摘要：分析了EPON工作原理、接入網(wǎng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成，對(duì)EPON系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)帶寬分配網(wǎng)絡(luò)模型和流程進(jìn)行等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，提出了一種基于評(píng)估的動(dòng)態(tài)帶寬分配方案，設(shè)計(jì)了一種新型的EPON接入系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了多業(yè)務(wù)、高帶寬的新一代接入網(wǎng)平臺(tái)。

　　關(guān)鍵詞：EPON,光纖,寬帶接入網(wǎng)

　　0 引言

　　隨著Internet的訊猛發(fā)展，各大電信主干網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)張十分迅速，主干網(wǎng)的傳輸速度已經(jīng)達(dá)到了高速傳輸?shù)囊�求，但接入網(wǎng)方面確沒有太大的變化，各種“寬帶”接入方案實(shí)際是仍然是ADSL和Cable Model網(wǎng)絡(luò)，這些技術(shù)與56kbps的撥號(hào)上網(wǎng)相比雖然有了很大的進(jìn)步，但對(duì)于VOD、視頻會(huì)議、互動(dòng)游戲等網(wǎng)絡(luò)新功能來說，還不足以提供足夠的帶寬，用戶需要一種集成語(yǔ)音、圖像服務(wù)等多功能的接入網(wǎng)方案，以解決接入網(wǎng)這一“瓶頸”問題，而光纖傳輸技術(shù)是一種簡(jiǎn)單實(shí)用的方案，本文提出的EPON(Ethernet Passive Optical Network)集成了低成本以太網(wǎng)設(shè)備和光纖基礎(chǔ)設(shè)施的特點(diǎn)，成為了下一代寬帶接入網(wǎng)的首選方案。

　　1 接入網(wǎng)與EPON技術(shù)

　　實(shí)際上接入網(wǎng)技術(shù)可以分為有線和無線接入兩大類，本文只討論有線接入中的光纖接入技術(shù)在以太網(wǎng)的應(yīng)用，目前以太網(wǎng)有著十分巨大的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)和長(zhǎng)期的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，他已經(jīng)作為用戶寬帶接入的主要手段，其性價(jià)比高、可擴(kuò)展性好，與現(xiàn)有的操作系統(tǒng)應(yīng)用兼容，可靠性好。而基于SDH或PDH的有源光纖接入網(wǎng)(AON, Active Optical Network)有點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、自愈環(huán)和星形等多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，無論哪一種結(jié)構(gòu)，其技術(shù)都相當(dāng)成熟，運(yùn)營(yíng)者已考慮在接入網(wǎng)引入2.5Gbit/s系統(tǒng)。

　　在接入網(wǎng)中應(yīng)用SDH的優(yōu)點(diǎn)主要有三個(gè)方面: (1)對(duì)于Qos要求高的大企業(yè)用戶，SDH可提供理想的網(wǎng)絡(luò)性能和業(yè)務(wù)可靠性; (2)可以以增加傳輸帶寬、改進(jìn)網(wǎng)管能力、簡(jiǎn)化維護(hù)工作和降低運(yùn)行成本: (3)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商可以借助SDH的靈活性更快更有效地提供用戶所需的長(zhǎng)期和短期的業(yè)務(wù)與組網(wǎng)需要。

　　IEEE于2000年底成立了EFM工作組，試圖引入一種新的接入標(biāo)準(zhǔn)-EPON(即Ethernet over PON)。它是利用PON的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)的接入。EPON就是Ethemet PON，對(duì)于IP業(yè)務(wù)，OLT與ONU之間的鏈路層彩以太技術(shù)，通過在TDM時(shí)隙里的映射、封裝進(jìn)行相互通信，采用點(diǎn)到多點(diǎn)結(jié)構(gòu)、無源光纖傳輸方式，上下行可以達(dá)到對(duì)稱的1.25Gb/s，下行速率可以達(dá)到10 Gb/s，另外還提供一定的運(yùn)行維護(hù)和管理(OAM)功能，其最大的優(yōu)點(diǎn)是極大地簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)的多層重疊網(wǎng)結(jié)構(gòu)，硬件簡(jiǎn)單，無需室外設(shè)備，大量采用以太網(wǎng)的芯片技術(shù)，初始和運(yùn)行成本都比較低，而且EPON還提供多層安全機(jī)制，如虛擬局域網(wǎng)VLAN(Virtual Local Access Network)、閉合用戶群和支持虛擬個(gè)人網(wǎng)絡(luò)VPN(Virtual Private Network)

　　2 EPON系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

　　本文設(shè)計(jì)的接入系統(tǒng)是一種基于Ethernet-PON技術(shù)為核心的寬帶接入系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。由圖可見，EPON系統(tǒng)由OLT, POS、多個(gè)ONU和網(wǎng)元管理系統(tǒng)組成。OLT在業(yè)務(wù)側(cè)提供業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)接口，在EPON側(cè)提供接入線路接口(ALI)。OLT把ALI來的輸入信號(hào)經(jīng)OLT內(nèi)部的交叉連接，傳送到目的地SNI，反之，它把從SNI來的輸入信號(hào)也經(jīng)OLT內(nèi)部的交叉連接傳送到目的地ALI. ONU在用戶側(cè)提供用戶網(wǎng)絡(luò)接口((UNI)，在EPON側(cè)提供線路接口，并經(jīng)ODN連接到OLT. ODN由光纖和POS組成。網(wǎng)元管理系統(tǒng)也可以管理OLT和多個(gè)ONU. OLT和來自業(yè)務(wù)源的電話、數(shù)據(jù)和視頻信號(hào)相連，接收相應(yīng)的信號(hào)，并選擇相應(yīng)的通路傳送給其目的的ONU;與此同時(shí)，收集來自不同ONU的信號(hào)，交叉連接到相應(yīng)的業(yè)務(wù)源。下行傳送采用TDM方式，上行接入使用TDMA方式。

　　2.2 EPON拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　EPON將套用PON的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以有單星型、多星型(樹型)、總線型和環(huán)型四種，相應(yīng)的EPON也可以沿用這幾種結(jié)構(gòu)，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選擇主要考慮用戶和分布拓?fù)洌琌LT和ONU的距離和光纖容量等因素，但在實(shí)際實(shí)施工程中，上述任何一種結(jié)構(gòu)都不能完全適用于所有的實(shí)際情況，不僅要考慮設(shè)備的配置地點(diǎn)，而且還要充分考慮用戶的分布及客觀條件，基于以上原因，本系統(tǒng)中的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)暫不于固定，可以根據(jù)具體施工現(xiàn)場(chǎng)情況再確定。

　　2.3 EPON網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)配件選擇

　　EPON主要的配件包括光纖、光纖分配器和耦合器、光放器以及光纖連接器和接頭。目前市面上已經(jīng)有許多可以直接應(yīng)用于EPON系統(tǒng)上的產(chǎn)品，如OLT、ONU等，一般OLT產(chǎn)品應(yīng)遵循IEEE802.3al標(biāo)準(zhǔn)，最好達(dá)到電信級(jí)通信設(shè)備產(chǎn)品要求。

　　3 EPON的技術(shù)要點(diǎn)及解決方案

　　動(dòng)態(tài)帶寬分配是EPON系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，可以改進(jìn)系統(tǒng)時(shí)延和以太網(wǎng)幀丟失率等，其分配算法就是實(shí)時(shí)地改變EPON的各ONU上行帶寬機(jī)制，控制調(diào)度多個(gè)ONU的接入，以實(shí)現(xiàn)高效的帶寬分配。

　　3.1 動(dòng)態(tài)帶寬分配網(wǎng)絡(luò)模型

　　設(shè)計(jì)如下EPON網(wǎng)絡(luò)模型：設(shè)定EPON網(wǎng)絡(luò)為1個(gè)OLT, i個(gè)POS, i個(gè)ONU，其中i∈[1, N], N是ONU的個(gè)數(shù)。EPON網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

　　為了便于后面的計(jì)算，先定義如下參數(shù):

　　Li (n)—在n周期ONUi的隊(duì)列長(zhǎng)度

　　Ai (n)—在[n, n+l]周期ONUi的收到的數(shù)據(jù)包大小

　　Wi(n)—在n周期由OLT所分配的帶寬大小

　　maxWi—ONUi的最大授權(quán)帶寬大小

　　Ti(n)—在n周期ONUi的實(shí)際可傳送的數(shù)據(jù)包大小

　　Bi(n) —ONUi待傳遞的數(shù)據(jù)包大小

　　由上可知Ti (n) =min [W, (n)，B, (n-1)]

　　Li (n+l)=Li (n) +Ai (n)-Ti (n+1)

　　Bi (n-1)=Li (n-1) +Ai (n-1)

　　令Di (n) =Wi (n)-Bi(n-1)

　　若假定可以用Di (n)來評(píng)估n+l周期ONUi的分配大小，則

　　Wi (n+1) =Wi (n) -αDi (n) 其中α為增益控制系數(shù)，

　　模型分析結(jié)論如下：

　　若Wi(n) > Bi(n-1)時(shí)，Di >0, Wi (n+l)減少

　　若Wi (n) < Bi(n-1)時(shí)，Di (n) < 0, Wi (n+1)增加

　　若Wi (n) =Bi (n-1)時(shí)，Di (n) =0

　　3.2 帶寬實(shí)際分配流程

　　EPON有N個(gè)ONU，假定Di (n)=0, Wi(n)=maxWi， i∈[1, N]實(shí)際分配流程如下：

　　1.OLT首先保存每個(gè)ONU的Di和往返時(shí)間RTT。在n周期，OLT傳送一授權(quán)信息給ONU,，允許其傳送Wi (n)。

　　2.ONUi收到授權(quán)信息后，傳送OLT所允許大小的數(shù)據(jù)Ti (n)，在傳送包的尾部，ONU產(chǎn)生問詢信息，該問詢信息包含Di (n)信息。

　　3.在OLT收到來自O(shè)NUi的傳送包之前，OLT以IPACT(即Interleaved Pollingwith Adaptive Cycl Time，自適應(yīng)周期時(shí)間的交織輪詢)授權(quán)幀形式傳送信息給下一個(gè)ONU。

　　4.OLT收到ONUi的數(shù)據(jù)包之后。OLT提取信息Di (n)，同時(shí)更新問詢表中下周期的帶寬分配大小，在此Wi (n+l)=Wi (n)一αDi (n)

　　5.同以上步驟類似，OLT傳送授權(quán)信息給ONUi+2，允許其傳送Wi+2 (n)，在來自O(shè)NUi+1的包到達(dá)之后，OLT與提取Di+1(n)，之后更新問詢表中登記項(xiàng)。

　　通過以上理論分析表明，基于評(píng)估的動(dòng)態(tài)帶寬分配算法具有帶寬利用率高，傳送延遲低等特點(diǎn)。而且通過改變參數(shù)α的大小可以方便地給用戶分配保證帶寬，從而可適應(yīng)不同用戶的需求。

　　4 結(jié)論

　　EPON因其具有成本低、帶寬高和與現(xiàn)有以太網(wǎng)兼容等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)而具有美好的發(fā)展前景，是FTTC, FTTB, FTTH的首選接入技術(shù)。本設(shè)計(jì)中的EPON系統(tǒng)可以有效地解決帶寬丟失率與延遲率低的問題，實(shí)現(xiàn)一種基于EPON的新一代多業(yè)務(wù)、高帶寬接入網(wǎng)平臺(tái)。

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