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以太網(wǎng)是在20世紀(jì)80年代發(fā)展的一種局域網(wǎng)技術(shù)，其帶寬為10Mbit/s，最初是共享媒體型，需要防碰偵聽(tīng),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(wèn)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(jiǎn)單方便、價(jià)格低、速度高等優(yōu)點(diǎn)，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(wàn)兆以太網(wǎng)的出現(xiàn)，以及低成本在光纖上直接架構(gòu)吉位以太網(wǎng)和萬(wàn)兆以太網(wǎng)技術(shù)的成熟，以太網(wǎng)開(kāi)始進(jìn)入城域網(wǎng)MAN和廣域網(wǎng)WAN領(lǐng)域。目前，萬(wàn)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(kāi)始用于WAN。2002年萬(wàn)兆以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)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(jié)構(gòu)。采用與IP一致的統(tǒng)一的以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)，各網(wǎng)之間無(wú)縫連接，中間不需要任何格式轉(zhuǎn)換。這將可以提高運(yùn)行效率、方便管理、降低成本。這種結(jié)構(gòu)可以提供端到端的連接，根據(jù)與用戶(hù)簽訂的服務(wù)協(xié)議SLA，保證服務(wù)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(biāo)準(zhǔn)。隨著標(biāo)準(zhǔn)的制定完成，將有一批以太網(wǎng)接入網(wǎng)設(shè)備出現(xiàn)。
PON的結(jié)構(gòu)采用無(wú)源光器件，可以提供高帶寬，可靠性、經(jīng)濟(jì)性，可升級(jí)性都有著非常大的優(yōu)勢(shì)。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(shù)
EPON上行接入技術(shù)可以使用頻分多址復(fù)用(FDMA)、時(shí)分多址復(fù)用(TDMA)、波分多址復(fù)用（WDMA）、碼分多址復(fù)用等方式(CDMA)。頻分復(fù)用的缺點(diǎn)有：OLT中需要多個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器；初期成本高；信道容量固定；增加/減少用戶(hù)時(shí)比較麻煩。碼分復(fù)用的缺點(diǎn)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(wèn)題是：成本比較高，主要是因?yàn)楣馄骷杀灸壳斑�比較高。但如果開(kāi)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(shì)。時(shí)分復(fù)用具有N個(gè)ONU只需要一個(gè)OLT轉(zhuǎn)發(fā)器和極少的波長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，但時(shí)分復(fù)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(shí)分復(fù)用多址接入方式，波分復(fù)用多址接入方式也有非常大的競(jìng)爭(zhēng)力,是發(fā)展的方向。
OLT安排好各ONU允許發(fā)送上行信號(hào)的時(shí)隙，發(fā)出時(shí)隙分配幀。ONU根據(jù)時(shí)隙分配幀，在OLT分配給它的時(shí)隙中發(fā)出自己的上行信號(hào)。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(dú)占一個(gè)波長(zhǎng)，探測(cè)器陣列接收各ONU的信號(hào)。根據(jù)接收探測(cè)器，就可以判斷出對(duì)應(yīng)是哪個(gè)ONU。由于ONU獨(dú)占一個(gè)波長(zhǎng)，所以不需要與其他ONU共享帶寬，每個(gè)上行信道可以實(shí)現(xiàn)與下行信道對(duì)稱(chēng)的帶寬。也就是說(shuō)，采用這種方式，每個(gè)ONU享有的上行帶寬可以得到保證，不用與其它ONU爭(zhēng)用有限的帶寬。
二、EPON中的關(guān)鍵技術(shù)分析
1．EPON中采用TDMA方式的關(guān)鍵技術(shù)
EPON采用TDMA方式時(shí)的關(guān)鍵技術(shù)有動(dòng)態(tài)帶寬分配、上行信道復(fù)用實(shí)現(xiàn)技術(shù)、以太網(wǎng)在PON上的成幀技術(shù)與實(shí)現(xiàn)技術(shù)、測(cè)距與延時(shí)補(bǔ)償、光器件、突發(fā)信號(hào)的快速同步技術(shù)等等。
�。�1） 動(dòng)態(tài)帶寬分配
動(dòng)態(tài)帶寬分配算法就是實(shí)時(shí)地（ms/μs量級(jí)）改變EPON的各ONU上行帶寬的機(jī)制。EPON中如果用帶寬靜態(tài)分配，對(duì)數(shù)據(jù)通信這樣的變速率業(yè)務(wù)很不適合，如按峰值速率靜態(tài)分配帶寬則整個(gè)系統(tǒng)帶寬很快就被耗盡，帶寬利用率很低，而動(dòng)態(tài)帶寬分配使系統(tǒng)帶寬利用率大幅度提高。通過(guò)DBA，我們可以根據(jù)ONU突發(fā)業(yè)務(wù)的要求，通過(guò)在ONU之間動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)帶寬來(lái)提高PON上行帶寬效率。由于能更有效地利用帶寬，網(wǎng)絡(luò)管理員可以在一個(gè)已有的PON上增加更多用戶(hù)，終端用戶(hù)也可以享有更好的服務(wù)，如用戶(hù)可以用到的帶寬峰值可以超過(guò)傳統(tǒng)的固定分配方式的帶寬。
根據(jù)EPON的特點(diǎn)及ITU-T G.983建議，可以得出對(duì)動(dòng)態(tài)帶寬分配設(shè)計(jì)的具體要求有：業(yè)務(wù)透明；高帶寬利用率；低時(shí)延和低時(shí)延抖動(dòng)；公平分配帶寬，健壯性好，實(shí)時(shí)性強(qiáng)。動(dòng)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(qǐng)帶寬，OLT根據(jù)ONU的請(qǐng)求按照一定的算法給予帶寬（時(shí)隙）占用授權(quán)，ONU根據(jù)分配的時(shí)隙發(fā)送信息。其分配準(zhǔn)許算法的基本思想是：各ONU利用上行可分割時(shí)隙反映信元到達(dá)的時(shí)間分布并請(qǐng)求帶寬，OLT根據(jù)各ONU的請(qǐng)求公平合理地分配帶寬，并同時(shí)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(kāi)（特別是在FTTH情況下），已經(jīng)斷開(kāi)的ONU不應(yīng)再占用網(wǎng)絡(luò)帶寬。解決這個(gè)問(wèn)題的方法有：使新的請(qǐng)求在許可信號(hào)后的RTT+Dt時(shí)間內(nèi)到達(dá)；如果請(qǐng)求（k個(gè)）丟失了就意味著ONU已經(jīng)斷開(kāi)；下次詢(xún)問(wèn)此ONU前先等待1分鐘。這樣可使斷開(kāi)ONU只占用大約0.0005% 的PON帶寬。
在PON中，在傳輸會(huì)聚層上用流量容器來(lái)存儲(chǔ)管理上行帶寬分配的業(yè)務(wù)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(dá)80%，而沒(méi)有DBA時(shí)只有40%。平均傳輸時(shí)延無(wú)DBA時(shí)為100ms，而用DBA時(shí)為<10ms。
�。�2） EPON上行實(shí)現(xiàn)技術(shù)
時(shí)分多址復(fù)用方式又可以采用固定時(shí)隙的時(shí)分多址復(fù)用、統(tǒng)計(jì)時(shí)分多址復(fù)用、隨機(jī)接入等方式。固定時(shí)隙時(shí)分多址復(fù)用方式不足之處有：當(dāng)其中有的時(shí)隙未用時(shí)，還是占用一樣的帶寬；對(duì)高突發(fā)率業(yè)務(wù)適應(yīng)力不強(qiáng)；ONU需要同步。隨機(jī)接入沒(méi)有確定的接入時(shí)間；由于采用CSMA/CD，故有傳輸距離的限制。而統(tǒng)計(jì)時(shí)分多址復(fù)用可以克服前兩者的不足，所以一般都選擇采用統(tǒng)計(jì)時(shí)分多址復(fù)用。上行信號(hào)傳輸在ONU被分配到的時(shí)隙里發(fā)送以太網(wǎng)幀，統(tǒng)計(jì)復(fù)用通過(guò)提供的數(shù)據(jù)量的大小來(lái)改變時(shí)隙大小的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。
TDMA的實(shí)現(xiàn)方法是重點(diǎn)，即如何使用TDMA的方法使上行信道的帶寬利用率、時(shí)延和時(shí)延抖動(dòng)等指標(biāo)達(dá)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(yīng)為多大、ONU發(fā)送窗口的間隔、以太網(wǎng)幀是否切割等問(wèn)題都有待于研究和確定。
由于數(shù)據(jù)/視頻業(yè)務(wù)流是自相似的，不存在最佳大小的固定時(shí)隙，故流量聚合也不能起多大作用。突發(fā)包大小分布為長(zhǎng)相關(guān)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(shí)出現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用要考慮的問(wèn)題有：
●突發(fā)時(shí)間與業(yè)務(wù)流大小都難以預(yù)料，所以要有反饋；
●采用Roll-call輪詢(xún)方式是比較好，但需要ONU之間相互偵聽(tīng)，也就是PON只能用作廣播星型或無(wú)源環(huán)（這太嚴(yán)格了）。也可以采用Hub輪詢(xún)方式，但是工作時(shí)間非常長(zhǎng)。解決方法為采用間插輪詢(xún)路由方式。
上行信號(hào)應(yīng)該采用靈活的請(qǐng)求/許可方式。例如可以通過(guò)"邏輯端口"，可以靈活地為一個(gè)ONU中的每個(gè)用戶(hù)、每個(gè)服務(wù)提供許可信號(hào)，可以實(shí)現(xiàn)靈活操作，或采用"多請(qǐng)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(guān)鍵技術(shù)
EPON采用WDMA方式、TDMA方式時(shí)的許多技術(shù)，如動(dòng)態(tài)帶寬分配、上行信道復(fù)用實(shí)現(xiàn)技術(shù)、以太網(wǎng)在PON上的成幀技術(shù)與實(shí)現(xiàn)技術(shù)、突發(fā)信號(hào)的快速同步技術(shù)等等都不再需要，因此簡(jiǎn)化了整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。采用WDMA時(shí)的關(guān)鍵技術(shù)主要有：低成本波長(zhǎng)穩(wěn)定的光發(fā)射模塊、低成本光接收模塊、低成本DWDM、測(cè)距等等。而對(duì)于低成本波長(zhǎng)穩(wěn)定的光發(fā)射模塊、低成本光接收模塊華中科技大學(xué)光纖教研室都已基本開(kāi)發(fā)出來(lái)。
3．其他關(guān)鍵技術(shù)
其他一些關(guān)鍵技術(shù)有：以太網(wǎng)在PON上的成幀技術(shù)與實(shí)現(xiàn)技術(shù)；測(cè)距和時(shí)延補(bǔ)償技術(shù)；支持高速率突發(fā)信號(hào)的光器件；突發(fā)信號(hào)的快速同步等等。
除此之外，下行信道安全性、如何實(shí)現(xiàn)QoS、如何實(shí)現(xiàn)VLAN和網(wǎng)管等也是影響EPON應(yīng)用前景的問(wèn)題，必須加以考慮。
以上討論了EPON中上行信號(hào)的兩種接入方式�？梢钥闯�，只要需要的光器件的成本降下來(lái)，EPON采用WDMA接入方式比TDMA方式有非常大的優(yōu)勢(shì)。
摘自《通信世界》2002.12
