工研院電通所 壽永剛、陳世賢

(來自新電子雜誌2004年七月號)

隨 著光通訊技術的進步，光纖已經由早期的骨幹網路逐步蔓延至都會網路及接取網路，未來甚至可能直接連接至每個用戶家中以提供高容量的接取頻寬。在眾多光纖傳 輸技術中，SONET/SDH是早已廣被接受且成熟穩定的技術之一，其特點是可靠度高，具自我恢復能力，以及網管容易。自從1985年SONET (Synchronous Optical Network)由Bellcore提出，而後SDH (Synchronous Digital Hierarchy)被ITU-T接受為國際標準，到今日已有約20年的歷史。經過如此長時間的發展，不但運營商已相當熟悉其操作與管理，而且投資於設備 購置及人員訓練的資金更是無法估算。因此，基於購置與維運等成本因素，現有的SONET/SDH網路勢將繼續運作而不會由任何新科技完全取代。

傳 統電信業者(如中華電信)的主要業務是語音傳輸，長久以來在骨幹和都會網路已建置了大量的SONET/SDH環狀網路，而在所謂的」最後一哩」接取網路更 是密密佈滿了銅質的電話線路。數位用戶迴路(Digital Subscriber Line; DSL)技術便是在這樣的背景下誕生的。DSL利用各種調變技術將用戶的數據訊號載送在語音訊號之外的頻帶，然後利用電話線同時傳送語音及提供數據訊務接 取。只要用戶與機房間的距離在一定範圍內，就可以提供相當高速的寬頻服務。

目 前正被廣泛討論的下一世代網路(Next Generation Network; NGN)對傳輸的主要需求就是能有效率地處裡封包訊務的傳輸，進而提供大頻寬以及多樣化的各種網路應用服務。因此，對傳統電信業者而言，利用以銅線為傳輸 介質的DSL技術作為」最後一哩」接取網路，然後在進入終端局後利用SONET/SDH網路作為都會或骨幹網的傳輸，將是佈建寬頻服務最經濟快速的做法。 圖一為這個概念的示意圖。以下，我們針對相關技術提出說明。

圖一寬頻傳輸網路

數位用戶迴路技術

DSL 技術可分成對稱性與非對稱性兩種。所謂對稱性，就是上傳速率與下傳速率是相等的，如HDSL及SHDSL，主要的使用者為企業用戶。而非對稱性DSL就是 上傳與下傳速率不同，如ADSL、VDSL，通常下傳速率會大於上傳，因為用戶端使用下傳的機會較高，主要的使用者是一般家庭用戶。以下分別對較常見的 DSL技術做一簡單介紹。

HDSL (High Bit Rate Digital Subscriber Loop)

HDSL的規格標準定義於ITU-T G.991.1，使用2B1Q/CAP的調變方式，速率可達1.544Mbps/2.048Mbps，基於效能價格比的考量，可用來取代傳統的T1及E1專線。

SHDSL (Single Pair High Speed Digital Subscriber Loop)

SHDSL的規格標準定義於ITU-T G.991.2，使用TCPAM的調變方式，在一對雙絞線上其速率可達到2.3Mbps，其傳輸距離也比其他對稱性DSL來的遠，所以現在已被大量使用取代HDSL。

VDSL (Very High Data Rate Digital Subscriber Line)

VDSL 的規格標準定義於ITU-T G.993.1，使用DMT的調變方式，VDSL是目前傳輸速率最快的DSL技術，但其傳輸速率與距離有絕對的關係，距離愈長，傳輸速率愈慢，與光纖到點 (FTTX)的技術搭配使用是最好的應用方式。目前VDSL的標準尚未完成一致，同時也有相當多家的廠商支援QAM/CAP的調變方式，但DMT有與過去 ADSL相關技術相容的優點，因此較被看好。

ADSL (Asymmetrical Digital Subscriber Line)

ADSL的規格標準定義於ITU-T G.992.1/2，使用DMT的調變方式，下傳速率最高可達8Mbps，上傳也可到1Mbps，是目前市面上最被廣泛使用的DSL技術。DMT(Discrete Multi-Tone)是ADSL的核心技術，我們稱ADSL中有256個次載波，DMT能傳輸較多的資料量就是因為載波的數量多。

隨 著多媒體網路、隨選視訊、線上遊戲等需要高頻寬的客戶應用蓬勃發展，新一代的ADSL技術也開始發展，如：ADSL2, ADSL2+, ADSL2++。由於這些技術可向下相容於暨有的ADSL，因此對電信業者來說，可同時達到提供消費者升級服務且不大幅度增加成本的雙贏局面。ADSL2 可提高下傳速率至12Mbps，也增加了一些傳輸距離，並提供了Voice Over Data的服務。ADSL2+的理論下傳速率可達到24Mbps，但要看實際上的傳輸距離，當距離變大時，高頻部份的衰減很大，所以達不到理論的下傳資料 量。ADSL2++是一個更新的DSL標準，目前還在討論中，預估可達到的下傳速率為50Mbps，上傳為3Mbps。

DSL 設備可分為用戶端及局端，用戶端設備就是我們申請DSL服務時跟中華電信租用的DSL MODEM，台灣業者在用戶端設備的市場相當強悍，市佔率高的嚇人，國內廠商一直是國際大廠的主要代工合作夥伴，也帶來了幾年的榮景，但由於技術門檻愈來 愈低，競爭愈來愈激烈，毛利也愈來愈少，已到了流血出貨的地步，所以目前的發展趨勢為加值型的整合性產品，如DSL Router、VoDSL及DSL+WLAN，可增加產品利基及技術門檻，帶動另一波的發展。

數位用戶迴路接取多工機

作 為接取網路的局端設備，數位用戶迴路接取多工機(Digital Subscriber Line Access Multiplexer; DSLAM)可視為銅線傳輸網路的終點。如圖二所示，DSLAM的基本功能是先將由電話線收到的語音訊號分離出來後送往傳輸語音的公眾交換電信網路 (Public Switched Telephone Network; PSTN)，再將數據訊務作彙集以及基於QoS要求的統計多工後送往傳輸數據訊務的網際網路。由於早期DSL晶片設計的端對端傳輸模式是ATM，因此現今 多數的DSLAM也是基於ATM技術而設計的。使用ATM技術的好處是ATM已是相當成熟的技術，具有QoS及統計多工等特性，晶片及系統設計時針對固定 長度的ATM Cell處理較簡單。此外，傳輸網路已存在不少的ATM交換機，當連線容量需求增加時，電信業者只需啟用交換機上尚未使用的埠，可以減少新的投資。

圖二、DSLAM使用示意圖

然而，利用ATM傳輸封包訊務最大的缺點就是頻寬的浪費，而且在乙太網路漸漸成為主流的接取技術後各種以封包為基礎的訊務管理功能也成為設備的功能要求，例如：IEEE 802.1p/q的優先權協定，VLAN，VPN等。因此，目前的技術趨勢是以封包為傳輸單位的IP DSLAM將逐漸取代 ATM DSLAM。在IP DSLAM內可以ATM或是乙太網路為封包處理的單位，但是連接上骨幹網路的介面則為乙太網路。訊務管理方面，則多半能兼具ATM與乙太網路的功能。

SONET/SDH網路的新生– NG SONET/SDH

SONET/SDH， 主要任務原本是傳送語音信號。藉由標準的物理介面以及傳輸訊框格式規定，加上可到達極高速率 (如：OC-192/STM-64為10Gbps)的同步多工方式提供高速的傳輸服務。但是當面臨都會網路中數據訊務量飛快的成長，網路設備發展將朝向支 援多重服務以及智慧化的方向，SONET/SDH先天上對封包訊務處理效率差的缺點便顯的日益嚴重。

Next-Generation SONET/SDH (NG SONET/SDH) 相對於目前大量存在的傳統SONET/SDH網路而言，是一種滿足下一世代網路需求的功能性演進而非全新的傳輸技術革命，適合作為都會網路建制的解決方 案。針對傳統電信網路的缺點一一提出改進以提供符合未來各種需求的傳輸服務，MSPP (Multi-Service Provision Platform) 這種NG SONET/SDH設備的概念開始被提出。MSPP整合多種目前各自獨立的網路設備，如：Add-Drop Multiplexer，Digital Cross-Connect，ATM/IP/MPLS Edge Device等，並且與傳統的SONET/SDH網路相容。如圖三所示，MSPP以單一平台提供包括傳統語音以及ATM，IP等多重服務的接取。由於整合 眾多功能於單一網路設備，因此不論在設備購置成本，機房建置，以及維運支出等都有較現有解決方案更顯著的經濟效益。此外，將MSPP結合WDM不但具有利 用現存網路提供多元化服務的能力，更可供給大量頻寬並且有效率的使用。

圖三、MSPP功能示意圖

下世代的多重服務供應平台

目 前，MSPP系統發展除了基本的多重訊務接取以及點對點的乙太網路訊務傳輸外，許多廠商開始在以SONET/SDH虛擬容器建立的點對點通道間加入乙太網 路第二層交換功能。提供第二層的交換可以提供許多乙太網路已具備優良且成熟的功能，如：802.3x的流量控制、VLAN (Virtual LAN) 的區分、基於STP (Spanning Tree Protocol) 的訊務保護、以及802.3p的優先權等。

然 而，可預見新的IP應用將不斷出現以致訊務也逐漸多元化，目前的MSPP功能顯得有著許多的不足，如：不能提供良好的QoS保證，訊務調整的單位仍然受限 傳統SONET/SDH，基於STP的訊務保護切換時間太慢，VLAN功能也不適合大型公眾網路應用，以及不同位置的網路節點接取頻寬並不公平等。因此， 目前發展中的方向主要以解決這些問題為主。

MPLS (Multi-Protocol Label Switch)

MPLS (Multi-Protocol Label Switch) 是1997年由Cisco公司提出並由IETF制定的交換技術協定，其目的是將第三層路由技術與第二層交換技術結合起來。MPLS使用標籤 (Label) 對上層數據封包進行統一封裝，路由的計算可以基於乙太網路拓樸，大大減少了路由設備的數量和複雜度，並藉由採用GFP、虛擬級聯、LCAS等技術大大提昇 了訊務在MSPP中的傳輸效率。同時，MPLS運用於大規模層次化的網路結構，具有良好的擴充性並能夠有效地實施流量分配，支援大規模VPN (Virtual Private Network) 和提供QoS保證，促成網路資源的最佳化配置和使用。

MSPP的製造商正逐漸將MPLS列為一項重要的機制，以支援以IP為基礎的訊務傳輸。基於MPLS的MSPP設備不但能夠實現端到端的流量控制，而且還具有公平的接取機制與合理的動態頻寬分配機制，能夠提供符合各類訊務需求的QoS功能，實現服務等級協議 (Service Level Agreement﹔SLA)，壅塞控制以及公平接取等。

RPR (Resilient Packet Ring)

RPR 是由IEEE 802.17定義的新MAC層協定，在頻寬共享的基礎上提供了訊務的保護與傳輸頻寬的保證，能夠利用現存的標準傳輸訊框架構 (如：SONET/SDH，乙太網路，DWDM) 有效率地傳送語音、數據、視訊等多種類型的訊務。RPR是專門為環狀網路而設計的，具有良好的相容性及擴展性，可以承載乙太網路、IP/MPLS、ATM 等多種協定，更有效率與彈性地處理環狀拓樸網路上的訊務。如果架構在SONET/SDH環狀網路之上，除了可提供50ms的保護切換，還能夠構成環狀的乙 太網路，達到多點對多點通訊的目的。網路節點間可採用類似OSPF (Open Shortest Path First) 的演算法交換訊號以更新網路拓樸並增加網路的自愈能力，並方便增減傳輸線路或網路節點。

訊 務在RPR環狀網路上傳送時，經由識別MAC層表頭判別封包的目的地。如果訊務的目的地不是本節點的話，就會在短暫的暫存後立刻再將訊務向下傳送，不必經 過第三層 (IP) 或更高層次的處理，從而提高了訊務處理效率。而屬於本節點的訊務會被移除以釋放頻寬，達到以提昇網路頻寬的使用率。同時，由於RPR運用了獨特的公平演算 法，能夠針對訊務種類提供不同的優先等級服務保證以及支援服務等級協議，並且使得環上的每個節點都能公平的使用頻寬。此外，基於RPR環路每個節點都掌握 網路拓樸結構的資源情況，並根據實際情況調整環路頻寬分配情況，所以網管人員並不需要對節點資源分配進行太多干預，減少了人工配置帶來錯誤的機率。

目 前，新型MSPP正處於快速發展之中，設備製造商主要朝向提供RPR環狀網路功能，以MPLS支援訊務QoS的分級，以及動態調整傳輸層頻寬等方面發展。 從提昇整個都會網路的功能以及資源使用來看，MPLS技術可以從整個網路結構上進行資源的最佳化，而RPR則是在一個環的內部對網路的局部資源進行最佳 化。這數種技術的結合將更有效率地提昇訊務傳輸能力。圖九為整合MPLS、RPR及NG SONET/SDH的下一代MSPP協定堆疊。

圖四、下世代MSPP協定堆疊

未來展望

隨著訊務種類及頻寬需求的增長，都會網路必須要靈活可靠，具有大容量和良好的擴展性，支持多重服務與協定，有靈活的線路調度和訊務管理能力，並使運營商既可延續過去的投資又能快速地進行網路擴充和推展新業務，進而降低營運成本，增加業務收入，提昇自身競爭優勢。

展 望未來，基於傳統SONET/SDH網路做功能升級的NG SONET/SDH結合DSL接取技術，無疑地是值此網路技術世代交替之際最適當的選擇。不但能延續使用大量固有的設備，也能提供符合新時代要求的特性。 國內廠商除了應加強投入關鍵元件的研製，系統整合能力以及基於MPLS之網管軟體也是需要大力投入的重點。配合台灣在乙太網路相關產品的成熟發展，前景相 當看好。

工研院電通所 鍾志偉 江柏俊 郭萓侑

(來自新通訊雜誌2004年七月號)

Introduction

近 年來隨著網路的上各式各樣的應用發展，網路的頻寬似乎永遠無法滿足消費者的胃口，從Modem、ISDN到現在的ADSL以及Cable Modem，用戶端(First Mile/Last Mile)的設備頻寬無疑是目前寬頻網路發展的瓶頸，除了速度無法提昇之外，寬頻服務的價格也一直是使用者很重的負擔。從ISP的角度來看，為了提供用戶 端各式各樣的接取技術，不僅需要許多不同的系統設備，各個不同系統之間的維護也是一項不小的開銷，如果將大家所熟悉的Ethernet(乙太網路)，從固 網路業者的機房直接的拉到家中，那Ethernet的訊務就可以直接接到用戶端的電腦，省去了多餘的接取設備，頻寬也可以從10Mbps開始起跳。EFM (Ethernet First Mile)就是因應這樣的需求而發展的一種技術。

IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineer, INC) 的802.3ah以及EFMA(Ethernet First Mile Alliance) 是目前推展EFM技術規格發展的兩大主要組織，其中IEEE制定相關的技術，而EFMA則負責相關技術的推廣。在這一篇文章中將會分別介紹EFM的長處、技術與發展現況。

EFM技術

(a)

(b)

(c)

圖1. EFM的3種架構示意圖 (a) EFMC，(b) EFMF P2P，(c) EFMF P2MP / EPON

以系統架構來區分，EFM主要分為三種技術，分別為使用雙絞銅線的EFMC(Ethernet First Mile Copper)、由局端(CO)至各用戶端(CPE)分別使用獨立點對點光纖的EFMF P2P (Ethernet First Mile Fiber Point-to-Point)架構及CO端至各CPE端使用點對多點式光纖架構，以被動式光纖網路技術EPON(Ethernet Passive Optical Network)為主的EFMF P2MP(Ethernet First Mile Fiber Point to Multi-Point) 等三種主要的系統。在文章後面的各章節中，我們將會分別描述這三種EFM的架構與它們所使用的相關技術。

EFM Copper

圖2. 台灣寬頻上網成長與現況

圖2 是台灣寬頻上網的成長現況，由圖中可以看出ADSL 是目前最受歡迎的寬頻接取技術。在IEEE 802.3ah中所定義的EFMC，就是將Ethernet的訊務透過現有的雙絞線(CAT 3)來傳輸。目前台灣的電話線路普及率已超過百分之百，幾乎每個家庭都有，甚至於兩支以上的電話，而這也是在第一哩(First Mile or Last Mile)的網路中分佈最廣的傳輸介質。所以運用DSL技術，我們將可以在現存的電話網路上提供用戶Ethernet的服務。對於目前同樣在第一哩中普及 率也高的有線電視網路(Cable TV)而言，雖然Cable Modem的技術發展也有一段時間，然而因為Cable Modem無法提供固定的頻寬給所有的使用者，所有的用戶必需共享上下行的頻寬，且在Cable上的某一部分頻寬還要用來傳輸有線電視的訊號，上行 (Upstream)頻寬更是遠小於下行(Downstream)頻寬，這也是為何EFMC要運用EoDSL的技術而非Cable Modem技數來傳送Ethernet訊務的原因。

目前在DSL上傳輸 Ethernet的訊務還需要透過ATM(Asynchronous Transport Mode)的協定來傳送，但是這樣使用ATM固定一個封包(Cell) 為53個位元來傳送Ethernet不固定長度的封包，是一種比較沒效率的頻寬利用。若將ATM這一層協定拿掉，則Ethernet的訊務可以直接透過 DSL的技術，將用戶端的資料送到ISP業者，將大幅提昇頻寬的利用率。EFMC最大的優點就是利用現有的電話雙絞線來傳送Ethernet的訊務，和另 外兩項EFM技術比較起來，省去了佈放光纖的麻煩，但缺點是受限於目前DSL的技術與銅線的頻寬限制，因此速度與傳輸距離目前仍比不上另外兩項技術。

圖3. EFMC與EFMF用戶年數成長

圖3是EFMC及EFMF的用戶數比較，可以看到EFMC的用戶數目前還是佔大宗，然而EFMF的成者率則是一年比一年高。目前有許多如ADSL、HDSL、SDSL、HSDSL及VDSL等的xDSL技術，而在IEEE 802.3ah的標準中則是選擇運用VDSL技術來傳送Ethernet的訊務。然而目前的問題是在VDSL的調變方式有兩大支持陣營，分別對使用QAM或DMA的技術在爭辯中。依照目前的趨勢發展，QAM 勝出的機率將較DMA來得大。雖然VDSL的傳輸速率較高，但它的傳輸距離卻比起其它xDSL技術來得短，因此IEEE 802.3ah的標準中可能會依照傳輸的距離，分別運用VDSL以及其他的xDSL(ADSL+ 或是SHDSL)技術來傳輸。

表1. EFMC 的等級分類圖

表1 列出EFMC的不同傳輸等級，依照不同的傳輸距離來決定上下行的資料傳輸率。圖4以及圖5分別為不同xDSL的頻寬分佈以及xDSL的傳輸距離關係圖。由 圖中可以看出VDSL是所有xDSL技術中傳輸速度最快的，但是傳輸距離也最短，因此當xDSL要延伸它的距離時，光纖就可以在此時發揮它的優點。

圖4. xDSL 的頻寬分佈

圖5. xDSL的速度與傳輸距離關係圖

圖6. xDSL的相關拓蹼圖

圖6是xDSL在都會大樓或是公寓大廈中的運用拓蹼圖，在大樓中可以簡單的運用已存在的電話雙絞線來架設VDSL的網路，這就是xDSL技術低建置成本最大的優勢。

EFM Fiber Point-to-point

光 纖點對點的EFM架構可視為將原有的銅線置換成光纖，由CO到每個CPE端分別以獨立的光纖連結，獨立的線路可簡化用戶迴路的複雜度，並確保每一個用戶的 頻寬不會受到其它用戶的干擾。EFM訂定了兩類，分別為100 Mbps及1000 Mbps流量的EFMF點對點光纖迴路標準，而其中又個別具有兩種光傳輸層的網路設計，分別是Duplex雙光纖及Simplex單光纖迴路設計。其中雙 光纖迴路設計即每個CO端與CPE端間使用兩路光纖連接，一路為下行(Downstream)，信號由CO端至CPE端；另一路為上行 (Upstream)，信號由CPE端至CO端。在100 Mbps的位元速率下的標準為100BASE-LX，1000 Mbps則為1000BASE-LX，這部份的標準參考了IEEE 802.3z的技術，但光信號在單模光纖中的最長傳送距離為10公里，比802.3z規範的5公里長上一倍。

圖7. 點對點光纖 (a) Duplex雙光纖迴路，(b)Simplex單光纖迴路

而Simplex 單光纖回路又稱為Bidirectional，簡稱BIDI，則是只使用一條光纖連接個別的CO與CPE端，並利用WDM分波多工的方式，以不同波長的光 訊號分別載送上下行的信號，其標準在100 Mbps與1000 Mbps的位元率下分別有100BASE-BX及1000BASE-BX兩種。這種利用WDM方式傳送的單光纖迴路相較於同樣為點對點的Duplex雙光 纖迴路可減低一半的光纖使用量，而由於利用WDM方式區分上下行信號，對於考量降低CPE用戶端成本，上行信號方面則選擇使用1260至1360 nm波段的雷射發射機，CO端的下行則是使用1480至1580 nm波段來傳送，有別於上下行皆使用1310 nm波段傳送的雙光纖迴路系統。無論是那一類型的100 Mbps或1000 Mbps點對點光纖用戶迴路，規範最長的傳送距離皆為10公里。

圖7是這兩種點對點EFMF的架構圖，BIDI架構上由於使用WDM傳輸技術，因此在光收發模組上必需特別加上分光及耦光的元件，架構會比雙光纖的收發模組來得複雜些。表2及表3分別是對於這兩類EFMF點對點光纖迴路中的光發射機及光接收機特性的規範。

表2. 點對點光纖迴路光發射機性能規範

表3. 點對點光纖迴路光接收機性能規範

對於過渡性產品，可採取使用Media Converter (MC)方式將原有電的Ethernet訊號轉換成光的訊號進行傳送。這個設計的好處是對於既有已安裝電的Ethernet設備只需加上MC，即可以轉換為光信號進行長距離的傳送。尤其對於目前普及的100 Mbps Ethernet 網路而言，不必為了能使用光纖傳送而必須更換支援光纖傳輸的網路卡及交換器等設備，接取端的用戶可減低昇級的成本，且100 Mbps的速率也可滿足接取網的需求。MC是一個單純的光電轉換器，只是將電的訊號直接轉成光調變，或將光轉回電調變，並不對信號資料及封包做加工，因此成本低廉，是EFM Fiber P2P過渡期間網路的解決方案。

圖8. 使用Media Converter的EFMF系統架構

EFM Fiber Point to multi-point (EPON)

圖9. EPON系統架構圖

EPON 是一種點對多點的網路架構，包含一個CO端的設備OLT（Optical Line Terminal）與至多16個CPE用戶端的設備ONU（Optical Network Unit），由OLT接出的光纖經過一個被動元件Splitter分為多條光纖連接到ONU，在光纖中，上行（ONU到OLT）與下行（OLT到ONU） 的訊號分別跑在不同的波長以避免互相干擾，因此在OLT與ONU設備中，有WDM元件來作多工與解多工的動作。

在IEEE 802.3ah中，針對EPON定義了3種網路架構，圖10分別為：

(a) Single splitter topology

以一個1:16的splitter連接OLT與所有的ONU。

(b) Tree-and-branch topology

以多級的splitter連接OLT與所有的ONU。

(c) Hybrid media topology

混和點對點、點對多點、光與電的網路架構。

這三種網路架構可依據佈線區域的環境特性彈性使用。

圖10. 三種EPON網路架構

(a) 下傳資料

(b) 上傳資料

圖11. EPON

EPON 網路在下傳資料時是採用廣播的方式傳送，如圖11 (a)，OLT傳送的封包經過Splitter後，會使所有的ONU收到相同的封包，每個ONU再將不屬於自己的封包剔除。而在上傳資料時，如圖11 (b)，為了避免封包的碰撞，因此採用TDM的方式傳送，由OLT分配每一個ONU能夠傳送資料的時段，每一個ONU只能在分配到的時段中傳送資料，由於 EPON沒有封包分割與重組的機制，因此當傳送資料的時段中，所剩的時間不足以傳送下一個封包時，只能等到下一個時段再傳送。

(a)下傳

(b)上傳

圖12. PtP emulation

EPON網路是以LLID（Logical Link ID）與在OLT的多個MAC作到點對點模擬（Point to Point Emulation）的網路，如圖12 (a)所示，每一個ONU在OLT中都有一個對應的MAC，同時每一個ONU都有自己的LLID，當OLT要傳送資料給ONU 1時，會透過ONU 1對應的MAC傳送，同時OLT的PtPE會在封包中插入ONU 1的LLID，ONU的PtPE會檢查封包的LLID，只有與自己的相符時，才會往上傳送給MAC。當ONU要上傳資料給OLT時，如圖12 (b)所示，ONU的PtPE會在封包中插入ONU的LLID，OLT則會依照封包中的LLID將封包傳給ONU對應的MAC。

圖13. MPCP的封包格式

EPON 網路以MPCP（Multi-Point Control Protocol）通訊協定來達到ONU的自動發現（Auto Discovery）與動態頻寬分配（Dynamic Bandwidth Allocation），MPCP的封包格式如圖13所示，其中的Timestamp用來計算RTT，LLID則如圖14所示，插在802.3封包的 preamble部分，MPCP的opcode如表1所示，依照opcode的不同分為5種：

GATE

由OLT傳送給ONU，用來告訴ONU從什麼時候開始傳送資料，以及可以傳送多久的時間。

REPORT

由ONU傳送給OLT，依照802.1q用來告訴OLT它需要多大的頻寬，另外還有keep alive的作用。

REGISTER_REQ

由ONU傳送給OLT，用於ONU的自動發現。

REGISTER

由OLT傳送給ONU，用於ONU的自動發現。

REGISTER_ACK

由ONU傳送給OLT，用於ONU的自動發現。

圖14. LLID的位置

表4. MPCP的OPCode

圖15. ONU自動發現程序

MPCP有下列主要功能：

1. ONU自動發現

2. Ranging

3. 動態頻寬分配

ONU 的自動發現的流程如圖15所示，首先OLT發出廣播的Discovery GATE訊息，其中帶著Discovery window，告訴新加入的ONU什麼時候可以註冊，新加入的ONU收到後，在進入Discovery window之後，為了避免多個新加入的ONU同時註冊導致碰撞，因此要等一段Random delay之後，再發出REGISTER_REQ訊息跟OLT註冊，OLT收到後，會發出REGISTER訊息，其中帶著分配給該ONU的LLID，接著 OLT再發出標準的GATE訊息，然後ONU回REGISTER_ACT給OLT，至此完成ONU的自動發現。

圖16. Ranging示意圖

圖17. RTT的計算

圖16 中，不同ONU到OLT的距離可能不同，因此封包傳送的時間也會不一樣，如此在OLT分配各ONU的傳送時間時，可能會造成ONU上傳封包的碰撞，避免此 問題的方法稱為Ranging，OLT必須知道各個ONU封包傳送的RTT（Round-Trip-Time），如此一來，在OLT分配各ONU的傳送時 間時，透過RTT的修正，可以使不同的ONU到OLT的距離視同等距離。

RTT的計算方法請參考圖17，每當 OLT傳送GATE訊息給特定ONU後，當收到該ONU回應的REPORT訊息後，就能計算出該ONU的RTT。OLT在傳送GATE訊息給ONU時，會 將OLT的時間T1放入GATE訊息的Timestamp欄位中，當ONU收到該GATE訊息時，便將其時間設為T1，當要傳送REPORT訊息給OLT 時，會將當時的時間T2放入REPORT訊息的Timestamp欄位中，假設OLT收到該REPORT訊息的時間為T3，則RTT為：

RTT = (T3-T1) – (T2-T1) = T3-T2

由於每一個MPCP封包都有Timestamp欄位，因此OLT可以隨時修正每一個ONU的RTT。

MPCP 透過GATE跟REPORT訊息以Gating機制來達成動態分配頻寬的目的，圖18中OLT發出的GATE訊息會告訴ONU可以從什麼時候開始 （Start）傳送訊息，以及可以傳送多久的時間（Length），ONU收到該訊息後，會等到Start再開始傳送資料，直到Start + Length，此外，ONU也可以考慮其內部queue的狀態以REPORT訊息向OLT提出頻寬的需求，OLT可以依照各個ONU提出的需求以及傳送資 料時間的使用率來動態分配各個ONU的頻寬，另外，REPORT訊息也有keep alive的作用，當某個ONU很久沒有發出REPORT訊息時，OLT便可以將其視為已經移出網路。

圖18. Gating示意圖

EPON的標準目前由IEEE 802.3ah工作小組制定中，最新的草案為3.1版（2004年2月），預計於2004年7月完成，IEEE 802.3ah定義的EPON頻寬為1 Gbps，光纖的最大傳送距離為20公里，splitter最大為1:16。

Conclusion

由 於Ethernet提供了用戶端與固網業者很大的方便性，加上Ethernet又是目前最普及的網路接取技術，可以想見的未來EFM是寬頻接取技術中不可 或缺的一部分。目前由於EFMC中的系統的主要的晶片組接掌握在國外大廠的手中，而EFMF以及EPON的系統價格又取決於光的收發元件中，筆者認為台灣 的光電業者可以切入運用於EFM中的光學元件，而EFMC則需要與國外的晶片組大廠進行合作，來取得EFMC的商機。

Reference

http://www.efmalliance.org/

http://grouper.ieee.org/groups/802/3/efm/index.html

http://www.access.fujitsu.com/

http://www.woojyun.co.kr/

http://www.st.com/stonline/press/news/year2003/p1217d.htm

http://www.ttc.or.jp/

IEEE 802.3ah Ethernet in the First Mila Talk Force

ANSI/ASC T1E1.4

ETSI

作者簡介

郭萓侑

畢業於中山大學光電工程研究所博士班，目前任職於電通所光通訊網路技術部系統工程師。專長為光通訊網路系統及光網路監控技術。

江柏俊

畢業於國立中正大學電機所，現任於工研院電通所光通訊網路技術部工程師。專長於數位IC設計、高速電路設計及光通訊網路。

鍾志偉

畢業於國立中央大學機械工程研究所控制組，現任職於工研院電通究所光通訊網路技術部系統工程師。專長為視窗程式設計、手術定位系統、自動光學檢測、嵌入式系統設計與網路傳輸系統。