紫园小区EPON光纤接入网设计与实现.docx
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紫园小区EPON光纤接入网设计与实现
电子科技大学工程硕士学位论文开题报告
学位论文题目紫园小区EPON光纤接入网设计与实现
工程领域名称：
软件工程
学号：
201092030616
姓名：
马俊
校内导师姓名：
王卓
企业方导师姓名：
所在学院：
微电子与固体电子学院
电子科技大学研究生院制表
填表日期：
2013年08月25日
填表说明
1、研究生须认真填写本表相关内容。
2、开题报告内容见《电子科技大学工程硕士学位论文开题报告撰写格式规范》
3、所列栏目填写不下的，可以另加附页。
4、本表采取双面印制，且保持原格式不变，纸张限用A4（页边距为上、下：
2.5cm,左为2.6cm,右为2.1cm；字体为宋体小四，行间距为18磅），整齐装订。
5、开题报告完成，经相关人员签字后，须交学院研究生教务秘书保存。
1、选题来源、依据及国内外研究动态
选题来源、依据
经济全球化的发展，网络已经成为必不可少的工具。
进入21世纪以来,全球宽带接入网进入了大发展阶段。
我国宽带接入网在近两年发展也十分迅速,当前主要应用的宽带接入技术有ADSL、LAN、MSTP以及传统专线接入等。
以ADSL为代表的宽带接入技术虽然基本解决了数据接入的问题。
以ADSL为基础的宽带已经不能满足人们多样化的要求。
EPON在原有光纤网的基础上又有自己独特的优势。
以其简便实用，价格低廉的特性，几乎已经完全统治了局域网，并在事实上被证明是承载IP数据包的最佳载体。
（TDMA）共享带宽，高速宽带，充分满足接入网客的带宽需求，并可方便灵活的根据用户需求的变化动态分配带宽。
但是仍需要EPON的本地光纤接入网的设计技术的改进以满足人们的需要。
EPON（以太无源光网络）是一种新型的光线接入网技术，它采用点到多点的结构，无源光纤传输，在以太网之上提供多种业务，在物理层采用了PON技术，在链路层使用以太网协议，利用PON的拓扑结构实现了以太的接入，因此，它综合了PON技术和以太网技术的优点：
低成本；高宽带；扩展性强，灵活快速服务重组；与现有以太网的兼容性方便的管理等。
现如今我国经济的高速发展,各地城市的迅猛建设,使光纤到户（FTTH）为越来越多的人所青睐，在这样的背景下，研究这样的课题的意义也就不言而喻了。
本人在运营企业从事接入网规划设计相关方面工作，因工作的原因，需要透彻地认识到EPoN系统的各种优缺点和关键技术的特点，以便于更好的监督接入网项目的实施，因此选定此课题作为研究方向。
国内外研究动态
国外动态：
国外对FTTH的研究较早，光纤通信在经历了2000年的高峰期和之后大约三年的萧条期之后，因FTTH的发展，迎来了行业的第二个春天。
光纤通信网分骨干网、城域网和接入网三级，FTTH隶属其中的接入网部分，在面对终端用户的“最后一公里”解决方案中，FTTH被认为是最好的解决方案，可以全面融合传统语音、数据、CATV、高清IPTV等几乎所有接入业务。
基于PON技术的FTTH已经被提出十年，并于2004年首先在日本进入快速发展阶段，随后在韩国和北美开始大规模的部署，欧洲的部分国家也已启动FTTH建设。
IEEE在1998年发布了吉比特以太网标准之后，从2000年开始通过成立802．3ah（即第一英里以太网（EthernetforthefirstMile，EFM）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EthernetPON可以消除WAN几AN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和MAC协议上，其余将主要参照ITU—TG．983建议，因此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。
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P2P（PointtoPoint）光纤以太网，速率最低1000Mbit／s，距离至少IOKM的基础上，定义了新的网络拓扑和相应的物理层：
点到多点（PointtoMultiPoint，P2MP）光纤以太网，速率最低1000Mbit／s，距离至少IOKM。
国内动态：
国内的FTTH试点在2005年开始，烽火通信与武汉电信合作建设了中国第一个FTTH商用工程―武汉紫菘花园小区FTTH工程，到目前为止，FTTH试点工程已经在全国遍地开花。
现如今，中国电信的EPON企业所使用的标准已经成为国内部署EPON接入的主要参照标准。
自从中国电信在2005年决定率先使用EPON之后，开始同中兴通讯、烽火通信等设备商探索EPON接入的建网道路。
有了开放的行业使用标准作保证，国内EPON产业链的发展也变得有章可循。
主流设备商，华为、烽火和中兴相继推出了适合中国建网的解决方案，这些公司的EPON出货量也达到几百万线。
窄带发展以来，由欧美制造商控制的制造格局，在PON主导的宽带市场已经有所改变，烽火、华为、中兴等厂商就是这一改变的贡献者。
作为下一代PON技术，10G EPON具备与EPON兼容、宽带大、分光比大的特点，并与EPON网管统一现网可平滑升级，符合固网的未来发展趋势。
它不但可以利用现有网络直接提速至10倍，并且能与我国电信运营商的宽带规划所结合，支撑国内电信运营商中远期规划目标实现，支撑运营商在IDC业务、家庭客户业务的持续拓展。
因此，在下一代PON的激烈竞争中，10GEPON得到了充分的发展空间，并且由于其具备自主知识产权和良好的扩充性和兼容性，未来拥有广阔的市场前景。
2、选题在理论研究或实际应用方面的意义和价值
随着Internet的快速发展,我国已经进入了一个信息交流爆炸的网络型社会,我们的学习、工作及生活已经无法再离开网络,光纤在传输带宽方面具有极大的优势。
经过多年的发展,传输网已经基本上实现了数字化和光纤化,交换网也已经基本实现了数字化和程控化,而接入网却发展缓慢。
为了提高网络业务的容量、质量、速度以及对网络资源的开发利用,我们必须要突破这一瓶颈，最大程度的提高这“最后一公里”的传输效率。
目前，国内DSL接入提供的速率大概为1Mbit/s或者2Mbit/s，对于宽带上网，这个速率似乎足够了，但是对于传输电视节目则明显不够了。
常规数字电视H.264编码的一路SDTV节目需要2Mbit/s,加上数据接入业务，接入带宽至少需要4Mbit/s。
这就使得改善接入网的速率问题更加紧迫。
现如今我国经济的高速发展,各地城市的迅猛建设,使得光纤通信再一次被人们关注。
为了全面提升国家信息基础架构的安全、层次、质量,研究接入网是关键,而最终的解决方案是FTTH。
对于电信运营商而言,FTTH是关系到网络和业务转型的重要领域,采用EPON方式进行FTTH接入有其强大的优势。
3、完成研究工作拟采取的主要理论、技术路线和实施方案
论文拟采用EPON系统原理和系统的基本组成等相关的理论基础知识。
其次从小区EPON光纤接入网系统部分软件设计方面入手，阐明了EPON接入网系统的结构和工作原理、上下行帧结构、并分析了EPON的技术特点和关键技术。
详细分析了多点控制协议的定义、功能模块的操作流程，以及动态带宽分配技术研究和基于SNMP协议的EPON网管系统设计。
EPON是一种基于光纤传送网的长距离的以太网接入技术。
EPON采用点对多点架构，一根光纤承载上下行数据信号，经过1：
N分光器将光信号等分成N路，以光分支覆盖多个接入点或接入用户。
一套典型的EPON系统由OLT、ONU、ODN组成。
技术路线：
1.通过研究小区EPON光纤接入的体系架构，提出基于QoS保证的DBA算法。
此算法可以根据ONU突发业务的要求，在ONU之间动态调节带宽来提高PON上行带宽效率。
2.设计实现在EPON系统上实现TDM业务取代IP业务。
ONU设计时选用多LLID的模式，通过这种思路设计实现在EPON系统上实现TDM业务取代IP业务。
3.提出基于SNMP和OAM的网络管理系统和安全实现策略。
作为小区的宽带运营商关注网络管理方面的问题，在本文会提出基于SNMP和OAM的网络管理系统和安全实现策略。
4.搭载试验网，进行测试表明EPON承载TDM业务是满足商用条件的。
5.论述EPON作为新兴接入方案的可行性。
论文会从软件角度提供在EPON系统中实现数据业务、语音和视频等实时业务实现的思路，并提出EPON加密方案的安全实现策略，来论述EPON作为新兴接入方案的可行性。
实施方案：
1.对EPON宽带接入技术进行探讨，并主要论述了无源光网（PON）的起源、发展。
以及EPON系统的网络结构模型、网络拓扑及关键的技术。
2.分析研究小区EPON光纤接入网的特点和实际，提出软件设计需求。
接着根据提出的需求进行EPON系统的软件设计，主要对EPON系统的关键协议如多点控制协议MPCP、以及实现带宽控制的动态带宽分配技术（DBA算法）、EPON的网管系统设计。
3.对小区EPON接入网系统业务设计及实现思路进行阐述，主要论述了接入网系统业务能力及安全保证问题、如TDMoverEPON业务的设计实现思路、实时业务的QoS保证设计思路、安全实现策略设计，
4.通过搭建测试网络，对EPON承载TDM业务作了相关测试，以验证EPON实现业务的性能。
4、研究工作要实现的最终目标和研究成果形式
该论文和系统首先对小区的本地的网络结构和建设接入网的必要性和可行性进行了分析，使用EPON技术、FTTH技术等对小区光纤接入网的构建进行深入研究，确定了实际的需求。
在论文中中主要介绍小区EPON光纤接入网网络的机构设计、EPON系统的结构和工作原理、上下行帧结构，EPON系统部分软件设计原理等。
详细分析了多点控制协议的定义、功能模块的操作流程，以及动态带宽分配技术。
研究成果主要包括：
小区EPON光纤接入网络设计和实现以及学位论文的完成。
学位论文工作计划表
论文题目：
紫园小区EPON光纤接入网络规划设计与实现
论文工作起止日期：
2013年9月至2014年9月
工作项目
工作内容
计划完成日期
文献阅读和科学调研
（调研课题主要内容、阅读主要文献资料）
查阅和收集有关国内外EPON光纤接入网络规划设计及其研究和建设的相关论文和资料，进行分析研究。
同时，调查国内已开发的小区EPON光纤接入网络规划设计建设状况和正在研究的一些理论，分析存在的问题。
提出研究构想。
2013年7月
方案论证
（课题的应用价值与可行性）
根据前期调研得到的相关数据结果，主要结合紫园小区EPON光纤接入网的特点等实际，进行研究假设和研究方案的论证。
2013年8月
设计或研究阶段
（研究方法、技术路线、实验方案）
1.分析研究小区EPON光纤接入网的特点和实际。
2.对小区建设接入网的可行性和必要性作分析。
3.根据小区的实际情况，提出相应的软件需求，并根据需求进行相应的软件设计。
2014年5月
论文撰写
根据前期设计或研究的相关结果或数据，进行论文的撰写。
2014年9月
课题研制条件落实情况：
近年来，随着Internet技术的发展，光纤技术也在通信中不断的普及，这方面的技术国内外研究比较多，已经比较成熟，硬件方面对于一般的应用，不存在太大的问题，所以对于本课题的研究，硬件和软件方面的环境都已具备。
课题来源（下达部门）：
自拟题目
课题名称：
小区EPON光纤接入网络规划设计
课题负责人：
马俊
论文类型：
1√）工程设计2）产品研制报告3）研究论文（请打√）
导师对开题报告和论文计划的可行性提出意见，是否同意开题：
校内导师签字：
企业方导师签字：
年月日
开题报告会
时间：
年月日
地点：
评审专家（至少3位）：
评审专家组对学位论文的选题、方案实施的可行性，是否通过开题报告的具体意见和建议：
同意通过开题（）/不同意通过开题（）
组长签字：
年月日
学院审批意见：
学院主管领导（签字、盖章）：
日期：
年月日
电子科技大学工程硕士学位论文文献综述
姓名：
马俊
学号：
201092030616
工程领域：
软件工程
综述题目：
小区EPON光纤接入网设计相关技术及应用
导师意见：
校内导师：
企业方导师：
注：
1、文献综述加页附后，整齐装订。
2、纸张限用A4（页边距为上、下：
2.5cm,左为2.6cm,右为2.1cm；字体为宋体小四，行间距为18磅）。
3、文献综述应对选题所涉及的工程技术问题或研究课题的国内外状况有清晰的描述与分析，一般不少于3000字。
4、至少应阅读20篇中外文献，其中英文文献不少于5篇。
小区EPON光纤接入网设计相关技术及应用
经济全球化的发展，网络已经成为必不可少的工具。
进入21世纪以来,全球宽带接入网进入了大发展阶段。
我国宽带接入网在近两年发展也十分迅速,当前主要应用的宽带接入技术有ADSL、LAN、MSTP以及传统专线接入等。
以ADSL为代表的宽带接入技术虽然基本解决了数据接入的问题[1]。
以ADSL为基础的宽带已经不能满足人们多样化的要求。
EPON在原有光纤网的基础上又有自己独特的优势。
以其简便实用，价格低廉的特性，几乎已经完全统治了局域网，并在事实上被证明是承载IP数据包的最佳载体。
（TDMA）共享带宽，高速宽带，充分满足接入网客的带宽需求，并可方便灵活的根据用户需求的变化动态分配带宽。
但是仍需要EPON的本地光纤接入网的设计技术的改进以满足人们的需要。
无源光网（PON）是通过用户端的光网络单元（ONU）接入语音、数据和有线电视，并采用光纤传输技术来完成从用户端到市话端局或远端交换模块之间传输的接入系统。
无源光网的显著技术特点是不但提供更大的带宽，而且增强了网络对数据格式、速率、波长和协议的透明性，放宽了对环境条件和供电等要求，简化了维护和安装，是解决接入网最后一公里问题的最终手段。
EPON（以太无源光网络）是一种新型的光线接入网技术，它采用点到多点的结构，无源光纤传输，在以太网之上提供多种业务，在物理层采用了PON技术[2]，在链路层使用以太网协议，利用PON的拓扑结构实现了以太的接入，因此，它综合了PON技术和以太网技术的优点：
低成本；高宽带；扩展性强，灵活快速服务重组；与现有以太网的兼容性方便的管理等。
现如今我国经济的高速发展,各地城市的迅猛建设,使光纤到户（FTTH）[3]为越来越多的人所青睐，在这样的背景下，研究这样的课题的意义也就不言而喻了。
一、PON技术和FTTH技术的概念
1、PON技术的概念
（1）PON系统的工作原理
作为一种树状结构的全光网络，PON采用点到多点拓扑结构。
PON系统由局端的光线路终端（OLT）、用户端的光网络单元（ONU）和光分配网络（ODN）构成[4-7]。
ODN全部采用无源器件，不含有任何电子器件及电子光源，包括光纤和光分路器或耦合器，用于连接一个OLT和多个ONU。
OLT到ONU的传输（下行方式）采用TDM广播方式，连续不断地将信息传输给每个ONU。
ONU到OLT的传输（上行方式）采用TDMA（时分多址复用）方式，各ONU只有在OLT分配给自己的时隙内将信息传输给OLT[7-8]。
（2）PON技术的分类比较
无源光纤网络PON消除了局端和用户端之间的有源设备，大大降低了维护成本，提高了系统的可靠性，并且有效的节约了光纤资源，是未来FTTH的主要解决方案。
目前PON技术主要可分为以下三种[9]：
1）APON，其二层采用的是ATM封装和传送技术，最高速率为622Mbps，但由于成本较高、带宽较低、ATM技术复杂等原因，目前已经基本退出了市场[10]；
2）EPON，其二层采用的是以太网技术，它提供1，25Gbps的速率，将来速率还能升级为10Gbps。
它将以太网技术与PON技术完美地结合在一起，充分发挥两者的优势，因此非常适合IP业务的宽带接入技术，其芯片和设备发展都比较成熟，市场占有率较高[1]；
3）GPON，其二层采用的是ITU-U定义的GFP，能提供所有标准的上行速率和1.25、2.5Gb/s下行速率。
在高速率业务支持方面，GPON占据明显的优势，但成本要高于EPON，另外产品的成熟度也略逊于EPON[11-13]。
2、FTTH技术的概念
FTTH（光纤入户）的意思是光纤和终端设备一同进入家庭，也就是说将光网络单元（ONU）安装到用户家庭，从而实现数据，图像，语音业务的整合。
它是光接入系列中最接近用户的类型之一。
FTTH的优点是增强了网络对波长、速率、数据格式和协议的透明性，可以提供更大的带宽，支持的协议也较为灵活。
值得一提的是其对环境影响和供电都要求都不高，便于了安装和维护[13-16]。
二、光纤到户（FTTH）的研究现状
国外对FTTH的研究较早，光纤通信在经历了2000年的高峰期和之后大约三年的萧条期之后，因FTTH的发展，迎来了行业的第二个春天。
光纤通信网分骨干网、城域网和接入网三级，FTTH隶属其中的接入网部分，在面对终端用户的“最后一公里”解决方案中，FTTH被认为是最好的解决方案[17]，可以全面融合传统语音、数据、CATV、高清IPTV等几乎所有接入业务。
国内的FTTH试点在2005年开始，烽火通信与武汉电信合作建设了中国第一个FTTH商用工程―武汉紫菘花园小区FTTH工程，到目前为止，FTTH试点工程已经在全国遍地开花，但是这些试点工程仅限于高档小区和办公楼，用户数只有10多万。
三、小区EPON光纤接入网络规划设计相关技术及优势
1、EPON的上下行技术
EPON在OLT和ONU间采用单根光纤提供对称1.25Gbps带宽，受物理接口限制，实际提供1Gbps带宽，可传输数据、语音和视频业务。
EPON在单芯光纤上采用波分复用技术，上下行数据流分别在不同的频段传输。
其中，下行1490nm；上行1310nm；1550nm可选用于CATV[18]。
下行的数据流采用广播方式，OLT将802.3格式的以太网帧数据流通过单播复制的方式推送到所有的ONU处；ONU通过判断以太网帧帧头里的由OLT分配的LLID（LogicalLinkID）来判断是否接收，接收属于自己的数据帧，将不属于自己的数据帧丢弃。
上行的数据流采用时分多址（TDMA）技术，把上行的时间分成了许多的时间片，根据ONU分配的带宽和业务的优先级给ONU的上行数据流分配不同的时间片，每个时间点上光纤上只传送一个ONU的上行数据流[19]。
通过OLT和ONU之间协商，避免了ONU上行数据流之间的冲突，不会造成数据丢失。
2、网络的拓扑结构选择
ODN的基本结构：
根据光分路器（OBD）的连接方式，网络可组成很多种结构，而星型和树型是最普遍的。
关于星型结构：
是ONU与OLT之间按照点对点配置。
也就是一个ONU直接与一个OLT连接，而中间不需要OBD（光分路器）。
而OLT与ONU之间的光链路则只是一根光纤或两根[20]。
图3-1星型结构
关于树型结构，树型结构可分为两种[21]：
1）OLT与ONU按照一点对多点配置，也就是一个OLT连接多个ONU，并且中间有一个POS。
此结构的优点为跳接相对少。
因此，减少了光缆线路的衰减和故障率。
同时，便于数据库管理。
而缺点是光分路器后的光缆数量、对管道需求量很大。
图3-2典型树型结构
2）而当采用两个、两个以上的光分路器时，按照级联的方式连接时，就构成了第二种树型结构。
其优点是由于安装光分路器比较分散，于是减少了对管道的需求，更适用于用户更加分散的小区。
而缺点是增加了跳接点，加大了线路衰减，故障率增加，同时数据库管理难度也增加了。
图3-3多级联树型
小区的拓扑结构我们选用的是典型树型结构。
3、EOPN技术优势
随着EPON技术的成熟，业界主流的运营商已经开始大规模部署EPON系统，展开FTTX应用，并在此基础上实现TriplePlay（三重播放，提供语音、数据和视频业务），构建三网合一的接入平台。
EPON技术采用波分复用（WDM）技术在单根光纤上实现对称1Gbps的带宽，并且且可以在接近客户段实现分光下行，大量节省了骨干光纤资源。
目前达到的最大分光比是1：
64[22]。
EPON系统的另一个优势在于其强大的覆盖能力，在1：
32的分路比下最远覆盖可达20km，在1：
64分光比下，最远覆盖范围是10km，这充分保证了设备的覆盖范围[23]。
在1：
32分光比下，每个ONU用户的平均带宽可达30M以上，使得视频业务得到了足够的带宽保证。
无源光分支器的使用，节省了大量的维护资源，节省了机房、电源配套等资源，整体降低了FTTX网络的建设成本和维护成本[24-26]。
四、结论
通过对小区的用户数目和业务需要，进行了详细的调查研究。
由于小区所需改进的稳定带宽要求，和宽带与电话业务的大量需求。
本规划采用了基于以太网的无源光线接入技术。
通过成熟的EPON技术接入，和详细的规划设计方案。
已经达到预期的接入目的，满足了小区用户的基本业务需求。
合理的IP分配和良好的网络保护为EPON接入的正常运营与维护奠定了稳定的运行基础。
因此，本规划设计可以为小区的接入改进提供可靠理论与实践依据。
参考文献
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[13]蔡君，孙杰贤．PON：
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[15]李涛，陈雪，邓羽．1=1overEPON的实现[J]．光通信技术，200
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