EPON原理及关键技术

2011-05-04 15:02:39|  分类： 固网通信技术学习 |  标签：关键技术  epon  报文  tdm  令牌   |举报 |字号 订阅

EPON 的技术特点点击打开链接

EPON接入系统具有如下特点：

?      局端（OLT）与用户（ONU）之间仅有光纤、光分路器等光无源器件，无需租用机房、无需配备电源、无需有源设备维护人员，因此，可有效节省建设和运营维护成本；

?      EPON采用以太网的传输格式同时也是用户局域网/驻地网的主流技术，二者具有天然的融合性，消除了传输协议转换带来的成本因素；

?      采用单纤波分复用技术（下行1490nm，上行1310nm），仅需一根主干光纤和一个OLT，传输距离可达20公里。在ONU侧通过光分路器分送给最多32个用户，因此可大大降低OLT和主干光纤的成本压力；

?      上下行均为千兆速率，下行采用针对不同用户加密广播传输的方式共享带宽，上行利用时分复用（TDMA）共享带宽。高速宽带，充分满足接入网客户的带宽需求，并可方便灵活的根据用户需求的变化动态分配带宽；

?      点对多点的结构，只需增加ONU数量和少量用户侧光纤即可方便地对系统进行扩容升级，充分保护运营商的投资；

?      EPON具有同时传输TDM、IP数据和视频广播的能力，其中TDM和IP数据采用IEEE 802.3以太网的格式进行传输，辅以网管系统，来保证传输质量。通过扩展第三个波长（通常为1550nm）即可实现模拟及数字视频业务广播传输。

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EPON工作原理

EPON协议栈

EPON的工作原理如下图所示， EPON系统采用WDM技术，实现单芯双向传输（下行1490nm，上行1310nm）。

下行方向的光信号被广播到所有ONU，通过过滤的机制，ONU仅接收属于自己的数据帧。上行方向通过TDMA方式进行业务传输，ONU根据OLT发送的带宽授权发送上行业务。

(a)PON系统中的上行方向工作原理

EPON技术原理－上行帧结构

(b)PON系统中的下行方向工作原理

EPON工作原理－下行数据帧结构

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EPON的关键技术 
突发控制
同步技术
光纤保护倒换 
测距
自动发现技术 
DBA的功能和基本原理
OAM功能
QOS

安全

承载TDM业务

①突发控制

①.1突发发送

EPON的点对多点（P2MP）的特殊结构和时分多址（TDMA）的接入方式了决定了ONU发送机工作得突发发送模式下。ONU在什么时候发送数据，是由OLT来指示的，当ONU发送数据时，打开激光器，发送数据；当ONU不发送数据时，为了避免对其他ONU的上行数据造成干扰，必须完全关闭激光器。这样，ONU上的激光器就需要不断地快速（NS级别）打开和关闭。因此，传统的针对连续传输设计的APC（自动功率控制）回路，不能再突发模式发送的情况下正常工作（连续模式的自动功率控制回路之所以不能正常工作在突发模式下，是由于当激光器关闭时，直流偏置切断，当激光器被重新打开时。自动功率控制回路已丢失了原来的状态，直流偏置呈现不连续的变化）。

为实现突发发送有2个方案：1.采用数字APC电路；2.改进传统的自动功率控制系统。具体实现的方式不在这描述。方案1相比方案2存在一个缺点：他需要有一个微控制器的参与，并需要一块高速的RAM，不利于模块的集成，成本较高。

①.2突发接收

在EPON系统的下行方向。ONU只能接收OLT的数据，因此ONU上接收来自OLT的功率是相同的，ONU接收机采用普通的接收机即可。

在EPON系统中，上行数据由各个ONU以突发形式到达OLT。OLT要接收来自不同距离的ONU的数据包，并恢复它们的幅度，但因ONU到OLT的距离不同，所以它们的数据包到达OLT时的功率变化很大，在极限情况下，从最近ONU发来的代表0信号的光强度甚至比从最远ONU传来的代表1信号的光强度还要大，为了正确恢复原有数据，必须根据每个ONU的信号强度实时调整接收机的判决门限。

现有的突发模式接收机分为直流耦合模式和交流耦合模式。直流耦合模式的基本思想：依据其接受的突发信号，通过测量其光功率而作出相应的调节，直流耦合接收机在整个信元时间内动态调整判决电平。交流耦合模式的基本思想：接收到的高速数据流被看做是高频信号，前后量数据流之间的平均功率变化可以认为是低频信号，因此，只需要增加高通滤波器除低频信号就可以完成判决门限的恢复。

采用交流耦合方式的系统相对于直流耦合方式会多付出1.5dB的灵敏度代价。

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②同步技术

②.1突发时钟恢复

EPON中OLT端接收机必须工作在突发模式下。因此，突发模式下的高速时钟和数据恢复技术就成为其关键技术之一。传统的锁相环虽然能应用于GHz数量级得系统中，但是其同步时间较长，不能满足突发模式下的高速时钟同步的要求。突发模式下的时钟恢复技术可总结为：时间上的附加抽样和空间上的附加抽样两大类。

时间上的附加抽样法，即用一个更高速的时钟，由对数据抽样所得的图案和已知图案相比，从而得到同步时钟。但是对G比特级别的数据来说，需要到达约5G的采样速率，使得这种方案相当难实现。

相对来说，使用多路时钟进行空间上的附加抽样要简单的多，也易于实现。

②.2系统同步技术

系统同步是指由于EPON上行为多点到一点的拓扑结构，每个ONU发送时隙必须与OLT的系统分配的时隙保持一致，以防止各个ONU上行数据发生碰撞。ONU侧的时钟应与OLT侧的时钟同步。EPON时钟同步采用时间标签方式。在OLT侧有一个全局的计数器，下行方向OLT根据本地的计数器插入时钟标签mONUment根据收到的时钟标签修正本地计数器，完成系统同步；上行方向ONU根据本地计数器插入时钟标签，OLT根据收到的时钟标签完成测距。

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③自动发现技术

发现是指新连接或者非在线的ONU接入PON进程。该进程由OLT发起，他周期性地产生合法的发现时间窗口（Discovery Time Windows），使OLT有机会检测到非在线的ONU。发现时间窗口的周期没有定义，由厂商决定。

在EPON系统中，最开始的也是至关重要的一步就是要解决光网络单元ONU的注册问题。为实现PON系统良好的可扩展性和方便的操作维护管理，在系统开通运行后，随业务发展需要增加新的ONU或故障修复后的ONU要重新加入到系统时，希望这些ONU能够自动地加入而不影响正常工作的ONU。因此ONU的自动加入是PON系统的关键技术之一。

逻辑链路标志（LLID）是EPON系统分配给通过MPCP协议建立起来的逻辑链接的一种数字标示，每一个逻辑链接都会分配到不同的LLID。在EPON系统中，LLID是由网管通过OLT分配的；这样，OLT就可以通过LLID辨别各种帧是由哪个ONU发来的，或者通过修改帧中的LLID将帧转发到相应的ONU处，于是，我们就能够建立起OLT→ONU，ONU→OLT的通路，完成OLT与ONU之间的通信。

MPCP控制帧：

五种类型的MPCP帧

§      MPCP在OLT和ONU之间规定了一种控制机制来协调数据的发送和接收；

§      MPCP功能是基于专门的协议数据报文完成的，即MPCPDU；

n           GATE（OLT发出）

–       允许接收到GATE帧的ONU立即或者在指定的时间段发送数据

n           REPORT（ONU发出）

–       向OLT报告ONU的状态，包括该ONU同步于哪一个时间戳、以及是否有数据需要发送。

n           REGISTER_REQ （ONU发出）

–       在注册规程处理过程中请求注册。

n           REGISTER （OLT发出）

–       在注册规程处理过程中通知ONU已经识别了注册请求。

n           REGISTER_ACK （ONU发出）

–       在注册规程处理过程中表示注册确认。

MAC控制层

③.1自动发现处理流程

步骤1：OLT通过广播一个发现GATE消息来通知ONU发现窗口的周期。发现GATE消息包含发现窗口的开始时间和长度；

步骤2：非在线ONU接收到该消息后将等待该周期的开始，然后向OLT发送REGISTER_REQ消息（REGISTER_REQ消息中包括ONU的MAC地址以及最大等待授权（Penging Grant）的数目）；

步骤3：OLT接收到有效的REGISTER_REQ消息后，将注册该ONU，分配和指定新端口的标识（LLID），并将相应的MAC和LLID绑定。OLT向新发现的ONU发送注册（Register）消息，该消息包含ONU的LLID以及OLT要求的同步时间。同时，OLT还对ONU最大等待授权的数目进行响应；

步骤4：此时OLT已经有足够的信息用于调度ONU访问PON，并发送标准的GATE消息允许ONU发送REGISTER_ACK。

步骤5：当接收到REGISTER_ACK，该ONU的发现进程完成，该ONU注册成功并且可以开始发送正常的消息流。

③.2  ONU完成注册后的MPCP协议交互 
@ONU完成注册后，系统维持一个Keep-alive机制：
@OLT定期（最低50ms一次）发送Gate消息给ONU，ONU也定期（最低50ms一次）的发送Report消息给OLT如果OLT；
@如果OLT在一定时间内没有收到ONU发来的任何MPCP消息，则认为该ONU的MPCP协议异常，将解注册（Deregister）该ONU；
@如果ONU在一定时间内没有收到OLT发来的任何MPCP消息，则认为与OLT之间的链路异常或者OLT的MPCP协议异常，也将自动解注册；

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④ 动态带宽分配 （DBA）

在EPON系统的上行方向，采用TDMA（时分多址接入）方式实现多个ONU对上行带宽的多址接入，其带宽分配方案可分为静态带宽分配的和动态带宽分配。静态带宽分配方式的原理是OLT周期性为每个ONU分配固定的时隙作为上行发送窗口。其优点是实现简单，但存在带宽利用率低、带宽分配不灵活、对于突发性业务适应能力差等问题。

动态带宽分配（Dynamic Bandwidth Allocation，DBA）就是OLT根据ONU的实时带宽请求获取各ONU的流量信息，通过特定的算法为ONU动态分配上行带宽，保证各ONU上行数据帧互不冲突。DBA具有带宽效率高，公平性好、能够满足QoS要求的优点。

DBA采用集中控制方式：所有的ONU的上行信息发送，都要向OLT申请带宽，OLT根据ONU的请求按照一定的算法给予带宽（时隙）占用授权，ONU根据分配的时隙发送信息。其分配准许算法的基本思想是：各ONU利用上行可分割时隙反应信元到达时间分布并请求带宽，OLT根据各ONU的请求公平合理地分配带宽，并同时考虑处理超载、信道有误码、有信元丢失等情况的处理。

EPON系统的DBA的实现基于两种MPCP帧：GATE消息和REPORT消息。ONU利用REPORT帧向OLT汇报其上行队列的状态，向OLT发送带宽请求。OLT根据与该ONU签署的服务等级协议（SLA）和该ONU的带宽请求，利用特定的算法计算并给该ONU发布上行带宽授权（Grant），以动态控制每个ONU的上行带宽。EPON系统的DBA一般采用轮询方式。其针对每个ONU的工作过程如下图所示。

DBA实现流程图

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⑤测距技术

由于各ONU距OLT的光纤路径的不同和各ONU元器件的不一致性造成OLT与各ONU间的环路时延不同，而且由于环境温度的变化和器件老化等原因，环路延时也会发生不断的变化。因此必须引入测距技术对上述原因引发的时延差异进行补偿，以确保不同ONU所发出的信号能够在OLT处准确地按时隙复用在一起。测距包括静态测距和动态测距，前者主要用在新的ONU安装调试阶段、停机的ONU重新投入运行时，以补偿各ONU与OLT之间的光纤长度和器件特性不同引起的延时差异；后者应用于系统运行过程中，补偿由于温度、光电器件老化等因素对时延特性的影响，及时调整各个ONU上行时隙的到达相位。 
OLT与各ONU间的环路时延不同：
–各ONU距OLT的光纤路径不同
–各ONU元器件的不一致性
–环境温度的变化和器件老化，环路延时也会发生不断的变化
测距包括静态测距和动态测距：
测距要求
–补偿因ONU距离不同而产生的时延差异：RTT（Round Trip Time）
–在注册过程中，ONU对新加入的ONU启动测距过程
–OLT使用RTT来调整每个ONU的授权时间
–OLT也可以在任何收到MPCP PDU的时候启动测距功能。
使用注册冲突避让：
–在EPON系统中，解决ONU的注册冲突的方案有两种：随机延迟时间法和随机跳过开窗法。

OLT和ONU都有每16ns增1的32比特计数器。这些计数器提供一个本地时间戳。当OLT或ONU任一设备发送MPCPDU时，它将把计数器的值映射入时间戳域。从MAC控制发送给MAC的MPCPDU的第一个八位字节的发送时间被作为设定时间戳的参考时间。

当ONU接收到MPCPDU时，将根据所接收的MPCPDU的时间戳域的值来设置其计数器。

当OLT接收到MPCPDU时，将根据所接收到的时间戳来计算或校验OLT和ONU之间的往返时间。往返时间RTT等于定时器的值和接收到的时间戳之间的差。通过MAC层原语将计算的RTT通知客户端。

测距过程如下：
1. OLT在T1时刻发送 GATE；
2. ONU在T2时刻接收到GATE ,此时复位本地计数器，时间戳置为 T1；
3. ONU在T3时刻发送REPORT, 此时填入的时间戳为 T4；
4. OLT在T5时刻接收到REPORT。
最后RTT由下面的公式得出：
–RTT = T2-T1+T5-T3 = T5-T4
–其中 ： T3-T2 = T4-T1

往返时间（RTT）计算

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⑥QOS

EPON系统采用的QoS技术，有动态带宽调整DBA、流分类、拥塞管理、约定访问速率、流量整形

⑥.1流分类

报文分类是将报文分为多个优先级或多个服务类，如使用IP报文头得TOS字段（Type of service，三个bit）、802.1q，你可以将报文最多分成六类（另外两个值保留为其他用途）。在报文分类后，就可以将其他的QoS特性应用到不同的分类，如拥塞管理、带宽分配等。

网络管理者可以设置报文分类的策略，可以依据下面的属性来分类：

• DA MAC；SA MAC
• 以太网优先级；VLAN ID；以太网类型
• 目的IP地址；源IP地址
• IP协议类型（IP、ICMP、IGMP等）
• IP TOS/DSCP（IPv4）；IP Precedence（IPv6）
• L4源PORT；L4目的PORT

报文分类使用ACL技术：系统对输入报文流将按照ACL所定义的规则进行匹配处理：如果匹配规则，则交QoS进一步策略动作执行处理，包括报文过滤、优先级标记、端口限速、流量限制、流量统计、报文重定向、报文镜像，在完成策略执行处理后再转发输出报文流；否则，按照ACL规则的定义，不匹配规则的报文将被丢弃或者被转发。

在网络边界，对报文进行分类时，同时设置报文的IP头的TOS字段作为报文的IP优先级或者802.1p字段，这样，在网络的内部就可以简单的使用IP优先级作为分类的标准。而队列技术如WFQ，就也可以使用这个优先级来对报文进行不同处理。

下游（downstream）网络可以选择接受上游（upstream）网络的分类结果，也可以按照自己的分类标准重新进行分类。

⑥.2拥塞管理

拥塞管理有多种实现方式：FIFO、优先级队列（PQ）、加权公平队列、加权轮询（Weighted Round Robin）。其中加权轮询法可以保证最低优先级队列至少获得一定带宽，避免了采用PQ调度时低优先级队列中的报文可能长时间得不到服务的缺点。WRR队列还有一个优点是，虽然多个队列的调度是轮询进行的，但是每个队列不是固定地分配服务时间片——如果某个队列为空，那么马上换到下一个队列调度，这样带宽资源可以得到充分的利用。

WRR队列调度将每个端口分为多个输出队列，队列之间轮流调度，保证每个队列都能得到一定的服务时间，WRR可为每个队列配置一个加权值（依次为W3、W2、W1、W0），加权值表示获取资源的比重。如一个100M端口，配置它的WRR队列调度算法的加权值为50、30、10、10（依次对应w3、w2、w1、w0），这样可以保证最低优先级队列中的报文可能长时间得不到服务的缺点。

⑥.3约定访问速率（Committed Access Rate，CAR）

流量监管（policing）的典型作用是限制进入某一网络的某一连接流量与突发，在报文满足一定的条件下，如某个连接的报文流量过大，流量监管就可以选择丢弃报文，或重新设置报文的优先级。通常的用法是使用CAR来限制某类报文的流量，如限制HTTP报文不能占用超过50%的网络带宽。

对于ISP来说，对用户送入网络中的流量进行控制是十分必要的。对于企业网，对某些应用的流量进行控制也是一个有力的控制网络状况的工具。网络管理者可以使用约定访问速率（CAR）来对流量进行控制。

CAR利用令牌桶（Tocken Bucket，TB）进行流量控制。

CAR处理过程示意图

上图是CAR的处理过程，首先报文被分类，如果报文是某类报文，规定了流量特性，则进入令牌桶中进行处理。如果令牌桶中有足够的令牌可以用来发送报文，则报文可以通过，可以被继续发送下去。如果令牌桶中的令牌不满足报文的发送条件，则报文被丢弃。这样，就可以对某类报文的流量进行控制。

令牌桶按用户设定的速度向桶中放置令牌，并且，令牌桶有用户设定的容量，当桶中令牌数量超出桶的容量的时候，令牌的量不在增加。当报文被令牌桶处理的时候，如果令牌桶中有足够的令牌可以用来发送报文，则报文可以通过，可以被继续发送下去，同时，令牌桶中的令牌量按报文的长度做相应的减少。当令牌桶中的令牌少到报文不能在发送时，报文被丢弃。

令牌桶是一个控制数据流量的很好的工具。当令牌桶中充满令牌的时候，桶中所有的令牌代表的报文都可以被发送，这样可以允许数据的突发性传输。当令牌桶中没有令牌的时候，报文将不能被发送，只有等到桶中生成新的令牌，报文才可以发送，这就可以限制报文的流量只能是小于等于令牌生成的速度，达到限制流量的目的。

⑥.4通用流量整形（Generic Traffic Shaping，GTS）

流量整形（shaping）典型作用是限制流出某一网络的某一连接流量与突发，使这类报文以比较均匀的速度向外发送。这通常使用缓冲区和令牌桶来完成，当报文的发送速度过快时，首先在缓冲区进行缓存，在令牌桶的控制下，在均匀的发送这些被缓冲的报文。

利用CAR可以控制报文的流量特性，对流量加以限制，对不符合流量特性的报文进行丢弃。如果对需要丢弃的报文进行缓冲，将可以减少报文的丢弃，同时满足报文的流量特性，这就是通用流量整形（GTS） 。

GTS处理示意图

当报文到来的时候，首先对报文进行分类，如果报文需要进行GTS处理，则将报文送入GTS队列。当GTS队列中有报文的时候，GTS按一定的周期从队列中取出报文进行发送。每次发送报文时，将把GTS令牌桶中的令牌代表的数据量都发送出去。

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⑦OAM功能

EPON具有完善的OAM功能，除基本功能远端故障指示、远端环回、链路管理外，EPON还提供Organization Specific Extensive机制。

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⑧安全性

在传统的以太网中，安全性并不是一个关键性的问题。然而，对于EPON来说，因为采用的是点对多点的结构，对安全性则有不同的要求。在EPON中是以广播的方式实现下行数据的传输，如果一个恶意的ONU可以接收到所有的下行信息，因此安全性是一个很重要的问题。此外，根据IEEE802.3ah， OLT与ONU的带宽请求、带宽授权、测距、OAM信息都是封装成MAC控制帧和OAM帧来交互的。所定义的MAC控制帧和OAM帧的帧格式与以太网帧是一样的，由于以太网帧的结构对用户是透明的，同时ONU作为用户侧设备为用户提供以太网口接入，这样上行方向存在恶意的合法用户通过其以太网数据通道接口伪造MAC控制帧或OAM帧，来更改系统配置或捣乱系统的威胁。

为了防范这种潜在的系统风险，必须采用加密。一般来说，加密和解密可以在物理层、数据链路层以及更高的协议层实现。在MAC层以上实现的加密技术将只对MAC帧的负荷信息加密，帧头信息则没有加密。这种方案可以防止恶意的ONU获取负荷信息，但是其他ONU的地址还是有可能被恶意的ONU截取。对于在物理层实现的加密，物理层将对整个比特流（包括帧头和CRC）进行加密。在接收端，物理层首先对数据进行解密然后将解密的数据传递给MAC层验证。因为每个ONU采用不同的密匙，即使是收到属于别的ONU的数据帧，也不能够将其解密成具有正确格式的帧，因而不会被MAC层接受。在这种方案中，恶意的ONU不能获得任何信息。但是，这种方案要求OLT的物理层对不同的ONU使用不同的密匙。

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⑨ 承载TDM业务

Ethernet的封装方式使得EPON技术非常适于承载IP业务的同时也使其面临一个重大的难题——难以承载语音或电路方式数据等TDM业务。EPON是基于以太网的异步传送网络，它没有全网同步的高精度时钟，无法满足TDM业务的定时和同步要求。要解决TDM业务的定时同步问题同时又要保证TDM业务的QoS等技术难题不仅要在EPON系统自身设计上做改进，同时也需要采用一些特定的技术。

目前，在EPON系统上实现TDM业务传输最主要的一种方法是基于分组交换网络的电路仿真技术（CESoP，CircuitEmulation over Packet Switched Net）。

⑨.1从电路交换到分组交换的基本思想

CESoP技术是指在非TDM网络上进行电路仿真，实现TDM业务如E1/T1，E3/DS3或是STM-1等在分组交换网络上的传送。其基本原理就是在分组交换网络上搭建一个“通道”，通过增加报头，用IP包封装每个T1或E1帧，通过分组交换网（PSN）透传到对端。目的端收到数据包后重新生成同步时钟信号，同时去掉数据包中的IP头，把其它数据转化成原始的TDM数据流，从而使网络两端的TDM设备不需关心其连接的网络是否为TDM网络。CESoP对E1来说是透明传输，所以它对传统的电信网络兼容性非常好，所有传统的协议、信令、数据、语音、图象等业务，都能够原封不动的使用该项新技术；而且相关的设备不需做任何改动，可使电信运营商充分利用现有资源，把传统TDM业务应用在IP网上。

通过分组交换网络实现的电路仿真业务

⑨.2电路仿真的实施

CESoP电路仿真要求在分组交换网络的两端都要有交互连接功能。在分组交换网络入口处，交互连接功能将TDM数据转换成一系列分组，而在出口处则利用这一系列分组再重新生成TDM电路。目前有结构化仿真和非结构化仿真这两种方法来实现这种交互功能模块。

结构化仿真使用了TDM电路中所固有的时隙结构。首先将帧结构(如DS1中的F位)从数据流中提取出来，然后按顺序将每个时隙加入到分组的有效载荷内，后面再跟着下一帧的同一时隙，如此反复。有效载荷全部填满后，再加上一个分组头，该分组就被发送到分组交换网络中。有效载荷一般包含大约八帧TDM数据(对于E1电路而言即有256个八位位元)。在分组网络的出口处，TDM数据流被重新产生，并使用新的帧结构。

非结构化的传输方式则忽略TDM电路中可能存在的任何结构，将数据看作给定数据速率的纯位流。从TDM位流中按顺序截取一系列八位位组来构成分组的有效载荷。因此，构成每个分组有效载荷的八位位组的数量是随机的。一般选取有效载荷的长度使分组构成时间在1ms左右，对于T1电路，该长度为193个八位位组(见图2)。对于E1电路，该长度为256个八位位元。这样，TDM业务中的信令被透明传输，无须任何的信令协议转换设备就可以实现任何类型的TDM业务。

结构化电路仿真业务和非结构化电路仿真业务

⑨.3CESoP的标准化

有关CESoP技术的标准化工作已在有条不紊地展开。目前有4个标准化组织正在从事CESoP技术的标准化工作，分别是国际电信联盟（ITU,InternationalTelecommunicationsUnion）;互联网工程任务组（IETF, Internet Engineering Task Force）; MPLS与帧中继联盟（MFA, MPLS and Frame Relay Alliance）; 城域以太论坛（MEF, Metro Ethernet Forum）。各组织正密切关注自己专长的领域。

ITU-T建议Y.1413ITU是关于在MPLS网络上实现TDM的建议。定义了通过MPLS网络承载电路业务的格式。该建议主要规定TDM-MPLS网络互通的必要功能要求。这个标准支持结构化的TDM仿真和非结构化的TDM仿真。

IETF下属的边缘到边缘的伪线仿真（PWE3，PseudoWireEmulation Edge-to-Edge）工作组负责制定分组交换网（PSN）上仿真网络业务的机制。被仿真的网络业务包括数字TDM专线、帧中继（FR）、ATM信元和ATM适配（AAL）、Ethernet和Ethernet VLAN、HDLC、PPP等。

MPLS与帧中继联盟(MFA)最近发布了TDM仿真的实现协议 MFA 8.0.0，该协议规定了通过 MPLS 网络承载 TDM 电路仿真的封装格式、连接的建立与拆除等；还简化了通过 MPLS 承载 TDM 传输的问题，允许运营商向同时提供语音、视频和数据业务的单一、融合的网络转移。

MEF则批准了新的电信级以太网技术规范MEFx（x=1,..,8）。其中，MEF8规范规定了基于城域以太网的准同步数据系列（PDH）电路仿真的实现方法。MEF 8将和针对以太网测试步骤与网络管理的新规范一起促使城域以太网发展成为一种电信级传输技术。

随着这些标准的制定，不同设备制造商之间的互联互通问题将会逐步得到解决。目前EPON厂商采用的TDM仿真芯片主要采用的还是IETF的PEW3工作组的边缘到边缘的伪线仿真（PEW3）技术。

⑨.4TDMoverEPON实现的关键技术

⑨.4.1时钟恢复与抖动平滑

时钟恢复与抖动平滑是TDM分组电路仿真实现中的两个关键技术

⑨.4.1.1时钟恢复

在任何通过分组实现电路交换的技术中，最关键的问题之一就是时钟恢复。例如，在两个客户端之间使用专用租借线路通过运营商分组网络上的仿真链路进行连接，则客户TDM业务的频率fservice必须在分组网络的出口处精确地重新生成。长时间的频率不匹配将导致分组网络出口处形成等待队列，如果重新生成的时钟比原时钟慢，则缓冲器被填满，反之则会被清空。这两种情况都会造成数据丢失和服务质量下降。而要实现对TDM业务的支持，ONU侧的时钟恢复技术是首先要解决的问题。就电路仿真技术本身而言，目前主要有基于SDH的指针调整方式、差异方式和自适应等3种时钟恢复方式。
         在IETF制定的文档draft-ietf-pwe3-sonet-09.txt中，定义了利用SDH指针调整技术实现分组网络中的定时同步。同时还定义了显式指针调整中继（EPAR：EXPlicitPointerAdjustmentRelay）和自适应指针管理（APM：Adaptive Pointer Management）这两种指针管理方式来实现网络同步操作： EPAR方式通过重复发送端的指针调整事件来保证TDM数据以与发送端相同的速率被接收端读取，通常应用于发送端和接收端存在公共参考时钟的情况下；而APM则通过保持TDM数据以接收时相同的速率被接收端读取以维持抖动缓存的利用率在一定范围，此时通常发送端和接收端无公共的时钟参考。由于EPAR和APM方式实现时钟恢复本质上都是基于传统SDH技术的指针调整，尽管能保证系统的时钟同步，但实现很复杂，成本很高，不适合在EPON系统规模应用。但实现。差异方式是在发送端和接收端均采用高精度的时钟参考源，通过比较包的到达频率与主参考源的频率之差进行补偿，实现TDM业务的同步。此方法具有很好的抖动和漂移特性， 
       在很大程度上不受网络延时、网络延时变化和包丢失的影响，但是需要在两端均提供公共参考时钟。该实现方式主要适用于发送端和接收端均位于电信机房或其他存在高精度电信时钟的场合，

自适应时钟恢复方式则不需要发送端和接收端具有公共的参考时钟。在接收端根据到达包所携带的信息就可以恢复出需要的时钟信息。定时信息既可以是通过比较本地和远端的时标（Timestamp）值来获取，也可以根据包的间隔到达速率或抖动缓存的填充水平来获取。由于EPON本身主要用于用户接入网，加上EPON可以给特定的数据包提供很高的服务质量，所以自适应的时钟恢复方式应用于EPON系统将会获得很好的时钟特性。

⑨.4.1.2抖动平滑

由于以太网采用共享信道，支持存储转发，数据包的传输延时无法控制，具有很大的随机性，造成包与包之间的传输时延差，即使所有分组都通过网络的同一路径进行传送，当它们到达网络出口处的交互功能模块时仍然会有一些时间偏差。这种随机性反映在TDM数据的发送过程中，实际引入的瞬时抖动会远远超过正常TDM线路抖动容限，我们把它称之为“分组抖动”。由于TDM电路具有恒定不变的位速率，因此我们可通过使用缓冲区来克服抖动，将较快到达的分组在输出之前进行缓存和排序，这样就可以补偿与其它较慢分组之间的延时差。但由于语音通信的实时性要求比较高，缓冲区对丢失的包按空包处理。如果缓冲区过小，就会出现溢出现象，导致丢包严重，从而不能很好实现抖动的平滑，而如果缓冲区过大，闸门打开的门限值就会加大，就会使延时加大，而语音等TDM业务对延时又有较高的要求，所以缓冲区大小的设计成为抖动平滑的关键。

⑨.4.2如何在多业务分组网络中给TDM业务提供更好的QoS服务

如何在多业务分组网络中给TDM业务提供更好的QoS服务，这是TDMoverEPON实现的又一关键问题。EPON上的不同业务对QoS的要求不尽相同。TDM业务占用带宽虽小，但对延时、抖动、漂移、误码率等指标有很高的要求；而视频业务则需占用较大的带宽，对延时也有一定要求，但可容忍一定程度的丢包；数据业务则需要占用更大的带宽，并且具有很强的突发性，对数据的完整性和准确性有较高要求，但对延时要求又较低。要满足不同业务的QoS,同时又要给TDM业务提供更好的QoS服务, 这就要求在实现TDM业务时充分考虑TDM业务对延时和抖动的严格要求。解决这一技术难题不仅需要解决电路仿真中涉及的时钟恢复问题，而且还要在EPON系统上进行一定的功能改进。目前烽火通信提出的解决方案是在EPON系统上为TDM业务指定了更高优先级的逻辑链路标识（LLID），从而保证TDM数据无丢失并且始终得到更高的服务质量；再者采用基于每个LLID的动态带宽分配算法，根据不同时刻的流量特性结合用户服务水平协议（SLA）通过REPORT－GATE机制实现带宽的有效利用。实验证明通过采用这些措施不仅确保了TDM业务对延时抖动等指标的严格要求，而且保证了TDM业务的服务质量。

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⑩光纤保护倒换

EPON国际标准（IEEE802.3a）未定义保护方式，中国通信标准委员会制定的《接入网技术要求——基于以太网方式的无源光网络（EPON）》中，已经明确建议采用ITU-T G.984.1两种GPON系统的保护方式：骨干光纤保护倒换方式和全光纤保护倒换方式。

EPON技术是接入网技术之一，主要用于FTTH/FTTB的宽带接入业务，用户接入成本较为敏感，并且对保护的要求相对较低，因此EPON系统现有的保护方式的实际应用价值较低。骨干光纤保护方式相对于光纤全保护倒换方式代价较小，仅对EPON系统的骨干段光纤实现保护；而光纤全保护倒换方式彻底消除了EPON系统中的单点故障隐患，但代价也是整体翻倍的。

EPON采用点到多点的树形拓扑结构，骨干光纤的故障会导致其所属的所有ONU均无法与EPON网络通信，因此，骨干光纤保护倒换方式将是提高EPON系统在网络中应用中可靠性的主要保护倒换方式。

骨干光纤保护方式中，OLT侧的主备用两个PON模块的端口分别通过骨干光纤的主、备两条光纤连接到2：N分路器的两个端口，从分路器到ONU侧采用常规连接。在OLT主用PON模块处于工作状态时，备用PON模块处于冷备份状态。如果工作光纤出现故障或主用PON模块失效，启用备用的备用PON模块和光纤。倒换到备用PON模块时，冷备份的备用PON模块中的信号发射模块被激发到正常工作状态需要一段较长的时间。在这种方式下，OLT侧需配置主、备两个PON模块，骨干光纤需铺设主、备两条光纤，从而实现对骨干段光纤的保护，提高系统可靠性。

为了实现简单的骨干光纤保护倒换，EPON系统应由光线路终端（OLT）、工作光纤、保护光纤、2：N光分路器、光网络单元（ONU）组成，其中OLT内包括保护倒换控制模块、PON模块和1×2光开关。如图5所示。

a

）正常工作状态

b

）倒换后的工作状态

支持骨干光纤保护的EPON系统结构

光纤全保护的系统结构