现有的FTTH技术探讨分析

　　4、GEPON关键问题和技术

　　4.1　测距、同步

　　测距技术是TDMA方案中的一个关键问题。它实质上是上行信号的同步问题。由于各ONU距OLT的光纤路径不同和各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，避免由于上行时隙间的不同步而导致在OLT上发生信号碰撞的现象。GEPON中采用的同步技术是绝对时标（ATS）技术，包括ATS的插入和提取等。

　　OLT有一个本地时钟计数器，该计数器对时间颗粒计数。当OLT发送MPCP帧时，它就将本地时钟计数器的值，即绝对时钟插入到其时间标签域中。ONU中也有一个本地时钟计数器。这个计数器也是对时间颗粒计数。但是。ONU无论何时接收到OLT发送的MPCP帧，就要将这个帧所携带的新的时间标签值来刷新自己的本地时钟计数器的值。当ONU发送MPCP帧时，它也要将自己的时钟计数器的值映射到时间标签域中。OLT将对接收到的ONU的时间标签进行检查。时间标签测距法就是通过时间标签在OLT与ONU之间的传递，计算接收的时间标签值和OLT本地时钟的之间的差来得到ONU的RTT值。OLT只要接收到了ONU的MPCP帧，就要进行测距，利用时间标签法进行测距的原理如图2所示。

　　图2　GEPON测距技术

　　图中TR为ONU总的响应时间，TDOWN为下行传输延时，TUP为上行传输延时，TWAIT为ONU接收到OLT的MPCP消息（一般为GATE消息）到发送窗口开始之间的等待时间。OLT在本地时间为to时，给ONU发送一个MPCP帧，它携带的时间标签值为TS=to。经过TDOWN时间的传输延时后，这个MPCP帧到达ONU。ONU将本地时间计数器的值更新为to，然后就等待。等待TWAIT时间后，这个ONU的发送窗口开始了，它就发送数据和MPCP帧，并将本地时钟计数器的值t1插入到MPCP帧的时标域。ONU发出的MPCP帧经过TUP时间的传播延迟后到达OLT。

　　4.2　突发发送和接收

　　与所有的采用TDMA技术的PON一样，GEPON中也面临着上行信号的突发发送和接收的问题。由于不同的ONU到达OLT的距离不相等，以及每一个ONU的光模块发出的光信号的强度不同，造成了OLT的接收机接收到的信号功率在每一个时隙都不相同，导致OLT容易产生误判。

　　为了解决OLT误判的问题，有两种方法，一种是要求ONU动态调整发光功率，另外一种是要求OLT动态调整判决电平，如图3所示。前一种方法对ONU提出更高的要求，成本较高，后一种方法实现简单，成本较低，目前大部分采用后一种方法。

　　图3　GEPON突发接收技术

　　4.3　安全性问题

　　由于GEPON下行是一个共享网络，因此用户安全也是GEPON中比较受到关注的一个问题。如图4所示，为了确保用户数据的安全，目前主要采用两种方式，一种是为每个ONU分配唯一的LLID，另外一种是采用AES128加密技术对用户数据进行加密，ONU将定时产生新的密钥，并发送到OLT，OLT根据一定算法将ONU产生的密钥转换成真正的加密图样，对下行数据流进行加密。

　　图4　GEPON安全问题

　　4.4　QoS问题和DBA技术

　　由于以太网中的数据流具有很强的突发性，如果采用静态的带宽分配方案，就会产生带宽利用率低下或带宽分配不公平的现象。因此，为提高带宽利用率，在GEPON中采用动态的带宽分配机制。采用DBA的好处在于不但可以提高带宽利用率，还可以采用带宽调度算法来保证某些优先级高的业务的QoS。DBA能确保用户所签订的服务等级合同（包括最小带宽、最大带宽和延时敏感性）得到公平的执行。在签订SLA时可以规定业务和用户的优先级。高优先级的业务或用户可以优先获得网络资源。在确保所有的业务或者用户的最小带宽得到保障的情况下，可以动态地分配剩余带宽，供突发性较强的业务使用。