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1、华中科技大学 硕士学位论文 EPON系统服务质量（QoS）模块设计实现 姓名：葛磊 申请学位级别：硕士 专业：物理电子学 指导教师：刘德明 20090519 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 I 摘 要 在过去的这些年里，通信骨干网络经历了大幅度的增长，传统的接入网技术已不 能满足各种新业务的需求。以太网无源光网络（EPON）得到了越来越多的研究重视， 它凭借以太网和无源光网络（PON）的双重优点成为下一代网络（NGN）系统的最佳 解决方案1，服务质量（QoS）问题正是 EPON 的关键技术之一。 本课题来源于国家 863 项目EPON 网络研究。目的是实现 EPON PT150
2、0 系统 到 PT2500 系统的升级，以满足中国电信 EPON 设备技术要求，增强 EPON 系统的互 通性和运营管理能力。PT2500 系统的硬件设置是：OLT（光线路终端）采用 TK3723 和 VSC7407 分别作为 PON 芯片和交换芯片；ONU（光网络单元）采用 TK3715 作为 PON 芯片。PT2500 系统的软件架构分为嵌入式网管层、IDB（信息数据库）层、协议 模块层、硬件抽象层（HAL）和芯片 API 层。 本论文从接入网理论入手，主要研究的内容如下： （1） 深入研究 EPON 原理、QoS 协议和相关技术，分析硬件实现情况，撰写 QoS 模块的概要设计。 （2）
3、根据中国电信 QoS 机制和系统芯片功能，综合设计 QoS 模块的 MIB（管 理信息库）表和节点。 （3） 在深入理解 PT2500 软件层次和实现方式的基础上设计了 QoS 模块的命令 行和数据结构，编写了命令行（CLI）、信息数据库（IDB）和硬件抽象层（HAL）的 代码，并完成了编译和调试。 （4） 使用 CLI 和 SNMP（简单网络管理协议）两种管理工具对 QoS 模块进行功 能测试，对测试结果进行分析和总结。 关键词：以太无源光网络 服务质量 业务等级协定 动态带宽分配 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 II Abstract In the past few yea
4、rs the communications network backbone has experienced substantial growth. Traditional access technology has been unable to meet the needs of a variety of new business. Ethernet Passive Optical Network (EPON) has attracted more and more research attentions. It is the best solution of NGN (Next Gener
5、ation Network) system with predominance of both Ethernet and PON. One of the key technologies of EPON is QoS. This issue comes from national 863 projects research of EPON. This project aims to upgrade EPON PT1500 sytem to PT2500 system to meet the technical requirements of China Telecom, which enhan
6、ces interoperability and operational management capabilities of EPON system. PT2500 system chooses TK3715, TK3723 as the PON chips and VSC7407 as the switch chips. The software architecture of PT2500 system is divided into five l ayers: Embedded Network Management, Information Database layer (IDB),
7、the protocol module layer, the hardware abstraction layer (HAL) and the chip API layer. This paper starts from the access network theory and the main contents of the study are as follows: (1) Deeply study the EPON principles, QoS protocols and related technologies; analy the realization situation of
8、 hardware and write the summary design of QoS module. (2) Design the MIB nodes of QoS module according to China Telecom QoS mechanisms and functions- on- chip of PT2500 system. (3) Design the command line (CLI) and data structure based on in- depth understanding of software layers and realizing ways
9、; write the codes of CLI, IDB, HAL and compile and debug them. (4) Test the function of QoS module with management tools of CLI, SNMP (Simple Network Management Protocol) and analy the testing results. Keywords: Ethernet Passive Optical Network (EPON) Quality of Service (QoS) Service Level Agreement
10、 (SLA) Dynamic Bandwidth Associate (DBA) 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体 已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以 明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本 人授权华中科
11、技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密， 在 年解密后适用本授权书。 不保密。 （请在以上方框内打“” ） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 本论文属于 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 1 1 绪论 随着信息技术的飞速发展，人们对网络带宽提出了更高的要求。根据吉尔德定律， 主干网带宽的增长速度至少是运算性能增长速度的 3 倍2。进入 21 世纪以来，全球宽 带接入网进入了大发展阶段，成为电信史上发展最快的电信业务之一，甚至比移动业 务还快3。 据 Poi
12、nt topic 统计，截至 2008 年三季度，全球宽带接入用户已经达到 3.98 亿，同 比增长率为 21.2%。根据工业和信息化部电信研究院通信信息研究所的统计数据，如 图 1- 1 所示，截至 2008 年 9 月，我国宽带接入用户累计达到 8812 万户，已经超过美 国，成为全球用户规模最大的宽带市场4。 0 1 0 0 0 2 0 0 0 3 0 0 0 4 0 0 0 5 0 0 0 6 0 0 0 7 0 0 0 8 0 0 0 9 0 0 0 1 0 0 0 0 2 0 0 7 . 9 2 0 0 7 . 1 2 2 0 0 8 . 3 2 0 0 8 . 6 2 0 0 8
13、 . 9 2 0 0 8 . 1 2 （万户） 图 1- 1 宽带接入用户发展情况 目前对于骨干网来讲，各种宽带组网技术日益成熟和完善，波分复用系统的带宽 己达 1600Gbit/s，IP over ATM，IP over SDH，IP over WDM(DWDM)，RPR，MSR等 技术已经或正在开始投入使用中5， 基于自动交换技术的下一代骨干网络已在进行相关 的标准制定工作，可以说己经为承载各种宽带业务作好了准备。但是位于通信网络与 用户之间的接入网发展相对滞后，己经成为宽带发展的瓶颈6。 1.1 接入网概述 1975 年英国电讯(BT) 在苏格兰 Galasco 举行的一次研讨会上首次提
14、出接入网的概 念，并在1976 和 1977 年分别进行了组网可行性试验和大规模的推广应用。 1978 年 BT 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 2 在 CCITT 相关会议上正式提出了接入网组网的概念；1979 年 CCITT 用远端用户集线 器(RSC)命名方式给具备相似性能的设备进行了框架描述。 80 年代后期，在各方面的推动下，ITU- T 开始着手制定标准化程度较高的数字接 口规范- V5.x，并对接入网作了较为科学的界定7：接入网(AN)是由一系列实体（诸如 线缆装置、传输设施等）组成的，为在一个业务节点接口(SNI)和每一个与之相关联的 用户网络接口(UNI)之间
15、提供电信业务而提供所需传送承载能力的一个实现8。其目标 是建立一种标准化的接口方式，以一个可监控的接入网络，使用户能够获得话音、租 用线业务、数据多媒体、有线电视等综合业务。随着电信技术的发展，现在的通信网 可以分为骨干网、城域网、接入网和用户驻地网，其模型结构如图 1- 2 所示。 接入网 用户驻地网 或局域网 骨干网 城域网 图 1- 2 接入网在通信网络中的位置 由图可见，接入网连接城域网和用户驻地网，处于通信网络“最后一公里”的位 置。当今核心网己经形成了以光纤线路为基础的高速信道情况下，宽带接入网已经成 为通信网络建设中难度最高、耗资最大的一部分9。 1.2 现有接入网技术 宽带接入
16、网的技术实现手段有多种，包括铜线上的 DSL和以太网技术，同轴电缆 上的 HFC 技术，光纤上的各种有源和无源技术，以及无线的宽带接入技术等。当前各 种宽带接入技术都在发展和应用，从世界范围看，电信公司是以 ADSL为主发展的10。 1.2.1 xDSL 技术 数字用户线（Digital Subscriber Line, DSL）是基于普通电话线的宽带接入技术，它 在同一对铜线上分别传送数据和语音信号。数据信号并不通过电话交换设备，可以减 轻电话交换机的负担；而且无需拨号，一直在线，不需要缴付另外的电话费11。xDSL 中的“ x” 代表何种数字用户线技术，如不对称数字用户线（ADSL） 、高速数字用户线 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 3 （HDSL）和高速不对称数字
