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ATM-PON及其测距流程分析

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一 ATM-PON介绍
目前的用户接入网主要是以承载话音业务为主的铜缆网，但随着具有高带宽要求的高速数据业务的出现，传统铜缆接入网已经成为全网宽带化的瓶颈 。主干网光纤化带来的巨大的带宽资源使人们考虑到接入网也应该实现光纤化、宽带化 。
光纤接入网主要面对小企业用户以及住宅用户 。它不仅能提供原来铜缆网所提供的2Mb/s以下的窄带业务，还可以提供图像、数据等宽带新业务 。并且接入网设备不依靠于交换机的型号，可以在多厂家、多类型交换机环境中工作 。
ITU-T在1998年2月的G.983建议中对基于ATM的无源光网络(ATM-PON)做了规范，建议提出下行业务在1550nm波长采用广播方式，上行采用1310nm波长的TDMA方式把用户业务接入到OLT 。根据G.983规范，ATM-PON中，一个OLT最多可寻址64个ONU，PON所支持的虚通路(VP)数为4096 。
ATM-PON下行速率有155.52Mb/s和622.08Mb/s两种，上行速率为155.52Mb/s，其帧结构如图1所示 。155Mb/s下行链路上每帧56个时隙，含两个PLOAM信元；而622Mb/s的为每帧224个时隙，有8个PLOAM信元 。ATM-PON的上行帧有53个时隙，每个时隙56字节，即一个53字节信元和每个信元之前的3字节开销 。开销包括3个域：防卫时间域、前置比特图案和定界比特图案 。防卫时间最少4比特，用于相邻信元间相位漂移的保护；前置比特图案用于OLT实现比特同步的获取；定界部分则可用于确定帧和时隙的边界 。这3个域的长度是可编程的，可以由OLT决定，并通过下行的PLOAM信元中携带的消息告知ONU 。OLT在下行PLOAM信元中给ONU发送上行授权，ONU只有接到有效上行授权，才能在上行帧中占有一个时隙 。并且OLT可根据需要，要求ONU发送PLOAM信元、微时隙信元或者普通的数据信元 。
　
ATM-PON的工作原理如下：OLT将到达各个ONU的下行业务组装成帧，以广播的方式发送到下行信道上，各个ONU收到所有的下行信元后，根据信元头信息从中取出属于自己的信元；在上行方向上，由OLT轮询各个ONU，得到ONU的上行带宽要求，OLT合理分配带宽后，以上行授权的形式答应ONU发送上行信元，即只有收到有效上行授权的ONU才有权利在上行帧中占有指定的时隙 。
实现ATM-PON的要害技术有多址和接入控制技术(在使用TDMA上行接入时包括测距、带宽分配等)、突发信号的发送和接收技术、快速比特同步技术以及安全保密等方面的技术 。
目前实用的PON系统主要是窄带PON，由窄带PON升级到宽带的ATM-PON，终端设备和控制协议都需要进行大幅度的改动，传输速率的提高对物理层设备和媒质访问控制(MAC)协议都有新的要求 。只要宽带PON的成本可以控制在目前窄带PON的1.5倍以下，还是可以接受的 。虽然宽带PON的技术细节还需要在其实际的发展和使用中继续研究和完善，但ITU-T在ATM-PON实用系统出现之前就确定了G.983建议，对ATM-PON进行了规范，它进入实用的步伐将会更加顺利 。无论从网络发展的必然趋势还是从用户需求角度来看，宽带的ATM-PON将会是最有竞争实力的接入网方案 。
二" ATM-PON的测距
由于PON中光分配网络(ODN)部分为共享光纤媒质，因此上行方向上，每个用户的ATM信元是在预先约定的时间插入预先分配好的时隙内，从而组成一定格式的上行帧送给OLT 。为了避免与OLT不同距离的ONU所发的上行信号在OLT处发生冲突，OLT需要一套测距功能，测量每一ONU与OLT之间的距离(即延时)，并指挥每个ONU调整发送时间使之不致相互冲突 。
根据G.983建议，ATM-PON采用全数字的带内测距方法来测量OLT到ONU的逻辑距离 。这种测距方法适合于0到20km左右范围的ATM-PON，并能在不中断业务的情况下实施 。测距过程主要由两个部分组成：一是ONU开机或复位时进行的首次测距，通过打开测距窗口来进行；二是在业务传送过程中通过不断测量信元延时动态调整ONU的发送延时，以适应传输延时随环境的变化 。

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