摘要：分析了EPON工作原理、接入網系統的結構組成，對EPON系統的動態帶寬分配網絡模型和流程進行等關鍵技術進行了研究，提出了一種基于評估的動態帶寬分配方案，設計了一種新型的EPON接入系統，實現了多業務、高帶寬的新一代接入網平臺。

　　關鍵詞：EPON,光纖,寬帶接入網

　　0 引言

　　隨著Internet的訊猛發展，各大電信主干網絡擴張十分迅速，主干網的傳輸速度已經達到了高速傳輸的要求，但接入網方面確沒有太大的變化，各種“寬帶”接入方案實際是仍然是ADSL和Cable Model網絡，這些技術與56kbps的撥號上網相比雖然有了很大的進步，但對于VOD、視頻會議、互動游戲等網絡新功能來說，還不足以提供足夠的帶寬，用戶需要一種集成語音、圖像服務等多功能的接入網方案，以解決接入網這一“瓶頸”問題，而光纖傳輸技術是一種簡單實用的方案，本文提出的EPON(Ethernet Passive Optical Network)集成了低成本以太網設備和光纖基礎設施的特點，成為了下一代寬帶接入網的首選方案。

　　1 接入網與EPON技術

　　實際上接入網技術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在以太網的應用，目前以太網有著十分巨大的網絡基礎和長期的經驗知識，他已經作為用戶寬帶接入的主要手段，其性價比高、可擴展性好，與現有的操作系統應用兼容，可靠性好。而基于SDH或PDH的有源光纖接入網(AON, Active Optical Network)有點對點、自愈環和星形等多種拓撲結構，無論哪一種結構，其技術都相當成熟，運營者已考慮在接入網引入2.5Gbit/s系統。

　　在接入網中應用SDH的優點主要有三個方面: (1)對于Qos要求高的大企業用戶，SDH可提供理想的網絡性能和業務可靠性; (2)可以以增加傳輸帶寬、改進網管能力、簡化維護工作和降低運行成本: (3)網絡運營商可以借助SDH的靈活性更快更有效地提供用戶所需的長期和短期的業務與組網需要。

　　IEEE于2000年底成立了EFM工作組，試圖引入一種新的接入標準-EPON(即Ethernet over PON)。它是利用PON的拓撲結構以實現以太網的接入。EPON就是Ethemet PON，對于IP業務，OLT與ONU之間的鏈路層彩以太技術，通過在TDM時隙里的映射、封裝進行相互通信，采用點到多點結構、無源光纖傳輸方式，上下行可以達到對稱的1.25Gb/s，下行速率可以達到10 Gb/s，另外還提供一定的運行維護和管理(OAM)功能，其最大的優點是極大地簡化了傳統的多層重疊網結構，硬件簡單，無需室外設備，大量采用以太網的芯片技術，初始和運行成本都比較低，而且EPON還提供多層安全機制，如虛擬局域網VLAN(Virtual Local Access Network)、閉合用戶群和支持虛擬個人網絡VPN(Virtual Private Network)

　　2 EPON系統設計

　　2.1 系統總體設計

　　本文設計的接入系統是一種基于Ethernet-PON技術為核心的寬帶接入系統。其結構如圖1所示。由圖可見，EPON系統由OLT, POS、多個ONU和網元管理系統組成。OLT在業務側提供業務節點接口，在EPON側提供接入線路接口(ALI)。OLT把ALI來的輸入信號經OLT內部的交叉連接，傳送到目的地SNI，反之，它把從SNI來的輸入信號也經OLT內部的交叉連接傳送到目的地ALI. ONU在用戶側提供用戶網絡接口((UNI)，在EPON側提供線路接口，并經ODN連接到OLT. ODN由光纖和POS組成。網元管理系統也可以管理OLT和多個ONU. OLT和來自業務源的電話、數據和視頻信號相連，接收相應的信號，并選擇相應的通路傳送給其目的的ONU;與此同時，收集來自不同ONU的信號，交叉連接到相應的業務源。下行傳送采用TDM方式，上行接入使用TDMA方式。

　　2.2 EPON拓撲結構設計

　　EPON將套用PON的拓撲結構，可以有單星型、多星型(樹型)、總線型和環型四種，相應的EPON也可以沿用這幾種結構，拓撲結構的選擇主要考慮用戶和分布拓撲，OLT和ONU的距離和光纖容量等因素，但在實際實施工程中，上述任何一種結構都不能完全適用于所有的實際情況，不僅要考慮設備的配置地點，而且還要充分考慮用戶的分布及客觀條件，基于以上原因，本系統中的拓撲結構暫不于固定，可以根據具體施工現場情況再確定。

　　2.3 EPON網絡結構配件選擇

　　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。目前市面上已經有許多可以直接應用于EPON系統上的產品，如OLT、ONU等，一般OLT產品應遵循IEEE802.3al標準，最好達到電信級通信設備產品要求。

　　3 EPON的技術要點及解決方案

　　動態帶寬分配是EPON系統的關鍵技術，可以改進系統時延和以太網幀丟失率等，其分配算法就是實時地改變EPON的各ONU上行帶寬機制，控制調度多個ONU的接入，以實現高效的帶寬分配。

　　3.1 動態帶寬分配網絡模型

　　設計如下EPON網絡模型：設定EPON網絡為1個OLT, i個POS, i個ONU，其中i∈[1, N], N是ONU的個數。EPON網絡結構如圖2所示。

　　為了便于后面的計算，先定義如下參數:

　　Li (n)—在n周期ONUi的隊列長度

　　Ai (n)—在[n, n+l]周期ONUi的收到的數據包大小

　　Wi(n)—在n周期由OLT所分配的帶寬大小

　　maxWi—ONUi的最大授權帶寬大小

　　Ti(n)—在n周期ONUi的實際可傳送的數據包大小

　　Bi(n) —ONUi待傳遞的數據包大小

　　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，

　　模型分析結論如下：

　　若Wi(n) > Bi(n-1)時，Di >0, Wi (n+l)減少

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

　　若Wi (n) =Bi (n-1)時，Di (n) =0

　　3.2 帶寬實際分配流程

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

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

　　2.ONUi收到授權信息后，傳送OLT所允許大小的數據Ti (n)，在傳送包的尾部，ONU產生問詢信息，該問詢信息包含Di (n)信息。

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

　　4.OLT收到ONUi的數據包之后。OLT提取信息Di (n)，同時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傳送授權信息給ONUi+2，允許其傳送Wi+2 (n)，在來自ONUi+1的包到達之后，OLT與提取Di+1(n)，之后更新問詢表中登記項。

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

　　4 結論

　　EPON因其具有成本低、帶寬高和與現有以太網兼容等獨特優勢而具有美好的發展前景，是FTTC, FTTB, FTTH的首選接入技術。本設計中的EPON系統可以有效地解決帶寬丟失率與延遲率低的問題，實現一種基于EPON的新一代多業務、高帶寬接入網平臺。

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