GPON宽带接入设备的应用研究论文

GPON宽带接入设备的应用研究论文 南京邮电大学通达学院 毕 业 设 计(论 文) 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 目: GPON宽带接入设备的研究 专 业: 通信工程 学生姓名: 班级学号: 指导教师: 指导单位: 通信与信息工程学院 日期:2009年11月16日 至2010年6月11日 摘 要 GPON(Gigabit-Capable PON) 千兆无源光网络，无源光网络技术是基于ITU-TG.984.x 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 的最新一代宽带无源光网络接入标准，具有高带宽，高效率，大覆盖范围，用户接口丰富等众多优点，被大多数运营商视为实现接入网业务宽带化，综合化改造的理想技术。 本课题通过搭建GPON小型宽带接入网试验，对目前主流的GPON宽带接入技术进行研究，对目前国内主流的GPON产家的设备网络质量，业务提供能力等方面进行分析比较。对GPON的行业形势进行分析，对各个厂家的GPON设备各方面的性能进行分析。经过各个方面的分析，GPON的大宽带、高业务、强功能等优势使之成为将来光纤通信的重要技术。 关键词:宽带接入;无源光网络;以太无源光网络;千兆无源光网络;千兆无源光网络的封装方法 ABSTRACT GPON (Gigabit-Capable PON) gigabit passive optical network, passive optical network technology is based on standard ITU-TG.984.x the latest generation of broadband passive optical network access standards, with high bandwidth, high efficiency, large covered scope, rich user interface and many other advantages achieved by most operators as a broadband access network business, integrated technology transformation of the ideal. The issue of broadband by small-scale structures GPON access network test, the current mainstream research GPON broadband access technology, on the domestic mainstream GPON network equipment manufacturers have the quality of service provision capability aspects are analyzed. The situation on the GPON industry analysis, on a production home GPON equipment to conduct all aspects of performance, were analyzed. The big broadband, high GPON business, strong function advantage has become an important technology in the future of the optical fiber communication. Keywords: Big band access; passive Optical network; Ethernet passive Optical network; Gigabit-Capable PON; GPON Encapsulation Method 目 录 第一章 概述 ................................................. 1 1.1课题背景 .............................................................................................................1 1.2宽带接入技术 .....................................................................................................1 1.3中国宽带接入市场的简介 ..................................................................................6 第二章 PON技术的综合比较 .................................................................. 7 2.1 P0N技术的发展和技术现状 .............................................................................7 2.2 PON技术的简介 ................................................................................................9 2.2.1APON和BPON技术 ................................................................................9 2.2.2EPON技术 .............................................................................................. 10 2.2.3GPON技术 .............................................................................................. 13 2.3各种P0N技术的比较 ...................................................................................... 14 第三章 GPON的关键技术研究 ............................................................... 17 3.1 GPON 的产生 .................................................................................................. 17 3.2 GPON 技术简介 .............................................................................................. 17 3.2.1 GPON 系统结构 .................................................................................... 17 3.2.2 GPON 协议栈 ........................................................................................ 18 3.2.3 GPON 封装方法, GEM ...................................................................... 18 3.2.4 GPON 的传输汇聚子层( GTC ) ..................................................... 19 3.3 GPON 的 帧结构 ............................................................................................ 19 3.3.1 GPON下行帧结构 ................................................................................. 20 3.3.2GPON上行帧结构 .................................................................................. 21 3.4. GPON 的技术优势 ......................................................................................... 21 3.5小结 .................................................................................................................. 21 第四章 GPON与EPON若干技术的比较 ............................................... 23 4.1 GPON与EPON的比较 ................................................................................... 23 4.1.1GPON与EPON的主要技术 .................................................................. 24 4.1.2 GPON与EPON的业务协议 ................................................................. 26 4.1.3GPON与EPON的FTTH协议模型 ....................................................... 26 4.2 GPON与EPON关键技术比较研究的意义 .................................................... 28 第五章 GPON的未来行业形势的发展.................................................. 29 5.1 GPON成争夺商务利器 ................................................................................... 29 5.2 GPON设备介绍 ............................................................................................... 29 5.3各通信厂家GPON的分析 .............................................................................. 31 结束语 ........................................................................................................ 33 致 谢 ........................................................................................................ 34 参考文献 .................................................................................................... 35 南京邮电大学通达学院2010届本科生毕业设计(论文) 第一章 概述 1.1 课题背景 随着Internet的迅猛发展，人们对远程教学、远程医疗、视频会议等多媒体应用的需求大幅度增加，电子商务更是网络应用的典型热点。 同时，人们对网络带宽及速率也提出了更高的要求，促使网络由低速向高速、由共享到交换、由窄带向宽带方向迅速发展。 计算机网络技术可以说是当前业界最为热门的技术之一，我们可以把网络划分为两个部分:骨干网和接入网。接入网即是终端用户和骨干网络之间的连接部分。随着骨干网速度的快速提升，各种宽带接入技术开始涌现。从发展来看，光纤接入，特别是宽带光接入辅助无线接入手段将占主导地位。 目前，对于骨干网来讲，各种宽带组网技术已经或正在迅速发展中日趋成熟和完善，建立全光骨干网络已被提到日程上来，可以说骨干网络已经为承载各种宽带业务作好了准备。但是通信网与用户之间的接入网发展相对滞后，大部分用户还是通过基于电路交换的、窄带的、模拟化的接入网络进行信息传输和交换，接入网技术已成为制约通信发展的瓶颈。 为了适应新的形势和需要，出现了多种宽带接入网技术。但从发展来看，光纤接入，特别是宽带光接入辅助无线接入手段将占主导地位。 自从1987年英国电信公司的研究人员提出了无源光网络(PON)的概念开始，接入网技术从此进人了一片新的天地，尤其是在1995年FSAN联盟定义一个通用的标准后，不少设备制造商投资开发PON相关产品，运营商积极关注PON的应用。因此，PON得到了极大的发展，业界公认PON代表了未来接入网的发展方向。在时间上PON先后出现了ATM无源光网络(APON)、以太网无源光网络(EPON)、吉比特无源光网络(Gigabit PON)三种技术。 最早的代表技术APON由于承载协议复杂、业务效率不高等原因在无源接人网的应用前景中并不乐观;基于以太网的EPON依靠较为成熟的技术、产品和较低的成本等优势在目前的市场中是个宠儿，但是EPON采用SB/IOB线路编码，其宽带损耗大，效率低。另外它主要支持以太网业务，承载时延敏感的话音服务时会引起QOS问题。GPON作为新一代无源光网络接入技术，从一开始就综合考虑了PON的应用和要求，在传送多业务时对提供高比特率和高效率有明确的保证，同时提供可靠的QOS机制和简便的管理功能。GPON倍受运营商的关注和青睐，很多人认可GPON将会是最后一公里接入技术的佼佼者。 1.2 宽带接入技术 目前，对于骨干网来讲，各种宽带组网技术已经或正在迅速发展中日臻成熟和完善，建立全光骨干网络已被提到日程上来，可以说骨干网络已经为承载各种宽带业务作好了 南京邮电大学通达学院2010届本科生毕业设计(论文) 准备(如图1-1)。但是通信网与用户之间的接入网发展相对滞后，大部分用户还是通过基于电路交换的、窄带的、模拟化的接入网络进行信息传输和交换，接入网技术已成为制约通信发展的瓶颈。 为了适应新的形势和需要，出现了多种宽带接入网技术。但从发展来看，光纤接入，特别是宽带光接入辅以无线接入手段将占主导地位。 宽带的定义:指多媒体业务在网络上传送所需要的最小带宽，其多媒体传送效果能被人们所接受。 宽带接入:指用户需要通过一定的通信基础网络支持实现用户和Internet的高速连接。由于种种原因，从通信基础网络到用户端“最后一公里”成为宽带接入的“瓶颈”。 图1-1 全球宽带接入用户数及增长率 目前，实现主要有以下几种方式:XDSL、Cable Modem、吉比特以太网、无线接入技术和光纤接入技术。下面将逐一介绍。 1.XDSL XDSL是HDSL、ASDL、VDSL等技术的统称。在XDSL的这几项技术中，由于HDSL主要支持2Mbit,s及以下的速率，VDSL提供的速率虽然很高(可达25Mbit,s以上)，但线路长度较短(25Mbit,s时约为1km)，已部分技术尚未完全确定，故在实际使用中，ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)相比最为普遍(如图1-2),我们以ADSL为例介绍XDSL技术。 ADSL即非对称数字用户线路，是一种在普通电话线上进行宽带通信的技术。ADSL是利用现有的电话网络，以市话双绞铜线为传输介质的点到点的宽带传输技术，为用户提供上、下行非对称的传输速率，上行(从用户到网络)为低速的传输，可达 南京邮电大学通达学院2010届本科生毕业设计(论文) 1.5Mbit,s;下行(从网络到用户)为高速传输，可达8Mbit,s，非常符合普通用户联网的实际需要。ADSL的传输速率比传统的模拟调制解调器快100多倍，也是传输速率达128kbit,s的ISDN(综合业务数字网)所无法比拟的。 ADSL最初主要是针对视频点播业务开发的，随着技术的发展，逐步成为了一种较方便的宽带接入技术。ADSL满足了用户即时接入Internet服务的需求。这一技术极大地推动了高速数据传输，如会议电视、VOD、HDTV等业务的增长。 图1-2 不同技术的用户份额 2.Cable Modem 有线电视网只是传送电视信号，而Cable Modem宽带接入则是利用原来的电缆传输线路，经过改造来实现上网和通讯。由于有线电视采用同轴电缆，因此其带宽容量相当大，下传速率可以达到30Mpbs。但它的问题也是显而易见的，因为有线电视的同轴电缆是按单行道模式设计，所以有线电视网必须将单向传输改制为双向传输才能实现因特网功能。 另外，Cable Modem采用树型结构(如图1-3)，在树型节点上简单地将几个节点连在一起。因此，它实际上是一个总线型网络，这就意味着用户要和邻居共享有限的带宽，所以当同一时间上网人数多时，有线电视的上网速度会变慢。不过，由于Cable Modem网络的骨干部分是由光纤组成，而光纤的速度几乎是没有限制的，因此只要让有线电视网中光纤的部分增加，同轴电缆的部分减少，Cable Modem的扩充能力是极强的，所以共享式的结构不一定对速度产生太大影响。 南京邮电大学通达学院2010届本科生毕业设计(论文) 图1-3 树型结构 3.吉比特以太网 关于以太网模式的高速接入大家都比较熟悉，以太网和快速以太网已经被证明是最广泛和占主导地位的LAN技术。吉比特以太网是一种新型高速局域网，它可以提供高达1Gbit,s的通信带宽，采用和传统10兆比特、100兆比特以太网同样的CSMA,CD协议、帧格式和帧长，因此可以实现在原有低速以大网基础上平滑、连续性的网络升级，从而能最大限度地保护用户以前的投资。利用光纤接入用户局域网，用户接入速度只受限于光纤的接入速率。另外，吉比特以太网总体的开销，包括购置和维护开销都比较低，具备可支持新应用和新数据类型的能力，网络设计可以有相当的灵活性，还能够提供内部局域网通信。 4.无线接入 无线接入可分为移动接入与固定接入两种。其中移动接入又可分为高速和低速两种。高速移动接入一般可用蜂窝系统、卫星移动通信系统、集群系统等。低速接入系统可用PGN的微小区和毫微小区，如 CDMA的 WILL、PACS、PHS等。固定接入是从交换节点到固定用户终端采用无线接入，它实际上是PSTN,ISDN网的无线延伸。其目标是为用户提供透明的PSTN,ISDN业务，固定无线接入系统的终端不含或仅含有限的移动性。接入方式有微波一点多址、蜂窝区移动接入的固定应用、无线用户环路及卫星VSAT网等。固定无线接入系统以提供窄带业务为主，基本上是电话业务。 主要的宽带固定无线接入技术有3类，即已经投入使用的多路多点分配业务(MMDS)、直播卫星系统(DBS)以及正在做现场试验的本地多点分配业务(LMDS)。前两者已为大家熟知，而LMDS则是刚刚兴起，近来才逐渐成为热点的新兴宽带无线接入技术。 5.光纤接入 光纤接入技术(图1-4)是指局端与用户之间完全以光纤作为传输媒体的接入方式，用户网光纤化有很多 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ，有光纤到路边(FTTC)、光纤到小区(FTTI)、光纤到办公室(FTTO)、光纤到大楼(FTTF)、光纤到家庭(FTTH)。但不管是何种领域的应用，实现光纤到户都是为了满足高速宽带业务以及双向宽带业务的客观需要。 光纤用户网的主要技术是光波传输技术，目前光纤传输的复用技术发展相当快，多数已处于实用化。复用技术用得最多的有时分复用(TDM)、波分复用(WDM)、频分 南京邮电大学通达学院2010届本科生毕业设计(论文) 复用(FDM)、码分复用(CDM)等。 图1-4 光纤接入技术的模型 结论:宽带接入网网络规模巨大、需求旺盛、新技术不断涌现，其发展包含了无数的机遇，而且市场之大前所未有，吸引了制造商、运营企业和业务提供者的广泛参与。 无论采用何种接入技术，只有最大程度地满足用户的需求，才能有效占领市场。而且毋庸置疑的是，现行的各种技术方案终将过渡到一个理想的阶段——光纤到户。 南京邮电大学通达学院2010届本科生毕业设计(论文) 表1-1 宽带接入技术的分类 1.3 中国宽带接入市场的简介 2009 年第二季度，国内宽带接入用户增长势头减缓，宽带接入用户的季度增长率为5.6%，比一季度下降了2.8个百分点。截至2009年二季度末，我国宽带接入用户总数达到5943 万户。 DSL 用户继续保持快速增长势头，2009 年上半年新增763.8万用户，其中第二季度新增353.7 万，比2008 年的季度新增用户的平均值高出34.2%。 2009 年上半年，电信运营商的宽带业务收入累计达到242亿元，与上年同期相比增长了38%;宽带业务收入在全部电信业务收入中的占比为6.9%，比上年同期提高了1.3个百分点。 由于更多用户选择接入速率更高、资费相应也高一些的接入业务，以及宽带增值业务的日益丰富，中国电信和中国网通的宽带用户ARPU 值均出现小幅度上升 南京邮电大学通达学院2010届本科生毕业设计(论文) 第二章 PON技术的综合比较 随着通信系统的发展，电信业务已由以语音为主的窄带业务向语音、数据和视频等多媒体宽带业务方向发展。为了实现多媒体通信，公用电信网络必须具有宽带的交互接入能力。目前，实现宽带交互接入的技术方案主要有:铜双绞线XDSL、铜缆HFC、有线光纤宽带接入、无线宽带接入等。特别是基于光纤宽带接入的无源光网络 (PON)技术，以其经济有效的特点正在获得广泛的应用。各种PON技术也得到了很好的发展，目前PON无源光网络 (Passive Optical Network)就是一种很有效的技术，具有成本低、兼容性好、技术成熟、可维护性强、可控性好、多业务接入等特点，能很好的解决用户对带宽的要求。用户宽带业务接入技术以实现光纤到家(FTTH)为目标，结合无源光网络(PON)的组网技术和ATM、副载波复用(SCM)、Ethernet、密集波分复用(DWDM)等传输技术，开发出经济、高效的宽带业务接入系统。 2.1 P0N技术的发展和技术现状 无源光网络 (PON)技术是一种点到多点的光纤接入技术，它由局侧的OLT(光线路终端)、用户侧的ONU(光网络单元)以及ODN(光分配网络)组成。一般其下行采用TDM广播方式，上行采用TDMA(时分多址接入)方式，PON的拓扑结构主要取决于ODN的结构，通常可归纳为单星型、树型、总线型和环型等四种类型，也就是PON的四种基本拓扑结构。所谓“无源”，是指ODN中不含有任何有源电子器件及电子电源，全部由光分路器(splitter)等无源器件组成，因此其管理维护的成本较低。PON技术的概念是20世纪90年代初提出的，可分为用于窄带TDM业务接入的窄带PON技术和用于宽带接入的基于ATM传送的BPON(APON)、基Ethernet分组传送的EPON技术以及兼顾 ATM/Ethernet灯TDM综合化的GPON技术。经过10多年的变迁，PON技术的经历了从窄带PON到BPON(ATMPON)再到EPON及GPON的发展历程，这其中，ITU-T在PON技术的标准化工作中发挥了主导作用，相继出台了G982(窄带PON)、G983系列(BPON)以及G984系列(GPON)等一系列标准建议，而IEEE在PON标准化上也非常活跃，并于2004年推出了IEEE802.3标准。 当前无论是中国还是全球，宽带业务的发展正朝宽带化、业务综合化和网络光纤化发展。随着光纤在长途网、城域网乃至接入网的主干段的大量应用，运营商在接入网络建设中要实现经济有效的发展，就应该将光纤继续向接入网的配线段和引入线部分延伸，从而最终实现FTTH。经过这些年来的技术演进，点到点的光以太网技术已经成熟，EPON和GPON标准也都已经在2005年完成，符合相关标准的设备正逐步成熟;而且光纤接入的成本随着部署规模的不断扩大正在逐渐降低。因此，宽带业务发展趋势和PON接 南京邮电大学通达学院2010届本科生毕业设计(论文) 入的一些技术与经济优势将促进运营商在新建网络和传统接入网络的改造。不断增加新业务带宽需求推动下，运营商在建设PON网络时，必须考虑提供更高的带宽与业务能力，以满足不断增长的用户需求和竞争压力，努力架构一张面向未来的网络。在光接入网中若光配线网(ODN)全部由无源器件组成，不包括任何有源节点，则这种光接入网就是PON。在电信运营商的中心交换局(CO)与用户端之间配置光接入线路提供一种低成本的方法。根据技术体制，则分为PDH光接入技术、SDH光接入技术、ATM光接入技术和以太网光接入技术等。图2-1是OAN的参考配置。光线路终端(OLT)为ODN提供网络接口并连至一个或多个ODN。ODN为OLT和光网络单元(ONU)提供传输手段。ONU为OAN提供用户侧接口并和ODN相连。PON位于业务网接口 (SND与用户网络接口(UND之间，通过SNI与业务节点相连，通过UNI与用户设备相连。一个典型的EPON系统由OLT(光线路终端)、ODN(光分配网络)、ONU/ONT(光网络单元/光网络终端)和EMS(网元管理系统)组成。其中0LT位于中心交换局的机架上，它既是一个交换机或路由器，又是一个多业务提供平台，提供EPON系统与业务提供商的核心数据、视频和电话网络之间的接口。它通过一个EMS链接到业务提供商的核心网络上。ODN由POS和光纤构成。POS是一个连接OLT和ONU的无源设备，可以置于全天候的环境中，它分发下行数据并集中上行数据。一般一个pos的分线率为16、32或64，并可以多级连接。 图2-1 光接入网的参考结构 R:接收节点，S:发送节点，T:用户端，AF:适配功能 南京邮电大学通达学院2010届本科生毕业设计(论文) ONU/ONT位于用户端，放在一个住户、企业处。ONU与ONT的区别在于ONT直接位于用户端，而 ONU与用户间还有其他的网络，如以太网。ONU放在网络接口单元)附近或与其合为一体。 PON技术始于20世纪80年代初，目前市场上的PON产品按照其采用的技术，根据其所传输信息的数据帧成帧格式和媒质访问协议的不同主要分为APON旧 PON(ATMPON/宽带PON)、EPON(以太网PON)和GPON(千兆比特PON)，其中，GPON是最新标准化和产品化的技术。下面我们对几种具体的PON技术分别进行介绍。 2.2 PON技术的简介 2.2.1 APON和BPON技术 APON和BPON技术采用无源光网络 (PON)可以降低光纤接入成本、提高接入性能、利于宽带业务接入。以ATM传输技术为基础的PON简称为ATM-PON，它基于时分复用技术，并且被认为是目前能够较好地解决宽带接入的方案之一。 图2-2 ATM-PON方案原理 ATM-PON为用户提供的宽带接入较为灵活，其下行速率可以是622Mbit/s或155Mbt/s，上行速率为155Mbit/s。ATM-PON方案原理(如图2-2)，一个无源光分路器(OLT)能够连接16至犯个ONU，一个ONLJ能够连接几十个用户单元设备(CPE)，通过将ATM交叉连接模块配置在OLT中、将ATM的业务模块配置在各个ONU中，为用户提供交互式宽带业务。其下行方向采用基于ATM信元的复用技术，上行方向则采用TDMA控制协议控制用户入网。上、下行方向的ATM信元均被封装成ATM-PON分组信元结构，即在每个分组信元的头部附加一个字节的信头，以提供网络同步及与传输相关的功能，如上行， 南京邮电大学通达学院2010届本科生毕业设计(论文) IDMA协议的ONU标识等。网络的运行和维护功能(OAM)则通过物理层信元 (PLOAM)传送。 1)为了实现TDMA控制技术，需要解决光功率动态调整、测距延时、突发同步等问题光功率的动态调整问题:ATM-PON系统组网一般采用树形拓扑结构，各个ONU至OLT的光纤路经长度不同，光信号受到的传输衰耗不同。要求OLT的光接收器具有较大的光功率动态范围，并能够根据接收到的光功率大小，快速设置信号判决门限;而每个ONU的激光器应该能够根据与OLT之间不同的传输衰耗，动态进行输出光功率的调整，以降低对OLT接收动态范围的要求。实际上，ATM-PON依据分组信元头部字节的3个hit位传输的信息，进行ONU的光发功率调整及OLT光收门限设置。 2)测距延时问题:各个ONU传送分组信元至OLT的路经不同，为了避免OLT接收端各个ONU传送来的分组信元发生碰撞，必须使各个ONU至OLT的有效连接距离相等。ATM-PON技术通过测距软件，自动测试各个ONU至OLT。的有效连接距离，并依据有效连接距离自动确定各个ONU发送分组信元之前的时延量，以保证有效连接距离相等。 3)突发同步问题:测距软件的精度是有限的，当某ONU需要连续突发传输分组信元时为了避免同其他ONU的分组信元发生碰撞，必须在连续突发传输的分组信元之间预留一个保护时间(一般是2bit+lbit)，从而使各个突发分组信元的首hit将落在1bit的保护时间内，也就要求OLT接收器在极短时间内迅速恢复突发信号中的正确时钟。ATM-PON采用附加抽样技术(利用分组信元头部字节的3bit)进行时钟的相位校准，实现突发同步。 2.2.2 EPON技术 EPON是由 IEEE802.31作组在2000年11月成立的 EFM(Ethernet in the First Mile) 研究小组提出的。主要基于IEEE802.3ah标准。EPON是几个最佳的技术和网络结构的结合。EPON以以太网为载体，采用点到多点结构、无源光纤传输方式，下行速率目前可达到 1.25Gbit/s，上行以突发的以太网包方式发送数据流。另外，EPON也提供一定的运行维护和管理(OAM)功能。 和传统的以太网相比，EPON主要增加了两部分功能:位于媒体接入控制(MAC)层之下的仿真子层和被作为MAC层一部分的多点控制协议(MPCP)。仿真子层使得下面的点到多点网络在协议上层看来像是多个点到点链路，这一点是通过在每一个分组的开始加上逻辑链路标识(LLD)以取代2个字节的前导来实现的。 (一) EP0N的发展现状及特点 自EFMA(Ethernet in the First Mile Alliance)，第一公里以太网联盟)在2004年6月发布EPON技术 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 IEEE8O2.3ah以来，EPON技术得到快速发展，目前相关的芯片和设备均已基本成熟并有较大规模的应用。EPON是几个最佳的技术和网络结构的结合。EPON采用点到多点结构，无源光纤传输方式，在以太网之上提供多种业务。目前，IP是Ethernet应用占到整个局域网通信的95%以上，EPON由于使用以上经济和高效的结构，是连接入网最终用户的一种最有效的通信方法。10G以太主干和城域环的出现也将使EPON成 南京邮电大学通达学院2010届本科生毕业设计(论文) 为未来全光网中最佳的最后一英里的解决方案。他能够很好的实现语音、视频和数据全业务的接入。EPON自诞生之来，其巨大的综合优势使其得到了迅速的推广应用，国内外发展形势一片大好。在日本，相关统计数据表明EPON的部署线数已经超过了200万之巨，不论是传统的优势运营商NTT还是新兴运营商的代表 Yahoo BB都大量采用EPON技术建设FTTH网络。而韩国也正在积极部署基于EPON的FTTH网络。同时EPON技术在国内也得到了相当的认可。我国从EPON国际标准制定一开始就把EPON列入国家的“863”重大项目，支持烽火和格林威尔等国内优秀厂家对EPON关键技术进行攻关。 目前，EPON技术已经成熟，主要体现在以下方面:经过各标准化组织、设备和芯片制造商、运营商的共同努力，EPON商用芯片和光模块己经成熟，在中国电信的主导下，己经实现了EPON芯片级和系统级的互通测试;在EPON方面现在领先的有国际上有sallra，All optic等新兴公司，也有一些老牌公司如Nokia等，国内在EPON方面研发比较领先有格林威尔公司，华中理工，武汉烽火等。其中格林威尔公司的多业务EPON(MS-PON)系统最有特点，其系统支持上下行对称1.25G带宽，支持ONU的自动加入，支持TDM业务，提供动态/静态带宽分配、弹性保护倒换等功能。EPON产业链也在进一步成熟，形成了良性的市场竞争格局，设备成本进一步下降，已达到规模商用水平。 (二) EPON的网络结构和工作原理 EPON是一项采用点到多点网络拓扑结构，利用PON的拓扑结构实现以网的接入，利用光纤和光无源器件进行物理层传输的宽带接入系统，它是在以太协议的基础上开发了新的数据链路层协议来实现多种业务的综合接入。在电信营商的中心交换局(CO)与用户端之间配置光接入线路提供一种低成本的方法。PON支持很多EFM的应用，如FTTH、FTTB、FTTC和光纤到多住户租户单元(Fiber to the MDU/MTU)。EPON位于业务网络接口(SND与用户网络接口UNI)之间，通过SNI与业务节点相连，通过UNI与用户设备相连。EPON主要三部分组成，即位于局端的。OLT(optical line terminal，光线路终端)、ODN(Optical Distribution Network，光分配网络)，和ONU/ONT((optical line terminal /Optical Distribution Network，光网络单元/光网络终端)或综合接入终端组成。OLT设备位于局端，ONU(综合接入终端)设备位于用户家，接入用户终端，从而实现光纤到户，ODN由光纤和光分路器/祸合器等无源件组成，是一个连接OLT和ONU的无源设备。OLT和ONU之间可以灵活组建成树形，环形，总线形，以及混合型。 EPON的工作原理:OLT到ONU/ONT的方向为下行方向，反之为上行方向。在EPON中，OLT到ONU间的距离最大可达20KM。如果使用光纤放大器(有源中继器)，距离还可以扩展。在EPON中，从OLT到多个ONU的下行传输采用广播方式，注册后，OLT为已经注册的ONU分配LLID，数据以可变长度的分组(帧的最大长度为 1518字节)格式从OLT下行广播到多个。每个帧带有一个标题，这一点是通过在每一个分组的开始加上逻辑链路标识(LLID)以取代2个字节的前导来实现的。此LLID能唯一标识该帧是发给某一指定ONU的。此外，某些帧可能是发给所有ONU的(称此帧为广播帧)或发给某一指定 南京邮电大学通达学院2010届本科生毕业设计(论文) ONU组的(称此帧为组播帧)。当数据到达ONU时，由各个ONU检测到达帧的LLID来决定是否接收帧，如果该帧所含LLID和自己的LLID相同则接收该帧，反之则丢弃掉不属于它的其他帧，传输速率可达1.25Gbt/s。从多个ONU到OLT的上行传输，则采用时分多址接入(TDMA)技术来管理上行数据传输，在TDM系统中，给每个ONU分配一个上行时隙，每个发送时间隙是被不同的ONU独占使用的，每个时隙中包含多个未拆分的以太网数据包，每个数据包由包头、可变长度净荷和误码检测域组成。时间隙的同步应使得来自不同ONU的上行数据帧在汇合到公共光纤的时候互不冲突。例如，ONU-1在第一个时间隙内发送数据帧1，ONU-2在第二个非交迭的时间隙内发送数据帧2，ONU-3在第三个非交迭的时间隙内发送数据帧3。 IEEE802.3规范的EPON技术的上下行波长是1310lun和1490lun，上下行速1.25Gbit/s，传输距离是 10/20km，分路比是32/l6，主要业务是数据和语声，增加一个1550nln电视广播波长后，成为语声、数据和电视的所谓三重业务捆绑服务，或者直接以IPTV方式提供集成的三重业务捆绑服务。对于传送单一以太网业务而言，EPON确实是一种很好的解决方案，但是对于需要提供TDM专线业务和基于TDM的语音业务的情况，则还需要借助一些其他技术帮忙。EPON的最新发展趋势是提供2.5Gbit/s的速率，从而可以使设备成本比1.25Gbit/s系统降低30%左右。 (三) PON的层次结构模型及光路设计 对于以太网技术而言，PON是一个新的媒质。802.3工作组定义了新的物理层。而对以太网MAC层以及MAC层以上则尽量做最小的改动以支持新的应用和媒质。EPON的层次模型按照2003年1月发布的IEEE802.3ahDraft1.3规定。(如图2-3) EPON系统通过一条共享光纤将多个DTE连接起来，其拓扑结构为不对称的基于无源光分路器的树形分支结构。MPCP就是使这种拓扑结构适用于以太网的一种控制机制。 EPON作为EFM讨论标准的一部分，建立在MPCP(Multi-Point Control Protocol,多点控制协议)基础上，该协议是 MAC子层的一项功能。MPCP使用消息，状态机，定时器来控制访问PZMP(点到多点)的拓扑结构。在PZMP拓扑中的每个ONU都包含一个MPCP的实体，用以和OLT中的MPCP的一个实体相互通信。作为EPON/MPCP的基础，EPON实现了一个PZP仿真子层，该子层使得PZMP网络拓扑对于高层来说就是多个点对点链路的集合。该子层是通过在每个数据报的前面加上一个 LLID(logical link id field)逻辑链路标识来实现的。该LLID将替换前导码中的两个字节。PON将拓扑结构中的根结点认为是主设备，即OLT;将位于边缘部分的多个节点认为是从设备，即ONUs。MPCP在点对多点的主从设备之间规定了一种控制机制以协调数据有效的发送和接收。 南京邮电大学通达学院2010届本科生毕业设计(论文) 图2-3 EPON的层次模型 系统运行过程中上行方向在一个时刻只允许一个ONU发送，位于OLT的高层负责处理发送的定时、不同ONU的拥塞报告、以便优化PON系统内部的A带宽分配。EPON系统通过MPCP来实现OLT与ONU之间的带宽请求、带宽授权、测距等。 MPCP涉及的内容包括ONU发送时隙的分配，ONU的自动发现和加入，向高层报告拥塞情况以便动态分配带宽。MPCP多点控制协议位于 MAC Control子层。 MAC Control向MAC子层的操作提供实时的控制和处理。 2.2.3 GPON技术 2001年，FSAN组启动了另外一项标准工作，旨在规范工作速率高于 1Gbit/s的PON网络。这项工作被称为 Gigabit PON(GPON)。GPON是ITU-T提出的基于ATM和通用成帧规程 (GFP)的PON技术，己形成G984.1和G984.2，该标准主要是运营商推动的。GPON二层采用 ITU-T定义的通用成帧规程对Ethernet、TDM、ATM等多种业务进行封装映射，能提供1.25和2.SGbt/s下行速率和所有标准的上行速率。GPON除了支持更高的速率之外，还要以很高的效率支持多种业务，提供丰富的OAM&P功能和良好的扩展性.大多数先进国家运营商的代表，提出一整套“吉比特业务需求”(GSR)文档，作为提交ITUT的标准之一;反过来又成为提议和开发GPON解决方案的基础。这说明GPON 南京邮电大学通达学院2010届本科生毕业设计(论文) 是一种按照消费者的准确需求设计、由运营商驱动的解决方案，是值得产品用户信赖的。在GSR文档中所列举的要求主要有以下几点: (l)支持全方位服务-包括话音(TDM、PDH和SONET/SDH)、Ethernet (10/100BaseT)、ATM、专线等等。 (2)物理覆盖至少20km，协定内逻辑支持范围60km。 (3)支持同一种协定下的多种速率模式，包括同步 622Mbit/s、同步 1.25Gbit/s、以及不同步的下行 2.5Gbit/s、上行 1.25Gbit/s及更多(将来可达到同步2.5Gbit/s)。 (4)针对点对点的服务管理需提供OAM (Operation、Administration?Provisioning)的能力。 (5)针对PON下行流量是以广播传送之特点，提供协定层的安全保护机制。GPON支持多种速率等级，可支持上下行不对称速率，上行不一定要支持1Gbit以上速率。能在PON网络上传送高速以太数据，视频和TDM业务，同时能获得令人满意的El抖动和延迟性能。国内运营商已将GPON技术成功应用于宽带接入网络，证明了GPON技术已经成为一种可靠且具有成本效益的正TV宽带接入技术。 采用通用组帧程序(GFP)将各种业务流(包括TDM和分组)封装在长度为 125ns的帧中;高效无开销地传输原始TDM业务流。由于GFP提供了一种简单、有效的在同步传输网上传输不同业务的方法，是一个理想的 GPONTC层的协议。此外，GFP采用标准的SONET8kHz(125ns)帧，能很好地支持TDM业务。 2.3 各种P0N技术的比较 在各类PON技术中，APON最为成熟，但由于业务提供能力有限、性价比低，仅能满足某些特定区域的接入需求，无法满足长远的发展需要，已逐步退出市场竞争。从技术角度GPON是BPON的继承和发展。GPON继承了BPON的很多基本特点，例如两者都使用同样OLT核心技术，包括ONU的激活和测距等，使用同样的物理光纤设施和光功率预算值，同样的管理软件栈等。另一方面，GPON采用了一些最新的技术成果，除了最重要的GFP封装技术外，还包括前向纠错等新技术。因此无源光接入技术的重点在于EPON和GPON之争，这两种技术有以下几方面的不同。 (l)GPON支持多种速率等级，可以支持上下行不对称速率，因此与EPON只能支持对称 1GbPs的单一速率相比，GPON在光器件方面的选择上余地更大。 (2)EPON只支持Class A和Class B的ODN等级，而GPON除此之外还可支持Class C的 ODN等级，因此GPON最高可支持128的分路比。 (3)单从协议上比较，因为EPON标准是以 IEEE802.3标准体系结构为基础，因此与GPON标准相比，其协议分层更简单，系统实现更容易，鉴于目前以太网芯片的成熟性，其系统成本也更低。 (4)ITU在制定GPON标准过程中沿用了APON标准G983的很多概念，与EFM制定的EPON标准相比其标准更完善。但由于其增加了TC子层，因此也相应增加了一定的 南京邮电大学通达学院2010届本科生毕业设计(论文) 开销，这在一定程度上违背了希望能够借助Ethernet技术简单、经济的特点这一初衷。因此规定一个高效率的TC层机制将成为ITU在制定GPON标准中的一个关键。 (5)GPON标准规定TC子层可以采用ATM和GFP两种封装方式，其中GFP封装方式适于承载IPPP等基于包的高层协议，但对于为了支持ATM业务而定义的AFM封装方式在以Ethernet为基础的GPON系统中是否合适，还有待商榷。 (6)在Ethernet上承载TDM业务的技术并不成熟，很难满足电信级的QOS要求。因此EPON为了能够承载TDM业务和话音业务必须设计新的MAC机制，并增加新的软硬件。而GPON由于其设计的TC子层结构和ATM封装方式，并采用了125us的帧长及定时机制，能够比较容易地支持TDM业务和话音业务。 图表2-1对EPON和GPON两种千兆比无源光网络技术的主要参数进行了比较，为更加全面，同时也将BPON列入其中。 表2-1 BPON、EPON和GPON技术主要参数的比较 综上所述，EPON简单、高速、成本低、用户面广，技术、产品相对GPON成熟，近期应该大力发展的无源接入技术;GPON可透明传输，高速高效，具有电信级服务质量，是无源接入技术发展的趋势，但目前成本相对较高，商业化程度低，是中远期大力发展 南京邮电大学通达学院2010届本科生毕业设计(论文) 的无源接入技术。 南京邮电大学通达学院2010届本科生毕业设计(论文) 第三章 GPON的关键技术研究 3.1 GPON 的产生 PON(无源光网络)技术因为其高带宽、高可靠性和极低的维护费用等特点，从一提出便被认为是极佳的FTTX解决方案。但在PON网络上采用何种传输协议却一直处在争论之中。ITU-T在1983-1996年制定了APON标准，它采用ATM作为传输协议，支持下行622M/155M、上行155M的传输速率，能提供以太网接入、视频发送、高速租用线路等业务。APON技术提出至今并未在商业上获得成功，主要原因是ATM技术承载IP业务效率低，同时，业务的发展并未形成对光接入网的强劲需求。2001年,ITU-T根据FSAN(Full Service Access Network)组织关于吉比特业务需求(GSR)的研究报告，重新制定了PON网络所要达到的关键指标，同时借鉴APON技术的研究成果，开始进行新一代PON技术标准的研究工作，于2003年讨论通过了GPON(Gigabit PON)，它通过为用户提供千兆比特的带宽，高效的IP、TDM承载模式，试图成为FTTX领域中更为完善的解决方案。 3.2 GPON 技术简介 3.2.1 GPON 系统结构 图3-1是G.984.1建议的GPON参考模型。GPON由光线路终端OLT、光网络单元 光网络终端(ONU/ONT)及光纤分配网ODN组成OLT位于中心机房，向上提供广域网接口，包括GE、ATM、DS-3等;ONU/ONT放在用户侧，为用户提供10/100BaseT、T1/E1、DS-3等应用接口，适配功能AF在具体实现中可能集成于ONU/ONT中;ODN由分支器/耦合器等无源器件构成;上下行数据工作于不同波长，下行数据采用广播方式发送，上行数据采用基于统计复用的时分多址方式接入。图中波分复用器WDM和网络单元NE为可选项，用于在OLT和ONU之间采用另外的工作波长传输其他业务，如视频信号。 图3-1 GPON 系统结构 南京邮电大学通达学院2010届本科生毕业设计(论文) 3.2.2 GPON 协议栈 图 3-2 给出了GPON的协议分层模型。GPON由控制/管理平面(C/M平面)和用户平面(U平面)组成，C/M平面管理用户数据流，完成安全加密等OAM功能，U平面完成用户数据流的传输。U平面分为物理媒介相关子层PMD、GPON传输汇聚子层GTC和高层;GTC子层又进一步细分为GTC适配子层和GTC成帧子层，高层的用户数据和控制/管理信息通过GTC适配子层进行封装。 图3-2 GPON 协议栈 3.2.3 GPON封装方法,GEM 为克服ATM承载IP业务开销大的缺点，GPON采用新的传输协议GEM(GPON Encapsulation Method)，该协议能完成对高层多样性业务的适配，包括ATM业务、TD业务及IP/Ethernet业务，对多样性业务的适配是高效透明的，同时该协议支持多路复用，动态带宽分配等OAM机制。图3-3 给出了GEM的帧结构。 图3-3 GEM帧结构 图3-3中，PLI为16比特，用于确定净负荷长度;Port ID为12比特，用于支持多端口复用，相当于APON技术中的VPI，Frag(Fragment)为2比特，用作分段指示，第一个分段的Frag值为10，中间分段的Frag值为00，最后一个分段的Frag值为01;若承载的是整帧，Frag的值为11;Frag的引入解决了由于剩余带宽不足以承载当前以太网帧时带来的带宽浪费问题，提高了系统的有效带宽;FFS为 2 比特，目前尚未定义;HEC为头校验，占据16bit，采用自描述方式确定帧的边界，用于帧的同步与帧头保护。 南京邮电大学通达学院2010届本科生毕业设计(论文) GEM的提出源于GFP(G.7041)通用成帧的思想，同时考虑到PON网络多ONU、多端口复用的情况，引入了Port ID。在 ONU 的一个业务端口看来,它存在着与 OLT的一个点到点的连接,由Port I标识。 3.2.4 GPON的传输汇聚子层(GTC) 在引入了GEM之后，GPON具备了高效完善的TC子层功能，图3-4给出了G.984.3建议的GPON TC子层(GTC)的协议分层模型。 图3-4 GPON 的 GTC 层的协议分层模型 图3-4中，PLOAM用于物理层OAM，G.984.3定义了19种下行PLOAM信息，9种上行PLOAM信息，可实现ONU的注册及 ID 分配、测距、Port ID分配、VPI/VCI 分配、数据加密、状态检测、误码率监视等功能。OMCI(ONT Management and Control Interface，光网络终端管理与控制接口)提供了另一种OAM服务,用于实现对高层的管理。 OMCI信息可封装在ATM信元或GEM帧中进行传输，取决于ONU提供的接口类型。GTC Framing Sublayer完成对ATM信元及 GEM 帧的进一步封装，使得GPON具备更完善的OAM功能。 3.3 GPON的帧结构 GPON 采用125μs长度的帧结构，用于更好地适配TDM业务;继续沿用APON中PLOAM信元的概念传送OAM信息，并加以补充丰富;帧的净负荷中分ATM信元段和GEM通用帧段，实现综合业务的接入。 南京邮电大学通达学院2010届本科生毕业设计(论文) 3.3.1 GPON下行帧结构 图 3-5给出了GPON的下行帧格式。 图3-5 GPON 下行帧格式 图3-5中，PCBd为下行物理层控制块(Physical Control Block downstream)，提供帧同步、定时及动态带宽分配等 OAM 功能;载荷部分透明承载 ATM 信元及 GEM 帧。ONU依据 PCBd 获取同步等信息，并依据ATM信元头的VPI/VCI过滤ATM信元，依据GEM帧头的Port ID过滤GEM帧。图3-6给出了 PCBd 模块的组成。 图3-6 PCBd 模块的组成 图3-6中，Psync(Physical synchronization, 物理层同步)用作ONU与OLT同步;Ident用作超帧指示，值为0时指示一个超帧的开始;PLOAMd(PLOAM downstream)用于承载下行PLOAM信息;BIP是比特间插奇偶校验8比特码，用作误码监测;Plend (Payload Length downstream) 用于说明US BW Map(Upstream Bandwidth Map)域的长度及载荷中ATM信元的数目，为了增强容错性，Plend出现两次;US BW Map域用于上行带宽分配，带宽分配的控制对象是T-CONT(Transmission Container),一个ONU可分配多个T-CONT，每个T-CONT可包含多个具有相同QoS要求的VPI/VCI或Port ID，这是APON动态带宽分配技术中引入的概念，提高了动态带宽分配的效率。 南京邮电大学通达学院2010届本科生毕业设计(论文) 3.3.2 GPON上行帧结构 上行帧长125μs，帧格式的组织由下行帧中US BW Map域确定,图3-7给出了GPON的上行帧构。 图3-7 GPON 下行帧结构 PLOu( Physical Layer Overhead upstream ,上行物理层开销)突发同步，包含前导码、定界符、BIP 、PLOAMu指示及FEC指示，其长度由OLT在初始化ONU时设置，ONU在占据上行信道后首先发送PLOu单元以使OLT能够快速同步并正确接收ONU的数据;PLSu为功率测量序列，长度120字节，用于调整光功率;PLOAMu(PLOAM upstream)用于承载上行PLOAM信息，包含ONU ID、Message ID 、Message及CRC，长度13字节;PCBu包含DBA(动态带宽调整)域及CRC域。用于申请上行带宽，共2字节;Payload域填充ATM信元或者GEM帧。 3.4. GPON的技术优势 由于充分考虑了宽带业务的需求，并借鉴了APON技术的研究成果，使得GPON的技术优势非常明显，具体表现在以下几方面: 1.灵活配置上下行速率。GPON技术支持的速率配置有1.2Gb/s下行， 155M/622M/1.2Gb/s上行;2.4Gb/s下行，155M/622M/1.2G/2.4Gb/s上行共7种方式。对于FTTH、FTTC应用，可采用非对称配置;对于FTTB、FTTO应用，可采用对称配置。由于高速光突发发射、突发接收器件价格昂贵，且随速率上升显著增加，因此，这种灵活的配置可使运营商有效控制光接入网的建设成本。 2.高效承载IP业务。GEM帧的净负荷区范围为4,65535字节，解决了APON中 ATM信元税带来的承载IP业务效率低的弊病;而以太网MAC帧中净负荷区的范围仅为46,1500字节，因此，GPON对于IP业务的承载能力是相当强的。 3.支持实时业务能力强。GPON所采用的标准125 μs周期的帧结构能对TDM话音业务提供直接支持，无论是低速的E1/T1还是高速的STM1/OC3，都能以它们的原有格式传输，这极大地减少了执行语音业务的时延及抖动。 4.OAM&P功能强大。GPON借鉴APON中PLOAM信元的概念，实现全面的运行维护管理功能，使GPON作为宽带综合接入的解决方案可运营性非常好。 3.5 小结 从技术角度来看，GPON无疑较APON更有效率，在众多FTTX解决方案中也必将 南京邮电大学通达学院2010届本科生毕业设计(论文) 扮演十分重要的角色，但业务的需求仍然是决定GPON技术应用的首要因素。首先，从目前情况看，在接入网中提供G比特业务还找不到明确的市场定位;其次，市场对宽带综合业务接入的需求也不旺盛，目前的大量接入需求仍然是IP业务。因此，目前提供GPON设备的厂家和部署GPON网络的运营商都较少。无论在技术体制还是在市场应用方面，GPON仍然有继续发展完善的必要性和可行性。对于中国的运营商而言，在部署GPON的进程中，采用从低速到高速，从IP业务接入到综合业务接入的策略将是切实可行的选择。 南京邮电大学通达学院2010届本科生毕业设计(论文) 第四章 GPON与EPON若干技术的比较 4.1GPON与EPON的比较 我国宽带接入网在近两年发展十分迅速，市场调查公司isuppli提供的最新市场数据显示，到2007年底我国宽带上网用户达7900万，超过美国成为全球宽带人数最多的国家成为全球最大的宽带市场。未来数年中国宽带市场将保持75%的年复合增长率(CAGR)，2010年，中国网络用户人数将达1.39亿。另一方面随着用户和业务对带宽要求的不断增加，光纤接入技术已成为电信运营商们关注的热点。 以太网无源光网络(EPON)以及吉比特无源光网络(GPON)是PON技术的两大主流技术，是实现FTTH的主要手段。其中EPON由IEEE802.3提出，它将Ethernet技术与PON技术结合起来，其目标是用最简单的方式实现一个点到多点结构的吉比特以太网光纤接入系统。EPON属于IEEE以太网标准的范围，对于向全IP网络过渡是一个很好的选择。其特点是:消除了ATM和SDH层，降低了初始成本和运行成本;可以大量采用以太网技术成熟的芯片，实现简单，相对成本低，维护简单，容易扩展，易于升级。ITU-T FSAN集团在2001年1月差不多EFMA提出EPON概念的同时，也开始进行1Gbit/s以上的PON标准的研究。2002年9月FSAN提出了一种具有前所未有的高比特速率(最高2.4Gb/s)、能以原有格式(可以说是透传)和极高的效率(带宽利用率可以达到90%以上)传送多种业务(包括TDM和数据)的光接入网GPON解决方案，并于2003年1月通过有关GPON的新标准G984.1和G984.2，根据这一最新标准的规定，GPON可以提供1.244和2.488Gb/s，下行速率和ITU规定的多种标准上行速率，可以灵活地提供对称和非对称速率。传输距离至少达20km，系统分路比可以为1:16、1:32、1:64、乃至1:128，而且支持各种接入服务，OAM&P(Operation Administration Provisioning)功能以及可升级能力，特别是非常有效地支持原有格式的数据分组和TDM流。对比两者，EPON以兼容目前的以太网技术为目的，是802.3协议在光接入网上的延续，充分继承了以太网价格低、协议灵活、技术成熟等优势，具有广泛的市场和良好的兼容性。而GPON定位于电信业面向多业务、具备QOS保证的全业务接入的需求，努力寻求一种最佳的、支持全业务的、效率最高的解决方案，提出“对全部协议开放地进行完全彻底地重新考虑”。 GPON与EPON(如图4-1)都是在A/BPON的基础上发展起来, 有着共同的技术起源。 ITU和IEEE两标准组织定位的不同导致GPON和EPON在技术理念存在较大差异: ITU-T/FSAN是以运营商参与的具有官方性质的通信行业标准化组织，制定的标准更关注运营商的业务需求如何得到实现与满足。 IEEE是以工程师和设备商参与的电子/电器行业化标准组织，更关注技术的创新和实现，但缺乏对运营商实际需求的理解与分析。 南京邮电大学通达学院2010届本科生毕业设计(论文) 图4-1 GPON与EPON的结构 4.1.1 GPON与EPON的主要技术 如表4-1，我们可以了解到EPON和GPON系统的基本信息。EPON系统最终定稿8023ah在2004年由IEEE完成，是将Ethernet技术与PON技术结起来的技术，基础协议是以太网GPON系统的主题标准G984.3在2004年ITU-T推出，承载APONG984的很多思想，能够很好的承载ATM和TDM业务更引入了GEM封装方式，使业务效率更高。 表4-1 GPON与EPON的技术指标 南京邮电大学通达学院2010届本科生毕业设计(论文) GPON比EPON具有更高带宽和更大分光比,如图4-2所示 图4-2 GPON与EPON的带宽和分光比 GPON具备SDH的线路时钟传送能力(图4-3) 图4-3 GPON具备SDH的线路时钟传送能力 南京邮电大学通达学院2010届本科生毕业设计(论文) 4.1.2 GPON与EPON的业务协议 图4-4是EPON与GPON业务协议示意图。从图中可以看到，EPON系统是以太网和PON系统的结合，以Ethernet协议为基础，能够直接支持IP协议，但是效率较低。GPON系统则因为一开始则考虑到高速率和ATM的继承，同时以GEM、ATM协议为基础，能够提供高效率、多业务的封装模式，但是协议结构复杂。 图4-4 EPON与GPON的业务协议图 4.1.3 GPON与EPON的FTTH协议模型 图4-5是基于EPON的FTTH系统的协议参考模型，其中PMD(物理媒质相关)子层，PMA(物理媒质附加)子层，PCS(物理编码)子层和RS(协调)子层位于OSI协议参考模型的物理层，MAC层、多点MAC控制子层和OAM子层位于OSI协议参考模型的数据链路层。 基于EPON的FTTH系统应满足以下基本要求: 1.物理层 包括PMD子层，PMA子层，PCS子层和RS子层。 2.数据链路层 包括MAC子层，多点MAC控制子层，OAM子层和流量管理和控制功能。 MAC子层应满足IEEE802.3-2005相关章节的基本要求。 多点MAC控制子层包含了将点到点拓扑纳入以太网框架所需的机制和控制 协议。 南京邮电大学通达学院2010届本科生毕业设计(论文) OAM子层应提供管理链路运行的机制(如远端故障指示和远端环回控制 等)，以保障网络处于良好运行状态，并具有快速故障定位能力。 流量管理和控制功能为提高系统带宽利用率，OLT应采用动态带宽分配机 制(DBA)为每个LLID分配带宽授权，最小带宽分配粒度不应大于256kbit/s。 图4-5 基于EPON的FTTH系统的协议参考模型 如图4-6是基于GPON的FTTH系统的协议参考模型，包括物理媒质相关(PMD)层和GPON传输汇聚(GTC)层。其中GTC层包括TC适配子层和OTC成帧子层。GTC层主要为其客户层提供3种类型的接口:客户接口和ONT管理和控制接口(OMCI)。 基于GPON的FTTH系统应满足以下基本要求: 1.PMD层 PMD层应支持曰0或0/E的适配功能、波分复用功能(可选)和光纤连接功能。具体应满足ITU-T G.984.2-2003规范。 2.GTC层 GTC层应满足ITU-TG984.3-2004规范。 南京邮电大学通达学院2010届本科生毕业设计(论文) 图4-6 基于GPON的FTTH系统的协议参考模型 4.3 GPON与EPON关键技术比较研究的意义 由于设备的高成本和运维成本长期性等多方面的原因，电信运营商对技术的采用并不是短期不稳定的，而是长期稳定的。故运营商对于EPON或GPON技术的选择，实际上是用户和市场的选择，将决定着运营商在未来一段时间内的盈亏状况，另一方面，也将在一定程度的影响着两个系统在未来很长一段时间的发展状况。EPON或GPON技术的选择对于运营商和技术本身都是一个非常重要和关键性的问题。 与现在的电信网络不同，FTTH网络是个综合接入平台，支持包括语音、数据、视频、专线等多种业务和应用，需要对不同业务和应用进行不同的服务质量保证，FTTH系统对服务质量的要求成为技术选择的主要考虑因素。“服务质量”有大小概念之分，小概念的服务质量也就是技术层面所说的“服务质量”，即QOS，所包含的研究范围比较窄，主要指用来解决网络延迟和阻塞等问题的一种技术。 大概念的服务质量也就是市场概念的服务质量，其研究范围比较宽，除了包括研究概念服务质量所指的QOS以外，还包括了静态的指配管理和出现故障的测试诊断、网络设备或业务互通的技术、网络技术评价、网络安全等若干内容。本文所研究的关键技术主要围绕的大概念的服务质量，主要包括网络管理运维:OAM技术;网络测量方面;网络互通性测试和系统带宽利用率;业务流量控制方面。 对EPON和GPON系统服务质量相关的关键技术的比较研究，而后结合FTTH的实现方案中的具体比较，能够深入和具体的分析两个系统在不同情况下的优劣和实现代价，进而结合各国宽带业务和用户需求的发展，能够得出各种情况下相对性结论，为运营商的技术选择做出相对有效的建议。 南京邮电大学通达学院2010届本科生毕业设计(论文) 第五章 GPON的未来行业形势的发展 5.1 GPON成争夺商务利器 进入2009年，国内GPON的商用进程突然加速。先是中国电信结束四个省市地区GPON试点招标，四家设备商分得2300线的GPON首单;接着是，中国联通联合工业和信息化部标准所组织八家GPON设备商进行GPON测试，测试已经在3月初展开。与此同时，刚刚涉足固定业务的中国移动，也不断爆出地方公司开始建设GPON的消息。 GPON是基于ITU-T G.984.x标准的新一代无源光网络接入技术，具有高带宽、高效率、多业务统一支持等特点，由于GPON更适合以BPON为主的欧美网络升级，因此该技术获得了欧美主流运营商和设备商的推崇，一些欧美主流运营商正用GPON构建全业务宽带网络。 但是国内GPON的发展呈现出供需不平衡的特点，华为、中兴等设备商的GPON产品的发展基本和国外设备商保持同步;而中国电信和中国联通等运营商GPON商用相对滞后，原因一是 GPON标准不完善不能满足大规模需求;二是在电信重组前，没有足够业务拉动GPON的发展。 电信重组后，随着全业务市场的放开，随着运营商对发展全业务接入技术的提速，EPON已经有达800万线的应用，中兴固网产品总经理许明表示，这一数据在今年还将会有大幅提升。EPON的规模使用，让PON技术实现各种业务接入已经不神秘。因为EPON和GPON的组网模式拓扑基本相似，因此EPON的商用也为GPON发展打开了一条便捷通道。 5.2 GPON设备介绍 OLT设备 SmartAX MA5680T(图5-1)、SmartAX MA5683T(图5-2)和SmartAX MA5606T(图53)光接入设备(即OLT)是华为公司推出的EPON/GPON一体化接入局端设备，其EPON/GPON业务板可以通用，能够提供更高的接入带宽、可接入更多的终端用户，有效的降低运营投资成本，提供理想的最后一公里FTTH解决方案。 南京邮电大学通达学院2010届本科生毕业设计(论文) 图5-1 SmartAX MA5680T 图5-2 SmartAX MA5683T 南京邮电大学通达学院2010届本科生毕业设计(论文) 图5-3 SmartAX MA5606T 5.3 各通信厂家GPON的分析 现在国内运营商纷纷进行GPON启动前的最后准备:测试和试点。GPON的发展瓶颈正在逐渐被打开。策略不同但目标明确虽然国内三大运营商都在发展GPON，但是目前运营商对GPON的策略还是不尽相同，这一不同主要与运营商技术积累和经营业务有关。 中国电信在固网方面一直具有较大优势。国内EPON的行业使用规范就是由中国电信率先制定的。这部规范也成为了国内EPON建设的指导规范。现在对于GPON的发展，中国电信也将沿袭了EPON的策略，即先采用试点制定行业使用标准规范，然后进行规模建网。中国电信是国内开展GPON跟踪和研究最早的运营商，本次试点建设主要考察业务加载和用户端设备远程控制等。据中国电信内部一位专家透露，中国电信希望能通过各种业务加载测试，规范GPON局端和用户端设备，以实现不同厂商间设备配合使用。这样，将大大有利于GPON产业化进程，从而降低GPON成本，为下一步规模使用打下基础。 由于之前中国电信已经认可了FTTB和FTTN的发展模式，所以本次GPON试点测试也是主要在FTTB和FTTN建网模式上展开。中国电信之前在EPON上的积累，在一定程度上，为GPON试点节省了探讨建网模式的时间。 与此相比，中国联通对GPON的关注点多集中在具体产品。据悉，中国联通已经与工业和信息化部通信标准所合作，对爱立信、上海贝尔、华为、中兴、诺西、摩托罗拉、UT、烽火八家主流GPON设备商进行产品测试，测试内容主要是单系统测试和不同设备商互通测试。中国联通本次GPON测试将主要集中在技术层面上，暂时不会进行现网加载业务的测试。 中国移动集团公司还没有对GPON展开具体测试工作，但是一些地方公司，如广东移动不时爆出GPON招标建网的消息。中国移动看重GPON的全业务能力，主要以GPON 南京邮电大学通达学院2010届本科生毕业设计(论文) 用作企业接入，提供话音和数据专线服务。组网规划需要更高起点由于GPON商用时间较晚，运营商在启动GPON商用网络时，自然要考虑如何区别现有的EPON网络，充分发挥GPON特有的优势。 上海贝尔解决方案与市场部有线业务方案从全业务接入发展趋势考虑，GPON的商用网络规划要高起点，将GPON定位在可长期大规模商用运营的FTTH/FTTB网络，与之配套的ODN、城域网、核心网都要做中长期的发展规划。 爱立信 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 在2020年实现全球500亿终端的互联，为达成这个愿望，爱立信将在接下来的十年提供全面的GPON技术和设备支持。 在爱立信的GPON全球版图上，中国市场是很重要的一环。2009年是中国GPON建设元年，爱立信的GPON设备在三大运营商共计17个省市扎根发芽。 继续开拓中国GPON市场，爱立信已经把很大一部分技术团队和销售团队集中到了中国。目前爱立信已经将北美GPON的成功经验和部署案例移植到中国，在中国也建立起了GPON四个场景的解决方案，分别是FTTH、FTTC、FTTN和IP DSLAM应用。 经过多方努力扩张，截止到2009年底，爱立信GPON已经在国内这些省市包括安徽、广东、河北、河南、黑龙江、辽宁、吉林、湖北、山东、四川、甘肃、江苏、海南，以及全部4个直辖市。其中，爱立信在安徽GPON市场所获份额最大。 作为全球通信设备商巨头，爱立信获市场青睐的秘诀可不是单一产品线的竞争力，而是以多产品统一融合为基础的综合竞争力，这次GPON的推广也不例外。对于GPON，爱立信结合无线接入、宽带接入、光传输、核心网以及多媒体业务多项产品线，根据运营商的业务需求、网络规划和建网成本，提供了完整网络的宽带解决方案，也就是说，爱立信GPON直指全业务接入，打的仍旧是网络融合牌。 摩托罗拉的GPON产品硬件主要是光线路终端(OLT)和光网络终端(ONT)，软件主要指Axivision网元管理系统。摩托罗拉不是把GPON作为单一产品来提供，而是作为解决方案的有机组成部分，因为我们的目标是要为运营商提供三网融合的解决方案，使得运营商能为自己的最终客户提供业务。据介绍，摩托罗拉在2009年8月发运了首批GPON ONT设备到中国，目前正积极参与中国联通和中国移动的GPON测试。把全球先进的经验和产品方案介绍过来，作为一个方案合作伙伴为本地用户提供本地所需的方案。此外，作为给中国的长期承诺，摩托罗拉GPON将建立本地的专门研发队伍，更加有效和迅速地反映用户的需求，同时，生产、制造供应链的很多环节都已经在中国进行部署了。 目前几大运营商GPON策略基本思路为，先将GPON定位新建的高端FTTH/FTTO商业客户和住宅用户，为这些客户提供高速宽带接入、高清IPTV、家庭网关等新型业务。这些业务模式，随着GPON每线建设价格的下降，将不断向中低端客户进行更大规模的推广。 南京邮电大学通达学院2010届本科生毕业设计(论文) 结束语 GPON(Gigabit-Capable PON) 千兆无源光网络，无源光网络技术是基于ITU-TG.984.x标准的最新一代宽带无源光网络接入标准，具有高带宽，高效率，大覆盖范围，用户接口丰富等众多优点，被大多数运营商视为实现接入网业务宽带化，综合化改造的理想技术 本课题通过搭建GPON小型宽带接入网试验，对目前主流的GPON宽带接入技术进行研究，对目前国内主流的GPON产家的设备网络质量、业务提供能力等方面进行分析比较，最终形成测试评估报告。 通过此次课题的熟悉，对此进行了深入研究，针对GPON宽带设备，本文完成了一下几方面的研究: 1) 了解了宽带接入技术的类型以及当前宽带技术的主流技术和发挥的作用。 2) 了解了PON技术的知识及他们的分类，通过对于他们之间的性能比较，了解到当前 PON技术中的主流技术EPON和GPON。 3) 了解了GPON技术的产生及其简介，通过了解GPON技术最基本的结构进一步深层 次的研究GPON。 4) 通过对于当前两大主流光纤技术EPON和GPON的比较，了解了他们的相同点和不 同点，对于该技术的作用和功能有了明显的理解。 5) 通过对于目前各移动公司对于GPON技术的运用和投入的态度，让读者认知GPON 技术在未来的通信市场起到的重要作用。 此次的研究我通过查阅大量书籍和报刊，以及在网络上查找的相关知识对于GPON技术有了一个进步的了解，对于我在未来的这块主流通信领域的认知和发展有重要的意义。 南京邮电大学通达学院2010届本科生毕业设计(论文) 致 谢 为期5个月的毕业设计结束了。经过5个月的学习，并在陈雪红老师的耐心指导和帮助下，我完成了毕业设计任务书上下达的任务，并且通过这段时间的理论学习和工作实践提高了自己分析问题和解决问题的能力，也学到了新知识新方法，这将为以后的工作当打下良好的基础。 在这几年的大学生活中，我一直为自己能够进入南京邮电大学学习而感到无限的荣幸。这是一个热情友好、团结协作的集体，衷心对所有老师、同学及朋友表示我的真诚谢意，感谢他们给予我无微不至的关心与爱护和方方面面的支持与帮助。 同时，也要深深的感谢各位评委老师在百忙之中，抽出宝贵的时间审议我的毕业论文。 特别要感谢我的室友和家人都给予了我很多支持、关心和帮助，在此向他们表示深深的感谢。 南京邮电大学通达学院2010届本科生毕业设计(论文) 参考文献 (1)陈雪。 《无源光网络技术》 【M】; 北京邮电大学出版社 2006-1 (2)伊树华，张引发。 《光纤通信工程与工程管理》 【M】; 人民邮电出版社 2005-2 (3)(加)吉拉德(Girard，A.)著，杨柳译。 《FTTXPON技术与测试》 【M】; 人民邮电出版社 2007-1 (4) 郭世满，马蕴颖，郭苏宁。 《宽带接入技术及应用》 【M】; 北京邮电大学出版社 2006-3 (5)郭巍，刘冬，孙曙和。 “面向FTTH的EPON系统应用与管理”.通讯世界 【J】，2005年第8期 (6)北京邮电大学一北京格林威尔公司联合实验室，GPON技术研究报告 【R】2007 (7)郎为民 郭东生。 《EPON/GPON从原理到实践》 【M】;现代光通信技术丛书 2010-1 (8)胡先志。 低水峰非色散位移单模光纤的性能与应用， 网络电信 【J】; 2005年8月 (9)毛谦。 新型光纤及其标准，电信工程及其标准化 【J】; 2003年8月 (10)王振斌。新型单模光纤G.652 D G.655C G.656 ，网络电信【J】;2004年8月 35