無源光網絡（PON）自從在20世紀80年代被采用至今為止已經歷經幾個發展階段，電信運營商和設備制造商開發了多種協議和技術，使PON解決方案能更好地滿足接入網市場要求。PON標準最初基于ATM ，并由ITU/FSAN定義了相應G.983建議，即APON。目前則有兩個頗為引人注目的新的PON標準正在制定中，其中一個是由ITU/FSAN負責制定用來替換APON標準的Gigabit PON（GPON）標準，另一個是由IEEE802.3ah工作組負責制定的Ethernet PON（EPON）標準。

APON是由FSAN/ITU定義，以ATM協議為載體，下行以155.52Mbps或622.08Mbps的速率發送連續的ATM信元，同時將物理層OAM信元插入數據流中；上行以突發的ATM信元方式發送數據流，并在每個53字節長的ATM信元頭增加3字節的物理層開銷，用以支持突發發送和接收。APON提供非常豐富和完備的OAM，包括比特誤碼率的監視、告警和檢測，自動發現和自動測距，并采用攪動策略作為實現下行數據加密的安全機制。

在2000年12月，IEEE802.3成立了第一英里以太網－EFM特別工作組，致力于研究如何支持三種接入網拓撲以及相應的物理層：銅線上以太網（EoVDSL），在750米的距離上傳送速率為10Mbps；點到點光纖上的以太網，在最長10km上傳送速率可以達到1000Mbps；點到多點基于光纖的以太網，在最長10km上傳送速率可以達到1000Mbps。此外，該工作組還將定義以太網的運行、管理、維護（OAM），使其具有遠端故障顯示、遠端環回和鏈路監測等功能。

EPON的發展現狀

EPON是幾個最佳的技術和網絡結構的結合。EPON采用點到多點結構，無源光纖傳輸方式，在以太網之上提供多種業務。目前，IP/以太網應用占到整個局域網通信的95%以上，EPON由于使用上述的經濟和高效結構，是連接接入網最終用戶的一種最有效的通信方法。10G以太主干和城域環的出現也將使EPON成為未來全光網中最佳的最后一英里的解決方案。

目前接入網現有的解決方案和用戶的需求之間還存在著巨大差異。在用戶側的本地網絡已經普遍擁有了支持10M和100M速率的能力，在城域網側已經可以支持千兆和萬兆的速率，但在用戶側和城域網之間數據的傳送卻大部分低于1M甚至只有幾十K的速率。接入網仍是大容量局域網和骨干網之間的瓶頸，為了突出接入網的優先地位與重要性，IEEE 802.3工作組在2000年11月成立了EFM研究小組，于2001年7月開始制定IEEE 802.3ah EFM標準，2003年9月將完成EFM的標準制訂。

EPON網絡結構

圖1為典型的EPON網絡結構。一套典型的EPON 系統由局端設備（OLT）、遠端設備（ONU）/ONT和POS組成。OLT位于根節點，通過ODN與各個ONU相連，在下行方向，OLT提供面向無源光纖網絡的光纖接口；在上行方向，OLT將提供千兆以太網（GE）連接。將來10Gbps的以太網技術標準定型后，OLT也將支持類似的高速接口。為了支持其它流行的協議，OLT還可支持ATM、FR以及OC3/12/48/192等速率的SDH/SONET的接口標準。OLT通過支持E1接口來實現傳統的TDM話音的接入，在EPON的統一網管方面，OLT是主要的控制中心，實現網絡管理的主要功能。POS是無源光纖分支器，是一個連接OLT和ONU的無源設備。ONU放在用戶駐地側，接入用戶終端。

OLT和ONU之間可以靈活組建成樹形、環形、總線形以及混合型網絡結構。

EPON網絡層次模型

對于以太網技術而言，PON是一個新的媒質。802.3工作組定義了新的物理層，而對以太網MAC層以及MAC層以上則盡量做最小的改動，以支持新的應用和媒質。EPON的層次模型按照2003年1月發布的IEEE 802.3ah Draft 1.3規定如下：

EPON系統通過一條共享光纖將多個DTE連接起來，其拓撲結構為不對稱的基于無源光分路器的樹形分支結構。多點控制協議（MPCP）就是使這種拓撲結構適用于以太網的一種控制機制。

EPON作為EFM討論標準的一部分，建立在MPCP基礎上，該協議是MAC 控制子層的一項功能。MPCP使用消息、狀態機和定時器來控制訪問點到多點的拓撲結構。在點到多點拓撲中的每個ONU都包含一個MPCP的實體，用以和OLT中的MPCP的一個實體相互通信。作為EPON/MPCP的基礎，EPON實現了一個點到點的仿真子層，該子層使得點到多點網絡拓撲對于高層來說就是多個點對點鏈路的集合。該子層是通過在每個數據報的前面加上一個邏輯鏈路標識（LLD）來實現的，該LLID將替換前導碼中的兩個字節。PON將拓撲結構中的根節點認為是主設備，即OLT，將位于邊緣部分的多個節點認為是從設備，即ONU。MPCP在點對多點的主從設備之間規定了一種控制機制，以協調數據有效地發送和接收。系統運行過程中上行方向在一個時刻只允許一個ONU發送，位于OLT的高層負責處理發送的定時和不同ONU的擁塞報告，以便優化PON系統內部的帶寬分配。EPON系統通過MPCPDU來實現OLT與ONU之間的帶寬請求、帶寬授權和測距等。

MPCP涉及的內容包括ONU發送時隙的分配，ONU的自動發現和加入，向高層報告擁塞情況以便動態分配帶寬。多點控制協議（MPCP）多點控制協議位于MAC控制子層。MAC控制子層向MAC子層的操作提供實時的控制和處理。圖2為EPON網絡的層次模型結構。

EPON中的關鍵技術

1. 系統同步

系統同步是指由于EPON上行采用多點到一點的拓撲結構，每個ONU發送時隙必須與OLT的系統分配的時隙保持一致，以防止各個ONU上行數據發生碰撞。ONU側的時鐘應與OLT側的時鐘同步。EPON時鐘同步采用時間標簽方式。在OLT側有一個全局的計數器，在下行方向OLT根據本地的計數器插入時鐘標簽，ONU根據收到的時鐘標簽修正本地計數器，完成系統同步；在上行方向ONU根據本地的計數器插入時鐘標簽，OLT根據收到的時鐘標簽完成測距。

2. ONU的自動識別

ONU自動加入目的是通過系統的自動運行，不需人工干預就能完成對新ONU的發現和注冊，使新ONU能夠自動加入到EPON系統而不影響其它ONU運行。EFM對解決注冊沖突提出了兩種方案。

a. 隨機延遲時間：發生注冊沖突時，發生沖突的ONU仍然每次都響應注冊授權，但是在響應開窗時隨機延遲一定時間（但必須保證ONU隨機延遲后的應答仍然可以落在開窗內）。采用隨機延遲時間的方法可以縮短ONU加入系統的時間，但是需要增大注冊開窗的長度，這樣會降低系統的帶寬利用率。

b. 隨機跳過開窗：發生注冊沖突時，發生沖突的ONU隨機跳過若干個注冊授權后才重新響應。如果注冊授權的周期為1秒，那么發生沖突的ONU可隨機延時1～8秒（系統可配置），然后繼續等待注冊授權。采用隨機跳過開窗的方法比隨機延遲需要多花一些時間，但是不需增大注冊開窗，不會影響系統的帶寬利用率。

3. EPON中TDM業務的傳輸VSPACE=12 HSPACE=“12” ALT=“圖2：EPON的層次模型。

盡管數據業務的帶寬需求正快速增長，但現有的電路業務還有很大的市場，在短期內仍將發揮其巨大的作用，在今后幾年內仍是業務運營商的主要收入來源。所以在EPON系統中承載電路交換網業務，將分組交換業務與電路交換業務結合有利于EPON的市場應用，并滿足不同業務的需要。因此現在大家談論的EPON實際都是考慮網絡融合需求的多業務系統。EFM對TDM在EPON上如何承載，在技術上沒有作具體規定，但必須兼容以太網幀格式。如何保證TDM業務的質量實際上也就成為多業務EPON的關鍵技術之一。

4. EPON中信息安全的考慮

根據IEEE 802.3ah規定，EPON系統物理層傳輸的是標準的以太網幀，對此，802.3ah標準中為每個連接設定LLID邏輯鏈路標識，每個ONU只能接收帶有屬于自己的LLID的數據報，其余的數據報丟棄不再轉發。實際上LLID主要是為了區分不同連接而設定，ONU側如果只是簡單根據LLID進行過濾很顯然還是不夠的。為此IEEE 802.3ah工作組從2002年下半年起召開了幾次會議，專門討論有關EPON的鏈路安全性問題，包括研究APON的G.983建議中的攪動機制和802.1x協議等，會議中另一個主要議題是關于安全性的問題：是單獨放在EPON中解決，還是放到整個802體系中解決？最終會議決定單獨成立一個任務組，根據EPON的具體情況來負責整個802體系的安全性問題的研究和解決。2003年1月份以原EPON安全小組的主要成員為主的新的工作組已經召開會議，將在盡量保證以太網體系架構的基礎上，結合802.1x、802.10等已有以太網關于安全性的協議，加強和完善EPON和其它以太網應用的安全性。

5. EPON中的以太網管理

對于以太網來說，第一英里接入是一個全新的應用，要求一個完整的新的電信級管理。和傳統的局域網不同，在第一英里的終端用戶不是按照以太網業務提供者的要求而配置的，第一英里包括局端設備和遠端設備。因此，局端設備必須有能力監測業務提供網絡和用戶駐地網之間的物理鏈路和設備的一些重要的信息。EFM工作組已經決定提供的OAM功能包括：遠端錯誤指示、遠端環回和鏈路監視。OAM的消息通道采用長度/類型域為8809的慢協議幀傳送OAM消息。

EPON的應用

10G以太網標準IEEE 802.3ae已經發布，這意味著以太網可進入城域網和廣域網領域。而用于局域網的10GBASE-T和10GBASE-CX4的補充標準也已經在2002年底啟動，如果接入網也采用電信運營級的以太網技術EPON，將實現從局域網、接入網、城域網到廣域網全部是以太網的結構，可以大大提高整個網絡的運行效率。

EPON的特點適合應用于長距離高帶寬（20km，1.25G）、光纖的接入和傳輸、光纖化的ONU/ONT，非常適合于FTTB和FTTO模式（非常有利于光纖在大樓內的布線和用戶擴容）。EPON系統能提供可調節的、具有優先級和帶寬保證的服務。

采用EPON技術減少了維護和供電需求，大樓內無需占用機房和供電設施，支持遠端設備ONU/ONT的自動測距和自動加入，網絡擴容方便，且局端設備和用戶端設備為統一網管，可以大大降低運營商運營維護費用。

EPON是面向未來的技術，它是一個多業務平臺，可以同時提供IP業務和傳統的TDM業務。可以完全保證QoS，而且完全遵循IEEE 802.3ah標準。這不但使運營商在同一套傳輸平臺上就可以根據用戶的要求隨時開通所需要的多種業務，而且非常容易向全IP業務網絡過渡。

此外，采用EPON技術帶寬分配更靈活，服務有保證。EPON可以通過DiffServ、PQ/WFQ、WRED等來實現用戶級的SLA，MS-EPON可以根據需要對每個用戶甚至每個端口實現基于連接的帶寬分配（區別于普通交換機的基于端口的速率限制），并可根據業務合約保證每個用戶連接的QoS。

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