第五章有源光網絡和無源光網絡5.1有源光網絡技術AON有源光纖接入網(AON)，是指從局端設備到用戶分配單元之間均用有源光纖傳輸設備，即光電轉換設備、有源光電器件以及光纖等。可分為基于PDH和基于SDH的AON

現通常是基于SDH的AON特點傳輸容量大：155Mb/s或622Mb/s的接入速率傳輸距離遠：不加中繼器，距離70多公里技術成熟：無論PDH設備還是SDH設備，都已廣泛應用給有源設備供電是一件麻煩事5.2無源光網絡5.2.1無源光網絡的概念無源光網絡(PON)一般指光傳輸段采用無源器件（無源光分路器等），實現點對多點拓撲的光纖接入網。(1)信號在傳輸過程中無再生放大(2)信號由光分路器、無源光功率分配器等傳至用戶(3)實現透明傳輸，信號處理全由局端和用戶端設備完成與有源光網絡比：覆蓋范圍和傳輸距離更小可靠性更高（戶外無有源設備，提高抗干擾能力）價格更低、安裝維護更方便是光接入網有發展潛力的技術（價格、維護等優勢）PON的結構單星形結構多星形(樹形)結構總線結構環形結構PON的系統結構OLTONU1ONU2ONUnPON用戶用戶用戶OBD業務網絡UNISNIODN組成：OLT、ODN、ONU，且ODN中全是無源器件共享介質邏輯上是點到多點結構，物理拓撲可有多種形式PON的數據傳輸PON的幀都是定時長幀，分上行幀和下行幀為了實現TDMA接入，在上行時隙中傳輸的數據要求附加開銷。上行時隙格式如下：ONUONUOLTONUOBD上行突發模式下行連續模式保護時隙附加開銷ATM信元/OAM信元/以太幀用于OLT同步、標識信元開始OAM信元為管理信元，如帶寬申請、測距等PON的數據傳輸下行：OLT向各ONU采用廣播通信方式，傳輸連續時隙流（下行幀）局端數據→OLT→封裝成連續時隙流下行幀以廣播方式傳送→各ONU收到信元流，取出屬于自己的數據→用戶終端上行：采用TDMA技術（動態分配），突發傳送時隙流（上行幀）各ONU共享ODN，且數據突發性強。各ONU向OLT申請帶寬→OLT授權ONU發送（上行的發送時隙、帶寬分配等）→獲得授權的ONU在指定時隙發送PON的關鍵技術測距技術快速比特傳送技術突發信號的收發攪碼技術（擾碼）媒質接入控制（MAC）技術測距技術

為何需要測距？采用TDMA，必須保證每個時隙的數據彼此獨立，互不干擾PON結構中，各ONU到OLT的物理距離不等，則各ONU到OLT的傳輸時延不同，如不進行時延補償，會出現時隙的重疊，造成數據干擾為確保多個ONU到OLT間的正確傳輸，必須引入測距機制，使各ONU到OLT的邏輯距離相等測距技術測距技術基本策略單獨測距+傳輸數據時測距相結合(粗測＋精測）單獨測距在ONU初裝聯網時必須進行傳輸數據時測距可根據OLT的配置而定測距的基本原理OLT向ONU發送測距允許消息，消息中指明ONU的上行應答的時隙ONU在指定的上行時隙中用測距PLOAM信元應答OLT計算往返時延，并與理想時延比較，計算出差值，發送一個測距時間給ONUONU根據測距時間調整均衡時延快速比特傳送技術測距精度有限，各ONU到OLT的上行比特流存在相位差異需要采用某種技術實現快速同步基本策略先實現位同步、再進行信元同步普通的滑動技術不能滿足快速同步要求，需采用其他技術突發信號的收發需要快速開啟和關閉光電路，以適應上行的突發數據傳輸接收端，需要快速調整接收門限，以適應不同距離用戶的信號衰減攪碼技術（擾碼）為了保證共享介質傳輸的安全性，引入攪碼技術在發送端：通過一個隨機碼對信息進行異或運算后傳送在接收端：采用相同的隨機碼再進行一次異或運算，得到原始數據信元的時隙分配接入請求/允許帶寬的動態分配帶寬管理由OLT完成為不同的業務提供優先級和帶寬上行帶寬的占用由媒質接入控制MAC協議實現媒質接入控制（MAC）技術5.2.1ATM無源光網絡APONAPON的關鍵技術基于ATM的PON接入網主要由光線路終端OLT(局端設備)、光分路器(Splitter)、光網絡單元ONU(用戶端設備)，以及光纖傳輸媒質組成，一般采用TDMA控制的基帶傳輸方式。局端到用戶端的下行方向上，由OLT通過分路器以廣播方式發送ATM信元給各個ONU。APON的產生及優點

PON系統最早出現在20世紀90年代初期。1996年ITU-T完成了對G．982的標準化，其主要目標是對2Mbit／s以下接入速率的窄帶PON系統進行定義。但是該規范的標準化程度很低，只是對系統容量、分路比進行了規定。而對于雙向傳輸技術、線路速率和幀結構等一系列物理參數都沒有制定標準。主要原因在于各廠商先有窄帶PON產品，后有規范，而且各廠商規范不一，都認為自己是最好的選擇，因此到現在為止ITU-T還沒有形成統一完整的規范。規范的不統一帶來的是不能形成器件的大規模生產，以至于價格居高不下。在全球范圍內，日本、德國和美國的一些窄帶PON系統已在應用。

APON：ATMPassiveopticalnetwork

在PION上傳送ATM信元標準規范：ITU-T的G.983ONU與OLT之間傳送ATM信元速率：上/下行對稱155.52Mbps/155.52Mbps

上/下行非對稱155.52Mbps/622.08Mbps

無放大器作用距離：20km

雙向通信：可用兩條分離的光纖，波長1310nm區也可復用一條光纖，異波長雙工（上行：1310nm區下行：1550nm區）APON系統結構APON的數據傳輸APON在PON上傳送ATM信元APON幀傳輸的基本原理同PON，只是APON幀中封裝的是ATM信元APON幀中上行信元格式如下：3字節保障區間前導符定界符ATM（OAM）信元53字節測距要求用于OLT同步信元的開始…PLOAM1ATM信元1ATM信元2ATM信元27PLOAM2ATM信元28ATM信元53PLOAM3…下行幀格式1幀=56個信元，每信元53字節……ATM信元1ATM信元2ATM信元52ATM信元53上行幀格式1幀=53個信元，每信元56字節3字節頭部上下行速率為155.520Mb/s的幀結構定時長幀下行速率為155.52Mb/s時，每幀56個信元下行速率為622.08Mb/s時，每幀224個信元APON的幀格式APON的延續－GPON弱化ATM保留了APON的許多優點，與APON有很多相同之處，但更高效、高速支持上、下行不對稱速率：下行2.488Gb/s，上行1.244Gb/s適配協議采用ITU-TG.7041：GFP（通用成幀協議）支持多業務、多承載（包括ATM業務、TDM業務以及IP/Ethernet業務），提供明確的服務質量保證和服務級別，具有電信級的網絡監測和業務管理能力。GPON成為目前最為理想的寬帶光纖接入網技術

APON系統的技術難點測距突發模式同步技術突發信號的收發攪碼技術媒體接入控制(MAC)協議APON的接入控制方案及幀結構APON系統的發展趨勢

ATM技術會在一定程度上影響APON的前景，但它仍有自己的發展空間。現在日本NIT、法國電信、美國南方貝爾和英國電信4家運營者聯合推出APON的大型實驗，如果獲得成功的話，有可能大大促進APON系統的商用化。由于APON的標準化程度高，可以實現大覿模生產和較低成本的要求。根據FSAN集團估計：如果年產量達到100萬單元，某些芯片和光器件的集成將會使成本大幅降低。APON系統價格的降低有可能大大加速它的發展，在目前缺乏有效接人手段的情況下，可以快速占領市場。

APON系統所需考慮的問題經濟性問題系統容量和覆蓋范圍問題系統升級問題5.2.2以太網無源光網絡

EPON是利用PON(無源光網絡)的拓撲結構實現以太網的接入。EPON技術的優勢：（1）與現有以太網的兼容性；（2）高帶寬；（3）低成本；（4）為靈活供應和快速的服務重組提供了方便；EPON技術的基本網絡結構EPON系統特點

EPON（EthernetPON）系統是利用PON的拓撲結構實現以太網接入的系統。它屬于IP接入網，是PON技術與以太網技術相結合的產物。目前，IEEE組織已通過了EPON的相關標準。EPON系統與APON系統相比，除了傳輸速率和幀結構不同外，其余技術基本相同。例如，兩者都是采用星形拓撲結構；上行信號采用時分多址（TDMA）技術；下行信號采用廣播方式的時分復用（TDM）技術。

EPON與APON的主要區別是，前者根據IEEE802.3以太網協議，傳送的是可變長度的IP數據包，最長可為1518字節；后者則根據ATM協議，傳送的是固定長度（53字節）的信元。

顯然，

APON系統是不能直接傳送IP數據包的。IP要求將待傳數據分割成可變長度的IP數據包，最長可為65535字節，其中典型長度為576字節。APON系統如要傳送IP業務，則必須把IP數據包按每48字節分為一組，然后在每組前面加5字節的信頭，構成一個各ATM信元，才能進行傳輸。

不難看出，利用APON系統傳輸IP業務，不僅增大了開銷，浪費了帶寬，而且還要增加信息的傳輸時延以及OLT與ONU的設備成本。相反，采用EPON系統傳輸IP業務，不僅減少了開銷，提高了帶寬利用率，而且也是最為經濟的。

EPON幀結構（1）下行幀結構由圖可見，EPON下行幀周期為2ms。每幀開頭是長度為1字節的同步標識符，用于OLT與ONU之間的時鐘同步；隨后是長度不同的數據包。這些數據包按照IEEE802.3協議組成，每個數據包包括信頭、長度可變的信息凈荷和誤碼監測域三部分。每個ONU分配一個數據包。

幀周期（2ms）┅同步標識符ONU1數據包可變長度數據包（ONU1）信頭信息凈荷（長度可變）誤碼探測域

ONU3數據包ONUn數據包EPON下行幀結構（2）上行幀結構圖示給出EPON的上行幀結構。由圖可見，上行幀周期與下行幀周期相同，也是2ms。每幀包含許多可變長度的時隙，每個ONU分配一個，用于向OLT發送上行數據。圖中時隙3表示ONU3的數據，該時隙包含2個可變長度數據包和一些時隙開銷。時隙開銷包括保護字節、定時指示符和信號權限指示符。當ONU沒有數據要發送時，它就用空閑字節填充分配給它的時隙。幀周期（2ms）ONUn時隙┅ONU1時隙時隙開銷長度可變數據包1ONU3時隙ONU2時隙可變長度數據包（ONU3）信頭信息凈荷（長度可變）誤碼探測域長度可變數據包2EPON上行幀結構

圖示給出上行幀的形成過程。各個ONU發送的上行信息流，通過OBD進入共享饋線光纖后，以TDM的方式復合成一個