以太网无源光网络体系结构研究及硬件系统实现

论文摘要

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,Media Access 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 on WDMA）、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。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 数据业务的增长
• 1.2 接入网的演变
• 1.3 EPON 和GPON 的分析对比
• 1.4 本文课题来源和内容安排
• 2 EPON 体系结构的研究
• 2.1 引言
• 2.2 EPON 的系统构成
• 2.3 EPON 的拓扑和上下行技术
• 2.4 EPON 的性能和应用比较
• 2.5 小结
• 3 GEPON 的物理层和MAC 层研究
• 3.1 引言
• 3.2 GEPON 干线冗余保护的研究
• 3.3 GEPON 的MAC 层协议
• 3.4 小结
• 4 GEPON 系统总体设计和硬件实现
• 4.1 引言
• 4.2 系统总体结构和功能划分
• 4.3 系统内外部接口定义和描述
• 4.4 局端设备模块结构和单板划分
• 4.5 用户端设备模块结构和功能划分
• 4.6 无源光分支器接口设计
• 4.7 系统测试结果
• 4.8 小结
• 5 WEPON 的物理层和MAC 层研究
• 5.1 引言
• 5.2 WEPON 物理层研究
• 5.3 WEPON MAC 层协议研究
• 5.4 小结
• 6 WEPON 系统总体设计和硬件实现
• 6.1 引言
• 6.2 系统总体结构和功能划分
• 6.3 系统内外部接口定义和描述
• 6.4 局端设备模块结构和单板划分
• 6.5 远端设备模块结构和功能划分
• 6.6 用户端设备模块结构和功能划分
• 6.7 无源光分支器接口设计
• 6.8 系统测试结果
• 6.9 小结
• 7 10G EPON 和10G WEPON 的研究
• 7.1 引言
• 7.2 10G EPON 的研究
• 7.3 10G WEPON 的研究
• 7.4 小结
• 8 全文总结
• 8.1 论文总结
• 8.2 下一步工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读学位期间发表论文目录
• 附录2 攻读博士学位期间取得的相关成果目录
• 附录3 缩写词表