xpon技术及产品.ppt

河南联通培训中心 2011.5,中国联通接入网末梢维护,课程大纲,XPON概述 EPON技术 GPON技术 XPON产品,三 PON技术及产品,PON概述,Passive Optical Network 无源光网络,PON是无源光网络（Passive Optical Network ）的简称。 PON由光线路终端OLT（Optical Line Terminal）、光网络单元 ONU（Optical Network Unit）和无源分光器POS（Passive Optical Splitter）三部分组成。,PSTN,Internet,CATV,Optical Line Terminal 光线路终端,Passive Optical Splitter 无源分光器,Optical Network Unit 光网络单元,PON的主要标准,PON的主要标准技术比较,PON技术体制,EPON技术由IEEE标准化。其核心是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。 GPON由FSAN/ITU标准化（ G.984）。其目标是形成传输速率更高、更大分路比、能高效承载多种业务并具有更强大的OAM功能的宽带PON技术。GPON引入了一个全新的传输汇聚（TC）子层，并规定TC子层可以采用ATM和GEM两种封装方式。采用了125us的帧长及定时机制，将各种业务载荷（包括TDM和分组）都通过GEM封装入定长帧中，可以较容易的支持TDM和话音业务，并通过带宽指针为每一个ONU动态分配上行带宽,课程目标,华为技术,一 XPON概述 二 EPON技术 三 GPON技术 四 XPON产品,EPON的信道复用技术,EPON系统采用WDM技术，实现单纤双向传输。,1490nm,1310nm,OLT,ONU,EPON下行传输方式,下行工作波长范围:1480-1500nm 下行数据广播发送，每个ONU根据下行数据的标识信息LLID接收属于自己的数据， 丢弃其他用户的数据,EPON上行传输方式,上行工作波长范围:1260-1360nm 上行数据分时发送，各ONU的发送时间与长度由OLT集中控制TDMA的接入机制,1,1,3,2,3,1,2,3,Splitter,OLT,ONU1,ONU2,ONU3,2,特定ONU发来的分组,特定ONU发来的分组,EPON分层结构参考模型,（a）分层结构参考模型,(b)分层结构参考模型细化,物理媒质相关（PMD）子层,规定了1000BASE-PX10和1000BASE-PX20两种光模块： 目前的PX10/20光模块分别可以达到1:32的分路比和10/20公里的传输距离； 在物理层业务接口上，误码率小于等于10e-12。,EPON的关键技术,突发模式光收发器技术 帧结构 测距 动态带宽分配（DBA）机制,突发模式光收发器技术,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的接收机和ONU的发射机工作在突发模式!,EPON技术研究MAC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,EPON的关键技术MPCP控制帧,模式（Mode）：Broadcast或Unicast 逻辑链路标记（LLID）： max num32767 操作码（Opcode）： GATE（OLT发出） OLT控制ONU何时发送数据。 REPORT（ONU发出） ONU定期向OLT报告自己的状态。 REGISTER_REQ（ONU发出） ONU向OLT请求注册。 REGISTER（OLT发出） OLT向ONU确认ONU请求注册成功。 REGISTER_ACK（ONU发出） ONU向OLT确认ONU注册成功。,时间戳（Timestamp）：在发送MPCP PDU时，利用时间戳传递当前的时间信息，即本地时间寄存器值。,MPCP在OLT和ONU之间规定了一种控制机制来协调数据的发送和接收；,EPON测距,OLT与各ONU间的环路时延不同： 各 ONU距 OLT的光纤路径不同 各ONU元器件的不一致性 环境温度的变化和器件老化，环路延时也会发生不断的变化 测距是保证PON系统内ONU上行方向不发生时隙冲突的基础 测距包括静态测距和动态测距： 静态测距：用在新的ONU安装调试阶段、停机的ONU重新投入运行时，通过开窗测距技术获得往返时延，并对时延差异进行补偿 动态测距：应用于系统运行过程中，通过检测往返时延的变化对温度、光电器件老化等因素的影响进行补偿 测距要求 测距精度高，一般要求在全 12bit内 测距过程对运行中的其它ONU的影响最小，保证运行业务的QOS 测距范围大，即能提供的均衡延时大,EPON测距,RTT=(T3-T1)-(T2-T1)=T3-T2,GATE消息中含有“时间戳”，ONU用接收的时间戳刷新本地时间寄存器。OLT可以通过收到的REPORT消息计算出RTT，通过Gate Processing就可以控制ONU的数据帧发送。,RTT的计算：,ONU,Tx,Rx,Rx,Tx,T1,T1,T1,T2,T1,T3,(T3-T1),(T2-T1),T2,T2,GATE,GATE,REPORT,REPORT,OLT,动态带宽分配（DBA）机制,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发布上行业务授权 优点：实现高效的上行带宽利用率和服务质量保证,在周期n-1中，ONU发送REPORT消息给OLT，REPORT消息中包含ONU每个队列的数据流量情况。 在周期n中，DBA算法产生GATE消息，给每个ONU分配授权时隙。 在周期n+1中，ONU根据OLT分配的指定时隙进行数据传送。,ONU1,R,2,3,R,R,ONU1,R,2,3,R,R,Processing,G,G,G,Cycle n-1,Cycle n,Cycle n+1,Collection Stage,Calculation Stage,Activation Stage,EPON技术总结,与以太网系列标准兼容(标准为：802.3ah) 具有较强的运行管理和维护（OAM）能力 适合承载基于以太网的业务 以太网技术成熟且已大规模应用，设备成本低 EPON技术是当前FTTX的主要实现技术,课程目标,华为技术,一 XPON概述 二 EPON标准 三 GPON技术 四 XPON产品,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,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,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 PMD层规格要求 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标准协议,GPON 业务承载模型,GPON网络基本性能参数,上行1.24416 Gbit/s ，下行 2.48832 Gbit/s 是目前支持的主要速率，可升级到10G GPON,GPON复用关系,业务根据映射规则先映射到对应的GEM Port中，再映射到对应的T-CONT中进行上行传输。 GEM port可以灵活的映射到T-CONT中：一个GEM Port可以映射到一个T-CONT中去，多个GEM Port也可以映射到同一个T-CONT中。,GPON复用结构,IF pon：GPON接口 OLT一个PON接口下由多个ONU接入 不同的ONU用ONU-ID标识，在一个PON口下唯一，不同PON口之间独立使用,T-CONT:传输容器 是一种承载业务的缓存。ONU用来传输上行数据的单元，为解决上行带宽动态分配 每个ONU根据实际硬件不同，TCONT的数量不同 每个ONU用T-CONT ID来识别不同的缓存 OLT用ALLOCATE ID 来统一标识该PON口下的所有ONT的T-CONT,GEM Port：业务的最小承载单位 ONU和OLT之间数据传输的通道，不同的业务可以通过一个GEM port，也可以通过多个GEM port 传输 不同的GEM-PORT用Port-ID标识,Physical Control Block Downstream (PCBd),Payload,AllocID,Start,End,AllocID,Start,End,1,100,200,x,300,500,T-CONT1 (ONT 1),T-CONT x (ONT 2),Slot 100,Slot 200,Slot 300,Slot 500,PLOu,PLOAMu,PLSu,DBRu x,Payload x,DBRu Y,Payload y,Upstream Bandwidth Map,125us,Downstream Framing,Upstream Framing,AllocID,Start,End,y,501,650,1,x,y,T-CONT y (ONT 2),Slot 650,Slot 501,T-CONT x,T-CONT y,GPON帧结构,以太网业务在GPON中的映射方式,GPON系统对以太网帧进行解析，将数据部分直接映射到GEM Payload中去进行传输。 GEM帧会自动封装头信息。 映射的格式清晰，设备很好实现，兼容性好。,TDM,TDM data,Payload TDM fragment,HEC,PTI,Port ID,PLI,GEM Frame,Ingress buffer,TDM Buffer,TDM业务在GPON中的映射方式,TDM业务先导入缓存中进行排队，并且按照固定的字节数复用到GEM帧中进行传输。 这种方式不对具体的TDM业务进行感知，只进行透传处理。 GEM帧具有定长的特点，对TDM业务传输非常有利。,GPON关键技术,GPON保护,光模块 突发控制,上行 动态带 宽分配,下行AES 加密,GPON技术,为什么要测距？,各个ONU和OLT的距离都不一样，光信号在光纤上的传输时间不一样，到达各ONU的时刻不一样。 OLT给每个ONU分配不同的时隙来发送上行的数据，如何保证各ONU能够精确定位时隙？ 多个ONU的上行数据如何不冲突，实现帧同步？,OLT,ONU1,ONU2,ONU3,ONU4,测距原理,测距的过程： OLT通过Ranging测距过程获取ONU的往返延迟RTD（Round Trip Delay），计算出每个ONU的物理距离 然后指定合适的均衡延时参数EqD（Equalization Delay） Ranging的过程需要开窗，即Quiet Zone，暂停其他ONU的上行发送通道。OLT开窗通过将BWmap设置为空，不授权任何时隙来实现。,测距的结果,通过RTD和EqD，使得各个ONU发送的数据帧同步，保证每个ONU发送数据时不会在分光器上产生冲突 相当所有ONU都在同一逻辑距离上，在对应的时隙发送数据即可。,RTD1EqD1,RTD2 EqD2,RTD3 EqD3,ONU1,ONU2,ONU3,1,2,3,冲突,1,2,3,ONU的激活进程,激活进程在OLT控制下工作，ONU应答OLT启动的消息。 激活进程的大致步骤为： OLT开窗广播给所有ONU ONU上报序列码给OLT OLT分配ONU ID给ONU OLT和ONU进行测距（计算出TRD和EqD） OLT创建OMCI管理通道 OLT请求密码（可选) ONU上报密码（可选) 注册成功,测距确认,请求SN,GPON关键技术,GPON保护,测距,上行 动态带 宽分配,下行AES 加密,GPON技术,0# ONT,0# ONU,1# ONU,0# ONT,0# ONU,1# ONU,光模块突发控制技术突发发射,快速开启和关断能力 消光比大（10dB）,光模块突发控制技术突发接受,快速AGC Automatic Gain Control (动态范围 20dB) 快速时钟恢复,GPON关键技术,GPON保护,光模块 突发控制,测距,下行AES 加密,GPON技术,DBA概念,什么是DBA?(动态带宽分配) DBA是一种能在微秒或毫秒级的时间间隔内完成对上行带宽的动态分配的机制 为什么需要DBA？ 可以提高PON端口的上行线路带宽利用率 可以在PON口上增加更多的用户 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,SR-DBA的实现过程(状态报告）,DBA实现的基础T-CONT,带宽类型 FB,AB,NAB,BE。 T-CONT的5种类型 Type1,Type2,Type3,Type4,Type5。,T-CONTs ：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类型和带宽类型之间的关系,根据业务的优先级，系统对每个ONU设置SLA，对业务的带宽进行限制。 最大带宽和最小带宽是对每个ONU的带宽进行极限限制，保证带宽根据业务的优先级不同而不同，一般语音业务的优先级最高，视频业务优先级次之，数据业务的优先级最低。 OLT根据业务和SLA及ONU的实际情况进行带宽许可，优先级高的可以得到更高的带宽，满足业务需求。,GPON关键技术,GPON保护,光模块 突发控制,测距,上行 动态带 宽分配,GPON技术,为什么要加密？,GPON下行采用广播技术，同一PON口下的主干光线和分光后的数据都是一样的，每个ONU收到的数据都是一样的。如何保证ONU的数据不被其他ONU所获取解析？ GPON支持下行广播数据进行AES128加密处理 AES: 一种国际通用的加密算法 只对GEM帧中的Payload进行加密处理 GPON系统定期的进行AES密钥交换和更新，提高了线路数据的可靠性。,ONT,3,3,1,1,2,ONT,ONT,OLT,加密,解密,解密,解密,GPON系统的AES加密处理,密钥更换由OLT发起密钥更换请求，ONU响应并生成的新的密钥，ONU分两部分发给OLT，且重复发送三次 OLT收到了新的密钥后，开始进行密钥切换，将使用新的密钥的帧号通过相关的命令通知ONU（也是三次） ，ONU在相应的数据帧上切换校验密钥。,用户1,用户2,用户3,GPON关键技术,光模块 突发控制,测距,上行 动态带 宽分配,下行AES 加密,GPON技术,IFpon,IFpon,IFpon,2：N分光器,OLT,ONU#1,ONU#N,Type B OLT端口备份,IFpon,IFpon,IFpon,IFpon,1：N分光器,OLT,ONU#1,ONU#N,备用光纤,Type A 光纤备份,GPON网络保护Type A/B,设备没有任何备份措施. 主干光纤故障后，由人工切换至备用光纤. 业务肯定中断，中断时间取决于线路恢复时间. 如果到用户的线路故障，业务就会中断，无法备份。,OLT设备上有两个GPON接口. 仅限于主干光纤出现故障时，系统会自动切换到备用系统，实现了对骨干光纤的保护。 保护对象仅限于OLT与ODN之间的光纤故障和OLT单板硬件故障，对其他类型的故障没有涉及，可能存在严重安全隐患，无法满足客户需求。 无法定位故障。,IFpon,IFpon,IFpon,2：N分光器,OLT,ONU#1,ONU#N,Type C 全备份方式,IFpon,IFpon,IFpon,2：N分光器,GPON网络保护Type C,OLT和ONT上均有两个GPON接口。OLT的GPON接口要工作在1:1模式下。 一种全保护光纤倒换方式，OLT与ONU之间有完全不同的两条通路，可以保证各种故障都得到恢复 。 当ONU的主用PON口或用户线路故障时，ONU会自动将业务倒换到备用PON口上，业务通过备用线路和OLT的备份端口上行。业务基本不会中断。 实现难度较大，成本较高。 其中一个端口试种处于空闲状态，造成系统带宽利用率低。,IFpon,IFpon,IFpon,2：N分光器,OLT,ONU#1,ONU#N,Type D 混和备份方式,IFpon,IFpon,2：N分光器,1：2分光器,1：2分光器,GPON网络保护Type D,OLT上有两个GPON接口。OLT的GPON接口要工作在11模式下。 一种全保护光纤倒换方式，OLT与ONU之间有完全不同的两条通路，可以保证各种故障都得到恢复，包括无源分光器故障，链路都可以自动恢复 。 此种网络中支持ONU混合方式，可以是带一个PON口的，也可以是带两个PON口的，根据用户的实际需要选择。 实现难度较大，成本较高。,课程目标,华为技术,一 XPON概述 二 EPON技术 三 GPON技术 四 XPON产品,PON产品华为,（一）华为OLT设备简介,EPON OLT -MA5600T,20 个业务插槽 21” ETSI 机柜（机架） 直流电源冗余备份 主控板冗余备份,主控板 SCUB： 1G背板总线 SCUL ：10G背板总线,业务板 4 EPON 接口 满框支持16个EPBA业务板 上行板 GICD: 4*GE 光接口 SCUB支持 GICE: 4*GE 电接口 SCUB支持 GICF: 2*GE 光接口 SCUL支持 GICG: 2*GE 电接口 SCUL支持 X1CA: 1*10GE光接口 SCUL支持 X2CA: 2*10GE光接口 SCUL支持 FICB : 4*FE光接口 SCUB支持,支持EPON业务板，ETHA级联板 支持SCUB和SCUL两种规格的主控板,FE光口 100Base-FX GE电口 1000Base-Tx GE光口 1000Base-Zx 1000Base-Sx 1000Base-Lx,PON产品华为,业务端口 EPON 上行 1.25Gbit/s 下行 1.25Gbit/s 兼容 IEEE 802.3ah 光接口特性满足PX10/PX20 1:32 分光比 网络侧端口 10GE 光口 GE 光、电口 FE光口 维护端口 FE电口 RS-232 系统容量 支持 64 个EPON 接口 支持 2048 个EPON ONU,SCUL、SCUB: 主控板 EPBA: 4PON口的EPON业务板 GICD: 4GE 光接口上行板 GICE: 4GE 电接口上行板 X1CA: 10GE 光接口上行板 X2CA: 2 10GE光接口上行板 FICB : 4FE光接口上行板 PRTA: 电源板 CITA: 通用接口板,MA5600T 配置描述,PON产品华为,PON产品华为,（二） 华为ONU MA5620E-24在EPON接入系统中作为MDU设备，上行方向与OLT配合提供高速率、高带宽和高质量的数据、语音和视频业务，实现FTTN接入。能同时实现24个语音接入和24个宽带LAN接入。并能对业务实现优先级控制。MA5620E-24可以支持基于VoIP的POTS接入。基于以太网的LAN接入等多种业务接入方式。,MA5606T GPON/EPON上行 xDSL/POTS,MDU,插卡式,PON产品华为,MA5620/MA5626指示灯及说明,EPON终端,PON产品华为,HG850e概述 HG850e是一款基于EPON技术的ONU设备，可以提供网络电话、高速的Internet访问、在线视频点播、视频会议和大文件传输业务等。 HG850e的特性： 高速率：上、下行数据传输速率最大1Gbit/s。 可维护性强，提供多种指示灯状态，便于定位故障。 支持远程OAM管理，方便运营商远程业务发放、维护和管理 拥有友好的Web配置管理界面，操作简便。 传输距离远，可达20千米。,PON产品华为,PON产品华为,HG850e硬件特性,PON产品华为,HG850e状态指示灯,PON产品华为,HG850e功能特性,PON产品华为,HG850e功能特性,PON产品华为,HG850e功能特性,PON产品-中兴,局端设备OLT C200: 中小容量 OLT C220: 大容量 OLT MSAG 混插xPON单板 MSAN 混插xPON单板 DSLAM混插xPON单板 用户端设备ONU/ONT 完善的EPON和GPON终端系列 FTTB+LAN、FTTB+DSL接入单元 支持FTTH/FTTO/FTTB应用 支持语音、数据（有线、WiFi）、视频（IPTV/CATV）、TDM 业务,PON产品-中兴,应用场景 满足多种应用场景需求；重点是FTTB的PON+LAN和PON+DSL，FTTV，FTTO，FTTN，结合将来向FTTH演进过程； 技术选择 已标准化程度较高的EPON为主；以及较为成熟的LAN，ADSL2+；结合GPON，VDSL2以及将来10GPON和WDM-PON技术的发展； ONU形态 形态多样，满足不同场地和应用场景要求，满足室内、室外放置要求，以及设备混线等工程开通要求，接口丰富，满足宽带、窄带，以及多业务应用要求； 功能性能 满足运营商规范和国际标准规范要求；满足基本二层组网和多业务运营要求，满足部分三层网络和VPN网络业务要求；满足业务的性能转发要求； 管理维护 降低Opex，易开通、