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接入网是整个电信网最具有技术挑战性的区域之一。为了满足用户对带宽日益增长的要求,实现接入网的高速化、宽带化和智能化,各种接入技术层出不穷,如LAN、xDSL、CableModem、PLC(电力线上网)等等,然而被认为最有前途的是光接入技术。无源光网络(PON)由于其易维护、高带宽、低成本等优点成为光接入中的佼佼者,是通过单一平台综合接入语音、数据、视频等多种业务的理想物理平台。
无源光网络(PON)自从在20世纪80年代被采用至今已经历经几个发展阶段。起初人们认为将ATM技术和PON技术相结合的APON/BPON技术是实现综合接入的理想模式,然而,由于数据业务的爆炸式增长,ATM技术暴露出效率不高、协议复杂等弱点,且成本过高,因此并未得到大规模的应用。在这种背景下,两个颇为引人注目的新的PON标准孕育而生,其中一个是由ITU/FSAN负责制定用来替换APON/BPON标准的GigabitPON(GPON)标准,另一个是由IEEE802.3ah工作组负责制定的EthernetPON(EPON)标准。
早在1998年,ITU-T就正式推出了业界第一个宽带PON标准——G.983.1,这个标准基本定义了基于ATM的PON框架(现已更名为BPON)。此后,经过不断地增补、修订,已经发展成为一个非常完善的系列标准。ITU-T已经发布的BPON系列标准所包含的内容见表1。

BPON是现有各种宽带PON技术的基础,后继发展起来的其他PON技术都直接或间接引用了BPON系列标准中的大量内容。在表1所列出的BPON系列规范中,需要重点关注的是G.983.4和G.983.5。G.983.4定义了ONT与OLT的DBA算法之间的通信机制(而不是DBA算法本身);G.983.5定义了多种针对BPON的线路保护机制,这使得以往认为PON系统不可靠的观点成为历史,也使得PON系统具备了应用于关键客户时所需要的更可靠的业务提供能力,而此后的各种PON系统都直接引用G.983.5作为自己的保护方案。
由于ATM技术在网络中的部署并不如最初想象的那样顺利,业界推出的BPON产品也始终没有得到广泛应用。2000年,IEEE成立了第一英里以太网工作组(ethernet for the first mile,EFM),并在其开发的技术标准中包含了基于以太网的PON规范,这就是我们所熟悉的EPON标准。
在1998年发布了吉比特以太网标准之后,从2000年开始,IEEE通过成立802.3ah即第一英里以太网工作组的方式开始了EPON的标准化工作。EFM指出了以Ethernet技术为核心的EPON的许多优点,包括协议成熟,技术简单,易于扩展,面向用户等,并坚信Ethernet PON可以消除WAN/LAN连接中ATM和IP之间的协议转换。为了加速EPON的标准化工作,EFM计划将其工作重点放在EPON的MAC协议上,其余将主要参照ITU-T G.983建议,因为G.983并不排除非ATM协议,并留有较大余地,因此G.983的大部分现有内容都可以被有效引用,从而能以最快速度完成有关EPON的标准并投入商用。
EFM制定EPON标准的基本原则是尽量在802.3体系结构内进行EPON的标准化工作,最小程度地扩充以太网MAC协议。为了支持PON这一新应用和新介质,EFM在研究点到点(point to point,P2P)光纤以太网,速率最低1 000Mbit/s,距离至少10 km的基础上,定义了新的网络拓扑和相应的物理层:点到多点(point to multi point,P2MP)光纤以太网,速率最低1 000 Mbit/s,距离至少10 km。
在EFM制定的EPON标准中,EPON以MAC控制子层的MPCP(multi point control protocol)机制为基础,MPCP通过消息、状态机和定时器来控制访问P2MP的拓扑结构。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。P2MP拓扑中的每个ONU都包含一个MPCP实体,它可以和OLT中的MPCP实体进行消息交互。MPCP在OLT和ONU之间规定了一种控制机制来协调数据的有效发送和接收: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、不同ONU的拥塞报告从而优化PON系统内部的带宽分配。P2P仿真子层是EPON/MPCP协议中的关键组件,通过给每个分组包增加LLID(logical link identification)从而替代2字节的前缀,它可使P2MP网络拓扑对于高层来说表现为多个点对点链路的集合。另外,EP0N通过在MAC层中实现802.1p来提供与APON类似的QoS。
EFM还规定了系统同步方式、ONU的自动识别方式、以太网的管理和维护以及信息安全等功能的实现方式。为了实现系统同步,EPON系统的时钟同步采用时间标签方式:在OLT侧有一个全局的计数器,OLT根据本地计数器在下行方向插入时钟标签,ONU根据收到的时钟标签修正本地计数器,完成系统同步;ONU根据本地的计数器在上行方向插入时钟标签,OLT根据收到的时钟标签完成测距。
EFM要求EPON应具有完整的电信级的管理能力,OLT应可以监测业务网和用户驻地网之间的物理链路和设备的一些重要的信息。EFM已经决定提供的OAM功能包括:远端错误指示,远端环回,链路监视。
近年来,在中国通信标准化协会(CCSA)的统一部署与领导下,各相关委员会和工作组已经开展了大量与EPON相关的标准化工作。已经完成的与EPON相关的通信行业标准涵盖了有源/无源器件、系统、系统互通性、多业务承载、网管等各个方面,具体如表2。
表2 CCSA系列标准
随着国际标准和国内标准的相继完善,中国电信运营商也相继制定出其企业标准,该企业标准在MPCP发现和注册,扩展OAM、可控组播、三重搅动、DBA等方面均有一定改进和创新,尤其是扩展OAM部分,该部分弥补了EPON国际标准在OAM方面的不足,成为设备互联互通的技术准则。因此随着EPON标准的成熟和其在设备投资成本以及操作和维护等方面的优势,将成为运营商解决“最后一公里”的一种非常经济的宽带接入解决方案,可以说,EPON技术已经成为未来接入网技术的发展方向。
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