基于epon的ftth寬帶光接入網設計——本科畢業設計論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 ON 具有較大的成本及性能優勢。首先 :EPON 提供了多業務支持 可以提供數據、租用線、電話、 IPTV 和 CATV 等多種典型業務。其次 :EPON 保持了以太網適應通信網 IP 化發展的優勢 :還能通過TDM over IP 技術兼容傳統的電信網 :較好的支持 TDM 業務。最后 :在傳送效率、傳送距離和傳送速率方面都有很高的性能指標。 吉比特 PON (GPON) 20xx 年 ， 在 IEEE 積極制定標準的同時 ， 全業務接入網絡 ,FSAN,組織開始發起制定速率超過 1Gbit/s 的 PON 網絡標準 GPON。隨后 ， ITUT 也介入到這一新標準的制定工作中來 ， 并于 20xx 年 1 月通過兩個有關 GPON 的新標準 和,速率提高到 ,。按 照這一標準的規定 ， GPON 可以提供的。傳輸距離至少達到 20km， 具有高速高效傳輸的特點。而且 ， GPON 還在傳輸匯聚層采用了一個全新的標準 GFP，這是一種可以透明高效地將各種數據信號封裝進現有網絡的、開放的、通用的標準信號適配映射技術 ， 可以適應任何用戶信號格式和任何傳輸網絡制式 ， 全面體現了業務提供商對業務提供的靈活要求 ， 而 BPON 和 EPON 對每種特定業務都需要提供特定的適配方法。由于采用 GFP 映射 ， GPON 的傳輸匯聚層本質上是同步的 ，并使用 SDH 標準的 125us 幀，因而使得 GPON 可以直接支持 TDM 業務。 幾種 PON 接入技術的比較 APON 技術的核心部分采用 ATM 技術。利用 ATM 的集中和統計復用特性 ,提供從窄帶到寬帶等各種業務 ,不僅支持可變速率業務 ,也支持時延要求較小的業務 ,具有支持多業務多比特率的能力。 APON 的對稱速率 ()和非對稱速率 (下行 ,上行 )。傳輸距離最大 20km,支持的光分路比在 3264 之間。 APON 技術具備綜合業務接入、 Qos 服務質量保證等獨有的特點 ,由于標準 化時間較早 ,己有成熟商用化產品等等優點。當然 APON 技術也存在利用 ATM 信元造成的傳輸效率較低帶寬受限、系統相對復雜、價格較貴需要進行協議之間的轉換等缺點。 EPON 和 GPON 的基本差別就是標準化 ,前者往往指非標設備 ,后者指符合 規范的設備技術的核心部分采用以太網技術。在 EPON/GEPON 中 ,根據 以太網協議 ,傳送的是可變長度的數據包。由于以太網適合攜帶 IP業務 ,與 APON 相比 ,極大地減少了傳輸開銷。 EPON/GEPON 能夠提供高達 1Gbit/s的上下行帶寬。傳輸距 離最大 1020km。支持的光分路比大于 16。 EPON 融合了PON 和以太網的優點 ,系統結構更簡化 ,標準寬松 ,成本更低。 1Gbit/s 的高速寬帶且易于升級。與現有的以太網兼容 ,無需協議轉換 :具有同時傳輸 TDM、 IP 數據和視頻廣播的能力等優點。隨著多協議標簽交換 (MPLS)等新的 IP 服務質量 (Qos)技術的采用 ,也可提供一定的 Qos 保證。 EPON/GEPON 技術目前仍難以支持實時業務的服務質量 ,在安全性、可靠性等方面與電信級的服務相比仍有差距。 GPON 技術針對 1Gbit/s 以上的 PON 標準 ,除了對更高速率 的支持外 ,還是一種更佳、支持全業務、效率更高的解決方案。引入通用成幀協議 (GFP),能將任何類型和任何速率的業務進行原有格式封裝后經由 PON 傳輸 ,而且 GFP 幀頭包含幀長度指示字節 ,可用于可變長度數據包的傳遞 ,大大提高了傳輸效率。因此能更簡單、通用、高效地支持全業務。 GPON 提供 和 和所有標準的上行速率。傳輸距離可達 20KM(邏輯 60KM)。支持的光分路比在64128 之間。與 EPON 力求簡單的原則相比 ,GPON 更注重多業務和 Qos 保證 :能夠簡單、通用、高效的透明傳送各 種業務 ,具有前所未有的高比特率、高帶寬 :非對稱特性更能適應未來的 FTTH 寬帶市場 ,傳輸距離更遠、覆蓋范圍更廣。但是標準復雜且開發較晚 ,技術尚不成熟 ,其成本相對 EPON 仍顯較高 ,目前未到達商品化階段 。 PON 的應用環境與發展趨勢 PON 的應用環境 APON 適用于對帶寬要求不高、對業務質量要求高或者需要運行混合業務的企事業單位的接入。 EPON 主要面向對帶寬要求高、對業務質量和網絡安個要求不是太高、對成本敏感的以太網業務為主的中小型企事業單位的接入 ,如果成本進一步下降 ,也將作為 FTTH的主要手段直接面向高端個人用戶 .GPON適合于少數對帶寬要求高、需要提供電信級服務質量 ,且成本不敏感的多業務需求的企事業單位的接入 PON 的發展趨勢 APON 適用于對帶寬要求不高、對業務質量要求高或者需要運行混合業務的企事業 單位的接入。 EPON 主要面向對帶寬要求高、對業務質量和網絡安個要求不是太高、對成本敏感的以太網業務為主的中小型企事業單位的接入 ,如果成本進一步下降 ,也將作為 FTTH 的主要手段直接面向高端個人用戶。 GPON 適合于少數對帶寬要求高、需要提供電信級服務質量 ,且成本不敏感的多業務需求的企事業單位的接入。 EPON 的參考結構 EPON 系統由局側的光線路終端 (OLT)、用戶側的光網絡單元 (ONU)和光分配網絡 (ODN)組成 ,為單纖雙向系統。 ODN 在 OLT 和 ONU 間提供光通道。 OLT 作為 EPON 的核心 ,OLT 主要實現以下功能 : a. 向 OUN 以廣播方式發送以太網數據 b. 起并控制測趾過程 ,并記錄測距信 c. 發起并控制 ONU 功率控制 d. 為 ONU 分配帶寬 ,即控制 ONU 發送數據的起始時間和發送窗口大小 e. .其它相關的以太網功能 ONU/ONT 為用戶提供接入的功 能 : a. 選擇接收 OLT 發送的一播數據 b. 響應 OLT 發出的測距及功率控月命令 ,并作相應的調整 c. 對用戶的以太網數據進行緩存 ,并在 OLT 分配的發送窗巾掃向上行方向發送 d. 其它相關的以太網功能 ODN 在 OLT 和 ONU 間提供光通道。 ODN 的無源光網絡可以是一個或多個光分路器的級聯 : a. EPON 是點到多點的光纖傳輸系統 b. 在單模光纖上 ,以 1000Mbps 速率 ,分路比為 1:32,傳輸距離達到 10km c. 在單模光纖上 )以 1000Mbps 速率 )分路比為 1:16)傳輸距離達到 20km d. 符合 ITUT 要求的單模光纖 e. 上行應使用 1260nm1360nm 波長 f. 下行應使用 1480nm1500nm 波長 g. .使用 1540nm1560nm 波長實現 .CATV 業務 (可選 ) 從 EPON 的結構上看 )其關鍵優點是消除了復雜而昂貴的 ATM 和 SDH 網元 )從而極大地簡化了傳統的多層重疊網絡結構。 EPON 的主要特點有 : a. 消除了 ATM 和 SDH 層 )從而降低了設備成本和運行成本 b. 與現有以太網的兼容 c. 下行業務速率高達 1Gbit/s)按 64 個 ONU 計算返回的上行業務速率可超過 800Mbit/s d. 由于硬件簡單 )無須外場電子設備 )使安裝部署工作得以簡化 e. 改進 了電路的靈活指配和業務的提供和重配置能力 f. 易于在 EPON 結構上開發更寬范圍和更靈活的業務 EPON 的復用原理 EPON 上行復用技術 由于 EPON是一個點對多點的結構 ,決定了 EPON的上行必須支持多址接入?？梢允褂脮r分多址復用技術 (TDMA)和波分多址復用技術 (WDMA)。 WDMA 的主要問題是 :雖然提供供 Gbit/s 以上的帶寬給每個 ONU,但是波分復用溝光器件價格較高 ,導致采用 WDMA 技術的 EPON 系統價格昂貴 ,在當前來看 ,不具有市場競爭力。受本文的范圍所限 ,不介紹 WDMA 技術。 TDMA 具有 N(16 或者 32)個 ONU 只需要一個 OLT 轉發和單一波長上行 )而且提供的帶寬也能滿足業務發展的需要。故得到一泛應用。 EPON 上行 TDMA 復用原理如圖 所示 OLT 安排好各 ONU 允許發送上行信號的時候 ,OLT 發出時隙分配幀。 ONT 根據時隙分配幀 ,在 OLT 分配給它的時隙中發送自己的上行信號。這樣 ,ONT 之間就可以共享 EPON 上行光纖了 . 即多個 ONU 共享有限的仁行通道帶寬 ， 為提高上行帶寬利用率 ,EPON 還提供了帶寬分配機制。 EPON 下行復用技術 和上行 TDMA 技術相對應的下行技術 采用廣播方式 :在下行方向上 OLT 通過 1:N 的無源分路器將 Ether 幀發送給每個 ONU N 通常為 464。這類似于共享媒質網絡。 EPON 的下行方向是 .廣播式的發送以太幀 各個 ONU 根據自的LLID(Logical Link Identifier)提取屬于自己的數據信息。如圖 所示 EPON 的協議棧 圖 描述了 EPON 系統的協議分層以及與 ISO/ICE OSI 參考模型之間的關系 EPON 標準定義了多點控制協議 (MPCP)、點對點仿真 (RS 子層擴展 )、 OAM、 PMD 各層功能概述如 下 : 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 多點 MAC 控制 ,使用 MPCP(多點控制協議 ),實現點對多點的 MAC 控制 MAC,實現對 Media 的控制 RS,Reconciliation Sublayer 調和子層 調和多種數據鏈路層能夠使用統一的物理層接口 . PCS:Physical Code Sublayer 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:Forward ErrorCorrection 前向糾錯 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:Physical Medium Attachment 物理媒質附加子層 ,支持 P2MP 功能 實現PMD 的擴展 PMD:Physical Medium Dependent 物理媒質相關子層 (使用 1000BASEPX 接口 )實現 PMD 服務接口和 MDI 接口之間的數據收發功能 EPON 的幀結構 EPON 幀格式基本與 的以太數據幀格式兼容 在此基礎上新增了LLID( Logical Link Identifier 邏輯鏈路標記 ),用于在 OLT 上標識 ONU EPON 系統使用多點控制協議 (MultiPoint Control )中的REPORT 和 GATE 控制消息在 PON 中進行請求和發送授權。這是最基本的在 PON 中控制數據傳送的機制。更高層的功能使用它進行帶寬分配、 ONU 的同步和測距。接收 GATE 消息并反饋 REPORT 消息的實體我們稱為邏輯鏈路。并且用邏輯鏈路標識符 (Logical Link )來表示 LLID 是 EPON 系統分配給邏輯鏈接的一種數字標識。每一個邏輯鏈接都會分配到不同的 LHD。在 EPON 系統中。 LLID 是由網管通過 OLT 分配的。 OLT 可以通過 LLID 辨別幀是由哪個發來的或者通過修改幀中的 LHD 將幀轉發到相應的 ONU處。于是 ,我們就能夠建立起 OLT 到 ONU,ONU 到 OLT 的通路。完成 OLT 與 ONU 之間以及 ONU 與 ONU 之間的通信。每個 ONU 的 LLID 的數目是可以通過設置選擇的每個 LLID 可以支持一個或者多個隊列收發用戶的數據。 在 IEEE ah20xx 標準已經采用了一種非對稱的模式 ,即 REPORT 中包含一個 LLID 中的多個隊列的信息。而 GATE 集合了一個 LLID 包 含的所有隊列相關的上行帶寬授權。很明顯一個 ONU 所包含 LLID 的數量對系統的性能有很大的影響。事實上這也是在設計 EPON 系統時的一個主要目標