宽带无源光纤接入介绍.ppt

无源光纤接入网技术,接入网概述,接入网概念 用户接入网（AN）是由业务节点接口（SNI）和相关用户网络接口（UNI）之间的一系列传送实体。,AN,普通电话POTS,ISDN,专线LL,无线 RADIO,视频 VIDEO,交叉连接器,本地交换机,广播电视,ATM节点,交互式电视,SNI,UNI,接入网分类,有线接入 铜线 HDSL ADSL 铜线光线混合接入 HFC 光纤接入 有源光纤 无源光纤 无线接入,有源光纤接入技术与无源光纤接入技术比较,有源光纤接入技术与无源光纤接入技术的主要区别在于网络的组成上 有源光纤接入在光路分支时，采用有源技术来完成,远端机,局端机,远端机,远端机,有源设备,无源光纤网络（PON）,PON（无源光网络）技术是一种点对多点的光纤传输和接入技术，下行采用广播方式、上行采用时分多址方式，可以灵活地组成树型、星型、总线型等拓扑结构，在光分支点不需要节点设备，只需要安装一个简单的无源光分路器，光信号在传输过程中不再经过放大和再生，网络的分路由光分路器来实现。 PON的优点是：宽带化、业务综合化、灵活的组网能力、低成本。,无源接入技术,无源接入技术在网络分支时，采用无源光学器件来完成信号的分离和汇总。,分光器,局端机,远端机,远端机,无源器件,远端机,分光器,无源接入网技术方案,采用时分复用、时分多址和波分复用技术 节点采用无源光器件，根据网络特点来配置，组网方便灵活 光网络不含有源器件，完全透明,目前，无源光纤接入技术已是业界公认的光纤接入网主要发展技术之一，特别适合中小容量用户接入支线网。,无源光纤网络接入技术,无源光纤网络接入技术演进和关键技术,无源光网络技术演进,对PON技术的研究始于20世纪80年代后期 窄带（PON） 利用PON技术来传输基于64kB/s或ISDN基本速率的窄带交互式业务。 APONATM+PON 到20世纪90年代中期人们普遍认为ATM技术是最适合多业务的协议,而PON则是最经济的宽带接入方式,所以将ATM技术和PON技术相结合就成为实现在单一接入平台进行宽带接入的理想途径 EPON Ethernet+PON 随着以太网向城域、骨干网的渗透，EPON把Ethernet和PON技术结合起来，克服了APON缺乏视频传输能力、带宽有限、系统复杂、价格昂贵等缺点，成为IP/Ethernet有效接入手段受到广泛重视,APON,90年代中期由FSAN集团提出，在一个通用、快捷的宽带接入系统上同时提供宽带和窄带服务，如IP数据，视频，10/100以太网、话音以及TDM业务，通过光纤在世界范围内传送。 ATM技术具有支持多业务、多比特率的能力，ATM接入系统能够完成不同速率的多种业务接入，它既能提供窄带业务，又能提供宽带业务，即能提供全业务接入。 1998年起，ITU-T分别通过了FSAN提交的APON线路接口标准G.983.1草案、控制通道标准G.983.2、支持CATV等下行业务的附加下行波长标准G.983.3以及有关ONU带宽分配、保护机制的G.983.4和G.983.5标准。,APON传输技术,在OLT到ONU下行方向采用TDM方式，以广播方式送至每一个ONU，ONU根据自己的地址接收自己的信息。,APON下行传输,APON传输技术,ONU到OLT的上行信号的传输采用先进的TDMA技术。,终端用户1,终端用户1,终端用户1,OLT,ONU1,ONU2,ONU3,APON上行传输,APON关键技术,高精度的测距技术 高速突发同步技术 动态带宽分配算法 大动态范围光信号收发技术,APON关键技术高精度的测距技术,对OLT而言，各个不同的ONU到OLT的距离不相等；OLT与各ONU间的环路时延还会随时间和环境而变，因此会引起上行信元的碰撞。为防止碰撞，可通过实时测量每个ONU和OLT间的环路时延，ONU调解发送时延，插入相应的均衡时延Td，使所有ONU到OLT的逻辑距离相同。 测距方法：扩频法、带外法和带内开窗法。 按照测距时ONU上有、无业务，又分为静态测距和动态测距。,APON关键技术高速突发同步技术,由于上行为多点到一点的TDMA方式，测距程序的精确度有限（一般为1bit），不同ONU发送的突发时隙之间有几bits的防护时间。时隙之间有相位突变，OLT必须能在很短的时间（几个bits）内实现相位同步。在传送帧结构中加入同步保护字，OLT接收机迅速恢复从不同节点传来的每个突发信号的正确时钟，在上行信元到达OLT的前几个bits内实现快速突发比特同步。,APON关键技术动态带宽分配算法,动态带宽分配(DBA)算法是实时地改变各ONU上行带宽的机制。由于数据业务的带宽不确定性，如按峰值速率静态分配带宽则整个系统带宽很快就被耗尽，带宽利用率很低；而DBA根据各ONU的业务情况动态分配带宽，使带宽利用率大幅度提高，同时系统可以根据用户优先级设置不同的服务等级。,APON关键技术光信号收发,OLT光接收机必须能够适应不同ONU信号的不同光功率。接收机需要有一个很大的动态范围，并设定门限，以最快的速度来判决。而每个ONU发射机的输出功率也可以根据本节点的路径损耗进行调节，从而降低OLT接收机动态范围的要求。另外，与常规的光纤通信激光器相比，ONU激光器要求有良好的消光比。,APON,APON在FSAN（全业务接入网）中得到了应用，但它同目前广泛采用的IP技术，特别是以太网技术的结合并不理想，诸如IP/Ethernet over APON的技术复杂性、传输效率、网络管理等，都有不尽人意之处。,EPON,IEEE于2000年底成立了EFM工作组(EthernetintheFirstMileStudyGroup),试图引入一种新的接入技术标准EthernetPON(简称EPON). 利用PON的拓扑结构实现以太网的接入 EPON与APON物理结构相似，并同样可通过CWDM、TDM技术实现双向、点对多点的通信，其最大的区别是前者通过不定长的802.3以太网帧来提供多种业务，帧长从64字节到1518 字节 .,EPON的优缺点,优点： 与现有以太网的兼容性. 以太网技术,是迄今为止最成功和成熟的局域网技术.在WAN和LAN连接时将减少APON在ATM和IP协议间转换. 高带宽. 根据目前的讨论,EPON的下行信道为百兆/千兆的广播方式,而上行信道为用户共享的百兆/千兆信道.这比目前的接入方式,如Mo-dem、ISDN、ADSL甚至APON(下行622/155Mbit/s,上行共享155Mbit/s)都要高得多. 低成本. 组网灵活 主要的技术挑战在于如何加强QoS，使其可提供和ATM、SDH相同品质的实时服务 .,本项目宽带无源光接入设备技术特点：,本项目所研究的宽带PON设备（Broadband PON,简称BPON），是结合APON、EPON两种技术的特点，提供多种混合业务的单一网络传输平台。 以太网数据和多路E1数据的统一传输， 动态分配带宽，利用以太网数据的突发特性对传输信道采用统计复用，提高带宽利用率。 采用基于Ethernet的成熟技术，避免APON复杂的成帧、管理等处理，大量，提高系统构成的性价比。,BPON系统的主要技术指标：,OLT（光纤线路终端）网络侧接口： 1个10BaseT/100BaseTx/1000BaseTx自适应接口 2个10BaseT/100BaseTx自适应接口 可扩展E1接口（最多96个）； 一个155Mb/s ATM接口 ONU（光网络单元）用户网络侧接口 可选的10BaseT/100BaseTx自适应接口(最多2个)、可扩展E1接口（最多4个）； 支持不少于1:16的分支能力，即单个OLT可接入16个ONU； OLT到ONU的最大距离为20km； 部分提供2层交换/桥接和VLAN功能（802.1）； 采用单根单模光纤，波分复用技术，上行波长1550nm，下行1310nm； 传输误码率10-10； 基于SNMP或WEB的图形化网管系统。,主要进行的研究工作,数据适配和多优先级复用 以太数据桥接/交换 VLAN的配置和实现 E1业务定时恢复 动态带宽分配 OAM数据结构 突发光接收和快速同步技术 精确测距技术 基于SNMP或Web的网管,BPON研究工作进程,本项目研发历时三年，分五个阶段完成： 第一阶段：方案论证(2001.62001.9，) 针对各项关键技术和创新难点，设计出一套满足要求、切实可行的实现方案 第二阶段：子系统电路及软件设计(2001.102002.6) 各模块电路基本成形、软件编写完成，并进行性能测试， 第三阶段：部件生产及调试(2002.62002.12) 完成一个OLT、四个ONU产品样机的生产及初步调试， 第四阶段：软、硬件联调和指标测试(2003.12003.6) 对样机进行软硬件联调，可靠性现场实验及测试，并对其进行完善， 第五阶段：现场试验 (2003.72003.12) 13个试验点，进行现场试验，验证设备可靠性和各项技术指标。,本项目近期需进行的工作,1）完善系统设计，增强各子系统电路和软件功能，提高系统可靠性和稳定性； 2）基于WEB的图形化网管系统； 3）专用集成电路设计芯片，进一步降低设备成本； 4）完善批量生产图纸资料、工艺流程； 5）建立专用生产线；,信息高速公路第一公里,各种接入技术比较,第一公里技术选择比较 : 光纤到大楼(FTTB),20 Fibers, 10 CPEs,PT. - to - PT. TRANSPORT,SDH 对每个CPE都是点对点地传输 需要一个支路板加上一个交换机接口板,Switch,PORTS,SDH/SONET,Under- utilized,传统的 SDH方案,一个POP点规划接入多少座大楼 ？需要多少对光纤？ 如何解决FTTB的规模接入？,传统的 SDH方案特点：,点对点的媒体 * 对每个CPE都要一对光纤 结构性的带宽 (形成通道) 通道间不能共享带宽 无 QoS 价格贵 *对应每个用户设备（CPE）在SDH和CO交换机上都需要专门的插板，高价格低利用率,光纤到大楼(FTTB) ： BPON 方案,NIM,cards,Switch,PORTS,OC3c/155ATM,FULLY,UTILIZED,到多座大楼只要 一根光纤！,只要1至2个接口板，利用率高，成本低。,TW600,无源分光器,便于迅速扩充新用户。,BPON光纤到大楼 ： 点对多点的媒体（点到32点） * 对多个大楼只用一根光纤（双向622M传输） 非结构性的带宽 带宽在整个光纤上共享（DBA） 具有ATM的业务质量QoS 成本低 容易扩充新的站点 *每个PON在本地交换局只要一个插板 以最少的插板和最充分的利用率接入交换机,成本比较 SDH 和 BPON,BPON的成本节省: 较少的运行维护成本 (分光器是无源的) 较少的使用光纤，这意味作： 若光纤是自己的，则有更多的光纤可用到其它用途 若光纤是租用的，则多点租用成本更低 CO局设备接口更少花费较低 ATM交换机接口更少花费更低 PON 比SDH的连接有更充分的利用率,实施BPON 的成本效益： 与SDH比较能够节省25%至50%的综合成本 ！ （与使用的SDH及DSLAM配置有关）,国内现有的 xDSL 解决方案,DSLAM,ADSL Modem,ADSL Modem,ATM交换机,交接箱,分线盒,铜线,ADSL Modem,CO局 / POP点,路边/小区,大楼,ADSL 优点：利用已有的铜线资源，在用户原来的电话线上开通ADSL宽带业务。 缺点：距离增加，带宽减少；线路质量降低, 距离和带宽也降低。 结果： 线路情况多变，线路质量不一致，需选线使用; 业务和质量都不能保证。 8M的ADSL带宽往往只能开到2M以下（512K-1.5M）。,第一公里技术选择比较 : Xdsl技术,推荐解决方案： BPON + xDSL,xDSL Modem,ATM交换机,DSLAM,xDSL Modem,xDSL Modem,DSLAM,一根光纤,大楼,Co局 / POP点,OLT,ONU,ONU,铜线,BPON + ADSL 基于光纤到大楼或路边（FTTB/C）, 采用符合发展方向的BPON新技术。 光纤向用户延伸, 铜线保持在100米至200米以内，能保证xDSL的全部带宽和质量，并能延伸和扩大ADSL用户的覆盖范围。 PON上所有的用户和业务都有服务质量控制（QoS），并有极好的带宽保证。 远端DSLAM通过BPON传输, 比远端DSLAM通过SDH传输更有利：BPON是点到多点传输， SDH是点到点传输；BPON更能节省光纤和局端设备的接口，系统综合成本低；BPON有利于未来带宽升级。,大楼,成本比较：支持 40 个DSLAM的 SDH与 BPON,H-ONT,BPON的点到多点汇聚,E3 ATM,E-3,每个系统 40 个 DSLAMs,接入40座大楼，只要 4 根光纤 ！,只要一个交换机端口板！,第一公里技术选择比较 ： FTTx + LAN,千兆以太网 到 小区， 百兆以太网 到 大楼， 十兆以太网 到 用户。,国内现有的 IP接入典型方案,宽带IP城域 骨干网,千兆三层交换机,带网管的机架式光电介质转换器,带千兆上行链路的网管二层交换机,带网管的机架式百兆光电介质转换器,千兆光电介质转换器,百兆光电介质转换器,百兆光电介质转换器,百兆三层交换机,带网管的用户端百兆二层交换机,带网管的用户端百兆二层交换机,百兆光电介质转换器,带网管的用户端百兆二层交换机,百兆光电介质转换器,带网管的用户端百兆二层交换机,小区,大楼,大楼,大楼,大楼,CO / POP,GE,FE,FE,FE,FE,认证/计费/业务 服务器,10BaseT,10BaseT,10BaseT,DSLAM,ADSL路由器,ADSL路由器,接入大楼增多后 形成瓶颈 ！,接入大楼增多后形成瓶颈 ！,接入网增加了一层交换设备，这增加了成本，降低了可靠性，并使维护管理更加复杂。,大楼需要nE1怎麽办？,采用 BPON 的 IP 接入新方案,宽带IP城域 骨干网,千兆三层交换机,百兆三层交换机,CO / POP,认证/计费/业务 服务器,GE,GE,GE,FE,10/100BaseT,10/100BaseT,10/100BaseT,10/100BaseT,155PON,622PON,一根光纤,一根光纤,大楼,大楼,大楼,大楼,OLT,ONU,ONU,ONU,ONU,4E1,4E1,4E1,4E1,用户端二层交换机,10BaseT,用户端二层交换机,用户端二层交换机,10BaseT,小区,DSLAM,ADSL路由器,ADSL路由器,能同时解决nE1实时业务的传送!,优化了网络，降低了成本，提高了效率，增强了性能。,电话网 DDN网 GSM 移动网,155SDH 或 NE1,TW300,TW600,TW600,千兆以太网到大楼 ：成本比较 吉比特以太网 (GigE),要求: CO 局GigE交换机需要5个插板; 5 座大楼需要5个具有GigE 插板 的LAN交换机; 到每座大楼要两根光纤,要求: CO 局GigE交换机只要1个插板; CO 局OLT 只要 1个PON控制板 ; 5 座大楼需要5个具有 10/100BaseT 插板的路由器; 5 座大楼需要5个 ONT ; 只需一根光纤,BPON,千兆口路由器,GigE 交换机,千兆口路由器,千兆口路由器,千兆口路由器,千兆口路由器,10/100兆路由器,10/100兆路由器,10/100兆路由器,10/100兆路由器,10/100兆路由器,GigE 交换机,比上图中的千兆接 口路由器 更便宜,GigE 交换机只要1个插板,只需一根光纤，一个光板,SDH 传输网络,OLT,ATM 交换机,IP 城域网,PSTN 交换机,ONT,155TDM 或 NE1,155ATM,ONT,ONT,ONT,4 * E1 1 * 10/100以太网,12 * E1 5 * 10/100以太网,20 * E1 1 * 10/100以太网