基于以太网的无源光网络技术应用

无源光网络(PON)自从在20世纪80年代被采用至今为止已经历经几个发展阶段，电信运营商和设备制造商开发了多种协议和技术，使PON解决方案能更好地满足接入网市场要求。PON标准最初基于ATM ，并由ITU/FSAN定义了相应G.983建议，即APON。目前则有两个颇为引人注目的新的PON标准正在制定中，其中一个是由ITU/FSAN负责制定用来替换APON标准的Gigabit PON(GPON)标准，另一个是由IEEE802.3ah工作组负责制定的Ethernet PON(EPON)标准。   

APON是由FSAN/ITU定义，以ATM协议为载体，下行以155.52Mbps或622.08Mbps的速率发送连续的ATM信元，同时将物理层OAM信元插入数据流中；上行以突发的ATM信元方式发送数据流，并在每个53字节长的ATM信元头增加3字节的物理层开销，用以支持突发发送和接收。APON提供非常丰富和完备的OAM，包括比特误码率的监视、告警和检测，自动发现和自动测距，并采用搅动策略作为实现下行数据加密的安全机制。  

在2000年12月，IEEE802.3成立了第一英里以太网－EFM特别工作组，致力于研究如何支持三种接入网拓扑以及相应的物理层：铜线上以太网(EoVDSL)，在750米的距离上传送速率为10Mbps；点到点光纤上的以太网，在最长10km上传送速率可以达到1000Mbps；点到多点基于光纤的以太网，在最长10km上传送速率可以达到1000Mbps。此外，该工作组还将定义以太网的运行、管理、维护(OAM)，使其具有远端故障显示、远端环回和链路监测等功能。   

EPON的发展现状   

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/以太网应用占到整个局域网通信的95%以上，EPON由于使用上述的经济和高效结构，是连接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成为未来全光网中最佳的最后一英里的解决方案。   

目前接入网现有的解决方案和用户的需求之间还存在着巨大差异。在用户侧的本地网络已经普遍拥有了支持10M和100M速率的能力，在城域网侧已经可以支持千兆和万兆的速率，但在用户侧和城域网之间数据的传送却大部分低于1M甚至只有几十K的速率。接入网仍是大容量局域网和骨干网之间的瓶颈，为了突出接入网的优先地位与重要性，IEEE 802.3工作组在2000年11月成立了EFM研究小組，于2001年7月开始制定IEEE 802.3ah EFM标准，2003年9月将完成EFM的标准制订。   

EPON网络结构

  

图1为典型的EPON网络结构。一套典型的EPON 系统由局端设备(OLT)、远端设备(ONU)/ONT和POS组成。OLT位于根节点，通过ODN与各个ONU相连，在下行方向，OLT提供面向无源光纤网络的光纤接口；在上行方向，OLT将提供千兆以太网(GE)连接。将来10Gbps的以太网技术标准定型后，OLT也将支持类似的高速接口。为了支持其它流行的协议，OLT还可支持ATM、FR以及OC3/12/48/192等速率的SDH/SONET的接口标准。OLT通过支持E1接口来实现传统的TDM话音的接入，在EPON的统一网管方面，OLT是主要的控制中心，实现网络管理的主要功能。POS是无源光纤分支器，是一个连接OLT和ONU的无源设备。ONU放在用户驻地侧，接入用户终端。  

OLT和ONU之间可以灵活组建成树形、环形、总线形以及混合型网络结构。   

EPON网络层次模型   

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IEEE 802.3ah Draft 1.3规定如下：   

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。多点控制协议(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基础上，该协议是MAC 控制子层的一项功能。MPCP使用消息、状态机和定时器来控制访问点到多点的拓扑结构。在点到多点拓扑中的每个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实现了一个点到点的仿真子层，该子层使得点到多点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逻辑链路标识(LLD)来实现的，该LLID将替换前导码中的两个字节。PON将拓扑结构中的根节点认为是主设备，即OLT，将位于边缘部分的多个节点认为是从设备，即ONU。MPCP在点对多点的主从设备之间规定了一种控制机制，以协调数据有效地发送和接收。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和不同ONU的拥塞报告，以便优化PON系统内部的带宽分配。EPON系统通过MPCPDU来实现OLT与ONU之间的带宽请求、带宽授权和测距等。   

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。多点控制协议(MPCP)多点控制协议位于MAC控制子层。MAC控制子层向MAC子层的操作提供实时的控制和处理。图2为EPON网络的层次模型结构。