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摘 要：随着新时代信息科技的飞速发展，无源光网络已经成为接入网的必然趋势，然而无源光网络中包括若干种重要的技术。本文介绍的几种技术在无源光网络中发挥着不可或缺的作用，测距技术、突发光电技术、动态带宽分配协议（DBA）、前向纠错编码技术（FEC）、线路加密技术。
（一）测距
对OLT而言，各个不同的ONU到OLT的逻辑距离不相等；OLT与ONU的环路时延（RTD：Round Trip Delay）也会随着时间和环境的变化而变化。因此在ONU以TDMA方式（也就是在同一时刻，OLT一个PON口下的所有ONU中只有一个ONU在发送数据）发送上行信元时可能出现碰撞冲突，如图1所示。
为避免这种碰撞冲突，通常在ONU第一次注册时就会启动测距功能。通过测量每个ONU和OLT之间的环路时延，并插入相应的均衡时延（EqD：Equalization Delay）参数Td值，使所有ONU到OLT的逻辑距离相等，从而避免上行信元发生碰撞冲突。
OLT在测距过程都需要开窗，暂停其他ONU的上行发送通道。
（二）突发光电技术
10G GPON上行方向采用时分复用的方式工作，每个ONU必须在许可的时隙才能发送数据，不属于自己的时隙必须关闭光模块的发送信号，才不会影响其他ONU的正常工作。对于OLT侧上行接收来讲，必须要根据时隙进行突发接收每个ONU的上行数据。因此，为了保证系统的正常工作：
测距保证不同ONU发送的信元在OLT端互不冲突，但测距精度有限，一般为正负1bit，不同ONU发送的信元之间会有几bits的防护时间（但不是比特的整数倍），如果ONU侧的光模块不具备突发发送功能，则会导致发送信号出现叠加，信号则会失真。
由于每个ONU到OLT的距离不同，所以光信号衰减对于每个ONU来讲都是不同的，所以就可能导致OLT在不同时隙接收到的报文的功率电平是不同的。如果OLT侧的光模块不具备光功率突变的快速处理，则会恢复出错误的信号（高于阈值电平才认为有效，低于阈值电平则无法正确恢复）。
10G GPON下行是按照广播的方式将所有数据发送到ONU侧，因此，要求OLT侧的光模块必须连续发光，ONU侧的光模块也是连续接收方式工作，所以无需光模块具有突发发送/接收功能。
（三）动态带宽分配协议（DBA）
DBA：Dynamic Bandwidth Assignment 动态带宽分配协议。即OLT根据ONU的上行突发业务量需求，动态地调整分配上行带宽给ONU，既满足了ONU上行带宽需求，也提高了PON系统带宽的利用率。DBA具有以下特点：
可以提高PON端口的上行线路带宽利用率
可以在PON口上增加更多的用戶
用户可以享受到更高带宽的服务，特别是那些对带宽突变比较大的业务
PON系统中下行数据采用广播的方式发送到所有的ONU上，这样无疑会给非法的用户提供窃听其他ONU的下行数据的机会，甚至可以窃听到所有用户的数据。同时，对于PON系统而言，它又具有独特的高数据方向性特点，几乎所有的ONU都不能监听到其他ONU的上行数据，这就允许一些私有的信息（如密钥等）能够在上行方向上安全的传送。PON系统采用线路加密技术解决这些安全问题。
加密系统
采用AES128加密机制对线路安全进行控制，有效地防止了数据盗用等安全问题。AES128加密算法，通常使用计数器模式，加密系统产生一个16字节的伪随机密码块，密码块与输入的明文进行异或运算得到密文进行传输，对端再利用相同的密码块对密文进行解密得到明文。
密钥交换
密钥更换由OLT发起密钥更换请求，ONU响应并将生成的新的密钥，由于PLOAM（Physical Layer OAM）消息的长度有限，密钥分两部分发给OLT，并重复发送三次。如果OLT没有收到三次传送中的任意一次，OLT将重新发送密钥更换请求，直到三次收到相同的密钥为止。当OLT收到了新的密钥后，就要开始进行密钥切换。OLT将使用新的密钥的帧号通过相关的命令通知ONU，这个命令一般会发送三次，只要ONU成功收到一次就在相应的数据帧上切换校验密钥。
（四）前向纠错编码（FEC）
FEC（Forward Error Correction）的全称是前向纠错编码，主要是为了提高线路的传输质量。
在工程实践中并不存在理想的数字信道，数字信号在各种媒体的传输过程中就会产生误码和抖动，而抖动的最终效果也反映在系统的误码上，从而导致线路的传输质量下降。
为解决此问题，需要引入纠错机制。纠错的机制有很多种，既可以数据到达对端后通过自身来查验并纠正，也可以只查验不纠正有错误重传。而FEC就属于前者，它适于实时性业务，因为这些业务不容许重传带来的延迟。
FEC的特点及应用：
无需重传，实时性高
有额外的带宽开销（用户需要根据实际情况在传输质量和带宽间做出选择）
适合于数据到达对端后通过自身来查验并纠正的业务，不适合于查验有重传机制的业务
可用于网络状况较差时的数据传输
可用于对时延要求较小的业务（因为此时如果采用重传，则时延会增大）
综上所述无论是核心网、传输网还是接入网，其发展的首要因素就是业务，是终端用户的需求。从业务发展现状来看，高带宽的消耗业务逐步涌现，带宽提速成为迫切需求，而无源光网络以其容量大、传输距离长、较低成本、全业务支持等优势成为宽带接入的热点，它在提供业务组合的同时，实现了高可靠性和高性能，已经成为了下一代光接入网的发展方向。
参考文献
[1] 杨小牛，楼才义，徐建良.软件无线电原理及其应用[M].北京： 电子工业出版社，2001.
[2] 边海龙，贾少华.USB2.0设备的设计与开发[M].北京：人民邮 电出版社，2004.
[3] TMS320VC5402User’sGuide[S].TexasInstruments，1999.
作者简介：牛峥（1986—），男，河北保定，本科，电子信息工程，研究方向：通信。
（一）测距
对OLT而言，各个不同的ONU到OLT的逻辑距离不相等；OLT与ONU的环路时延（RTD：Round Trip Delay）也会随着时间和环境的变化而变化。因此在ONU以TDMA方式（也就是在同一时刻，OLT一个PON口下的所有ONU中只有一个ONU在发送数据）发送上行信元时可能出现碰撞冲突，如图1所示。
为避免这种碰撞冲突，通常在ONU第一次注册时就会启动测距功能。通过测量每个ONU和OLT之间的环路时延，并插入相应的均衡时延（EqD：Equalization Delay）参数Td值，使所有ONU到OLT的逻辑距离相等，从而避免上行信元发生碰撞冲突。
OLT在测距过程都需要开窗，暂停其他ONU的上行发送通道。
（二）突发光电技术
10G GPON上行方向采用时分复用的方式工作，每个ONU必须在许可的时隙才能发送数据，不属于自己的时隙必须关闭光模块的发送信号，才不会影响其他ONU的正常工作。对于OLT侧上行接收来讲，必须要根据时隙进行突发接收每个ONU的上行数据。因此，为了保证系统的正常工作：
测距保证不同ONU发送的信元在OLT端互不冲突，但测距精度有限，一般为正负1bit，不同ONU发送的信元之间会有几bits的防护时间（但不是比特的整数倍），如果ONU侧的光模块不具备突发发送功能，则会导致发送信号出现叠加，信号则会失真。
由于每个ONU到OLT的距离不同，所以光信号衰减对于每个ONU来讲都是不同的，所以就可能导致OLT在不同时隙接收到的报文的功率电平是不同的。如果OLT侧的光模块不具备光功率突变的快速处理，则会恢复出错误的信号（高于阈值电平才认为有效，低于阈值电平则无法正确恢复）。
10G GPON下行是按照广播的方式将所有数据发送到ONU侧，因此，要求OLT侧的光模块必须连续发光，ONU侧的光模块也是连续接收方式工作，所以无需光模块具有突发发送/接收功能。
（三）动态带宽分配协议（DBA）
DBA：Dynamic Bandwidth Assignment 动态带宽分配协议。即OLT根据ONU的上行突发业务量需求，动态地调整分配上行带宽给ONU，既满足了ONU上行带宽需求，也提高了PON系统带宽的利用率。DBA具有以下特点：
可以提高PON端口的上行线路带宽利用率
可以在PON口上增加更多的用戶
用户可以享受到更高带宽的服务，特别是那些对带宽突变比较大的业务
PON系统中下行数据采用广播的方式发送到所有的ONU上，这样无疑会给非法的用户提供窃听其他ONU的下行数据的机会，甚至可以窃听到所有用户的数据。同时，对于PON系统而言，它又具有独特的高数据方向性特点，几乎所有的ONU都不能监听到其他ONU的上行数据，这就允许一些私有的信息（如密钥等）能够在上行方向上安全的传送。PON系统采用线路加密技术解决这些安全问题。
加密系统
采用AES128加密机制对线路安全进行控制，有效地防止了数据盗用等安全问题。AES128加密算法，通常使用计数器模式，加密系统产生一个16字节的伪随机密码块，密码块与输入的明文进行异或运算得到密文进行传输，对端再利用相同的密码块对密文进行解密得到明文。
密钥交换
密钥更换由OLT发起密钥更换请求，ONU响应并将生成的新的密钥，由于PLOAM（Physical Layer OAM）消息的长度有限，密钥分两部分发给OLT，并重复发送三次。如果OLT没有收到三次传送中的任意一次，OLT将重新发送密钥更换请求，直到三次收到相同的密钥为止。当OLT收到了新的密钥后，就要开始进行密钥切换。OLT将使用新的密钥的帧号通过相关的命令通知ONU，这个命令一般会发送三次，只要ONU成功收到一次就在相应的数据帧上切换校验密钥。
（四）前向纠错编码（FEC）
FEC（Forward Error Correction）的全称是前向纠错编码，主要是为了提高线路的传输质量。
在工程实践中并不存在理想的数字信道，数字信号在各种媒体的传输过程中就会产生误码和抖动，而抖动的最终效果也反映在系统的误码上，从而导致线路的传输质量下降。
为解决此问题，需要引入纠错机制。纠错的机制有很多种，既可以数据到达对端后通过自身来查验并纠正，也可以只查验不纠正有错误重传。而FEC就属于前者，它适于实时性业务，因为这些业务不容许重传带来的延迟。
FEC的特点及应用：
无需重传，实时性高
有额外的带宽开销（用户需要根据实际情况在传输质量和带宽间做出选择）
适合于数据到达对端后通过自身来查验并纠正的业务，不适合于查验有重传机制的业务
可用于网络状况较差时的数据传输
可用于对时延要求较小的业务（因为此时如果采用重传，则时延会增大）
综上所述无论是核心网、传输网还是接入网，其发展的首要因素就是业务，是终端用户的需求。从业务发展现状来看，高带宽的消耗业务逐步涌现，带宽提速成为迫切需求，而无源光网络以其容量大、传输距离长、较低成本、全业务支持等优势成为宽带接入的热点，它在提供业务组合的同时，实现了高可靠性和高性能，已经成为了下一代光接入网的发展方向。
参考文献
[1] 杨小牛，楼才义，徐建良.软件无线电原理及其应用[M].北京： 电子工业出版社，2001.
[2] 边海龙，贾少华.USB2.0设备的设计与开发[M].北京：人民邮 电出版社，2004.
[3] TMS320VC5402User’sGuide[S].TexasInstruments，1999.
作者简介：牛峥（1986—），男，河北保定，本科，电子信息工程，研究方向：通信。