數據包只能到達 OLT，而不能到達其他的 ONU。 EPON 在上行方向上的行為特點與點到點網絡相同。但是，不同于一個真正的點到點網絡，在 EPON中，所有的 ONU 都屬于同一個沖突域 ―― 來自不同的 ONU 的數據包如果同時傳輸依然可能會沖突。因此在上行方向， EPON 需要采用某種仲裁機制來避免數據沖突。 2． 2 EPON 的 協議 棧 ? OAM 層： 使用 OAM 協議數據單元，管理、測試和診斷已激活 OAM 功能的鏈路；定義了 EPON 各種告警事件和控制處理 ? 多點 MAC 控制： 使用 MPCP（多點控制協議），實現點對多點的 MAC 控制；實現在不同的 ONU 中分配上行資源、在網絡中發現和注冊 ONU、允許DBA 調度 ? MAC： 實現對 Media 的控制； ? RS： 調和子層，為 EPON 擴展了字節定義，調和多種數據鏈路層能夠使用統一的物理層接口； ? PCS： 物理編碼子層，支持在點對多點物理介質中的突發模式 ＋ 支持 FEC算法； ? FEC： 使用二進制運算（例如 Galois 算法），附加一定的糾錯碼用于在接收端進行數據校驗和糾錯； ? PMA： 物理媒質附加子層，支持 P2MP 功能，實現 PMD 的擴展； ? PMD： 物理媒質相關子層（使用 1000BASEPX 接口） PMD 子層定義了EPON 兼容器件的指標，實現 PMD 服務接口和 MDI 接口之間的數據收發功能。 圖 2－ 1 EPON 的協議棧 2． 3 EPON 的 主要技術特點 1． 多業務接入功能 EPON 主要由 3 個部分構成：光線路終端 (0LT)、光分配網 (0DN)和 光網絡單元 (0NU)。其中， OLT 位于局端， ONU 位于用戶端， ODN 由無源分 光器件 和光纖線路構成。 OLT 可提供各種廣域 網 接口 ，可與上連的 IP 網絡設備相連；可提供千兆以太網接口，并能提供 IP 網絡二、三層的交換與路由功能。 ONU 提供給用戶數據、視頻和電話網絡接口。目前多個廠家的設備已能提供給用戶以太網接口和 2M 接口等。 與基于 SDH 的接入方式相比， EPON 全程采用 IP 包的形式傳送，不需要進行協議轉換。在目前用戶業務以固定電話為主的應用情況下，對于 2M 電路接口，把 E1 電路業務數據封裝成標準的 IP 包，與承載數據業務的 IP 包統一在 EPON中傳輸，這也正是 EPON 的特色。由于 E1 over IP 不能完全保證 TDM 業務的 QoS要求， EPON 傳輸幀中除以 E1 以太網之間的適配封裝、 E1 信號同步定時外，還采用動態帶寬分配控制來加以保證。 2． 業務的 QoS 保障 影響傳統 TDM 業務在 EPON 中傳輸的主要性能指標是延時和丟幀率。無論 EPON 的上行信道還是下行信道都不會發生丟幀，因此， EPON 所要考慮的重點是保證面向連接業務的低延時。低延時通過 EPON 的 DBA 算法 和時隙劃分的 “低顆粒度 ”(Tin Granularity)來保障。 端到端的 QoS 支持可由現存的 IP 網 絡 中 如 虛 擬 局域網(VLAN)()、 IPVPN、多協議標簽交換 (MPLS)、支持業務等級區分等來實現，其中為不同服務質量要求的信號設置不同優先級，以保證信息包按預先設置的優先級傳遞。支持業務等級區分已被多數廠家應用于其 EPON產品中作為其 QoS 協議。技術實現方案是：在 EPON 的下行信道上， OLT 建立8 種業務隊列，不同的隊列采用不同的轉發方式；在上行信道上， ONU 建立 8種業務端口隊列，既要區分業務又要區分不同用戶的服務等級 。 3． 網絡和信息的安全 EPON 中 OLT 至 ONU 的傳輸 是以廣播方式傳遞的，每個 ONU 能接收到所有的下行數據。 標準中為每個連接設定 LLID 邏輯鏈路標識，每個 ONU只能接收帶有屬于自己的 LLID 的數據包，其余的數據包丟棄不再轉發。因為標準的以太網幀中用戶可以不管 LLID 而獲取非本 ONU 的信息，信息的保密性受到威脅。為保證每個 ONU 數據的保密性，需要在下行方向對每個 ONU 的數據進行加密算法；而 ONU 至 OLT 是 TDMA 方式共享以太網通道，上行方向同樣 也存在非法的用戶通過數據通道偽造以太幀來進行破壞，為了保證系統的安全性，需要對 MAC 控制幀和 OAM 幀進行加 密。目前生產廠家以 128 位 AES 加密技術或 ACL 功能或攪動加密來增強網絡安全性。 2． 4 EPON 在 HFC 中的應用 圖 2－ 2 EPON 在 HFC 的應用 一般在 HFC 網絡中 ,光發射機選擇 1310nm 或者 1550nm。要采用 EPON技術在同一光纖網絡中傳輸數據、圖像，乃至聲音， HFC 必須選用 1550nm波長。通過 波分復用（ WDM）的方式與 EPON 的 OLT 合成于一根光纖。經過分路，光纖傳輸送到 ONU 前的解波分復用，還原成 1550nm信號給 CATV光接收機，其他信號接到 ONU，完成寬帶數據和聲音的傳輸。 由于 HFC 網絡采用星型結構，此結構與 EPON 十分相似；因此，在 HFC網絡中采用 EPON，只需在原來的光纖網絡上做簡單的配置，可在較短時間內完成網絡的疊加。同時 HFC 基本上采用 FC/APC 連接器，反射損耗大于60dB；而 EPON 網絡對光的反射比較敏感，一般要求 APC 連接器。 三個波長 EPON 中也可以采用 DWDM 設計。這種 設計采用光纖中 1490nm下行、 1310nm 上行。 1550nm 窗口（ 1530nm 到 1565nm）允許 DWDM 信道在 PON 中透明傳輸，增加 VOD、數字視頻和帶寬等功能。 EPON 采用以太網幀結構、點到多點結構、無源光纖傳輸方式，極大地簡化了網絡結構。 HFC 目前是最經濟的 CATV 信號傳輸接入方式，它的光網絡結構與 EPON 十分相似。 EPON 技術和 HFC 技術的結合，無疑給廣電網絡建設者在原有網絡基礎上擴展新的寬帶數據接入功能、迅速占領寬帶接入市場提供了機會。 第三 章 GPON 3． 1GPON 的簡介 1． 什么是 GPON GPON（ GigabitCapablePassiveOpticalNetwork，千兆無源光網絡）技術是無源光網絡（ PON）家族中一個重要的技術分支，其它類似技術包括APON/BPON 和 EPON 技術等。 GPON 是當前和未來 2 到 3 年內最受關注的光接入技術之一。 GPON 的概念最早由 FSAN（ FullServiceAccessNetwork，全業務接入網聯盟）在 20xx 年提出，在此之前， FSAN/ITU 還提出并標準化了 APON/BPON技術（ ITUT 系列標準）， IEEE 也已經開始 EPON 技術的標準化工作并很快于 20xx 年正式發布 IEEE ，這標志著 EPON 技術標準化工作的完成。FSAN/ITU推出 GPON 技術的最大原因是由于網絡 IP 化進程加速和 ATM 技術的逐步萎縮導致之前基于 ATM 技術的 APON/BPON 技術在商用化和實用化方面嚴重受阻，迫切需要一種高傳輸速率、適宜 IP 業務承載同時具有綜合業務接入能力的光接入技術出現。在這樣的背景下， FSAN/ITU 以 APON 標準為基本框架，重新設計了新的物理層傳輸速率和 TC 層，推出了新的 GPON 技術和標 準。 2． GPON 的系統構成 和其它 PON 技術類似， GPON 也是一種采用點到多點拓撲結構的無源光接入技術，由局側的 OLT（ OpticalLineTerminal，光線路終端）、用戶側的 ONU（ OpticalNetwork Unit，光網絡單元）以及 ODN（ Optical Distribution Network，光分配網絡）組成。所謂 “無源 ”，是指 ODN 中不含有任何有源電子器件及電子電源，全部由光纖和光分 /合路器（ Splitter）等無源光器件組成，沒有昂貴的有源電子設備。 GPON 在下行方向（ OLT 到 ONU）采用 TDM 廣播方式、上行方向（ ONU到 OLT）采用 TDMA（時分多址接入）方式，可以靈活地組成樹型、星型、總線型等拓撲結構，其中典型結構為樹形結構。 GPON 系統要求 OLT 和 ONU 之間 的光傳輸系統使用符合 標準的單模光纖，上下行一般采用波分復用技術實現單纖雙向的上下行傳輸，上行使用 1260nm～ 1360nm 波長，下行使用1480nm～ 1500nm 波長。此外， GPON 系統還可以采用第三波長方式（ 1540nm～1560nm 波長）實現 CATV 業務的承載。 GPON 系統的 ONU/ONT（ ONT 是用于 FTTH 并具有用戶端口功能的 ONU）可放置在交接箱、樓宇 /分線盒、公司 /辦公室和家庭等不同的位置，形成 FTTCab（光纖到交接箱）、 FTTB/C（光纖到樓宇 /分線盒）、 FTTO（光纖到辦公室）和FTTH（光纖到家庭用戶）等不同的網絡結構。 圖 3－ 1 GPON 的協議棧 3． 2GPON 技術 GPON 的特點 ： (1)前所未有的高帶寬。 GPON 速率高達 ／ s，能提供足夠大的帶寬以滿足未來網絡日益增長的對高帶寬的需求，同時非對稱特性更能適