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0431-81702023
光通讯
基于ATM的无源光网络

随着通信技术的不断发展,用户对业务种类的需求越来越多样化。网络运营者不仅要提供电话和CATV等基本业务,还必须满足用户现在及将来对宽带业务 (如可视电话、点播电视、家庭教育和高速数据传送等)的需求。这些需求加在一起构成了一个共同的要求:就是建立一个通用的接入网络。这个网络必须十分灵 活,用户通过一个通用接口与骨干网络相连。同时通过这个接口,用户可得到网络运营者提供的各种服务。 

为了实现这种宽带接入,人们提出了各种不同的方案。例如,铺设光纤或用xDSL(包括ADSL、HDSL、VDSL等)升级已有的电话线,或用 HFC。在这些方案中,光纤接入被认为是最有前途的解决方案。由于PON(无源光网络)被认为是一种价格低、性能好的引进宽带接入的方案,ITU也极力推 荐这种方案,所以接入网部分主要集中于PON系统。另外,由于ATM已被CCITT接纳为一种标准的转移模式,目前电信网的骨干网也正ATM化。为了使接 入网部分的PON和骨干网的ATM化趋势相适应,一个很好的做法是使PON携带的信息ATM化,这种ATM化的PON就称为APON。 

1 APON系统

                       

1.1 APON的产生及优点 

在光纤用户网的研究中,为了满足用户对于网络灵活性的要求,1987年英国电信公司(即英国BT公司)的研究人员最早提出了PON的概念。后来由于 ATM技术的迅速发展及其作为标准传递模式的地位,使研究人员开始注意到把ATM技术运用到PON的可能性,并于9O年代初提出了APON的建议。不久, 阿尔卡特公司研制了第一个试验系统。 

由于ATM和PON一些固有的特点,使得APON从一开始就占据了一个较高的起点,该方案有着巨大的优势: 

·宽带化并支持所有种类和各种速率的业务。

·灵活地满足用户需求。 

·能够全动态分配带宽(这是在用户网第一次做到)。 

·简单、有效的网络运行和管理(O&M)。 

·安全性高。 

·低时延。 

·对业务复用/解复用的全力支持。 

1.2 APON系统结构 

图1为一种基本APON系统结构。该系统采用无源双星(PDS)拓扑,分路比为1∶16。从局端OLT(光线路终端)往ONU传送下行信号采用TDM 技术,ONU(光纤网络单元)传送到局端OLT的上行信号采用TDMA技术。在上行和下行时,ATM信元都是被组装在一个APON包中,研究表明,给每个 包加入8个开销比特,可以提供同步及其它与网络传输相关的功能。由于1310/1550nm WDM器件很便宜,且1310nm波长区激光器很便宜,所以一般采用WDM技术。 

在下行方向,由ATM交换机来的ATM信元先送给OLT,OLT将其变为155.52Mb/s或622.82Mb/s的速率,并以广播方式用 1550nm波长区传送到所有与OLT相连的ONU,每一个ONU可以根据信元VCI/PI选出属于自己的信号的同步功能及时延调整功能。 

1.3 采用的技术 

1.3.1 测距 

由于从不同的ONU到OLT的距离不等,上行信号到达OLT的时延也不同,为了避免不同的ONU上行信号在PON总线上产生重叠、互相干扰,保护收发 通路能够同步,承载的不同ONU信号之间要有一个间隔,通常成为保护时间(guard time)。可以通过测距(Ranging)程序来得到不同信号时间间隔,取最远ONU传输时延作为时隙的时间间隔,使上行信号互不干扰。 

1.3.2 猝发模式同步 

上行方向传送的信元在分路器上进行交叉复用,为了尽可能地减少连续信元的开销,获得最大的带宽性能,已经提出了许多种快速同步方法。其中最有效的方法是使用重复抽样技术(Oversampling)。   该方法用一个非常短的前置段(3bit)来恢复时钟相位,通过把这3bit插入到每个ATM信元的开销比特中来恢复正确时钟相位,精度在±1bit之内。 

1.3.3 光功率平衡 

由于ONU与OLT路径不同,造成光功率的损失也不同,这就要求接收机必须有一个大的动态范围,能够设置能分辨出的阈值功率。在APON系统中,每个 发射节点的输出功率可以根据特定节点的光路损失而动态改变。为了满足反射端光功率平衡和接收端光功率阈值的设定,在每个上行ATM信元中加入了3个开销比特。

                      

2 技术难点及对策 

2.1 经济性 

APON是接入网,这就决定了它的主要客户对价格因素比较敏感。所以接入网要取得大的发展就必须降低接入费用。目前,由于光纤制造技术的发展已使光缆 的价格大大的降低了;由于使用了集成技术,商用和家用的ONU价格也在降低。如果APON能够大规模实施,其每户价格将降低到$1500,并将在2000 年之前进一步降到$1000左右。 

2.2 安全性 

从本质上来说,PON是共享媒体的网络,因此它要求MAC(媒体接入控制)协议能够允许一些用户传输,而不对另外的用户造成影响。在下行方向,因为所 有的信元都是从OLT以广播方式传送出来的,只有符合目的地址的用户(由信元中的一个“标签”地址决定)能够读这个信元,这就是目前APON的处理方式。 然而这也可能引起安全和隐私的问题。假如有一名恶意的用户或一个小小的错误,就有可能使一个用户得到其它用户的信息(特别是共享一个ONU的用户)。为了 解决这个问题,笔者认为可采用加密技术来防止此类情况发生。 

2.3 MAC协议 

APON是共享媒体的网络,它要求网络有一个功能强大的MAC协议。MAC协议的选取对于网络的性能有着很大的影响,许多的因素必须考虑。例如请求/ 允许(Requests/Permits)算法、带宽的动态分配机制等。目前在此方面