中 華 大 學

中 華 大 學 碩 士 論 文

EPON 系統

系 所 別：電機工程學系碩士班 學號姓名：E09501002 廖友聖 指導教授：田慶誠 博士

中 華 民 國 一百 年 五 月

摘 要

本論文針對現有寬頻網路都是發展在雙絞線或者是cable的平台上，而開發另一

種是在光纖的平台上的網路設備，結合無線網路架構，再加上現有的乙太網路技術 及USB(Universal Serial Bus)資料存取介面，將其整合後，最後應用Linux軟體平 台，將資料、聲音、影像，透過EPON系統傳送到遠端的伺服器，讓電信業者提供更 高的頻寬及更多的服務給社會大眾，以實現數位家庭概念。

光纖網路技術的出現，改變了原本受限於頻寬不足，而無法提供更多的網路服 務，利用了現有的無線網路及區域網路的技術再結合光纖系統的平台，建構成完整 數位家庭應用，讓人們享受寬頻無線及影音合而唯一的方便性。

關鍵詞:光纖、寬頻網路、無線網路、乙太網路、USB、Linux、區域網路、數位家 庭

Abstract

Thesis of this article is to discuss the connection of current reliability testing platform, wireless local area network (WLAN), and auto-testing software. With such combination, WLAN can timely transfer the testing data back and forth. This achieves the purpose of real-time monitoring with no distance concerns.

Reliability test engineer can immediately judge the testing results according to the data and condition. Also, they can stop the testing process and proceed to modify the testing parameters, and execute re-start when necessary. To prevent test engineer frequent commuting back and forth between lab and office, company and home, product reliability test engineer can use wireless monitoring system for reliability test.

The existence of wireless networks directly changes individual working and life.

People use the new technique combine radio frequency with local area network (LAN) that establishes WLAN with greater efficiency. Users can easily access the network to collect, save, or share information at anytime. This does reach the ideal state of information dissemination with no boundary.

Keywords：Fiber、Broadband Network、Wireless Local Area Network、Ethernet、

Universal Serial Bus、Linux、Local Area Network、Digital Home

誌 謝

對於在職專班的研究生來說，白天的繁忙工作之餘，還要兼顧晚上研究所課 程的研習與畢業論文的研究，實在是不容易，加上自我的要求高，更少不了過去 四年多的研究生涯中，不斷給我支持及鼓勵與協助的公司長官同事們，學校的論 文指導教授，以及我的父母。

首先，我要感謝我的指導教授田慶誠老師，在這四年來對我悉心的教導，不 僅讓我學習到許多的專業知識，也教導了我正確的研究精神與態度，使我能夠順 利的完成碩士學業，在此向田老師致上最深的敬意。

其次要感謝王志湖老師在技術上的指導，也在硬體設計上提供許多寶貴的建 議，得以讓我在研究上更完整進而順利完成研究成果。

再者感謝公司同事及老闆在硬體及軟體上的幫助，讓我的研究工作可以順利 完成及得到好的成果。

最後要感謝我的父母，在這段期間給予我關愛及包容，讓我可以專心於論文 的研究，你們的支持與鼓勵，在精神上是我最大的支柱，僅此獻上最深的感謝。

廖友聖 謹誌 中華民國一百年五月 於新竹市

目 錄

第一章 序論 ...1

1.1 研究之背景及目標 ... 1

1.2 研究目的 ... 1

1.3 章節摘要 ... 1

第二章 EPON 系統規劃 ...2

2.1 系統簡介 ... 2

2.2 系統設計規劃 ... 3

2.3 系統周邊應用 ... 6

第三章 硬體架構 ...7

3.1 硬體模組架構 ... 7

3.2 有線網路架構及類型 ... 21

3.2.1 有線網路組成元件 ... 22

3.2.2 有線網路類型 ... 22

3.3 無線網路架構及類型 ... 24

3.3.1 無線網路組成元件 ... 25

3.3.2 無線網路類型 ... 25

3.4 PON 網路架構及類型... 26

3.4.1 PON 網路組成元件... 27

3.4.2 PON 網路類型... 27

3.5 EPON 系統簡介 ... 29

第四章 軟體架構 ...37

4.1 軟體配置 ... 37

4.2 LINUX發展與使用簡介... 37

4.3 ROUTER STACK介紹及描述 ... 40

4.4 圖型使用者介面操作 ... 42

4.5 TCP/IP 通訊協定 ... 46

第五章 實作成果及結論 ...49

5.1 實作成果 ... 49

5.2 結論與未來展望 ... 50

參考文獻 ...51

表目錄

表 1CPU 模組規格表 ... 10

表 2ETHERNET模組規格表 ... 12

表 3WLAN 模組規格表 ... 13

表 4MEMORY模組之 NANDFLASH規格表... 16

表 5MEMORY模組之 DDRIII 規格表 ... 17

表 6USB 模組規格表... 19

表 7PON 模組規格表 ... 20

表 8TCP 與 UDP 的差異 ... 48

圖目錄

圖 1 系統架構... 3

圖 2 系統設計流程圖... 5

圖 3 系統周邊應用... 6

圖 4 系統應用... 7

圖 5 系統模組... 8

圖 6CPU 模組系統方塊圖 ... 9

圖 7ETHERNET模組系統方塊圖 ...11

圖 8WLAN 模組系統方塊圖 ... 13

圖 9MEMORY模組之 NANDFLASH系統方塊圖... 15

圖 10MEMORY模組之 DDRIII 系統方塊圖 ... 16

圖 11USB 模組系統方塊圖... 18

圖 12PON 模組系統方塊圖 ... 19

圖 13EPON 系統模組實體 ... 20

圖 14EPON 系統模組電路圖 ... 21

圖 15 LINEAR型網路... 22

圖 16 STAR型網路 ... 23

圖 17 EXPANDED STAR型網路 ... 24

圖 18 獨立型網路... 26

圖 19 中控型網路... 26

圖 20 簡單基礎型網路... 28

圖 21 家庭型網路... 28

圖 22 戶外型網路... 28

圖 23 系統模組... 37

圖 24 歷史演進... 40

圖 25ROUTER STACK軟體配置 ... 41

圖 26GUI 管理登入頁面... 42

圖 27QUICK SETUP管理頁面... 42

圖 28INTERFACE SETUP管理頁面 ... 43

圖 29NETWORK SETUP管理頁面... 43

圖 30VPN 管理頁面 ... 44

圖 31ADMINISTRATION管理頁面 ... 44

圖 32DIAGNOSTIC管理頁面... 45

圖 33STATUS管理頁面 ... 45

圖 34 網路模型(OSIMODEL VS.DODMODEL) ... 47

圖 35EPON 系統成品圖 ... 49

第一章 序論 1.1 研究之背景及目標

網路頻寬不夠一直是網路公司及電信公司想要解決問題，網通業界著實有很 多的技術在開發但始終沒有一種技術可以解決網路頻寬不夠的問題也是很多網路 工程研發人員在產品研發過程中最頭痛的部份，而 EPON 系統卻能夠大大提升網路 頻寬進而解決原有在 xDSL 及 Cable Modem 系統上頻寬不夠的問題，也不影響電信 端原先所提供的服務。

1.2 研究目的

為了解決頻寬問題進而實現網路家庭的應用，本論文係利用光纖技術（光轉 電及電轉光之技術）及結合有線及無線網路模組，並利用Linux 平台程式，透過 圖型使用者介面(GUI)的設定，可讓遠端 OLT 光纖局端設備與使用者端的 ONU 光纖系統之間傳送大量的資料、語音、影像，經由完整的Router Stack 來處理封 包資料，進而解決了以往電信業者因頻寬不足無法提供及實現的服務，此系統的 出現與實現加上其操作方便性，讓更多國家的電信業者開始進行實體光纖線路的 建制也投入開發其光纖系統及應用以提供更多的服務，相信其未來週邊商機無 限。

1.3 章節摘要

本論文第二章將介紹 EPON 系統的規劃，及系統週邊的應用介紹。第三章 描述整個系統的硬體架構，並詳細說明不同電路方塊的功能。第四章為軟體的配 置及軟體開發與用法簡介，人機介面(GUI)的選單設計，通訊協定的選用，以及

Linux 的概念說明，並簡述 EPON 系統操作流程。第五章為本論文結論及展望未 來的EPON 系統。

第二章 EPON 系統規劃 2.1 系統簡介

系統架構如圖1，目的在於解決電信端與用戶端之間網路頻寬不足問題及提 供另一種不同於以往傳統雙絞線之寬頻技術，利用光纖技術與有線/無線網路技 術，搭配Linux 平台軟體來實現整個光纖網路系統。首先，在實現系統運作之前，

必須先將光纖纜線線路佈置完成，從電信端到使用者端之間的光纖纜線需要由各 個國家及電信業者花費大量金錢及良好的線路規劃以達到其想要提供的服務，此 系統必須搭配遠端也就是電信端光纖局端設備來進行大量的資料、語音及影音傳 輸，再利用完整管理機制以控制使用者端的光纖系統。本系統適用的範圍，無論 是現有xDSL 或 Cable Model 使用者及企業皆可將其升級此光纖系統與已存在的 有線/無線網路的系統搭配，來解決網路頻寬的問題，以提供更穏定及更多的服 務。

圖1 系統架構

建置整個EPON 系統所需的設備如下：

z 光纖纜線佈置(電信端到使用者)

z 電信局端設備(EPON OLT)

z 使用者端光纖系統(EPON ONU)

z 配備有線/無線網路的電腦平台(OS: Windows XP/Windonws 7/Linux…等)

2.2 系統設計規劃

本研究著重在使用者端的光纖系統(EPON ONU)。系統設計流程第一步驟是 與客戶及供應商之間，討論及製定產品系統規格及功能，以確保系統可以與電信

Fiber Links

EPON

OLT

PSTN IP

T1/E1

GIGE Over Fiber

EPON ONU

Ethernet

T1/E1

EPON ONU

Ethernet

T1/E1

EPON ONU

Ethernet

T1/E1

Optical Splitter

Etherne

想法上的落差，進而造成系統設計出來並不是客戶及電信端業者所期望的產品，

然後必須花更多的金錢及時間重新製作。第二步驟是設計系統電路圖及 PCB Layout，在系統電路圖設計部份必須使用 OrCAD 工具來完成每個介面之間的連 接及正確性，而PCB Layout 部份也必須使用 Allegro 工具來實現及完成零件與 零件之間的連接；另外，阻抗匹配的控制是非常重要的，此系統CPU 的速度非 常快(1.6GHz)及記憶體容量非常大(DDRIII 512MB)，每個介面之間的阻抗匹配皆 會影響其性能及功能正確性。第三步驟是產品製作及軟體開發，在產品製作之前 必須將所有的零件備料完成，也必須與產品製作工廠確認生產時爐溫的範圍及零 件溫度可耐受範圍，以確保零件功能在經過此製作過程皆能正常工作；在軟體開 發部份，是利用Linux 2.6 平台在嵌入式系統上開發客戶及電信業者所需要之功 能及使用者人機介面；另外，工廠生產時也需要利用此一軟體來開發自動化的測 試軟體以減少人為上的錯誤及人力上的成本支出。第四步驟是產品整機測試，當 系統硬體及軟體開發完成之後，必須經過完整的系統產品整機測試流程來確保系 統每一個功能運作正常，其性能也必須達到及符合客戶的要求，而光纖系統之間 的相容性也是重要一環，必須與電信端光纖局端設備完成相容性及功能上的測 試；另外，除了驗證系統內各項模組功能外，若模組串接後效能未達系統需求，

則重複步驟二至三。

第五步驟是產品認證，當產品系統開發及測試驗證完成之後，必須針對每個 國家對EMC(Electromagnetic Compatibility:電磁相容性)及 Safety(人員安全)要求 及規範來進行產品認證，當完成其認證之後，產品才准許進口販售。系統設計流 程可表示如圖2：

圖2 系統設計流程圖

2.3 系統周邊應用

本系統設計目的在於以達到數位家庭(Digital Home)的應用而必須解決頻寬 不足的問題。此觀念的應用範圍，可以讓使用者在家中的享受娛樂休閒而不受到 頻寬不足所造成的限制，此系統也提供有線及無線功能，讓使用者輕輕鬆鬆結合 所有的網路週邊產品，不需要像過去及從前需要添購很多的有線及無線的Router 設備才可以達到有線及無線的應用，藉由無線技術可以讓家中的環境看不到任何 一條線同時也解決因有線所造成的距離問題。

或許這種說法很不容易懂及了解其應用，其具體的表現方式，好比傳統消費 者多習慣在客廳看電視、在書房使用電腦上網，但所謂的數位家庭，則可打破電 視與電腦之間的分界，透過適當操作平台，即使在家中任何一個地方(例如：客 廳)也可隨時上網或讀取電腦中的資料。

所以我們於房間內或家中任何地方可利用筆記型電腦(NB)桌上型電腦(PC) 或觸控式面板的嵌入式系統(Embedded System)，透過寬頻及無線網路技術，連 結電視、音響、遊戲機等消費性電子產品，也可用來整合控制房間內所有電器設 備，並提供網路內容或多媒體數據資料，讓使用者能夠輕鬆操作設定，同時享受 高品質的數位內容。系統周邊應用如圖3：

圖3 系統周邊應用 EPON

OLT  ^Fiber

Server  

10/100/1000Mbps LAN Network

其另外一種電信端到使用者端的系統是由一台EPON OLT 的一個光纖口 藉由1:64 或 1:32 分接器來連接 64 或 32 台的 EPON ONU 以提供 64 或 32 位 使用者來使用，上下傳頻寬分別為1.25Gbps/2.5Gbps，其系統應用如圖 4：

圖4 系統應用

第三章 硬體架構 3.1 硬體模組架構

此系統硬體設計架構可分為中央處理器(CPU)、乙太網路模組(Ethernet)、無 線網路模組(WLAN)、記憶體存取模組(Memory)、通用序列匯流排模組(USB)及 光纖模組(PON) 六個部份。CPU：中文為「中央處理器」，是透過 Linux 軟體 用來控制系統本身所以連接的另外五個模組，再利用網路圖型使用者介面(Web GUI)，與電信端的設備所以連接的 Server(伺服器)，傳送大量的資料、語音及 影音信號至使用者端的電腦及其連接的週邊設備。根據此架構以及所負責的工作 便可詳細定義出六個模組及其所需的細部功能，此六種模組，分別為CPU 模組、

Ethernet 模組、WLAN 模組、Memory 模組、USB 模組、PON 模組。如圖 5：

圖5 系統模組

I. CPU 模組：

CPU 模組為控制其它五個模組內部運作及與電信局端設備溝通傳送大量資 料，其硬體操作工作頻率為1.6GHz，提供了 GMII I/F(Gigabit Media Indepentent Interface)、PCIe I/F(Peripheral Component Interconnect Express Interface)、NAND Flash I/F(NAND Logic Flash Interface)、DDRIII I/F(Double Data Rate type three Synchronous Dynamic Random Access Memory Interface)、USB I/F(Universal Serial Bus Interface)與其它五個模組連接溝通使用，同時也提供硬體加密功能來保護資 料傳輸之間的安全性，效率也較以往只由軟體處理資料加密提高許多，此 CPU 包含了很多的功能及介面來與不同模組連接與溝通，未來可以視電信業者需求來 增加或減少以逹到產品優化，對於系統管理人員也可透過Web GUI 方式來操作 系統，同時也可以從遠端的 Server 來控制及操作此系統，讓電信端的管理者能 夠隨時掌握及了解此系統的運作狀態。列出本論文所使用CPU 模組系統方塊如

圖6，及其規格如表 1。

圖6 CPU 模組系統方塊圖

表1 CPU 模組規格表

II. Ethernet 模組：

此模組提供系統有線傳輸平台，提供8 個 Ethernet LAN 接口，與符會 IEEE 802.3/3u/ab 標準的電腦連接傳輸資料，其每個 Ethernet LAN 接口上下傳的頻寬 可達到1000Gbps 速率，支援 IEEE802.3x Flow Control、Auto Negotiation、Auto MDI/MDIX、IEEE802.1Q VLAN，當然每個接口也可連接 Hub、Switch、Router 來擴充與多台電腦連接傳輸資料。Ethernet 模組系統方塊如圖 7，及其規格如表 2。

圖7 Ethernet 模組系統方塊圖

表2 Ethernet 模組規格表

III. WLAN 模組：

此模組提供系統無線傳輸平台，具有網路建構的發展性且要達到系統整合所 需的省電及模組化功能。

以時下熱門的無線網路技術IEEE 802.11a/b/g/n 等作為評估參考，搜集類似 的市售無線裝置資料，種類繁多不及備載，這邊僅列出本論文所使用 IEEE 802.11b/g MiniPCI 介面的 WLAN 模組系統方塊如圖 8，及其規格如表 3。

圖8 WLAN 模組系統方塊圖

表3 WLAN 模組規格表

自第二次世界大戰開始，無線通訊因在軍事上應用的成果而受到重視，無線 通訊一直發展，但缺乏廣泛的通訊標準。於是，IEEE 在 1997 年為無線區域網制 定了第一個版本標準──IEEE 802.11。其中定義了媒體存取控制層(MAC 層)和物 理層。物理層定義了工作在2.4GHz 的 ISM 頻段上的兩種展頻作調頻方式和一種 紅外傳輸的方式，總數據傳輸速率設計為 2Mbit/s。兩個設備之間的通信可以設 備到設備(ad hoc)的方式進行，也可以在工作站(Station)或者基地台(Access Point，AP)的協調下進行。為了在不同的通訊環境下取得良好的通訊質量，採用

1999 年加上了兩個補充版本：802.11a 定義了一個在 5GHz ISM 頻段上的數 據傳輸速率可達54Mbit/s 的物理層，802.11b 定義了一個在 2.4GHz 的 ISM 頻段 上但數據傳輸速率高達11Mbit/s 的物理層。 2.4GHz 的 ISM 頻段為世界上絕大 多數國家通用，因此802.11b 得到了最為廣泛的應用。1999 年工業界成立了 Wi-Fi 聯盟，致力解決符合802.11 標準的產品的生產和設備相容性問題。 以下為 802.11 標準和補充:

z IEEE 802.11b 是無線區域網的一個標準。其載波的頻率為 2.4GHz，可提 供1、2、5.5 及 11Mbit/s 的多重傳送速度。它有時也被錯誤地標為 Wi-Fi。

實際上Wi-Fi 是 Wi-Fi 聯盟的一個商標，該商標僅保障使用該商標的商品 互相之間可以合作，與標準本身實際上沒有關係。在2.4-GHz 的 ISM 頻 段共有14 個頻寬為 22MHz 的頻道可供使用。IEEE 802.11b 的後繼標準是 IEEE 802.11g，其傳送速度為 54Mbit/s。

z IEEE 802.11g 在 2003 年 7 月被通過。其載波的頻率為 2.4GHz(跟 802.11b 相同)，原始傳送速度為 54Mbit/s，淨傳輸速度約為 24.7Mbit/s(跟 802.11a 相同)。802.11g 的設備向下與 802.11b 相容。其後有些無線路由器廠商因 應市場需要而在IEEE 802.11g 的標準上另行開發新標準，並將理論傳輸 速度提升至108Mbit/s 或 125Mbit/s。

z IEEE 802.11n 是 2004 年 1 月時 IEEE 宣布組成一個新的單位來發展的新 的802.11 標準，於 2009 年 9 月正式批准。傳輸速度理論值為 300Mbit/s，

因此需要在物理層產生更高速度的傳輸率。此項新標準應該要比802.11b 快上50 倍，而比 802.11g 快上 10 倍左右。802.11n 也將會比目前的無線 網路傳送到更遠的距離。802.11n 增加了對於 MIMO 的標準，使用多個發 射和接收天線來允許更高的數據傳輸率，並使用了 Alamouti coding 的 coding schemes 來增加傳輸範圍。

IV. Memory 模組：

此模組提供系統存取及記錄資料平台，分為ROM 及 RAM 二部份，ROM 的資料是永久保存及記錄在的系統，其資料不會因為系統關機而流失，RAM 的 功能是處理從ROM 解壓縮出來系統所需要處理的資料與遠端設備之間即時性 的大量資料傳輸，其資料會因為系統關機而流失。此系統提供128MB ROM 容 量及512MB RAM 容量，Memory 模組系統方塊如圖 9 及 10，及其規格如表 4 及5。

圖9 Memory 模組之 NAND Flash 系統方塊圖

表4 Memory 模組之 NAND Flash 規格表

圖10 Memory 模組之 DDRIII 系統方塊圖

表5 Memory 模組之 DDRIII 規格表

V. USB 模組：

此模組提供系統3G 無線傳輸及支援外接式存裝置平台，其提供 CDMA 3G 傳輸模式及支援多款市面上販售3G USB Dongle，同時也支援市面上販售外接式 存取裝置，系統檔案格式支援FAT 及 NTFS 二種模式，也符合 USB2.0 標準規範，

支援Hi Speed、Full Speed、Low Speed 三種速率，其頻寬分別為 480Mbps、

12Mbps、1.5Mbps，USB 模組系統方塊如圖 11，及其規格如表 6。

圖11 USB 模組系統方塊圖

表6 USB 模組規格表

VI. PON 模組：

此模組提供系統光纖傳輸平台，處理系統Ethernet、WLAN、USB 模組所連 接電腦與遠端電信局端設備連接電腦之間大量資料、語音、影像傳輸，其頻寬上 傳部份可達到1.25Gbps 及下傳部份可達到 2.5Gbps，而傳輸距離可達到 20km，

符合IEEE802.3ah 標準規範、CEPON V2.1 標準，支援 ONU 軟體遠端升級、Dying Gasp、8 LLID/ONU 功能，其傳送及接收波長分別為 1310nm 及 1490nm；另外，

一個電信局端設備OLT 光纖接口透過 1:64 或 1:32 光分接器來同時支援 64 或 32 台 ONU 之間資料傳輸而不會互相干擾，PON 模組系統方塊如圖 12，及其規格 如表7，PON 模組實體請參考圖 13。。

圖12 PON 模組系統方塊圖

表7 PON 模組規格表

圖13 EPON 系統模組實體

其ONU 上傳實體層是透過傳送 1310nm 光波長與遠端 OLT 進行實體溝通交

流，而ONU 下傳實體層是接收來自於遠 OLT 1490nm 光波長與其溝通交流，一 旦二者完成實體溝通交流之後，即可透過軟體機制來完成註冊及 MGCP(Media Gateway Control Protocol)綁定，每一個 ONU 都有自己獨立的 MAC(Media Access Control)及 LLID(Logic Link Identification)讓 OLT 區分來自於與不同 ONU 之間的 溝通及資料訊息傳輸，而光參數的調整也可透過CPU 模組來控制 PON 組模裡面 的Fiber Transceiver，在選用 Fiber Transceiver 必須考慮其光參數是否符合電信業 者要求，也須完成與 OLT 相容性測試，以達到傳送及接收的最大效益。EPON 模組電路如圖 14。

NC Mount

RF216 0/1206/NC

12

For Hisense

& Fibertech Fiber Transceiver EPON_LOS

NC Mount

RV28 NC

PAS6301_GPIO4 23

RF182 82R 1%

RF197 82R 1%

LF3 1.2uH

RF184 0

CF138 0.1uF

12

RF174 10K/NC

RF192 130R 1%

CF136 0.1uF

12

CF133 0.1uF

12

RF188 150R 1%/NC

RF196 150 1%

JF4

Header_4x1/NC 1 2 3 4

CF134 10uF

RF198 82R 1%

CF137 10uF

RF186 130R 1%

RF185 130R 1%

PON

UF2H

PAS6301_BGA456

EPON_TXDNEPON_TXDPB16A16

EPON_RXDNEPON_RXDPB15A15 PON_TX_DISABLEA11 PON_TX_DISABLE_NB13 PON_TX_DISABLE_PA13

RECEIVER_VALID_LINEB12 PON_LOSC12

ADC_CH1AF17 ADC_CH0AE18 ADC_VREFHAD17 ADC_VREFMAF18

LF1 1.2uH

RF181 82R 1%

RF195 150 1%

RF191 130R 1%

CF135 10uF

RF183 0

RF187 150R 1%/NC

VCC_PON_3V3

VCC_PON_3V3

VCC_PON_3V3

VCC_PON_3V3 EPON_RXDP

EPON_RXDN EPON_TXDN

EPON_TX_DISABLE Differential Impedance 100 ohm

PD EPON_LOS

RECEIVER_VALID_LINE EPON_TXDP

RF179 4.7K/NC

EPON_RXDN

The resistors options are for supporting SFF from different manufacturers:

- different package (2x5, 2x6, 2x7, 2x10) - different pinout

Place near optics

Termination of 50ohm to VCC-2v

using Thevenin equivalent parallel termination:

Vt = 3.3v*80.6/(80.6+130) = 1.26v Rt = 130 || 80.6 = 49.75ohm

SFF_RXN

SFF Power Supply

SFF

Place near 6301

SFF_RXP

Differential Impedance 100 ohm EPON_RXDP

Differential Impedance 100 ohm

Differential Impedance 100 ohm Differential Impedance 100 ohm

Place near 6301 EPON_TXDP EPON_TXDN

SFF_TXP

SFF_SCL

LF4 12nH

SFF_RXVCC

On Reset and till FW loaded, PAS6301 - PON_TX_DISABLE_SFF is input so the board will set the appropreate mode to the optics (must be transmission disabled).

Place near optics

SFF_TXVCC

LF5 12nH

CF139 1 2 0.1uF

CF140 1 2 0.1uF SFF_TXN

TX_ Fault internal pull-up For Fiberxon FTM-9412P-K10U - PU assembled.

After FW loaded, the correct polarity is determine ccording to EEPROM.

GPIO16_STA_CLK 23

GPIO17_STA_DATA 23

SFF_SCL SFF_SDA

SFF_TX_DISABLE

UP17

74LVC1G14GW/NC 1 NC 2 IN

3 GND OUT4

VCC5 VCC_PON_3V3

CP137 0.1uF/NC

1 2

PAS6301_GPIO4

TX_BURST(TX_DISABLE) of optic module is internally pulled high.

SFF_TXVCC

EPON_TX_DISABLE

SFF_RXVCC

UF9 FP4342033

Fiberteck 6VEER 7VCCR 8SD

Rx_DATA- 9

Rx_DATA+

10 VCCT11

TX_BURST13 TX_DATA+14 TX_DATA-15 1NC

3NC 2NC

4VEER 5NC

VEET12 VEET16 SCL17 SDA18 TX_Fault19 NC20

NC21 NC22

RF2202 10

Close to SFF

Close to 6301

SFF_TX_DISABLE

VCC_PON_3V3

RF199 4.7K RF203

4.7K/NC

RF204 4.7K/NC VCC_PON_3V3

EPON_TX_DISABLE Fiber Transceiver:

"0": Enable

"1": Disable (Default)

RF177 4.7K

SFF_SDA

for Debug

EPON_TX_DISABLE RECEIVER_VALID_LINE EPON_LOS

RF220 UP17 LTB34D2-SC+

LTB34D2H-SC+

FP4342033-HC6SL NC Mount

EPON_RXDP

EPON_RXDN RF180 100 1%/NC

RF217 0/1206/NC

12

圖14 EPON 系統模組電路圖

3.2 有線網路架構及類型

根據有線網路的複雜度可區分三種網路架構：

z Linear 網路架構。

z Star 網路架構。

z Expanded Star 網路架構。

3.2.1 有線網路組成元件

802.3 有線網路包含二種實體元件:

z 工作站(Station)是指配備有線網路介面的電腦裝置，通常是指桌上型 (Desktop)或手持式(Handheld)電腦。

z 伺服器(Server)是指當有多台電腦必須相連結而形成來提供使用者存取及 處理大量資料。

3.2.2 有線網路類型

Linear 類型：的好處是可以很簡單與每一台連接到 Linear Bus 的電腦溝通

及減少佈線的長度及複雜度，壞處就是若主要的 Linear Bus 出問題就會造成全 部網路不通，同時也很難知道問題出在那裡，如圖15 所示。

圖 15 Linear 型網路

Star 類型：好處是可以很簡單配置及連接，不會因為任何一台電腦出問題

或移除而造成網路出問題，同時也可以很簡單找出那一台電腦及接線有問題，壞 處是必須要使用很多的線來佈置，也因為要從每個節點佈置Hub、Switch 進而造 成成本比Linear 來的高，如圖 16 所示。

圖16 Star 型網路

Expanded Star 類型：好處是點對點之間是各自獨立的，也可支援多台不同

廠牌型號的硬體及軟體，壞處是每一個節點的連線能力及距離需取決於不同廠牌 型號的硬體，若主幹出問題即所有的分支都不能正常工作，在佈線及成本上也較 Linear 及 Star 高很多，如圖 17 所示。

圖17 Expanded Star 型網路

3.3 無線網路架構及類型

根據無線網路的複雜度可區分四種網路架構：

z 一對一網路架構。

z 一對多網路架構。

z 多對一網路架構。

z 多對多網路架構。

現階段僅考量一(Server)對一(Client)的網路架構，以系統模組整合為首要目 標，而在硬體、軟體上保留其他網路架構擴充的餘地，保留設計彈性。

3.3.1 無線網路組成元件

802.11 無線網路包含四種實體元件:

z 工作站(Station)是指配備無線網路介面的電腦裝置，通常指的是膝上型 (Laptop)或手持式(Handheld)電腦。然而，工作站不見得就是攜帶型電腦。

有時候，使用無線網路的目的是為了省去拉線的麻煩，桌上型電腦 (Desktop)一樣可以透過無線區域網路加以連結。

z 基地台(Access Point，AP)具備無線及有線網路介面的裝置，無線網路介 面與工作站相連結，有線網路介面則與一般的乙太網路相連結，其主要功 能為橋接(Bridge)無線及有線(Wireless-to-wired)網路。

z 傳輸系統(Distribution System，DS)是指當有多部基地台必須相連結而形 成一較大通訊範圍時，工作站藉由基地台間的溝通將訊框(Frame)傳到目 的地，而傳輸系統是基地台間轉送訊框的骨幹網路。

z 無線媒介(Wireless Medium)可以在工作站之間傳遞訊框，允許多種實體層 同時支援802.11MAC，目前最流行的是 RF 實體層。

3.3.2 無線網路類型

基本服務組合(Basic Service Set，簡稱 BSS)：802.11 網路的基本元件(Building Block)，由一群彼此通訊的工作站組成。BSS 有二種類型，分別為獨立型網路及 中控型網路，如圖18 與圖 19 所示。

圖18 獨立型網路

圖19 中控型網路

獨立型網路(Independent BSS，簡稱 IBSS)：在 IBSS 中，工作站間以點對點 (Peer to Peer)的方式彼此溝通，通常是由少數幾部工作站因特定目的而組成的暫 時性網路，因此又可稱為Ad-hoc network。

中控型網路(Infrastructure BSS)：中控型網路必包含基地台元件，它負責轉 送訊框的任務，工作站若有訊框要傳送至目的地，皆必須先將訊框傳給基地台，

再由基地台轉送至目的地，一部工作站只能與一部基地台連結。

3.4 PON 網路架構及類型

根據PON 網路的複雜度可區分二種網路架構：

z 主動式光纖網路架構。

z 被動式光纖網路架構。

3.4.1 PON 網路組成元件

802.11 無線網路包含四種實體元件:

z OLT(Optical Line Terminal:光纖線路終端)：是輸出光信號後透過被動式裝 置將光速頻寬切割成多個光頻分送到多個 ONT，再利用光纖分歧器將光 頻切割16、32、64 光頻。

z ONU(Optical Network Unit:光纖網路單元)：是接收光纖訊號將光訊號轉換 成電的訊號。

z ONT(Optical Network Terminal:光纖網路終端)：用來終止光纖線路及將訊 號解多工轉換成語音電話、電視、網路可以接受訊號，同時也提供電源給 電話使用。

z OND(Optical Distribution Network:光纖分散網路)：介於 OLT 與 ONT 或 ONU 之間光纖、分光器、耦合器。

3.4.2 PON 網路類型

EPON ONU 系統與使用者端連接到光纖網路可分為三種類型，分別為簡單基 礎型網路、家庭型網路及戶外型網路，如圖20、圖 21 與圖 22 所示。

圖20 簡單基礎型網路

圖21 家庭型網路

圖22 戶外型網路

簡單基礎型網路(Basic ONU)：其扮演角色就像一個前端連接設備單獨與使 用者家中的一台電腦連接，而沒有連接二台電腦。

家庭型網路(Home Network ONU)：其扮演角色相當於家庭網路的閘門，所 有要到Internet 的資料都必須經過它，而後端是連接一台 Home Gateway 分別透 過有線及無線網路連接不同電腦以提供資料、語音、影像的傳輸。

戶外型網路(Outdoor ONU)：其扮演角色相當於戶外光纖網路終端機，提供 資料、網路語音的傳輸。

3.5 EPON 系統簡介

目前大多數人上網最普遍是透過電腦利用有線及無線連結及經由 xDSL 或 3G 路由器來上網，而 3G 頻寬不高並不能用來處理影像的傳輸，xDSL(如 ADSL/ADSL2/ADSL2+/VDSL)頻寬高於 3G，也能夠處理影像的傳輸，但受限於 距離及頻寬的限制並不能處理大量的影像傳輸，更無法實現數位家庭的應用。為 了解決前面所提到的問題，網通公司研發了光纖局端及用戶端系統並經由無數次 的改良及突破，也通過與電信局端設備相容性測試，讓各個國家的電信業者有著 很高的信心來佈局光纖網路以取代現有的寬頻設備，對於中國來說2010 到 2011 可說是他們的光纖年，各地的電信業者也開始招標光纖系統來提供更高的網路頻 寬以逹到數位家庭的應用，其所選用的光纖系統為 EPON 的系統，而台灣、日 本、美國、歐洲皆選用 GPON 系統，當然 GPON 系統頻寬更高於 EPON，但其成本 相對較 EPON 系統來的高，此系統開發平台皆用 Linux 軟體平台，透過與電信業 者討論硬體及軟體產品規格，網通公司也投入大量的研發人員及人力來實現數位 家庭的應用，同時也支援過去舊有的應用及服務。光纖系統較過去寬頻系的優缺 點如下：

z 頻寬高，下傳速率約可達 2.5Gbps，上行速率約可達 1.25Gbps。

z 連線距離遠，可達 20km。

z 延展性多，OLT 每個光纖接口可支援 64 或 32 台的 ONU。

z 相容性好，可與不同廠牌的 OLT 搭配使用。

z 初期建構成本高，需要國家來佈建光纖主幹。

z 工廠生產良率低，光纖線容易折斷。

z 工廠維修不易，相對成本高。

如下表述是針對光纖發展沿革及標準來介紹。

z 發展沿革

無源光纖網路（Passive optical network）又稱被動式光纖網路，為光纖 通訊網路的一種，其特色為不用電源就可以完成訊號處理，就像家裡的鏡子，不 需要電就能反射影像，除了終端設備需要用到電以外，其中間的節點則以精緻小 巧的光纖元件構成。

以新一代網路 NGN（New Generation Network）通訊觀念，電信網路可以粗 分為核心網路（Core Network）與接取網路（Access Network）兩部份。核心網 路相當於傳統的中繼及長途線路。接取網路則有光纜環。核心網路與接取網路的 功能不同，其傳輸型態也不同，因此 PON 的應用又可分為核心網路的 PON 及接取 網路 PON 兩大類型。前者以分波多工（WDM）為主，後者光分歧器與分波多工元 件均用到。

早期工作在有效光纖到家的介面開始於 20 世紀九十年代。全服務接取網路

（Full Service Access Network）工作小組，隸屬於大的電信運營商和設備系 統廠家。自從制訂了兩代 PON 的標準後，國際電信聯盟（ITU）做了更多的工作。

更老的 ITU-T G.983 標準是基於非同步傳輸模式（ATM），這樣的 PON 稱為 APON

（ATM PON）。然後，最原始的 APON 標準被改進了。和逐漸完善的 ATM 協議一樣，

最全的最終版本為 ITU-T G.983，被通常稱為寬頻 PON（Broadband PON）。雖然

APON/BPON 宣稱一個很高的速率頻寬，但是一個典型的 APON/BPON 提供 622 兆位 元每秒(Mbit/s) (OC-12)的下行頻寬和 155 兆每秒的上行頻寬。

ITU-T G.984(GPON)標準代表著對 BPON 的推動和比較，有著更高的總頻寬和 頻寬使用效率，不同長度的包。這個標準准許位元率的一些選擇，但是工業標準 集合 2.488 千兆位元每秒(Gbit/s)的下行速率和 1.244 Gbit/s 的上行速率。

GPON 封裝方法(GEM)允許非常有效率的包的用戶調度。基於幀斷鏈從而允許更高 的服務質量服務質量(QoS)對延遲敏感調度如語音和視訊通訊。

IEEE 802.3 乙太網 PON（EPON 或 GEPON）標準在 2004 年完成，作為乙太網 第一英里項目的一部分，EPON 使用標準的 802.3 乙太網幀和對稱的 1 千兆位元 每秒的上行和下行速率。EPON 是以數據為核心的網路的一個應用包括全業務語 音，數據和視訊網路。10 千兆位元每秒（Gbps）的 EPON（10G-EPON ）現在是 P802.3av 的一個小組任務。

PON 設備具有波長方向多工復用 (WDM)的優點，使用一個波長給下行調度和 另一個波長給上行調度在一個單獨的無零分散漂移光纖（ITU-T G.652）。BPON、

EPON、GEPON 和 GPON 有相同的基本波長計劃，上行使用 1490 奈米波長和下行 調度使用 1310 奈米波長。1550 奈米是預留給隨意疊加服務的，通常為 RF 視訊。

同位元率一樣，這個標準描述了一些光功率，BPON 和 GPON 通常是 28dB 的 小功率的，但是產品也通常宣稱使用更小的功率。28 dB 符合 20 公里的 32 路分 裂。前向糾錯編碼(FEC)可以為 GPON 系統提供另外的 2-3 分貝衰耗預算。隨著光 的改進，28 分貝預算將會被增加。雖然 GPON 和 EPON 協議允許大的分配比率。

（高於 128 用戶的 GPON，大於 32,768 用戶的 EPON)。在實際中大部分 PON 設備 是以 1 個上聯帶 32 個或更少的用戶。

一個 PON 設備包含一個中央辦公節點，稱為光連結終端（OLT），一個或多 個用戶節點，稱為光纖網路單元（ONUs）或者光纖網路終端(ONTs)，和一個光纖 和一個稱為光分布網路（ODN）的分隔器在這兩個設備之間。光纖網路終端是一 個 ITU-T 術語，而 ONU 是一個 IEEE 術語。在多用戶單元中，ONT 可以使用傳統 的乙太網的雙絞線、Coax MoCA，或者 DSL 技術來橋接用戶自己的設備和獨立住 戶單元。一個 ONT 是一個 EPON 設備和服務提供網路服務商到用戶的終端介面。

一些 ONUs 提供單獨的用戶單元來提供服務例如電話，乙太網數據或者視訊。

OLT 保證了 PON 和網路服務提供商之間的的介面，這些通常包括：

¾ IP 協議 (IP)調度超過千兆、10 千兆或者 100 兆位元每秒的乙太網。

¾ 標準時間分配復用(TDM)介面，例如 SONET 或者 SDH。

ONT 終止 PON 和現在的國家服務介面到最終用戶。這些服務能夠提供聲音（老 式電話服務 (POTS)）或者 IP 語音（VoIP）、數據(通常 網際網路 或者 V.35、

視訊和/或者遙測（TTL、ECL、RS530 等等）。通常 ONT 的功能分割成兩部分：

¾ ONU：終止 PON 和表現的融合介面–例如 xDSL、coax 或者多服務乙 太網–朝著用戶和。

¾ 網路終端環境(NTE)，NTE 提供了分離，國家網路介面指向用戶。

一個 PON 是一個分享網路，在這些 OLT 發送一個單獨的可以被所有 ONTs 看 到的流下行調度。每一個 ONT 只能讀到那些對應本 ONT 的包的內容。加密用於防 止對下行數據的偷聽。

z 上行頻寬分配

配上行頻寬到 ONTs。因為光分布網路(ODN)是共享的，若 ONT 在隨機時間發 送數據則可能造成 ONT 上行傳輸的衝突（collide）。由於每個 OUT 與 OLT 的距 離一定，其傳輸延遲也一定。這就使得 OLT 可以測量延遲並且記錄下來，然後通 過 PLOAM（physical layer operations and maintenance，物理層操作和維護) 資訊均衡延遲。

當所有的 ONTs 延遲被確定，OLT 傳輸就授權給獨立的 ONTs。一個授權允許 使用一個清晰間隔的時間向上行發送數據。這個授權的映射每一毫秒動態重計算 的。這個映射分配頻寬到所有 ONTs，例如每一個 ONT 接收時間頻寬為它的服務 的需要。

一些服務–POTS，例如–要求實質上的固定的上行頻寬，OLT 可以提供一個 固定的頻寬分配給每一個這樣的被提供的服務。DS1 和一些數據提供課程也許會 要求固定上行位元率。但是很多數據調度，例如網上衝浪，是突發和高可變的。

雖然動態頻寬分配(DBA)，一個 PON 能夠度量預定的上行調度，遵守 traffic engineering，機率復用概念。(下行調度能夠也被過量預定的，用同樣的方法任 何區域網都可以被過量預定。為一個下行預定過量特性在 PON 中是 ONT 必須可以 接受所有任意的包括時間和大小的下行時間縫概念。

在 GPON 中這是 DBA 的兩種形式，狀態報告（SR)和沒有狀態報告（NSR).

在 NSR DBA 中，OLT 繼續分配一個小額額外頻寬到每一個 ONT.如果 ONT 沒有 發送調度，那它將會傳送空閒幀通過他的過量分配。如果 OLT 觀察一個給的 ONT 沒有發送空閒幀，則就會增加頻寬分配到這個 ONT.一旦 ONT 的爆炸唄傳送了，

那 OLT 觀察很多的空閒幀從一個給定的 ONT，然後減少他的分配相應的。NSR DBA

有在 ONT 實行沒有要求的優點，同時也存在 OLT 沒有辦法得知怎樣最佳的分配頻 寬到通過幾個需要更多的 ONTs 上。

在 SR DBA 中，OLT 選舉 ONTS 為了他們的待辦事項。一個給定的 ONT 也許有 一些所謂的地調度容器(T-CONTs), each with its 每一個有他本身的優先權或 者調度類。ONT 報告每一個 T-CONT 分開到 OLT.這些報告資訊包含一個對數的代 辦事務的測量在 T-CONT 隊列中。 通過知道服務級別許可對每一個 T-CONT 通過 整個 PON , T-CONT 代辦任務是一樣的, OLT 能夠完美的分配空閒的頻寬在 PON 中 can optimize allocation of the spare bandwidth on the PON.

EPON 系統使用一個 DBA 機構相等於 GPON 中的 SR DBA 解決方案。OLT 選擇 ONU 為他們的隊列狀態，並同意頻寬使用 MPCP GATE 資訊，當 ONUs 報告他們的狀 態使用 MPCP GATE 資訊

z 現有 PON 的狀態

TDM-PON：APON/BPON 和 EPON/GEPON 都被廣泛發展了，但 2008 年絕大多數 網路設計使用 GPON 或者 GEPON。GPON 有至少 2 百萬個已安裝埠。GEPON 有將近 一千五百萬已發展埠。

DOCSIS over EPON 或稱為 DPON：有線電纜數據傳輸系統服務介面規範 (DOCSIS)PON，或者稱為 D-PON/DPON，是由幾家公司提議，並由 Cable Labs 負 責領導推動的，以現有的基於乙太網的無源光網路(EPON, GEPON or 10GigEPON) 上的 媒體接入控制 (MAC) 和 物理層 (PHY)標準來實現 DOCSIS 服務層介面的 一個無源光網路。對應的標準是 DPoE （Docsis Provisioning of EPON）。截 止 2011 年 3 月，該規範的 I01 版本已經由 Cable Labs 發布。 總體說來，DPON 設備保持了運營商現有的基於 DOCSIS 的運營管理平台，並以 EPON 的大頻寬能力 取代基於 HFC 的有限頻寬。 DPoE 技術使得 EPON 的 OLT 像一個 DOCSIS 電纜數據 機終端系統（CMTS)平台，而 ONU/ONT 則可以對應於 CM。 一些 DPON 系統為了發 送包括乙太網 LAN 和乙太網虛有私有連結（EVPL）,和點到點乙太網傳輸（ELINE）

服務的乙太網傳輸服務，也許可以選擇支持城域乙太網論壇（MEF)9 和 14 標準。

在這些實例中 DPON 系統也可一扮演一個 IP/MPLS 提供者邊緣（PE）路由器。

RF-PON 或稱為 RFoG：廣播頻率 PON 或者玻璃上的廣播頻率(RFOG)或者混合 光纖同軸 PON(HFC-PON)或者電纜 PON,是傳輸現有通過 PON 電纜傳輸（通常是通 過混合光纖和同軸電纜）的 RF 訊號的一種無源光網路，傳輸在 RF-PON 的正向是 一個獨立的點到多點系統 或者一個通過現存 PON 如 GPON 或者 GEPON/EPON 的光

覆蓋。RF-PON 的覆蓋工作是和一些 CWDM PON 或者潛在的 WDM-PON 覆蓋工作相同 的。相反 RF 支持是被傳輸上聯或者返回 RF 到一個單獨的 lamda 從 PON 返回波長 提供的。因為標準沒有完成所以實施根據提供者有所不同。 電纜和電信工程師 社會（SCTE)介面實施子委員會（IPS）第五工作組正在致力於 IPS 910 RF 在玻 璃上。RF-PON 提供對於現有 RF 模式技術的向後兼容，但沒有對 RF 基礎服務提 供額外的頻寬。這意味著在只有光纖可以到達而電纜不能提供或者可行的地點支 持 RF 技術。這項技術是標記於向電纜電視操作者和他們現有的 HFC 網路

WDM-PON：波長分波多工 PON 或者稱為 WDM-PON 是一種被一些公司最先使用，

並利用多光波長從而增加到終端用戶的上聯和下聯可用頻寬的無源光網路。

WDM-PON 能夠在更長距離上提供更多頻寬通過奉獻更多的生光頻寬給每一個用 戶，並且通過增加連結損失預算到每一個波長，使在每一個分束器導致的光衰耗 降低敏感，WDM-PON 的多波長是一個能夠被應用到每一個單獨的光網路單元

（ONUs）到一些虛擬 PONs 的共存在一些物理公共建設。 或者波長能夠被收集通 過通過統計復用從而保證波長唯一和 ONUs 更低的延遲經驗。沒有一個 WDM-PON 標準被沒有異議的被所有組織接受。根據一些 WDM-PON 的定義，WDM-PON 對每一 個 ONUs 都有一個專用的波長一些其他更自由的定義建議在任何一個方向上使用 了多於一個波長的 PON 就是 WDM-PON。在沒有一個無異議的定義的情況下，讓 WDM-PON 的提供商指出一個沒有偏見的列表是困難的。

z 無源光網路的賦能技術

依據 PON 的拓撲結構,他的上聯傳輸模式（如 ONU 到 OLT）和下聯傳輸模 式(如 OLT 到 ONU)是不同的.對下聯傳輸來講，OLT 以連續模式（CM）向用戶發 送光訊號廣播。舉例來說，下聯通道總存在數據光訊號。然而，在下聯通道，

ONUs 能夠以連續模式傳輸光數據訊號。這樣所有的從 ONU 傳輸的訊號都會通 過功率分配器（作為功率耦合器）匯聚（隨著衰減）和重疊到一個光纜。為了 解決這一問題，上聯通道採用了突發模式傳輸(BM)。當被分配一個時槽和需要 被傳送時，給定的 ONU 傳送一個光包，並且所有的 ONUs 通過分時多工模式（TDM）

來分享上聯通道。當 ONUs 不是在同一間隔同步傳輸光包時，或者 OLT 和給定 的 ONU 之間的距離是隨機的時候，這個突發模式光包，包於包之間通過 OLT 被接受的間隔是不相同的。當 OLT 與 ONUs 之間的距離是不同一的時候，被 OLT 接受的光包可能有不同的振幅。補償間隔不同和振幅不同突發模式時鐘和數據

恢復(BM-CDR)和突發模式放大器（例如，突發模式 TIA）需要被分別調用。此 外，突發模式傳輸點要求傳輸者工作在突發模式下。這樣一個突發模式傳輸者 能夠在短時間之內被打開或者關閉。上述三種電路在 PON 中的副本在點對點連 續模式光通訊連結中是非常不同的。

z 光纖到戶

無源光網路不用使用電源組件去劃分訊號。訊號分布的使用分束器。區別 於製造商，每一個分束器通常把一根光纖劃分成 16，32 或者 64 根子光纖，並 且一些分束器能夠聚合一個單獨的電纜。一個分束器不能提供任何交換或者緩 衝能力；這種連接被稱為點到多點連結對於這樣的連接，用戶端光網路終端必 須執行一些要求不能被其他方法實現的特殊功能。例如，依據路由能力的缺 失，每一個訊號離開中央辦公室（co）必須被廣播給所有的被同一分光器下的 用戶（包括那些不是被預期的訊號）。因此在光網路終端過濾掉預期給其他用 戶的訊號。還有，當分束器不能執行緩衝，每一個單獨的光網路終端必須和一 個復用系統協調工作以保障離開用戶的訊號在交叉點上不發生碰撞。兩種復用 方式都可以實現:波長分波多工和分時多工波長分波多工中，每一個用戶使用 一個單獨的波長來傳輸訊號。在分時多工中，用戶「輪流」傳輸資訊。在 2007 年早期，只有分時多工是技術上可行的。和有源光網路相比，無源光網路的優 點和缺點都非常明顯。無源光網路避免了調用複雜的室外電子設備。無源光網 路也同時允許傳輸簡單的類比電視訊號的類比訊號廣播。然而，因為每一個訊 號必須被推送給所有同一個分束器下的用戶（相對於僅一個訊號的交換設 備），中央辦公室必須配備一個特彆強有力的稱為光路終端（OLT）的傳輸設備。

另外，因為每一個用戶的光網路終端必須傳送所有的通路到中央辦公室（而不 是僅僅發到最近的交換設備），用戶不能像有源光網路一樣的遠離中央辦公室。

ITU-T G.983：APON (非同步傳輸模式 PON， ATM Passive Optical Network).

這是第一種被動式光網路標準，它基於 ATM，主要用於商業應用。BPON (寬頻 PON，

Broadband Passive Optical Network) 這是一個基於 APON 的標準。這個標準增 加了對 WDM，動態和高速上聯頻寬分配，和耐久性的支持。BPON 也創立了一個管 理介面標準 OMCI，在 OLT 和 ONU/ONT 之間的授權混合供應商網路。

IEEE 802.3ah：EPON 或 GEPON(乙太網絡 PON Ethernet Passive Optical Network)這是一個為使用乙太網絡包數據的 IEEE/EFM 標準。 802.3ah 標準現在 是 IEEE 802.3 標準的一部分。現在大約有一千五百萬正在使用的 EPON 埠。2008 年，中國大力發展 EPON 技術。據估算，截止至 2008 年底，中國總共有 200 萬個 EPON 安裝用戶。

ITU-T G.984：GPON (千兆 PON，Gigabit Passive Optical Network) 這是 BPON 標準的發展。GPON 支持更高的速率，增強的安全性和可選擇的第二層協議 (ATM, GEM, Ethernet)。在 2008 年中旬，弗萊森電訊已經安裝了 80 萬條線。英 國電信（British Telecom）和美國電話電報公司（AT&T ）正在進行高級試驗。

其他一些公司如獨立光網路有限公司（Independent fiber networks LTD）正和 服務提供商如 See the Light 合作提供更高速的 GPON 連接和光纖到戶

（FTTH-fiber to the home)。

IEEE P802.3av：10G-EPON (10 千兆乙太網 PON)是一個 IEEE 專門工程為了 達到 10Gbit/s 的速率，向下兼容 802.3ah 標準的 EPON。10GigEPON 將會使用分 隔波長給 10G 和 1G 下行。802.3av 將會繼續使用單獨波長 TDMA 隔離為在 10G 和 1G 間的上行。 10G-EPON 也會被 WDM-PON 兼容（依據 WDM-PON 的定義)。這使 得使用多波長在兩個方向之間變為可能。

SCTE IPS910：RFoG (RFoverGlass)是一個 SCTE 的介面實踐分委員會標準，

應用於有波長計劃兼容數據 PON 解決方案的點對多點(P2MP)操作，例如 EPON，

GEPON 或 10Giga EPON。RFoG 提供了一個光纖到戶 PON（FTTH PON）就像不一定 要選擇或者部署 PON 的 MSOs 架構。

第四章 軟體架構 4.1 軟體配置

前一章介紹及描述了 EPON 系統的硬體架構，接下來是軟體的配置，也是 系統運作核心不可或缺的部份，大多數的網路通訊的系統都是嵌入式系統

（Embedded System）為主，主要也都以 Linux 軟體平台來運作。對 EPON ONU Client 端，可以透過 GUI 介面選單來設定其所要運作的功能，配合 Linux 軟體與 TCP/IP 通訊協定及 Router Stack，經由光纖主幹來傳送其控制信號至 EPON OLT Server 端，藉由 Server 端可透過 Router Stack 溝通與 TCP/IP 通訊協定解開封包，

透過同樣是Linux 軟體程式來傳送資料、語音、影像，系統模組如圖 23。

圖23 系統模組

4.2 Linux 發展與使用簡介

Linux，是一類 Unix 計算機作業系統的統稱。該作業系統的核心的名字也是

「Linux」。Linux 作業系統也是自由軟體和開放原始碼發展中最著名的例子。

嚴格來講，Linux 這個詞本身只表示Linux 核心，但在實際上人們已經習慣了 GUI

Linux 光纖模組

Linux

GUI 光纖模組

系統（也被稱為 GNU/Linux）。基於這些組件的 Linux 軟體被稱為Linux 發行版。 一般來講，一個 Linux 發行套件包含大量的軟體，比如軟體開發工具、資料庫（例 如PostgreSQL、MySQL）、網路伺服器（例如Apache）、X Window、桌面環境（例如 GNOME和KDE）、辦公套件（例如Libreoffice）、腳本語言（例如Perl、PHP和Python） 等等。

Linux 核心最初是為英特爾 386 微處理器設計的。現在 Linux 核心支援從個人 電腦到大型主機甚至包括嵌入式系統在內的各種硬體設備。現在，Linux 已經成為 了一種受到廣泛關注和支援的作業系統。包括國際商用機器公司和惠普、戴爾在內 的一些資訊業巨頭也開始陸續支援 Linux，並且成立了一些組織支援其發展，如 Open Invention Network（OIN）（成員有 IBM、新力、NEC、Philips、Novell 和 Red Hat 等）購買了微軟專利，允許任何個體以開放的原則使用。很多人認為，和微軟 的Windows相比，作為自由軟體的 Linux 具有低軟體成本、高安全性且可更加信賴 等優勢，但是同時卻需要更多的人力成本。

絕大多數基於 Linux 核心的作業系統使用了大量的 GNU 軟體，包括了一個 shell 程式、工具、函式庫、編譯器及工具，還有許多其他程式，例如Emacs、Vi。 正因為如此，GNU 計劃的開創者理察·馬修·斯托曼提議將 Linux 作業系統改名為 GNU/Linux，但多數人仍然習慣性地使用「Linux」。大多數 Linux 系統還包括了 像提供 GUI 介面的 XFree86、X.Org 之類的程式。除了一部分專家之外，大多數人 都不自己選擇每一樣組件或自行設置，而是直接使用Linux 發行版。

1994 年 3 月，Linux1.0 版正式發佈，Marc Ewing 成立了 Red Hat 軟體公司，

成為最著名的 Linux 經銷商之一。早期 Linux 的開機管理程式（boot loader）是 使用 LILO（Linux Loader），早期的 LILO 存在著一些難以容忍的缺陷，例如無法 識別 1024 柱面以後的硬碟空間，後來新增 GRUB（GRand Unified Bootloader）克 服了這些缺點，具有『動態搜尋核心檔案』的功能，可以讓您在開機的時候，可

以自行編輯您的開機設定系統檔案，透過 ext2 或 ext3 檔案系統中載入 Linux Kernel（GRUB 通過不同的檔案系統驅動可以識別幾乎所有 Linux 支援的檔案系 統，因此可以使用很多檔案系統來格式化核心檔案所在的磁區，並不侷限於 ext 檔案系統）。

Linux 的標誌和吉祥物是一隻名字叫做 Tux 的企鵝，標誌的由來是因為 Linus 在澳洲時曾被一隻動物園裡的企鵝咬了一口，便選擇了企鵝作為 Linux 的標誌。

更容易被接受的說法是：企鵝代表南極，而南極又是全世界所共有的一塊陸地。

這也就代表 Linux 是所有人的 Linux。Linux 作為較早的開放原始碼作業系統，對 未來軟體發展的方向有一定引導作用。基於 Linux 開放原始碼的特性，越來越多 大中型企業及政府投入更多的資源來開發 Linux。現今世界上，越來越多國家逐漸 的把政府機構內部門的電腦轉移到 Linux 上，這個情況還會一直持續。Linux 的廣 泛使用為政府機構節省了不少經費。

任何一種作業系統均會存在可能發生的安全性風險議題，開放性的原始碼，

使任何人皆可知道 Linux 的內部核心，可讓全球的安全專家透明化檢視與提出改 進。但在駭客的眼裡，它可讓全球的駭客較容易地發現漏洞，是一頭肥羊。但嚴 格來說大多數的系統淪陷（駭客攻擊成功）均是該系統管理員未能深入安全性防 護能力所導致，不應不當地推諉責任給開發商。其Linux 歷史演進如圖 24。

圖24 歷史演進

4.3 Router Stack 介紹及描述

OLT 與 ONU 之間溝通必須透過完整 Router Stack 建立起雙方溝通的通道，

也提供管理者在電信局端透過圖型使用者介面(GUI)輕易的管理 OLT 後端所連 接Server，如 PPPoE、TR069、IPv6、VPN 等等，同樣的也可透過 TR69 通訊協定 來管理 Client 端的 ONU，讓電信局端管理者不用出門也能輕易的掌握及了解遠 端設備的狀況，其Linux Router Stack 軟體配置如圖 25。

圖25 Router Stack 軟體配置

Linux 平台在嵌入式系統（Embedded System）規劃可以分為 Boot Loader、

Kernel、File System、Configuration 四個部份，其主要內容及功能如下。

z Boot Loader：提供系統開機時的參數及初始值的資料，這部份是非常重要，

系統若沒有了它將無法開機，就像是我們所熟悉的BIOS。

z Linux Kernel：提供系統每一個介面所需要的驅動程式及功能的正常與否。

z File System：提供系統上層的應用程式，如同我們在 GUI 管理介面所看到 的功能。

z Configuration：提供系統參數的存取空間，若使用者不小心或忘了所設定的 參數，可以利用GUI 所提供的回恢設定值的功能，將原始的參數載入。

4.4 圖型使用者介面操作

圖型使用者介面是現在主要大多數嵌入式系統最常用的控制介面，如 Router、Switch、Gateway 等系統，其操作方式介紹如下所示。

首先，第一步需要先登入 GUI 管理頁面，如圖 26 所示。

圖26 GUI 管理登入頁面

z Quick Setup

快速設定的頁面，可以讓使用者快速的設定其功能與遠端的Server 進行連 線及溝通，包含WAN Setup、LAN Setup、Wireless Setup、Remote

Provisioning、Advanced Configuration，其 GUI 管理頁面如圖 27 所示。

圖27 Quick Setup 管理頁面

z Interface Setup

介面頁面設定，可以針對WAN、LAN、Wi-Fi 功能作更多的設定，讓使用 者可以管理其功能權限，其 GUI 管理頁面如圖 28 所示。

圖28 Interface Setup 管理頁面

z Network Setup

網路頁面設定，可以設定Routing、NAT、QoS、Firewall、PPPoE Relay、

DDNS、DMZ、IGMP、UPnP、DNS Snooping 功能，與 Server 端之間的資 料傳輸能夠更安全，其 GUI 管理頁面如圖 29 所示。

圖29 Network Setup 管理頁面

z VPN

VPN 頁面設定，可以設定 NAT Traversal、IKE Policy、IPSec Policy、GRE Tunnel、VPN Passthrough 功能，GUI 管理頁面如圖 30 所示。

圖30 VPN 管理頁面

z Administration

管理頁面設定，提供Web Access Management、Remote Support、Remote Management、Time Setup、Setup Wizard、User List、User Privilege Control、

Log、Factory Default、Firmware Upgrade、Backup & Restore、Reboot、Switch Setting、Status 功能，讓使用者更容易管理及清楚知道 EPON 系統狀況，其 GUI 管理頁面如圖 31 所示。

圖31 Administration 管理頁面

z Diagnostic

除錯頁面設定，提供Ping Test、Traceroute Test、Detect Active LAN Client 功能，讓使用者可以先行測試其 EPON 系統是否正常，其 GUI 管理頁面如圖 32 所示。

圖32 Diagnostic 管理頁面

z Status

狀態頁面設定，提供使用者了解每個介面的狀態，如Router、Firewall Status、

Interface Information、Port Statistics、Wireless Network、Wireless Client Information、Guest Net Information、Mobile Network、DHCP Server

Information、QoS Status、Routing Table、ARP Table、RIP Status、IGMP Status、

VPN Status 功能，其 GUI 管理頁面如圖 33 所示。

4.5 TCP/IP 通訊協定

在挑選合適的通訊協定之前，我們必須先了解兩種網路模型，一個適當的模 型 能 將 複 雜 的 事 情 具 體 化 、 簡 單 化 。 International Organization for Standardization(ISO ， 國 際 標 準 組 織 ) 於 1984 年 發 表 了 OSI(Open Systems Interconnect；開放系統互連)模型，將整個網路系統分成 7 層(Layer)，如下圖左 手邊，每一個層都有特定的功能與任務，其優點為分層負責與對等交談，又稱為 ISO/OSI 標準。而 DoD(Department of Defense)模型如下圖右手邊，DoD 模型分 工較為簡略，強調是以TCP/IP 為主的網際網路，大致上可分為四層，因 TCP/IP 通訊協定發展早於OSI 模型，自然無法參考 OSI Model 來發展，TCP/IP 是由網 際網路工程任務小組IETF(Internet Society's Internet Engineering Task Force)根據 DoD 模型所制定的標準；而 OSI 模型是由 ISO 所制定的國際標準，必須容納多 種不同的網路，因此不局限於TCP/IP 協定。TCP/IP 除了代表 TCP 與 IP 這兩種 通訊協定外，更包含了與TCP/IP 相關的數十種通訊協定，例如：SMTP、DNS、

ICMP、POP、FTP、Telnet...等等。

圖34 網路模型(OSI Model vs. DoD Model)

一般而言，UDP 及 TCP 傳遞資料的差異與打電話及名信片間的差異相似。

TCP 的運作方式跟打電話一樣，先確認目的地可供使用，並且準備好通訊。UDP 訊息量像名信片一樣小，它如名信片般的傳遞，但不一定總是可靠的。下列表格 比較 UDP 與 TCP 處理通訊方式上的差異。

UDP(User Datagram Protocol) TCP(Transmission Control Protocol)

非連線式服務；主機間未建立工作階段。 連線導向服務；主機間建立工作階段。

UDP 不保證或認可傳遞，或對資料進行 排序。

TCP 透過使用資料的認可及順序傳 遞，保證傳遞。

使用UDP 的程式，負責提供任何傳輸資 料所需的可靠性。

將可靠傳輸資料的擔保，提供給使用 TCP 的程式。

UDP 快，額外的負擔要求低，並且可以 支援點對點及單點對多點通訊。

TCP 較慢，額外的負擔要求較高，並且 只支援點對點通訊。

表8 TCP 與 UDP 的差異

第五章 實作成果及結論 5.1 實作成果

EPON 系統的實現包括硬體、軟體兩大部分，以模組化概念進行系統的整 合、實現。硬體整合光纖模組、有線網路模組、無線網路模組、USB 模組，來 成為OLT Server 和 ONU Client 兩種角色。

以硬體平台為基底配置軟體模組，包括Linux 軟體程式、Router Stack、圖 型使用者介面(GUI)，達成了軟體、硬體的結合，完成整合式 EPON 系統。其系 統實體成品如圖35 所示。

圖35 EPON 系統成品圖

5.2 結論與未來展望

目前設計完成的部份為架構在有線及無線網路平台，利用Linux軟體程式透 過光纖網路來建立連線，從近端的電腦平台(Client端)傳送控制信號封包至另一 端光纖局端設備後端所連接的電腦平台(Server端)，經過解封包的處理程序之後 來進行資料的傳輸，透過EPON系統實現所謂的數位家庭的應用。系統設計未來 可導入GPON系統，以增加更高的頻寬來提供更多的應用。