banner.jpg)
以太網(wǎng)是在20世紀80年代發(fā)展的一種局域網(wǎng)技術，其帶寬為10Mbit/s，最初是共享媒體型，需要防碰偵聽,這就限制了其使用效率和傳輸距離。90年代發(fā)展了交換型以太網(wǎng)，解決了上述問題，并先后推出了快速以太網(wǎng)FE（100Mbit/s）和吉位以太網(wǎng)GbE(1000Mbit/s)。以太網(wǎng)由于具有使用簡單方便、價格低、速度高等優(yōu)點，很快成為局域網(wǎng)的主流。以太網(wǎng)的幀格式與IP是一致的，特別適合于傳輸IP數(shù)據(jù)。隨著因特網(wǎng)的快速發(fā)展，以太網(wǎng)被大量使用。隨著吉位以太網(wǎng)的成熟和萬兆以太網(wǎng)的出現(xiàn)，以及低成本在光纖上直接架構吉位以太網(wǎng)和萬兆以太網(wǎng)技術的成熟，以太網(wǎng)開始進入城域網(wǎng)MAN和廣域網(wǎng)WAN領域。目前，萬兆以太網(wǎng)已經(jīng)成為寬帶IP城域網(wǎng)的首選方案，也已經(jīng)開始用于WAN。2002年萬兆以太網(wǎng)標準完成后，將被廣泛用于MAN和WAN。如果接入網(wǎng)也采用以太網(wǎng)將形成從局域網(wǎng)、接入網(wǎng)、城域網(wǎng)到廣域網(wǎng)全部是以太網(wǎng)的結構。采用與IP一致的統(tǒng)一的以太網(wǎng)幀結構，各網(wǎng)之間無縫連接，中間不需要任何格式轉(zhuǎn)換。這將可以提高運行效率、方便管理、降低成本。這種結構可以提供端到端的連接，根據(jù)與用戶簽訂的服務協(xié)議SLA，保證服務質(zhì)量QoS。
基于上述原因，以太網(wǎng)接入網(wǎng)得到快速發(fā)展和廣泛重視。2001年初，IEEE成立了802.3EFM工作組（EFM的意思是"以太網(wǎng)第一里"，即以太網(wǎng)接入網(wǎng)），發(fā)展制定以太網(wǎng)接入網(wǎng)標準。隨著標準的制定完成，將有一批以太網(wǎng)接入網(wǎng)設備出現(xiàn)。
PON的結構采用無源光器件，可以提供高帶寬，可靠性、經(jīng)濟性，可升級性都有著非常大的優(yōu)勢。不可避免以太網(wǎng)接入將主要采用PON這種形式。
一、EPON的上行接入技術
EPON上行接入技術可以使用頻分多址復用(FDMA)、時分多址復用(TDMA)、波分多址復用（WDMA）、碼分多址復用等方式(CDMA)。頻分復用的缺點有：OLT中需要多個轉(zhuǎn)發(fā)器；初期成本高；信道容量固定；增加/減少用戶時比較麻煩。碼分復用的缺點有：信道間的干擾由ONU的數(shù)量決定；需要高速器件。WDMA主要的問題是：成本比較高，主要是因為光器件成本目前還比較高。但如果開發(fā)出便宜的、適用于WDMA方式接入網(wǎng)的光發(fā)射和光接收器件，使用WDMA是發(fā)展的趨勢。時分復用具有N個ONU只需要一個OLT轉(zhuǎn)發(fā)器和極少的波長等優(yōu)點，但時分復用還是需要高速電子器件。綜合以上考慮，現(xiàn)在一般我們都是采用時分復用多址接入方式，波分復用多址接入方式也有非常大的競爭力,是發(fā)展的方向。
OLT安排好各ONU允許發(fā)送上行信號的時隙，發(fā)出時隙分配幀。ONU根據(jù)時隙分配幀，在OLT分配給它的時隙中發(fā)出自己的上行信號。這樣，ONU之間就可以共同享有上行信道，即眾多的ONU共享有限的上行信道帶寬。
各ONU獨占一個波長，探測器陣列接收各ONU的信號。根據(jù)接收探測器，就可以判斷出對應是哪個ONU。由于ONU獨占一個波長，所以不需要與其他ONU共享帶寬，每個上行信道可以實現(xiàn)與下行信道對稱的帶寬。也就是說，采用這種方式，每個ONU享有的上行帶寬可以得到保證，不用與其它ONU爭用有限的帶寬。
二、EPON中的關鍵技術分析
1．EPON中采用TDMA方式的關鍵技術
EPON采用TDMA方式時的關鍵技術有動態(tài)帶寬分配、上行信道復用實現(xiàn)技術、以太網(wǎng)在PON上的成幀技術與實現(xiàn)技術、測距與延時補償、光器件、突發(fā)信號的快速同步技術等等。
�。�1） 動態(tài)帶寬分配
動態(tài)帶寬分配算法就是實時地（ms/μs量級）改變EPON的各ONU上行帶寬的機制。EPON中如果用帶寬靜態(tài)分配，對數(shù)據(jù)通信這樣的變速率業(yè)務很不適合，如按峰值速率靜態(tài)分配帶寬則整個系統(tǒng)帶寬很快就被耗盡，帶寬利用率很低，而動態(tài)帶寬分配使系統(tǒng)帶寬利用率大幅度提高。通過DBA，我們可以根據(jù)ONU突發(fā)業(yè)務的要求，通過在ONU之間動態(tài)調(diào)節(jié)帶寬來提高PON上行帶寬效率。由于能更有效地利用帶寬，網(wǎng)絡管理員可以在一個已有的PON上增加更多用戶，終端用戶也可以享有更好的服務，如用戶可以用到的帶寬峰值可以超過傳統(tǒng)的固定分配方式的帶寬。
根據(jù)EPON的特點及ITU-T G.983建議，可以得出對動態(tài)帶寬分配設計的具體要求有：業(yè)務透明；高帶寬利用率；低時延和低時延抖動；公平分配帶寬，健壯性好，實時性強。動態(tài)帶寬分配采用集中控制方式：所有的ONU的上行信息發(fā)送，都要向OLT申請帶寬，OLT根據(jù)ONU的請求按照一定的算法給予帶寬（時隙）占用授權，ONU根據(jù)分配的時隙發(fā)送信息。其分配準許算法的基本思想是：各ONU利用上行可分割時隙反映信元到達的時間分布并請求帶寬，OLT根據(jù)各ONU的請求公平合理地分配帶寬，并同時考慮處理超載、信道有誤碼、有信元丟失等情況的處理。
ONU可能經(jīng)常要斷開（特別是在FTTH情況下），已經(jīng)斷開的ONU不應再占用網(wǎng)絡帶寬。解決這個問題的方法有：使新的請求在許可信號后的RTT+Dt時間內(nèi)到達；如果請求（k個）丟失了就意味著ONU已經(jīng)斷開；下次詢問此ONU前先等待1分鐘。這樣可使斷開ONU只占用大約0.0005% 的PON帶寬。
在PON中，在傳輸會聚層上用流量容器來存儲管理上行帶寬分配的業(yè)務流，使PON段帶寬利用率得到提高。分析表明，采用DBA，最大的帶寬利用率可達80%，而沒有DBA時只有40%。平均傳輸時延無DBA時為100ms，而用DBA時為<10ms。
（2） EPON上行實現(xiàn)技術
時分多址復用方式又可以采用固定時隙的時分多址復用、統(tǒng)計時分多址復用、隨機接入等方式。固定時隙時分多址復用方式不足之處有：當其中有的時隙未用時，還是占用一樣的帶寬；對高突發(fā)率業(yè)務適應力不強；ONU需要同步。隨機接入沒有確定的接入時間；由于采用CSMA/CD，故有傳輸距離的限制。而統(tǒng)計時分多址復用可以克服前兩者的不足，所以一般都選擇采用統(tǒng)計時分多址復用。上行信號傳輸在ONU被分配到的時隙里發(fā)送以太網(wǎng)幀，統(tǒng)計復用通過提供的數(shù)據(jù)量的大小來改變時隙大小的方法來實現(xiàn)。
TDMA的實現(xiàn)方法是重點，即如何使用TDMA的方法使上行信道的帶寬利用率、時延和時延抖動等指標達到要求。其中，上行帶寬的分配方法、ONU發(fā)送窗口固定還是可變、最大的ONU發(fā)送窗口應為多大、ONU發(fā)送窗口的間隔、以太網(wǎng)幀是否切割等問題都有待于研究和確定。
由于數(shù)據(jù)/視頻業(yè)務流是自相似的，不存在最佳大小的固定時隙，故流量聚合也不能起多大作用。突發(fā)包大小分布為長相關性（大的拖尾），即大多數(shù)突發(fā)包都比較小，但絕大多數(shù)都是有大量的突發(fā)包同時出現(xiàn)。實現(xiàn)統(tǒng)計時分復用要考慮的問題有：
●突發(fā)時間與業(yè)務流大小都難以預料，所以要有反饋；
●采用Roll-call輪詢方式是比較好，但需要ONU之間相互偵聽，也就是PON只能用作廣播星型或無源環(huán)（這太嚴格了）。也可以采用Hub輪詢方式，但是工作時間非常長。解決方法為采用間插輪詢路由方式。
上行信號應該采用靈活的請求/許可方式。例如可以通過"邏輯端口"，可以靈活地為一個ONU中的每個用戶、每個服務提供許可信號，可以實現(xiàn)靈活操作，或采用"多請求方式"縮短許可周期，并使TCP流量高。
2．EPON中采用TDMA方式的關鍵技術
EPON采用WDMA方式、TDMA方式時的許多技術，如動態(tài)帶寬分配、上行信道復用實現(xiàn)技術、以太網(wǎng)在PON上的成幀技術與實現(xiàn)技術、突發(fā)信號的快速同步技術等等都不再需要，因此簡化了整個系統(tǒng)的設計。采用WDMA時的關鍵技術主要有：低成本波長穩(wěn)定的光發(fā)射模塊、低成本光接收模塊、低成本DWDM、測距等等。而對于低成本波長穩(wěn)定的光發(fā)射模塊、低成本光接收模塊華中科技大學光纖教研室都已基本開發(fā)出來。
3．其他關鍵技術
其他一些關鍵技術有：以太網(wǎng)在PON上的成幀技術與實現(xiàn)技術；測距和時延補償技術；支持高速率突發(fā)信號的光器件；突發(fā)信號的快速同步等等。
除此之外，下行信道安全性、如何實現(xiàn)QoS、如何實現(xiàn)VLAN和網(wǎng)管等也是影響EPON應用前景的問題，必須加以考慮。
以上討論了EPON中上行信號的兩種接入方式�？梢钥闯�，只要需要的光器件的成本降下來，EPON采用WDMA接入方式比TDMA方式有非常大的優(yōu)勢。
摘自《通信世界》2002.12
