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1、华中科技大学 硕士学位论文 无源电网络接入技术研究与实现 姓名：殷跃 申请学位级别：硕士 专业：光电信息工程 指导教师：刘德明 20090519 I 摘 要 目前光纤到户/光纤到楼已经大面积普及和推广，随着 EPON、GPON 等光接入技 术的不断成熟，接入网中最后一公里的难题将不在存在，但目前电器与电子设备网络 化的发展趋势已逐渐明显，在今后各种电子设备将需要宽带接入，而不仅仅只是计算 机，因此，最后 100 米乃至最后 10 米的宽带接入难题将会越来越急迫摆在我们面前。 EPON 作为新一代的接入网方案,利用有源 EOC 方式与广电 HFC 网络结合,为广电 迅速开拓宽带接入业务提供了新的
2、解决方案,是现阶段综合业务接入网的一种选择,相 信随着这两种技术的发展以及与传统有线电视系统越来越好的整合,设备成本的进一步 降低,这种方式将具有十分光明的应用前景。 本系统将 EPON 中 MAC 层的精华：MPCP 协议、OAM 协议等应用到电网络中， 同时借鉴 VDSL2 中物理层的技术规范，完美的解决现有最后 100 米接入中带宽低， 控制管理难等问题。 整个软件设计主要分为 3 部分：网络交换模块设计、FPGA 驱动设计和网管系统 设计。网络交换模块基于 FPGA 设计，是本次设计的重点，包括了多点控制协议的实 现，网络接口和处理器接口的实现，代码采用 Verilog HDL 语言编
3、写。网管系统是根 据需求自行设计的一种简单网管协议，包含服务器端和用户端程序，使用面向对象的 程序设计方法进行设计，实现了局端设备对用户端设备简单、有效的管理。最后对各 模块进行了验证和测试，并最终完成无源电网络系统的搭建。 关键词：关键词：无源电网络 多点控制协议 FPGA EOC II Absract The FTTH/FTTB have been extensively spread and promoted at present. With gradual maturity of Technology of Light Access Network, such as EPON, GPO
4、N, etc. there will be no difficulties about the problem of access network in the last mile. However, nowadays the development trend of the networking of the electrical and electronic equipment has become increasingly evident so that a variety of electronic devices need broadband access in the future
5、, and not just the computer. Therefore, the problem of broadband access of the final 100 meters and the final 10 meters will become more and more urgent in front of us. EPON, as a new generation access network program, takes advantage of the combination of the active EOC way and the broadcasting and
6、 TV network to provide a new solution for broadcasting and TV to develop braodband access business rapidly. Meanwhile, it is an option for integrated services access network at this stage. So with the development of these two technologies, as well as the better and better integration of traditional
7、cable television system and the further reduction of the equipment costs, it is believed that this mode will have a bright application prospect. The project will apply the essence of the MAC layer of EPON, such as MPCP protocol, OAM agreement, etc. to the electricity network, and draw lessons from t
8、he technical specification of the physical layer of VDSL2 at the same time so as to resolve the problems of the final 100 meters access, such as low-bandwidth, control and management, etc. The software design is divided into three parts: network switch module design, FPGA design and network manageme
9、nt system design. Network switch module based on the FPGA platform, is the focus of the whole project, which include a multi-point control protocol realization, network interface and processor interface. The task is coded by Verilog HDL language. Network management system is based on the demand to d
10、esign a simple network management protocol for EPEN, which include server side and client side. It is designed by Object-Oriented Programming method, and realize the central management to the CPE device in a simple effective way. Finally, all of the modules have been validated and tested correctly,
11、and ultimately we establish the passive electronical network system. Key words: Ethernet Passive Electronical Network (EPEN) Multiple Point Management Protocal (MPCP) FPGA Ethernet Over Coax (EOC) 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
12、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 日 本论文属于 1 1
13、 绪论 1.1 引言 目前广电行业正处于全国数字电视整体转换的历史时期,广电运营商除了传统广播 电视业务的运营外,对数字电视、语音通信、宽带数据等多业务融合的有效支持，实现 综合性业务运营已经成为业界普遍认同的趋势。国家“十一五规划”明确提出了计算机 网络、通信网络、广电网络实现“三网融合”的总体要求，近年来，下一代网络也一直 是业界谈论的焦点。给予广电 HFC 网络，如何进行网络改造，顺利过渡到下一代有 线电视网络（NGCN） ，逐步展开全新的数字电视业务以及丰富的增值业务，是广电 行业面临的巨大挑战和历史机遇1。 另一方面，从广电业务的发展和目前网络运营模式的发展趋势，现有网络承载和 接入
14、能力往往不能满足当前的市场需求，急需进行改造和扩容。建一个基于 IP 的高 带宽、高可靠性、可运营管理、具备多种业务综合承载力和扩展性的电信级 IP 网络， 将成为广电开展全业务运营的关键。 1.2 研究背景 我国广电个人宽带接入目前主要采用LAN、 CableModem两种接入方式。 其中LAN 方式接入只是利用了广电部分干线管道及富裕光纤资源,投入大量资金重建另一张以太 接入网,这种模式没有充分利用广电丰富的同轴电缆接入网资源。CableModem 系统目 前仍是作为各地广电宽带的主流接入技术,其充分发挥了广电自身接入网的资源,但也 存在着大家讨论较多的回传噪声汇聚、CMTS 头端成本较高
15、(多为进口)、双向改造后 的网络调试维护困难等问题。EPON 作为一种新的网络接入技术,其本身并不是为广电 量身定制的,但随着近年来 EOC 技术的发展与成熟, EPON 加 EOC 这种新的接入技术 正逐渐被各地广电所采用2。 利用 EPON 技术对我们现有的 HFC 进行双向改造是一个低成本高质量的改造方 案。光纤到楼，人户采用原同轴电缆，ONU 可以放在原放大器箱内或旁边，电源可 以利用原放大器的电源，这种改造方案对原线路改动很少，只需将光缆延伸到最后一 2 级放大器。而对于光节点下无放大器的 HFC 网络来说，无需进行网络改造，只要将 光节点箱中的光接收机换成相应的 ONU 设备就可以
16、了。同时，对于楼内复杂的人户 电缆无需进行改动即可具备双向、 多业务的能力3。 除此之外， 该网络充分利用了 EPON 技术的优势，比原 HFC 网络具备更好的带宽、业务传送、网络管理等方面的能力。 例如，为用户传送视频业务(包括数字和模拟视频业务)的同时，还可以全方位支持 IP 业务甚至语音业务，大大提高了原 HFC 网络的业务传输能力。该网络继承了 EPON 的支持多用户并可以根据用户需求提供不同带宽和业务的能力。可以利用 EPON 的网 络管理系统进行集成管理的能力。EPON 目前的带宽传送能力是 1.25G，以后只需要 在用户端的设备换一个卡就可以扩容到 2.5G、10G，因此，便于今后的业务扩展和网 络升级。此外，利用 EPON 技术建设双向 HFC 网络，既可以节约光纤和光设备资源， 还可以根据用户需求，边建边发展，大大降低建设成本，是最节约型的网络。经过这 样改造的网络，在用户享受到双向多业务的同时，为下一步光纤到户(FTTH)的实现打 下了良好的基础。由此可见，采用 EPON 技术进行 HFC 网络的
