基于以太网的宽带多媒体无源光接入网的研究 ——光网络单元（ONU）的设计与实现

论文摘要

近年来通信网的主干部分发生了巨大的变化,而在接入部分却变化很少。Internet数据流的激增加剧了接入部分的容量限制。“最后一公里”的接入部分仍然是高速局域网(LAN)和主干网之间的瓶颈。由于IP的迅速崛起,以太网取代ATM成了最理想的链路层协议,而无源光网络(PON)作为接入网的物理层仍然是比较理想的,因此将以太网和无源光网络结合是构建下一代接入网的最佳选择。为此,基于以太网的宽带多媒体无源光接入网(EPON)的研究项目于2003年被立为浙江省科技厅的重点科研项目。本文主要研究的是该项目的子项目——光网络单元(ONU)的设计与实现。本文主要工作总结如下: 1)介绍了接入网和以太技术的发展情况,提出将以太技术和无源光网络结合的技术(即EPON),并阐述了研究EPON系统的紧迫性和重要性。 2)从EPON的工作原理和层次结构出发,详细介绍了本设计中采用的MPCP帧结构、动态带宽轮询算法、ONU的自动加入技术和测距等技术。 3)按照EPON系统的总体设计与实现方案,详细介绍了ONU的硬件设计的电路原理,包括其主要部件的功能、特性等。 4)介绍了ONU的FPGA实现的各个功能模块及其工作流程。 5)通过ONU、EPON系统(一个OLT与两个ONU)、交换卡控制模块等的VHDL程序的仿真,验证了设计的正确性。 6)分析比较了本EPON系统与现有EPON系统在技术上的创新点,提出了对本设计后继工作者的建议,同时阐述了对我国EPON系统发展的建议与展望。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 接入网现状及需求
• 1.2 无源光接入网（PON）
• 1.2.1 光接入网
• 1.2.2 无源光接入网
• 1.3 以太网技术发展情况
• 1.4 EPON技术的发展
• 1.5 EPON技术的优势
• 1.6 本论文的研究重点和内容安排
• 第二章 EPON工作原理和层次模型
• 2.1 EPON的系统构成和工作原理
• 2.2 EPON的层次模型
• 2.3 EPON物理层
• 2.3.1 物理编码（PCS）子层
• 2.3.2 物理媒体附属子层（PMA）子层
• 2.3.3 物理媒体依赖子层（PMD）子层
• 2.3.4 协调（RS）子层和千兆媒质无关接口（GMII）
• 2.3.5 仿真（PTPE）子层
• 2.4 EPON数据链路层
• 2.4.1 MAC控制子层
• 2.4.1.1 MPCP消息帧结构
• 2.4.1.2 GATE／REPORT的机制
• 2.4.1.3 测距
• 2.4.1.4 自动发现过程
• 2.4.2 维护管理（OAM）子层
• 2.4.2.1 OAM子层的位置、帧结构及PDU的类型
• 2.4.2.1 OAM的远端故障显示功能
• 2.4.2.2 OAM的回环功能
• 2.4.2.3 OAM在网路管理中的应用
• 第三章 EPON系统的设计与实现
• 3.1 EPON系统的设计
• 3.1.1 EPON系统的设计要求
• 3.1.1 EPON系统设计的原则和分工
• 3.2 ONU的硬件设计与实现
• 3.2.1 突发收发模块的设计与实现
• 3.2.2 ONU的核心功能模块的设计与实现
• 3.2.3 交换模块的设计与实现
• 3.2.3.1 百兆交换卡的设计与实现
• 3.2.3.2 千兆交换机的设计与实现
• 第四章 ONU的FPGA的设计与实现
• 4.1 ONU的FPGA的设计与实现
• 4.1.1 上行数据处理
• 4.1.2 下行数据处理
• 4.1.3 公共信息表
• 4.2 仿真及结果分析
• 4.2.1 ONU模块的仿真
• 4.2.2 EPON系统的仿真
• 4.2.3 交换卡程序的仿真
• 第五章 总结和展望
• 参考文献
• 附录1 ONU主电路板PCB图
• 附录2 百兆交换机PCB图
• 附录3 千兆交换机电路原理图
• 附录4 英文缩写名词对照表
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表、录用的文章