（通信与信息系统专业论文）gpon的测距与时延补偿方法的研究.pdf

原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 行研究所取得的成果除文中已经注b j j 弓i 用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人 承担。 论文作者签名：盐叁盎e l 期：趔垫呈丛 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定同意学校保 留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅 和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本 学位论文 ( 保密论文 论文作者签名 御i ； 山东大学硕士学位论文 摘要 近年来，社会信息化进程加快，数据业务激烈增长。电信业务种类也在不 断扩大，已由单一的电话电报业务扩展到多种业务通信网的主干部分已经发 生了巨大的变化，而在接入部分却变化很少i n t c r n c t 数据流的激增加剧了接入 部分的容量限制。最后一公里”的接入部分仍然是高速局域网和主干网之间的 瓶颈人们迫切需要一种经济、简单、易升级、能够综合传输语音、数字和视 频业务的新的接入网络技术 采用光纤接入网( o a n ) 可以减少传统铜缆网维护运行费用，降低故障率； 支持开发新业务，特别是多媒体和宽带业务，满足用户希望较快提供业务，改 进业务质量和可用性的要求；也可以节约城市拥挤不堪的地下管道空间，延长 传输覆盖距离而其中基于无源光网络( p o n ) 的接入技术以其低成本、可靠 稳定的性能和提供透明宽带的传送能力成为接入网有效的解决方案 p o n 自从在2 0 世纪8 0 年代被采用至今已经历经了a p o n 、e p o n 、g p o n 几个发展阶段，电信运营商和设备制造商开发了多种协议和技术以便使p o n 解决方案能更好地满足接入网市场要求g p o n 是由f s a n 组织于2 0 0 2 年9 月推出的具有吉比特高速率、高效率，支持多业务透明传输，同时提供明确 的服务质量保证和服务级别以及电信级网络监测和业务管理的吉比特解决方 案支持的最高速率可达2 4 8 8 g b s 2 0 0 3 年1 月i t u - t 批准确立了g p o n 标准g 9 8 4 1 和g 9 8 4 2 g p o n 被认为是最后一个也是最优的p o n 技术 g p o n 系统在上行方向上是多点到点网络结构，不同o n u 采用t d m a 的多址接入由于o n u 到o l t 的距离不同，每个o n u 的数据流经过不同长 度的光纤传输后，会产生不同的时延；而且，由于环境温度的变化和器件的 老化，传输延时也在不断地变化因此。不同o n u 的数据流进入光分配器的 共用光纤，如果不加控制，就有可能发生碰撞和重叠所以，g p o n 系统需 要对每一个o n u 与o l t 的距离进行测定，控制每个o n u 发送上行数据的时 刻，避免数据冲突本文首先介绍了g 9 8 3 1 标准中定义的测距和均衡延时补 偿方法由于上行信号在传输过程中会出现一定的相位漂移和抖动。从而使 3 山东大学硕士学位论文 o l t 接收到的是近似连续的比特流，测距精度有限：均衡延时补偿方法中采 用最远o n u 的延时为基准，在一定程度上增大了数据包的等待延时论文中 采用e p o n 中的多点控制协议( m p c p ) 测量o l t 与o n u 之间往返时延。 o l t 根据i p a c tm a c 协议中的时序安排算法控制向o n u 发送授权信息的时 刻，来实现系统的同步和时延补偿在这种时延补偿机制下，o n u 接收到授 权后可以不需要延时直接发送数据，从而变得简单、经济；同时，降低了系 统的平均包延时，提高了o l t 与光分路合路器之间线路的利用率 在论文的最后，对两种测距和时延补偿方法进行了计算机仿真和性能分 析，并在相同的业务接入条件下，对仿真结果进行比较，表明i p a c t 协议中 的时延补偿方法在平均包延时和线路利用率方面比均衡延时法都有所改善 关键词：吉比特无源光网络；通用成帧协议；测距；i p a c t 4 山东大学硬士学位论文 - _ - _ _ _ - _ _ _ - - _ _ _ _ - - _ _ _ _ _ _ _ _ _ i _ _ i _ _ _ _ _ - l _ i _ _ _ _ _ - a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，w i t ht h er a p i d l yd e v e l o p i n gi n f o r m a t i o na n dt e c h n o l o g y , d a t a s e r v i c e sa r er i s i n g t h ek i n do ft e l e c o mh a sb e e ne x t e n d e df r o ms i m p l e xt e l e p h o n e t e l e g r a mt os e v e r a ls e r v i c e s t h en a r r o w b a n dl s d ng e n e r a l l ys u p p l i e sa t1 2 8 k b s s p e e d a c c e s sn e t w o r kh a sb e e nt h eb o t t l e n e c ko fn e t w o r kt ob r o a d b a n d a t e c h n o l o g yf o r 戡：c e s sn e t w o r k st h a ti si n e x p e n s i v e , s i m p l e ，s c a l a b l e ，a n dc a p a b l eo f d e l i v e r i n gi n t e g r a t e dv o i c e ，d a t a , a n dv i d e os e r v i c e st oa ne n d u s e rs u b s c r i b e ro v e ra s i n g l en e t w o r ki sr e q u i r e d o p t i c a la c c e s sn e t w o r ki sa ne f f e c t i v et e c h n o l o g y f i r s t l y , i tc a nr e d u c et h e m a i n t e n a n c e 。c i r c u l a t i o ne x p e n s ea n dm a l f u n c t i o nr a t eo ft r a d i t i o n a lc o p p e rn e t w o r k ， a n ds u p p o r tn c ws e r v i c e s ，e s p e c i a l l ym u l t i m e d i aa n db r o a d b a n d s e c o n d l y , o a n c a ns a t i s f yt h er e q u e s to fo f f e r i n gs e r v i c em o r eq u i c k l ya n di m p r o v i n gq u a l i t ya n d u s a b i l i t yo fs e r v i c e t h i r d l y , u s i n go p t i c a lc a ne c o n o m i z eu n d e r g r o u n dd u c t w o r ko f c i t y , a n dc a np r o l o n gt r a n s m i s s i o no v e r c a s td i s t a n c e t h e r e i n t o ，p o nt e c h n o l o g yo f l o wc o s t , s t a b i l i z a t i o na n dt r a n s p a r e n tt r a n s m i s s i o nb e c o m e st h ee f f e c t i v ew a y p o nt e c h n o l o g yh a sc o m et h r o u g ha p o n ，e p o na n dg p o ns e v e r a lp h a s e s s i n c e e i g i l t yy e a r s t w e n t i e t h c e n t u r y t e l e c o mm a n a g e r s a n d e q u i p m e n t m a n u f a c t u r e r sh a v eb e e nm a n a g i n gt oe x p l o i tp r o t o c o la n dt e c h n o l o g yf o rp o n g p o ni s p u tf o r w a r db yf s a ni ns e p t e m b e r2 0 0 2 ，w i t hg i g a b i ts p e e d ，h i g h e f f i c i e n c y , b e a r i n gm u l t i s e r v i c et r a n s p a r e n tt r a n s m i s s i o n ，s u p p l y i n gs p e c i f i cq u a l i t y o fs e r v i c e , s e r v i c el e v e l ，n e t w o r ki n s p e c ta n do p e r a t i o nm a n a g e m e n t i tc a nw o r ka t m a x i m a ls p e e do f2 4 8 8 g b s i t sc r i t e r i o n sg 9 8 4 1a n dg 9 8 4 2h a v e b e e n e s t a b l i s h e db yi t u ti nj a n u a r y2 0 0 3 i ti sr e g a r d e da st h el a s ta n do p t i m u mp o n g p o ni so fm u l t i p o i n tt op o i n tn e t w o r kt o p o l o g ys t r u c t u r ei nu p s t r e a m d i r e c t i o n d i f f e r e n to n u a d o p t st d m a a c c e s st e c h n o l o g y t h cd a t as t r e a mf r o m e v e r yo n ua p p e a r sd i f f e r e n td e l a yt h r o u g hf i b e r so fd i f f e r e n tl e n g t hb e c a u s eo f d i f f e r e n td i s t a n c eb e t w e e no n u sa n do l t i na d d i t i o n , t h ed e l a yi sv a r i n gw i t ht h e 5 山东大学硕士学位论文 t e m p e r a t u r e o fc i r c u m s t a n c e sa n d a 萄n g o fe q u i p m e n t s t h e n , a r e rd a t a s t r e a m s e n t e r i n gt h ec o m m o no p t i c a lf m e r , c o l l i s i o na n ds u p e r p o s i t i o na m o n gd a t a o fo n u sm a yc o m ef o r t hi fw i t h o u tc o n t r 0 1 s or a n g i n gb e t w e e no l ta n do n ui s n e e d e dt oc o n t r o lt h eb e g i n n i n gt i m eo f u p s t r e a md a t ao fo n ut oa v o i dc o l l i s i o n i n t h i sp a p e r , w ei n t r o d u c et h er a n g i n gm e t h o da n dd e l a yc o m p e n s a t i o no fs t a n d a r d g 9 8 3 1f i r s t l y i nt h i sw a y , t h ep r e c i s i o no fr a n g i n gi sl i m i t e db e c a u s eu p s t r e a m d a t aa p p e a r ss o m e w h a to f f s e ta n dt w i r e r a d d i t i o n a l l y , o l tc o n s i d e r st h ef u r t h e s t o n ua 8d e l a yb e n c h m a r k , w h i c ha d d st h ep a c k e td e l a yac e r t a i ne x t e n lt h e nw e c a nm e a s u r et h er o u n d t r i pt i m eb e t w e e no l ta n do n ub a s e do nm u l t i p o i n t c o n t r o lp r o t o c o li ne p o n t h e no l tc a nc a l c u l a t et h et i m ew h e ni tt r a n s m i t sg r a n t t oo n ua c c o r d i n gt os c h e d u l i n ga r i t h m e t i ci ni p a c tm a cp r o t o c 0 1 a f t e r r e c e i v i n gt h eg r a n tf t o m0 l t , o n uc a ns e n di t sd a t af l a m ei m m e d i a t e l yw i t h o u t d e l a y s ot h ea v e r a g ep a c k e td e l a yo f w a i t i n ga n dw a n s m i s s i o n i 8d e c r e a s e d , a n dt h e l i n ku t i l i z a t i o nb e t w e e no l ta n ds p l i t t e ri si m p r o v e d a n do n ui sm a d es i m p l ea n d e c o n o m i c ，w h i l et h es y n c h r o n i z a t i o na n dd e l a ye q u a l i z a t i o no fs y s t e ma r eb o t h a c c o m p l i s h e da l lt h es a m e i nt h el a s tp a r to f t h i sp a p e r ，s i m u l a t i o ni sg i v e nt os h o wt h ep e r f o r m a n c eo f t h e p r o p o s es c h e m e w ea l s op r o v i d et h ep e r f o r m a n c eo ft h ed e l a yc o m p e n s a t i o ni n g 9 8 3 1f o rc o m p a r i s o nw i t ht h es a m et r a f f i ca c c e s s ，a n dp m v et h es u p e r i o r i t yo f t h e r a n g i n gm e t h o d k e y w o r d s ：g i g a b i tp o n , g f p ；r a n g i n g ：i p a c t 6 a p o n a t m c b r c o c p e c r c c w d m d b a e ，o e p o n f c s f e c f s a n f t t b m c f r t h f t t o g f p g p o n h d l c h e c i t u i s d n a t m o v e r p o n a s y n c h r o n o u st r a n s f e rm o d e c o n s t a n tb i tr a t e c c n t r a l0 f f i c e c u s t o m e rp r e m i s e se q u i p m e n t c y c l i cr e d u n d a n c yc h e c k c o a r s ew a v e l e n g t hd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g d y n a m i cb a n d w i d t ha l l o c a t i o n e l e c t r o n i c o p t i c s e t h e r n e tp a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k f r a m ec h e c ks e q u e n c e f o r w a r de r r o rc o r r e c t i o n f u l ls e r v i c ea c c e s sn e t w o r k f i b e rt ot h e b u i l d i n g f i b e rt ot h ec ：u r b f i b e rt ot h eh o m e f i b e rt ot h e0 m c e g e n e r i cf r a m i n gp r o t o c o l g i g a b i tp o n h i g h - l e v e ld a t al i n kc o n t r o l h e a d e re r r o rc h e c k i n t e r n a t i o n a it e l e c o m m u n i c a t i o nu n i o n i n t e g r a t e ds e r v i c ed i g i t a ln e t w o r k = 无源光网络 异步传输模式 恒定比特率 中心交换局 用户终端设备 循环冗余校验 租波分复用 动态带宽分配 电光转换 以太无源光网络 帧校验序列 前向纠错 全业务接入网 光纤到楼 光纤到路边 光纤到家 光纤到办公室 通用成帧协议 吉比特无源光网络 高级数据链路控制 头错误校验 国际电信联盟 综合业务数据网 7 山东大学硕士学位论文 i e e e i n s t i t u t eo f e l e c t r i c a la n de l e c t r o n i c se n g i n e e r s 电机工程师协会 l a nl o c a la r e an e t w o r k 局域网 m p c p m u l t i p o i n tc o n t r o lp r o t o c o l 多点控制协议 o a m o p e r a t i o n sa d m i n i s t r a t i o nm a i n t e n a n c e操作维护管理 o a n o p t i c a la c c e s sn e t w o r k 光接入网 o d n o p t i c a ld i s t r i b u t i o nn e t w o r k光分配网 o e o p t i c s e l e c t r o n i c 光，电转换 o l t o p t i c a ll i n et e r m i n a l光线路终端 o n u o p t i c a ln e t w o r ku n i t光网络单元 p d up r o t o c o ld a t au n i t 协议数据单元 p l o a m p h y s i c a ll a y e ro a m物理层维护管理 p m d p h y s i c a lm e d i u md e p e n d e n t物理介质相关 p o np a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k 无源光网络 p t p e p o i n t - t o - p o i n te m u l a t i o n点到点仿真 p o t sp l a i no l dt e l e p h o n es e r v i c e原有电话业务 p s t np u b l i cs w i t c h e dt e l e p h o n en e t w o r k公共交换电话网 q o s q u a l i t yo f s e r v i c e 服务质量 r p rr e s i l i e n tp a c k e tr i n g 弹性分组环 s d h s y n c h r o n o u sd i g i t a lh i 黜c h y同步数字系列 s n is e r v i c en e t w o r ki n t e r f a c e业务网络接口 t d m at i m ed i v i s i o nm u l t i p l e x i n ga c c e s s时分多址 t m nt e l e c o m m u n i c a t i o nm a n a g e m e n tn e t w o r k电信管理网 u n iu s e rn e t w o r ki n t e r f a c e用户网络接口 i 山 第 1 1 接入网现状及需求 电信运营商把网络分为两部 商( 交换局) 之间的网络，相对于主干网的其他部分统称为接入网，接入网 主要完成将所有用户接入到主干网的任务目前，接入网部分主要的传输媒 介还是铜线，约占9 4 左右。携带的业务主要是电话业务随着光通信技术 的飞速发展和国内电信运营商的增多，国内的主干网已基本实现光纤化、数 字化、宽带化，但处于网络边缘的用户接入网一直发展缓慢，技术落后数一 据业务特别是具有高带宽要求的高速数据业务的出现表明，传统的铜线接入 已经不能满足人们对信息的多样化需求。最后一公里”的接入部分仍然是高 速的局域网( l a n ) 和主干网之间的瓶颈 传统的铜缆网由于无法提供长距离及高速宽带等系列服务，渐渐己无法 适应固网运营商在原有带宽基础上推出更多新的服务项目，满足用户的需求 同时铜缆网的故障率很高，特别是其中的配线网部分是主要故障段，维护运 行成本也很高仅美国贝尔电话运营公司每年用于其用户铜缆网维护运行和 满足新用户增长的花费就达3 0 亿美元 光纤通信具有通信容量大，质量高、性能稳定、抗电磁干扰、保密性强 等一系列优点，在主干网通信方面，以上优点已得到充分证明主干网光纤 化带来的巨大的带宽资源使人们考虑已经成为网络瓶颈的接入网也应该实现 光纤化、宽带化光纤网的引入正是可以将上述大规模接入网投资和花费逐 渐转向光纤 总体来说，采用光接入网的最基本目的有以下几个： 1 首先是为了减少铜缆网的维护运行费用并降低故障率据估算，采用光 接入网后每年的维护运行成本可以比传统铜缆网节约至少5 0 美元线，对于一 亿用户线相对于每年可以节约5 0 亿美元，2 0 年累计可达1 0 0 0 亿美元，完全可以 用这笔经费作为建设光网络所需的新投资而且。故障率也会大大降低 9 l i 山东大学硕士学位论文 2 其次是为了支持开发新业务，特别是多媒体和宽带新业务，从而增加竞 争力，增加新业务收入，补偿建设光接入网所需的投资近年来由于光器件价 格的持续稳定下降和铜缆价格的持续上升，光接入网的初装费用也已经可以与 传统铜缆网相比，在传输距离大约为2 3 公里以上时已低于传统铜缆网 3 引入光接入网后，传输距离可以大大延长，大量的小型交换机和远端交 换模块可以逐步减少，整个电信网可以向节点数较少，覆盖区较大，结构更加 简单的方向演进，特别是宽带业务网的结构 4 最后，引入光接入网，特别是f t t c f t t b 以后，剩下的双绞线或同轴电 缆的距离已经很短，这就使宽带业务的传送成为可能将光纤和现有双绞线和 同轴电缆结合可以充分利用现有的巨大网络资源。提供一种经济的宽带混和接 入网 除了上述基本目标外，采用光纤接入网可以满足用户希望较快提供业务， 改善业务质量和可用性的要求，总带宽可以在用户之间重新分配而不影响业 务，也可以节约城市拥挤不堪的地下管道空间，延长传输覆盖距离总之， 采用光接入网已经成为解决电信网发展瓶颈的重要途径 1 2 无源光接入网( p o n ) 1 2 1 光接入网的基本概念 所谓光接入网( o a n ) 是指采用光纤传输的接入网络，泛指本地交换机 或远程模块与用户之间光纤通信或部分采用光纤通信的系统。通常。o a n 是 指采用基带数字传输技术。并以传输双向交互式业务为目的的接入传输系统， 将来应能以数字或模拟技术升级传输带宽广播式和交互式业务【1 2 】 n u t 建议g 9 8 2 提出了一个与业务和应用无关的光接入网功能参考配置 如图1 1 所示，尽管图示参考配置是以无源光网络( p o n ) 为例的，但原则上 也适用于其它配置结构它这个结构图适用于光纤到路边( f t t c ) ，光纤到 大楼( f t t b ) 、光纤到办公室( f r t o ) 和光纤到家( f t t h ) 等各种情况。 i o 一，i 山东大学硕士学位论文 t 参考点 i参考点v参考点 图1 1o a n 的功能参考配置 从给定网络接口( v 接口) 到单个用户接口( t 接口) 之间的传输手段的 总和称为无源光接入链路光接入网可以定义为共享同样网络侧接口且由光 接入传输系统支持的一系列接入链路，由光线路终端( o l t ，o p t i c a ll i n e t e r m i n a t i o n ) 、光配线网( o d n ，o p t i c a ld i s t r i b u t i o nn e t w o r k ) 和光网络单元 ( o n u ，o p t i c a ln e t w o r ku n i t ) 及适配功能( a f ) 组成，可能包含若干与同 一o l t 相连的o d n o l t 为光线路终端，位于接入网的局端，它的位置可以在局内本地交换 机的接口处，也可以是野外的远端模块与远端集中器或复用器接口它的作 用是为光接入网提供网络侧和本地交换机之间的接口，并通过一个或n 个 o d n 与用户端的o n u 通信o l t 与o n u 的关系为主从通信关系，o l t 分离 交换与非交换业务，管理来自o n u 的信令和监控业务，为o n u 和本身提供 维护和指配功能 o d n 为o n u 和o l t 提供光传输手段，是一个连接o l t 和o n u 的无源 设备它的功能是分发下行数据并集中上行数据o d n 一般为树形或者环形 结构。 o n u 的作用是为光接入网提供直接或者远端的用户端接口，位于o d n 的用户侧一个o n u 最多可接入“个用户o n u 终结来自o d n 的信息， 处理光信号并为若干用户提供业务接1 2 1 o n u 的网络侧为光接口。用户侧为 r lii 山东大学硬士学位论文 一i i i l l l l _ _ _ - l - _ _ - _ _ - - _ i _ l _ i _ _ l i _ _ i _ _ _ - - i i l _ - _ 电接口，因此需要光电和电，光转换功能：o n u 还要完成对语音信号的数模 和模，数转换、信号处理、复用和维护管理功能o n u 的位置有很大的灵活性， 可以设置在用户住宅处，也可以设置在户外的分线箱 a f 为用户和o n u 提供适配功能，它可以包含在o n u 内，也可以是独立 的( 提供最后的引入线上的传输功能) i 2 2 光接入网的应用类型 按照0 n u 在光接入网中所处的具体位置不周，可以将o a _ n 划分为不同 的接入方式，其中最典型的方式是三种：f t t c 、f t t b 、f t t h ，如图1 2 用户 n t n e t w o r kt e r m i n a t i o n u n i - u s e rn e t w o r ki n t e r f a c e s n i s e r v i c en e t w o r ki n t e r f a c e 图1 2 光接入网应用类型 ( 1 ) 光纤到路边( f t t c ) f t t c 是一种双星形结构，o n u 设置在靠近用户群的路边设备( 如分线 盒等) 处从端局接出的光纤经过各种线路设备( 如光耦合器、光分支器等) 后到达o n u 。在o n u 中经过光电转换后引出的电信号，用铜双绞线或同轴 电缆分别把电话、数据等窄带信号或宽带图像信号接至用户 在f t t c 结构中引入线部分是用户专用的，现有铜缆设施仍能利用，因 j一jl 山东大学碛士学位论文 而可以推迟耗资巨大的引入线部分( 有时甚至配线部分，取决于o n u 位置) 的光纤投资，具有较好的经济性由于先铺设了一条很靠近用户的潜在宽带 传输链路，所以一旦有宽带业务需要，可以很快地将光纤引至用户处，实现 光纤到家的战略目标由于其光纤化程度已十分靠近用户，因而可以较充分 地享受光纤化所带来的一系列优点，诸如节省管道空间，易于维护，传输距 离长，带宽大等由于f t t c 结构是一种光缆铜缆混合系统，最后一段仍 然为铜缆，还有室外有源设备需要维护，从维护运行的观点来看仍不理想 但是如果综合考虑初始投资和年维护运行费用的话，f t t c 结构在提供2 m b s 以下窄带业务时，仍然是o a n 中最现实经济的 ( 2 ) 光纤到楼( m b ) f t t b 的结构与f t t c 相似，区别只在于0 卜叮不放置在路边，而放置在 大楼内( 一般放置在一层或二层) 。然后从o n u 以铜线引出，接至大楼内各 用户m b 是一种点到多点结构，通常不用于点到点结构f t t b 的光纤化 程度比f 1 t c 更进一步，光纤已敷到楼，因而更适于高密度用户区，也更接 近于长远发展目标f t t b 预计会获得越来越广泛的应用，特别是那些新建工 业区或居民楼以及与宽带传输系统共处一地的场合 ( 3 ) 光纤到家( f t t h ) 和光纤到办公室( f 1 t o ) f t t h 是把o n u 装置在用户住宅内，由用户专用从端局o l t 连接到 o n u 全程都采用光纤，中问不介入任何铜线。也没有有源设备是全透明的 这种结构方式，对任何一种传输制式都没有隈制，很适用于引入新业务如 果将o n u 放在大企事业用户( 公司、大学、研究所、政府机关等等) 终端设 备处，并能提供一定范围的灵活业务，则构成所谓的光纤到办公室( f t t o ) 结构由于大企事业单位所需业务量大，因而f t t o 结构在经济上比较容易 成功，发展很快考虑到f t t o 也是一种纯光纤连接网络。因而可以归入与 f t t h 一类的结构。然而，由于两者的应用场合不同，结构特点也不同f t t o 主要用于大企事业用户，业务量需求大因而在结构上适于点到点或环形结 构而f 1 t h 用于居民住宅用户，业务量需求很小，因而经济的结构必须是 点到多点方式 i ， i l 山东大学硬士学位论文 1 2 3 无源光接入网 根据接入网室外传输设施中是否含有有源设备，o a n 可以划分为有源光 网络( a o n ：a c t i v eo p t i c a ln e t w o r k ) 和无源光网络( p o n ：p a s s i v eo p t i c a l n e t w o r k ) 如果o d n 全部由无源器件( 光纤，无源光分路器、波分复用器等) 组成，而不含有任何电子器件及电子电源，如图1 3 ，这种接入网称为无源光 接入网f 4 】 光分路合路器 1，r 。 f 0 n u 2 l 。 吣 ： n 用户端 图l - 3p o n 基本构成框图 p o n 的突出优点是消除了户外的有源设备，所有的信号处理功能均在交 换机和用户宅内设备完成因为p o n 本身是一种多用户共享系统，即多个用 户共享同一套设备、同一条光缆和同一个光分路器。所以成本低而且这种 接入方式的前期投资小，大部分资金可以等到用户真正接入时才投入；与有 源光网络相比，它的安装，开通和维护运营成本大为降低，使系统更可靠、 更稳定；加上p o n 能够提供透明宽带的传送能力，因此p o n 接入网具有广 阔的应用前景 p o n 中o l t 到o n u 的下行信号传输比较简单，即采用时分复用的方式 成帧，通过无源的光分路器以广播的方式发送到各个o n u ，o n u 收到信号后 从中提取时钟并取出属于自己的那一部分信息；p o n 中的上行接入一般采用 时分多址接入( t d m a t i m ed i v i s i o nm u l t i p l e a c c e s s ) 方式，才能完成共享 传输通道信息访问p o n 在物理层以其高带宽、高可靠性和几乎无需维护费 用的突出优点成为宽带接入技术的首选也是唯一方案，而在协议层则存在着 1 4 _j-1_17 山东大学硕士学位论文 多种选择，电信运营商和设备制造商开发了多种协议和技术以便使p o n 解决 方案能更好地满足接入网市场要求，这也使得多种p o n 系统出现【，】 1 9 9 6 年，由1 3 家大型网络运营商同他们的主要设备供应商组成了 f s a n ( f u l ls e r v i c ea c c e s sn e t w o r k ) 联盟，其目标是要为p o n 设备定义一个通 用的标准当时努力的结果是产生了一个1 5 5 m b ，s 的p o n 系统技术规范，它 采用a t m 作为传输协议，故被称为a p o n ，其格式被r r u - t ( 国际电信联盟) 采纳成为i t u - t g 9 8 3 系列标准，这是第一个p o n 随着网络业务种类和流量 的迅速发展，a p o n 标准后来得到了加强，可支持6 2 2 m b ，s 的传输速率；同 时加上了动态带宽分配，保护等功能；能够提供以太网接入、适配发送、高 速租用线路等业务2 0 0 1 年底，f s a n 将a p o n 改名为b p o n ，意为宽带的 p o n 但由于a p o n 低的传输速率和a t m 层面上提供服务的复杂性没有真正 进入市场 2 0 0 0 年1 2 月i e e e 成立了8 0 2 3 e f m ( e t h e m e ti nt h ef i r s tm i l e ) 工作组， 开始致力于开发可广泛应用于接入网市场的以太网协议标准，与此相应的， 业界有2 1 个网络设备制造商发起成立了e f m a ( e t h e r n c ti nt h ef i r s tm i l e a l l i a n c e ) 在e f m 工作组制定的i e e e s 0 2 3 a h 协议标准中，包括实现1 g b s 以太网点到多点的光传送方案，即e p o n e p o n 是基于多点控制协议( m p c p ) 的机制，e p o n m p c p 协议的基础是点刭点仿真子层，它使一个点到多点 ( p 2 m p ) 网看上去好似p 2 p 链路向更高协议层的集合。和a p o n 相比，e p o n 具有更宽的带宽、更低的费用和更灵活的业务功能。 差不多在e p o n 提出的同时，2 0 0 1 年f s a n 联盟也开始了进行1 g b s 以 上速率的p o n 标准研究，提出“对全部协议开放地进行完全彻底地重新考虑” 的正确决定，希望提出一种方案，除了能运行在更高的比特速率外，还要在 多业务、o a m & p ( o p e r a t i o n ，a d m i n i s t r a t i o n ，m a i n t e n a n c ea n dp r o v i s i o n i n g ) 、 可扩缩性等方面较之其它的p o n 效率更高、表现更优【这一研究使得g i g a b i t p o n ( g p o n ) 出现2 0 0 3 年1 月1 1 1 j t 批准确立了g p o n 标准g 9 8 4 1 和 g 9 8 4 2 i，i_ 山东大学硕士学位论文 1 3 本文的主要工作 g p o n 系统方案是基于g s r ( g i g a b i ts e r v i c er e q u i r e m e n t a ) 制定的g s r 是由f s a n 联盟在对其网络运营商成员的意见进行搜集的基础上整理出的一 个关于g 比特业务要求的文件，该文件同时也被作为一项标准( g g p o n g s r ) 提交i t u t 批准g s r 规定了g p o n 所要达到的关键指标，是系统设计的依 据，这从一定意义上说明g p o n 是一种按照消费者的准确需求设计、由运营 商驱动的值得用户信任的解决方案 本文首先论述了g p o n 的系统结构。相关标准，上下行传输原理，通用 成帧协议( g f p ) 在g p o n 中的应用，技术优势以及实现g p o n 的关键技术 另外介绍了g p o n 系统测距与时延补偿的基本原理，讨论了带内开窗法 测距过程和均衡延时补偿方法g p o n 与e p o n 上行方向都是采用时分复用 多址接入方案，承载的都是可变长度的数据包，由于e p o n 有着较长的研究 时间，技术比较成熟，所以作为借鉴论文介绍了e p o n 的m p c p 测距协议和 一种上行接入控制协议一玎p a c tm a c 协议 本文的主要内容是对g p o n 测距和时延补偿方法的研究g p o n 系统测 距的目的是补偿因为o n u 与o l t 之间的距离不等以及环境温度变化，光器 件老化引起的传输时延差异g 9 8 3 1 中规定的测距方法是根据o n u 的测距 响应信号的到达时刻与o l t 发送测距授权指令的时间差得到各o n u 的传输 延时值。o l t 以离自己最远的o n o 的往返延时为基准，计算出每个o n u 发 送数据的延时补偿值，使所有o n u 看起来与o l t 的逻辑距离相同由于p o n 系统一般都是采用基于轮询申请授权的集中控制方式：所有o n u 的上行信 息发送都要向o l t 申请带宽，o l t 根据o n u 的请求按照一定的算法分配带 宽，o n u 根据分配的时隙发送信息论文借鉴口p a c tm a c 协议中的时序安 排算法，将o n u 的发送延时转移到o l t 发送授权的延时，从而降低了平均 包延时，提高了带宽利用率，同时使o n u 要完成的任务变得简单 最后论文给出了计算机的仿真结果。结果表明改进延时补偿方法比均衡 延时方法在平均包延时和线路利用率上都有较大的改善 j1 g b l s 或2 4 8 8 g b s 的光接口，具有集中带宽分配，控制光分配网络，实时监控， 运行维护管理无源光网络系统的功能 o d n 为0 l t 和o n u 提供光传输手段，由无源光分路器和无源光合路器 构成，是一个连接o l t 和o n u 的无源设备，它的功能是分发下行数据和集 中上行数据 o n u 为接入网提供用户侧的接口，提供话音、数据、视频等多业务流与 o d n 的接入，其对o d n 的光接口速率有1 5 5 m b s 、6 2 2 m b s 、1 2 4 4 g b s 和 2 4 8 8 g b s 等4 种选择，受o l t 的集中控