以太网无源光网络体系结构研究及硬件系统实现

摘要

随着互联网业务的不断发展和广泛普及，接入网对带宽的要求也越来越高。目前无源光网络(PON，Passive Optical Network)是部署最多的光接入网。本文工作是国家863 计划项目“基于千兆以太网的宽带无源光网络系统”的重要内容，针对以太网无源光网络的体系结构和以及物理层(PHY，Physical Layer)和媒体接入控制层(MAC，MediaAccess Control)的关键技术进行了深入的分析研究和技术创新，并详细阐述了系统的总体设计和硬件实现。所取得的主要研究成果如下： (1) 研究了四种广义EPON 网络体系结构，包括千兆以太网无源光网络(GEPON，Giagabit EPON)/基于波分多址(WDMA)的以太网无源光网络(WEPON，EPON Based onWDMA)/万兆以太网无源光网络（10G EPON）和基于WDMA 的万兆以太网无源光网络（10G WEPON），其中提出了独创的WEPON 架构。比较了四种EPON 的性能和应用方向。 (2) 研究了GEPON 的物理层和MAC 层协议。在物理层，提出了一种干线冗余保护技术，解决了树型结构下干线单点故障造成所有用户断线的问题。在MAC 层，阐述了多点MAC 控制协议。 (3) 详细阐述了GEPON 系统的总体设计和硬件实现，给出了系统总体结构和功能划分，定义和描述了系统内外部的接口，对局端机的模块结构板卡等组成单元进行了设计，对用户端设备的功能模块进行了设计，对PON 的无源分支设备做了设计。最后给出了该GEPON 系统的测试结果。 (4) 详细给出了WEPON 的物理层和MAC 层的协议实现。在物理层提出了低成本的实现技术：窄带光滤波器，低成本密集波分复用(DWDM)激光器和上行波长复用、解复用技术。在MAC 层针对上下行带宽对称、不对称及光网络单元(ONU)为站点、网桥等情形给出了WEPON 的点对点仿真(P2PE，Point-to-Point Emulation)实现和虚拟局域网(VLAN，Virtual Local Access Network)设置的兼容性处理方法。 (5) 详细阐述了WEPON 系统的总体设计和硬件实现，给出了系统总体结构和功能划分，定义和描述了系统内外部的接口，对局端机的模块结构板卡等组成单元进行了设计，对用户端设备的功能模块进行了设计，对PON 的无源分支设备做了设计。最后给出该WEPON 系统的测试结果。(6) 研究了10G EPON 和10G WEPON，给出了10G EPON 的协议模型和最有可能的实现方法。特别针对10G 下行，1G 上行的WEPON 给出了其完整的二层协议模型并论述了其实现机理，提出了一种多波长MAC 控制（MWMC）机制。