中国电信FTTH基础知识培训.ppt

FTTH基础知识,内容提纲,一FTTH技术概述 （一）宽带接入技术简介 （二）PON系统基本原理 （三）FTTH在PON系统中的实现 FTTH 组网结构 （四）中国电信FTTH建设思路 二 EPON和GPON技术 三 PON系统多业务承载 四主流厂商光接入设备介绍,（一）宽带接入技术简介,目前主流的宽带接入技术主要有基于铜线接入的xDSL 技术、LAN 接入、无源光网络（主要是EPON、GPON）接入和WLAN接入等 xDSL接入技术：以铜芯电话线为传输介质、可同时实现语音和宽带数据传输的宽带接入技术 ，典型如ADSL、VDSL接入。 LAN接入：采用五类或超五类非屏蔽双绞线（UTP）连接到交换机的接入方式，速率可达10Mbit/s、100Mbit/s（FE）甚至于1000Mbit/s（GE）。 PON接入：无源光网络（PON）技术是目前最流行的宽带光纤接入技术，主要包括EPON和GPON接入技术 。 WLAN接入：WLAN采用无线方式提供宽带服务，WLAN的技术标准是IEEE 802.11a/b/g/n等，目前802.11g最大速率可达54Mb/s。,（二）PON系统基本原理,PON（无源光网络）是指OLT（光线路终端）和ONU（光网络单元）之间的ODN（光分配网络）全部采用无源设备的光接入网络 PON是一种点对多点（P2MP）的光接入系统，它能够节省光纤资源、ODN无需供电、用户接入方便和支持多业务接入，是运营商目前大力推行的宽带光纤接入技术，主要有EPON和GPON两种技术。,1. PON典型网络结构,PON系统主要由OLT、ODN和ONU三部分组成，其中ODN不包含有源设备，OLT至ONU之间通过光分路器 连接形成P2MP（点到多点）的结构,IMS/SS /2G/3G,Internet,城域网 /传输,OLT,分光器,流媒体,xDSL,监控,FTTB,10GE/GE,IPTV,PC,Phone,MDU,CPE,HG,IPTV,PC,Phone,FE,FTTB,FE,ONT,MDU,ONT,EOC合成器,有线电视网,CATV,FTTH,语音,数据,IPTV,监控,FTTB,Femto /微蜂窝,PON系统传输方式上行方向,上行方向为TDMA方式 各ONU上行数据分时发送，各ONU的发送时间与长度由OLT集中控制,PON系统传输方式下行方向,下行方向为广播方式 下行数据广播发送，每个ONU根据下行数据的标识信息接收属于自己的 数据，丢弃其他用户的数据,2. PON系统组成,PON系统的基本组成有： 局端的光线路终端（OLT）设备 ODN，指用于连接局端OLT设备和远端ONU设备之间的光分配网络，ODN只包含无源器件或设施 光网络单元（ONU/ONT）。,Passive Optical Network 无源光网络,OLT,ONU,Optical Line Terminal 光线路终端,Optical Network Unit 光网络单元,ONU,ONU,Passive Optical Splitter 无源分光器,ODN(光分配网络）,（1）OLT设备介绍,OLT是PON的核心功能模块，OLT在物理上一般以机架的形式呈现。机架式OLT（大型）采用插板式结构，功能复杂、容量大，实现难度高。包括如下板卡 接口板（或者称为线卡） 主交换板 主控板（主控和主交换板可能合在一个板卡） 上联板（GE/10GE） 盒式OLT（小型）：1U高一体化小设备：24个PON口，12个上联GE口.功能简单，容量小，实现容易,（2） ONU设备介绍,ONU位于用户终端和ODN之间，提供用户接口和多业务接入，ONU上联口（PON口）为光口，用户侧接口有： 以太网接口（FE GE） POTS接口（RJ11） E1接口 CATV接口 ONU设备框图如图所示，其中PON接口模块是核心部分，语音处理模块以VoIP的方式提供语音业务，CPU负责整个ONU的控制和管理（包括与OLT及网管的通信）。,FTTH ONU设备分类,ONU设备根据用户端的应用方式不同，可分为下列几种类型： （1）SFU（单住户单元）型ONU ：主要用于单独家庭用户，仅支持宽带接入终端功能，具有1或4个以太网接口，提供以太网/IP业务，可以支持VoIP业务（内置IAD）或CATV业务，主要应用于FTTH的场合（可与家庭网关配合使用，以提供更强的业务能力）。 （2）HGU（家庭网关单元）型ONU：主要用于单独家庭用户，具有家庭网关功能，相当于带EPON上联接口的家庭网关，具有4个以太网接口、1个WLAN接口和至少1个USB接口，提供以太网/IP业务，可以支持VoIP业务（内置IAD）或CATV业务，支持TR-069远程管理。主要应用于FTTH的场合。 （3）SBU（单商户单元）型ONU：主要用于单独企业用户和企业里的单个办公室，支持宽带接入终端功能，具有以太网接口和E1接口，提供以太网/IP业务和TDM业务。主要应用于FTTO的场合。,（3）ODN简介,ODN位于ONU和OLT之间，为OLT与ONU提供光传输手段，完成光信号的传输和功率分配任务。ODN通常呈树型分支结构，主要包含下列设备： 局端配线设施：光配线架等 光分配点设施：光配线架、光交接箱、光分线盒、光分路器、光分歧接头盒等 光用户接入点设施：光分路器、光分线盒、光分歧接头盒等 用户端接设施：用户智能终端盒、光纤信息面板 其他基本器材：光缆、光纤连接器、尾纤等,（三）FTTH在PON中的实现,根据光纤到达用户侧的位置不同,宽带光接入网的应用方式（建设模式）包括以下几种,这些模式统称为FTTx，主要包含： （1）FTTN ：Fiber To The Node，光纤到节点 （2）FTTZ ：Fiber To The Zone，光纤到小区 （3）FTTCab：Fiber To The Cabinet，光纤到交接箱 （4）FTTC ：Fiber To The Curb，光纤到路边 （5）FTTB： Fiber To The Building，光纤到楼 （6）FTTP： Fiber To The Premise，光纤到用户驻地 （7）FTTH： Fiber To The Home，光纤到户 （8）FTTO： Fiber To The Office，光纤到办公室 其中最主要的应用方式有FTTH、FTTB/C、FTTCab，FTTH、FTTO、FTTP 以全程光纤的方式实现最终用户的接入，是最为理想的宽带光纤接入方式。,FTTH典型组网结构,FTTH的典型组网结构如图所示，根据用户的不同业务需求及家庭布线情况，家庭网络可采用不同的家庭组网方式，既可采用有线也可采用有线+无线AP的接入方式，可方便灵活地接入语音、宽带数据、IPTV、WLAN等业务。,一FTTH技术概述 二 EPON和GPON技术 （一）EPON标准和规范简介 （二）EPON技术指标及关键技术 （三）GPON标准和规范简介 （四）GPON技术指标及关键技术 （五） ONU远程维护和管理 （六） EPON和GPON技术比较 （七）新一代PON技术介绍 三 PON系统多业务承载 四主流厂商光接入设备介绍,（一）EPON标准和规范简介,目前FTTH常用的PON技术为EPON和GPON,相同的拓扑P2MP光纤,BPON,EPON,GPON,封装协议不同,FSAN提出，ITU-T标准化 ATM封装 技术成熟 在北美有一定规模商用,IEEE 802.3标准 以太网封装 技术简单、成本低 标准较完善 技术成熟，已经规模应用,FSAN提出，ITU-T标准化 GEM封装 技术复杂，成本略高 标准仍在完善 已试商用和小规模部署,EPON技术简介,为了提高以太网在“最后一公里”的应用，IEEE EFM工作组2000年开始制定了802.3ah标准，其中包括EPON和P2P光纤以太网两种技术： 点到点光以太网：定义了速率100Mb/s、传输距离10km和速率1000Mb/s、传输距离10km两种点到点单纤双向光以太网系统。采用WDM方式实现单纤双向传输，上、下行分别使用1310nm波长和1490nm波长进行传输 EPON：在保留传统以太网体系结构基础上定义了一种新的应用于PON系统的物理层（主要是光接口）规范、一种新的MAC多点控制层协议（MPCP），以实现在点到多点无源光网络中的以太网帧的时分多址接入、一种运行维护和管理（OAM）机制。 中国电信EPON标准 MPCP补充 Triplechurning加密算法 Ethernet OAM扩展 产品的部分特性规格要求,（二） EPON标准和关键技术,OLT与ONU之间信号传输基于IEEE 802.3以太网帧 采用8B/10B的线路编码（8个数据比特编成10个线路比特），数据速率为上下行对称1Gbps,线路比特率为上下行对称1.25Gbps 支持1：64的分光比和10或20公里的传输距离 采用WDM方式实现单纤双向传输，上、下行分别使用1310nm波长和1490nm波长进行传输 以MAC控制子层的MPCP（multi point control protocol）机制为基础，MPCP通过消息、状态机和定时器来控制访问P2MP的拓扑结构 P2P仿真子层是EPON/MPCP协议中的关键组件 提供了一种专门的运行管理和维护（OAM）机制，实现对链路监控、远端环回，并可以进行扩展以实现业务层管理功能,EPON系统WDM方式,EPON系统采用WDM技术，实现单纤双向传输。,EPON关键技术1：突发模式光收发器技术,突发模式光收发器技术 OLT的接收机和ONU的发射器工作在突发模式 OLT光接收机的快速功率恢复 要求OLT在每个接收时隙的开始处迅速调整0-1判决门限 ONU光发射机的突发发射和关断 为抑制自发散射噪声，要求ONU的激光器能够快速的冷却和回暖 OLT光接收机的突发同步技术 上行接收数据相位的突变要求OLT的接收机工作在突发模式接收状态 OLT还要进行大范围的自动增益调整（AGC）,EPON关键技术2：EPON帧结构,前导码 8Bytes,DA 6Bytes,SA 6Bytes,长度/类型 2Bytes,数据 461500Bytes,填充 不定,FCS 4Bytes,传统以太网MAC帧,EPON MAC帧,第5字节的第6、第7比特被中国电信和国内用于搅动信息标识字段（Enc）,EPON关键技术3：动态带宽分配（DBA）,动态带宽分配 相对于静态带宽分配（SBA），DBA是指OLT基于用户的业务等级协议（SLA），结合ONU的本地队列状态的汇报或者业务预测,动态的给ONU分配上行带宽的技术 优点：实现高效的上行带宽利用率和保证业务的公平性和QoS DBA是采用轮询ONU的方式，图示为一种DBA的机制,（三）EPON系统保护和数据安全,EPON系统中，OLT是关键性的设备，OLT至光分路器之间的光链路也至关重要，因此在实际中需要采取保护措施，系统保护主要有两种 OLT的设备级保护 OLT至ONU之间的光链路保护。 OLT的设备级保护功能 主控板的11冗余保护，保护时间应为秒级甚至亚秒级 OLT设备应配2个电源模块，形成11冗余保护，并做到业务无中断的电源切换（业界普遍采用分布式供电，电源倒换一般对业务无影响） OLT支持对板卡和终端配置信息的保护，能够在板卡或中端重新上线后的自动配置恢复 OLT板卡热插拔,1. 光链路保护倒换功能,对商业客户而言，OLT到ONU之间的光纤链路保护是其比较重要的需求之一 光链路的保护有赖于光纤的双路由，主要有四种方式。前两种只需要主干光纤双路由，后两种种需要全程双路由 光链路保护主要有四种实现方式：类型a,类型b,类型c和类型d,详细定义了4种光链路保护的类型，OLT应支持类型a或类型b，应支持类型c和类型d。ONU可选支持类型c和类型d,光链路保护功能要求,类型a：业务中断时间应小于150ms,类型b：业务中断时间应小于150ms,类型c：业务中断时间应小于200ms,类型d：业务中断时间应小于50ms,2. PON接口数据安全性,下行数据安全性 因为PON的多点广播特性，所有的下行数据都会被广播到PON系统中所有的ONU上。如果有一个匿名用户将它的ONU接收限制功能去掉，那么它就可以监听到所有用户的下行数据，这在PON系统中称为“监听威胁” PON网络的另一个特点是，网络中ONU不可能监测到其它ONU的上行数据 在PON上解决安全性的措施是OLT对下行信息加密（包括所有的数据帧和OAM帧） 系统应针对每个LLID进行搅动，每个LLID有独立的密钥。 加密的核心问题包括： 加密算法 密钥的产生和传递 密钥的更新与同步,PON接口数据安全性,下行数据安全性 加密算法： AES-128;安全性很高，但不符合国内的商用密码管理条例 Churning；安全性较低，简单 TripleChurning：中国电信的专利技术，提高了churning的安全性中国电信采用Triple Churning算法 密钥是ONU由上行用户数据中提取的3字节数据与3字节随机数Exclusive OR (XOR)异或相加的结果 密钥由ONU以OAM消息的方式传送给OLT，OLT利用这个密钥根据特定的加密算法对下行数据进行加密 密钥更新：密钥必须周期性更新 密钥同步：因为密钥需要定期更新，所以需要一个同步机制，使ONU能够知道当前使用的哪个密钥,3. ONU认证方式,由于EPON系统采用点到多点的拓扑结构，网络管理系统难以从物理端口上判断ONU的合法性。为防止非法ONU接入EPON系统，应提供ONU认证功能。 主流实现方式： 基于MAC地址的认证 基于ONU的MAC地址对ONU合法性进行认证 基于逻辑标识的ONU认证 采用ONU的逻辑标识码（LOIDPassword或者SN）进行合法性认证 混合认证模式 同时支持基于MAC地址的ONU认证方式和基于逻辑标识的ONU认证方式,（四）GPON标准和规范简介,GPON (Gigabit-capable Passive Optical Networks,吉比特无源光网络) 是由FSAN (Full Service Access Network Alliance,全业务接入网络)组织推动并在ITU-T标准化的一种无源光网络技术，2001年发起制定的PON标准。 ITU-T 于2003年开始发布GPON标准G.984系列标准。包括：G.984.1、 G.984.2 、G.984.3、G.984.4、G.984.5和G.984.6六个部分,ITU-T G.984.3 GPON TC层规格要求 GTC复用结构及协议栈介绍 GTC帧结构介绍 ONU注册激活流程 DBA规格要求 告警和性能,主体部分规范 ITU-T G-984.1/2/3/4,产品开发简单 产品兼容性强,ITU-T G.984.1 GPON网络参数说明 保护倒换组网要求,GPON标准和规范,ITU-T G.984.4 OMCI消息结构介绍 OMCI设备管理框架 OMCI实现原理简述,ITU-T G.984.2 ODN参数规格要求 2.488Gbps下行光接口参数规格要求 1.244Gbps上行光接口参数规格要求 物理层开销分配,GPON标准和规范,G.984.1GPON的总体要求 2003年3月发布最初版，2008年发布更新版，其修订1于2009年10月发布。千兆比无源光网络GPON的一般特性 G.984.2 GPON的PMD层要求 2003年3月发布最初版，2006年2月和2008年3月分别发布了修订1和修订2。千兆比无源光网络物理媒质相关PMD子层规范 G.984.3GPON的TC层要求 2004年2月发布最初版， 2008年3月发布更新版，2009年2月和11月分别发布了更新版的修订1和修订2。千兆无源光网络的传输汇聚子层规范 G.984.4GPON的OMCI要求 2004年6月发布最初版， 2008年2月发布更新版，2009年6月和11月分别发布了更新版的修订1和修订2。千兆无源光网络的终端管理与控制接口规范 G.984.5GPON增强带宽 2007年9月发布最初版，未来在G-PON系统中利用WDM技术为新增业务信号提供预留波长，为此定义波长范围，使光分配网ODN的价值最大化 G.984.6 GPON距离延伸 2008年3月发布最初版，概括了利用物理层距离延伸装置实现距离延伸的G-PON的体系架构和接口参数，最大距离距离可达60km，损耗预算超过27.5dB,GPON主要技术指标,GPON系统的速率包括2.5Gbit/s、上行1.25Gbit/s非对称和上下行2.5Gbit/s对称两种，目前的设备通常实现非对称速率 GPON物理层传输距离20km(10km可选)，可支持1：64的分光比 GPON采用波长复用技术实现单纤双向传输，上行波长范围为12901330nm(标称波长1310nm)，下行波长范围14801500nm(标称波长1490nm) G.984.5为GPON的波段扩展，提出了3个扩展波段，同时对上行波长范围提出了增强的要求。G.984.6为GPON扩展了传输距离：60km GPON采用高效的GEM封装方法 丰富的ONU管理控制接口（OMCI）功能 多种业务类型及其完善的QoS保证架构,GPON系统的关键技术,GEM（GPON封装方法）技术 复用技术 TC帧结构 基于T-CONT的服务质量控制 OAM&OMCI DBA,GPON系统的关键技术(1),GEM（GPON封装方法）技术 GEM来源于通用成帧协议GFP(ITU-T G.7041)，是一种应用于GPON系统的、面向连接的、帧长可变的封装方法，支持对以太网、TDM、SDH、IP、MPLS等多种用户数据帧的封装，支持对用户数据帧的分段,GEM,GFP,GPON系统的关键技术(2),复用技术 上行方向，采用GEM Port、T-CONT和ONU三级复用结构。每个ONU可包含一个或多个T-CONT，每个可由一个或多个GEM Port构成 下行方向，采用GEM Port和ONU两级复用结构。OLT将数据流封装到不同的GEMPort中，ONU根据GEMPort接收属于自己的数据流,GPON系统的关键技术(3),GPON下行TC帧结构 帧头，下行物理控制块PCDd GTC净荷,下行物理控制块,物理同步（Psync）域来确定帧起始位置,Ident域用于指示更大的帧结构,携带的比特间插奇偶校验信息覆盖了所有传输字节,下行净荷长度域指定BWmap的长度,数组中的每个入口代表分配给某个特定T-CONT的一个带宽,传递OUN和OLT间OAM功能信息,GPON系统的关键技术(3),GPON上行TC帧结构 开销 物理层上行开销（PLOu，the Physical layer overhead upstream） 物理层上行OAM（PLOAM） 上行功率电平序列（PLSu，the power levelling sequence upstream） 上行动态带宽报告 (DBRu) GTC净荷 由GEM帧组成,GPON系统的关键技术(3),GPON上行TC帧开销 物理层上行开销（PLOu，the Physical layer overhead upstream） 前导码、定界符、ONU-ID、BIP、Ind 物理层上行OAM（PLOAM） 承载上行PLOAM信息 上行功率电平序列（PLSu，the power levelling sequence upstream） ONU用来功率控制测量 上行动态带宽报告 (DBRu) DBRu包含与T-CONT实体相关的信息,GPON系统的关键技术(4),GPON DBA GPON系统采用SBA+DBA的方式来实现带宽的有效利用 TDM业务通过SBA指配带宽以保证其高QoS 其他一些业务可以通过DBA来动态分配带宽 DBA的实现与QoS的保障机制有密切关系 GPON通过状态的上报以及OLT业务监视(非状态上报)支持动态带宽分配 GPON的状态上报DBA存在3种机制 PLOu-State Ind DBA DBRu-Piggy-back DBA Payload DBA DBA功能的实现机制主要包括： OLT或ONU进行拥塞检测 向OLT报告拥塞状态 按照指定参数更新OLT分配带宽 OLT按照新分配的带宽和T-CONT类型发送授权 DBA操作的管理,GPON系统的关键技术(5),T-CONT带宽 T-CONTs(Transmission Containers)：动态接收OLT下发的授权 ，用于管 理PON系统传输汇聚层的上行带宽分配，改善PON系统中的上行带宽。 T-CONT的带宽类型分为FB,AB,NAB,BE。 T-CONT的5种类型，Type1,Type2,Type3,Type4,Type5,GPON系统的关键技术(5),T-CONT类型和带宽类型之间的关系 Type1类型的T-CONT为固定带宽型，主要针对延时敏感的业务和优先级高的业务，如语音业务。 Type2，type3类型的T-CONT为保证带宽型，主要针对视频和优先级高的数据业务。 Type4为尽力而为类型，主要对Internet，email等数据业务，优先级比较低，此类业务对带宽需求不大。 Type5为综合型的T-CONT类型，包括所有的带宽类型，可以承载所有业务。,（五）ONU远程管理和维护,PON系统中，OLT设备一般放置在局端机房，ONU放置在靠近用户侧的地方，如何实现ONU与OLT之间的运行管理和维护功能是非常重要的。特别是OLT对ONU的远程管理。 OLT对ONU的远程管理。 EPON的OAM协议提供了OAM实体之间的运行、管理和维护信息的交互，OAM功能由OAM协议数据单元在OLT和ONU之间承载。就OAM功能而言，OLT与ONU是主从关系：OLT处于Active模式，ONU处于Passive模式。 OAM协议定义了事件通告（Critical link Event、link event）、loopback、机构扩展等机制，OAM能力也需要一个发现机制：OAM发现提供了 一个OLT和ONU双方互相探测对方OAM子层是否存在的机制。 OAM是一个slow protocol，每对实体间每秒最多发送10帧；OAM也有一个keepalive机制（每秒最少向对等实体发送一个OAM帧），如果5s没有收到对等实体的OAM帧，则认为OAM链路中断，重新开始OAM发现过程。,（六）EPON和GPON技术比较,EPON和GPON作为当前主流的两种PON技术，在运营商构建宽带光纤接入网中得到广泛的应用。 下图展示了EPON和GPON技术未来发展的方向、各自的协议栈及支持的业务类型。,GPON和EPON的主要技术指标对比,（七）下一代PON技术,下一代EPON技术（10G-EPON） IEEE 802.3 av 规定了10Gb/s 下行、1Gb / s 上行的非对称模式(10/1GBASE -PRX )和10Gb/s 上下行对称模式(10 GBASE - PR ) 两种速率模式,10G-EPON技术(1),10G-EPON标准 标准 IEEE802.3av，2009.9发布 在1G EPON标准基础上增补 主要改进 定义了新的PMD子层（光接口） 对MPCP协议进行增补，扩展了ONU的发现方式，支持不同速率ONU的共存 采用了新的编码方式和FEC,10G-EPON技术(2),10G-EPON工作波长 10Gb/s下行：15751580nm（1577nm） 10Gb/s上行：12601280nm（1270nm） 1Gb/s上行： 12601360nm（1310nm）,10G-EPON PON技术(3),不同速率信号的共存（物理层） 下行：10G与1G信号以WDM方式共存 上行： 10G与1G信号以TDM方式共存,多点控制协议增补（数据链路层） OLT为不同类型的ONU打开不同的发现窗口 10G、1G注册采用不同的广播LLID,XG-PON技术（1）,XG-PON技术特点之一 作为下一代的GPON技术，XG-PON（10-Gigabit Passive Optical Network）系统采用了更高速率的传输技术 XG-PON1的速率为10Gbit/s下行、2.5Gbit/s上行 X