EPON技術(shù)簡析

 EPON是一個新技術(shù)，用于保證提供一個高品質(zhì)與高帶寬利用率的應(yīng)用。

    EPON在日本、韓國、中國大陸、中國臺灣及其它以以太網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的地區(qū)都獲得很高的評價，借著IEEE802.3ah標準發(fā)表在以太網(wǎng)絡(luò)最后一哩的應(yīng)用，業(yè)界都非常希望盡快導(dǎo)入EPON，當EPON被發(fā)展完成后，它將可以提供一個高效率、低成本，又穩(wěn)定的環(huán)境以滿足一般民眾家用及商務(wù)上的需求。

    互聯(lián)網(wǎng)革命開始于透過銅線(雙絞線)及電話撥號接入調(diào)制解調(diào)器，把人與人之間的距離拉近，隨著對于豐富內(nèi)容的需求增加，對于網(wǎng)絡(luò)的處理速度也因而增加，由于撥號接入調(diào)制解調(diào)器每秒56Kbps的帶寬上限，促使數(shù)字客戶端回路(DSL)及纜線調(diào)制解調(diào)器(Cablemodem)每秒數(shù)兆位的寬帶傳輸取而代之，無論是以DMT或QAM為基礎(chǔ)的技術(shù)，都是為提供每秒數(shù)兆位傳輸速率于既有的銅線上，但實際的速率卻取決于電信機房中心與用戶的距離及銅線結(jié)構(gòu)的品質(zhì)。

    然而這些技術(shù)的實際帶寬決定于系統(tǒng)服務(wù)商基于其網(wǎng)絡(luò)設(shè)備所能夠支持及其所提供和促銷服務(wù)，但最大之傳輸速率也僅限于數(shù)兆位傳輸速率。

    隨著家用及辦公室的計算機運算位速度提升，磁盤驅(qū)動器的容量加大，計算機顯示器外圍如液晶顯示器、數(shù)碼相機、數(shù)字錄像機，及有線/無線網(wǎng)絡(luò)的速度也增加。另外伴隨著高帶寬需求的應(yīng)用，如高清晰影像、網(wǎng)絡(luò)游戲及遠距教學(xué)，在“最后一公里”的應(yīng)用中，終端用戶需要更多的帶寬，只有數(shù)兆位傳輸速率是不夠的。

    幸運的是，同樣的以太網(wǎng)絡(luò)技術(shù)改革了企業(yè)間網(wǎng)絡(luò)，并保證在接入及最后一公里的網(wǎng)絡(luò)中所做的事情會相同，許多產(chǎn)業(yè)觀察家相信，以太網(wǎng)絡(luò)將普遍用于高速應(yīng)用的寬帶接入及點對點的通訊技術(shù)中。

    何謂EPON？

    以下內(nèi)容將介紹嶄新的接入技術(shù)——以太無源光網(wǎng)絡(luò)(EthernetPassiveOpticalNetworking，EPON)，這個技術(shù)不僅提供了千兆傳輸帶寬，同時價格低且穩(wěn)定，幾乎成了以太網(wǎng)絡(luò)的代名詞，主要的系統(tǒng)服務(wù)供應(yīng)商已經(jīng)在開發(fā)EPON系統(tǒng)并與下一代的寬帶接入技術(shù)相結(jié)合。

    一個無源光網(wǎng)絡(luò)是單一且光纖共享，同時并使用便宜的分光器，把信號從單一光纖分散至獨立的用戶，之所以被稱呼為“無源光網(wǎng)絡(luò)”是因為有別于傳統(tǒng)的電信機房局端及客戶端的連接，這其中并沒有一個有源電子設(shè)備裝置介于該接入網(wǎng)絡(luò)之間，這樣的優(yōu)勢大大的簡化了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的操作、維護及成本，另一個優(yōu)點為相比于一個點對點的光纖網(wǎng)絡(luò)中，其所使用的光纖并不需要很多。

    使用以太網(wǎng)絡(luò)技術(shù)創(chuàng)造一個無源光纖網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)，無源以太光網(wǎng)絡(luò)為點對多點的光纖拓樸結(jié)構(gòu)，當用戶連接至特定分配光纖，它們共享光纖配送網(wǎng)絡(luò)(OpticalDistributionNetwork，ODN)，藉由骨干光纖回到電信機房局端。

    對于低光纖數(shù)的需求是可以想象的，我們可以從圖1的架構(gòu)中看出傳統(tǒng)的點對點的以太網(wǎng)絡(luò)路，路邊交換機(Curb-Switched)以太網(wǎng)絡(luò)及EPON間的不同。點對點的以太網(wǎng)絡(luò)可能使用N條或2N條的光纖，但必須使用2N個光收發(fā)器，而終端交換機以太網(wǎng)絡(luò)則使用一條骨干光纖。如此是可以節(jié)省光纖及電信機房所占用的空間，但仍需使用2N+2個光收發(fā)器，且必須供應(yīng)電力給交換機來使用。

    EPON也使用一個骨干光纖、最少的光纖及占用電信機房較小的空間，同時只需N+1個光收發(fā)器，另外也不需要額外的電力，下行的傳輸速率幾乎達其全速的骨干連接，它同時也支持下行串行廣播，如影像。

 圖1：點對點的以太網(wǎng)絡(luò)路，路邊交換機(Curb-Switched)以太網(wǎng)絡(luò)及EPON間的架構(gòu)對比

    EPON拓樸架構(gòu)及組成

    如圖2所示，EPON使用了1：N的分光器，而發(fā)展出樹狀分支結(jié)構(gòu)。

    EPON網(wǎng)絡(luò)包括光線路終端(OpticalLineTerminal，OLT)及光網(wǎng)絡(luò)單元(OpticalNetworkUnit，ONU)。一般而言，OLT存在于局端電信機房(CentralOffice，CO)，多為以太網(wǎng)絡(luò)交換機或媒體轉(zhuǎn)換器平臺，ONU則多置于靠近客戶端，如路邊、建筑物或用戶住處，ONU則提供802.3ahWAN接口及802.3ah客戶端接口。

 圖2：EPON網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)

    使用分光器

    EPON規(guī)劃了在單一光纖上作全雙工傳輸，并以點對多點的拓樸架構(gòu)呈現(xiàn)，用戶只看到自己與局端間的傳輸，而非其它在該拓樸架構(gòu)的用戶。EPON系統(tǒng)使用了分光器(splitter)，利用不同的光波長來進行上行串行傳輸及下行串行傳輸，其波長如下：

    --1490nm下行串行傳輸

    --1310nm上行串行傳輸

    采用多點控制協(xié)議MPCP

    為了管理點對多點(P2MP)光纖網(wǎng)絡(luò)，EPON使用多點控制協(xié)議(Multi-PointControlProtocol，MPCP)。MPCP執(zhí)行帶寬管理工作，包括帶寬的詢問、自動發(fā)現(xiàn)和排序，它在MAC層實現(xiàn)這些功能，利用了64位的控制信息：

    --GATEandREPORT字段用在分配及給予帶寬

    --REGISTER和REGISTER_REQUEST字段使用在控制自動發(fā)現(xiàn)ONU過程

    MPCP提供了接通網(wǎng)絡(luò)資源的最佳化，自動化排序的機制減少了帶寬松散的問題，而ONU自動回報帶寬需求給OLT的機制用以實現(xiàn)動態(tài)帶寬分配(DynamicBandwidthAllocation，DBA)，光收發(fā)器的參數(shù)藉由OLT與ONU的交流機制而達到最佳化的目的。

    解析OLT和ONU的操作

    OLT負責(zé)自動發(fā)現(xiàn)ONU的過程，其中包含了帶寬排序和LogicalLinkIDs(LLID)的指定，利用時間標記字段在下行傳輸?shù)腉ATEMAC控制信息，可達到ONU與OLT同步的功能，ONU接收GATE信息并傳送REGISTER_REQUEST信息，在預(yù)定的時間周期內(nèi)將其注冊到OLT，OLT利用REGISTER信息回復(fù)給ONU，用以指明認可ONU的注冊。

    EPON下行串行傳輸

    EPON網(wǎng)絡(luò)控制802.3架構(gòu)的物理層廣播，如圖3所示，廣播幀被LLID在預(yù)傳時間所摘取，一個64位的GATE信息被送到下行串行傳輸來分配帶寬。

  圖3：EPON下行傳輸

    EPON上行串行傳輸

    如圖4，MPCP利用時槽（timeslot）包含多路802.3幀，利用64位REPORTmessage回報ONU狀態(tài)至OLT，在這個架構(gòu)之下，不會有任何沖突及封包碎裂問題。

                      圖4：EPON上行傳輸