基础培训课件

PON基础,讲师: 吴艳芹 联系方式:88158585 EMAIL:,光接入网概述,PON协议分析,PON关键技术,PON系统的管理和业务发放模式,PON基本概念,GPON承载的基本业务,目录,本章主要讲述了PON网络的基本概念和工作原理，帮 助您对PON网络有个初步认识。通过本章的学习您将 了解到PON网络的基本架构和上行、下行的工作原理。,PON基本概念,PON基本概念,什么是PON?,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,Passive Optical Splitter 无源分光器,PSTN,Internet,CATV,ONU,ONU,PON是一种点到多点（P2MP）结构的无源光网络； PON是无源光网络的简称（Passive Optical Network ）； 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）组成；,Passive Optical Splitter 无源分光器,GPON（Gigabit-capable Passive Optical Networks） GPON支持Tripleplay业务，可提供全业务竞争方案 GPON支持高带宽传输，可以有效解决双绞线接入的带宽瓶颈，满足用户对高带宽业务的需求，如高清电视、实况转播等 GPON支持20Km长距离接入，可以解决双绞线接入长距离覆盖的问题，减少网络节点 GPON标准完善，综合业务支持好，技术要求高 全球大运营商的选择,为什么是GPON?,APON: ATM Passive Optical Networks EPON: Ethernet Passive Optical Networks GE-PON: Giga-bit Ethernet Passive Optical Networks GPON: Gigabit-capable Passive Optical Networks,几个PON的概念,GPON原理-上行数据,TDMA方式,EPON原理：单纤双向传输机制,EPON系统采用WDM技术，实现单纤双向传输。 为了分离同一根光纤上多个用户的来去方向的信号，采用以下两种复用技术： 下行数据流采用广播技术； 上行数据流采用TDMA技术。,1490nm,1310nm,EPON原理：下行,在ONU注册成动后分配一个唯一的LLID； 在每一个分组开始之前添加一个LLID，替代以太网前导符的最后两个字节； OLT接收数据时比较LLID注册列表，ONU接收数据时，仅接收符合自己的LLID的帧或者广播帧。,广播方式,EPON原理：上行,OLT接收数据前比较LLID注册列表； 每个ONU在由局方设备统一分配的时隙中发送数据帧； 分配的时隙补偿了各个ONU距离的差距，避免了各个ONU之间的碰撞。,TDMA方式,EPON原理：系统工作过程,ONU的操作 ONU通过下行控制帧的时间戳同步于OLT； ONU等待发现帧（gate） ONU进行发现处理，包括：测距，指定物理ID和带宽。 ONU等待授权，ONU只能在授权时间发送数据,OLT的操作 产生时间戳消息，用于系统 参考时间 通过MPCP帧指配带宽 进行测距操作 控制ONU注册,GPON与EPON的比较,本章主要讲述了光接入网架构，对FTTx网络有一个 认识。同时对FTTx网络中的各种产品形态进行了描述 使您可以了解到光接入网络中所使用到的各种设备。,光接入网概述,CO,Curb,Customer Premise,BA,FTTC,FTTB,OLT,OLT,DSLAM,250-700m Urban Coverage,3.5-5km Remote Business,xDSL 220Mbps,OLT,FTTH,ODN,MDU,ONT,ONU,Optical Line Termination,Optical Networks Termination,Optical Networks Unit,Multi-Dwelling Unit,2.5Gbps Down /1.25Gbps Up,2.5Gbps Down /1.25Gbps Up,2.5Gbps Down /1.25Gbps Up,光接入网架构,从上面的网络结构图，可以看出光接入网络由下面几种方式构成： 1、FTTB方式（Fiber to The Business） FTTB是针对商业用户的接入模型，按照容量分为单商业用户单元SBU （Single business unit）和多用户租赁单元MTU (Business Multi-tenant unit)。SBU主要提供的接口有POTS、10/100/1000BASE-T、RF （33dBmV ） 、DS1/T1/E1，接口数量较少；MTU主要提供的接口有POTS、10/100/1000BASE-T、RF、DS1/T1/E1，接口数量较多。 2、FTTC&FTTCab方式（ Fiber to The Curb& Fiber to The Cabinet ） FTTC&FTTCab主要提供光纤到路边或交接箱的接入方案，是针对多住宅用户MDU（Multi-dwelling unit）,主要的接口有10/100/1000BASE-T、RF （33dBmV ）、VDSL2等，各种接口的数量较多。 3、FTTH方式（ Fiber to The Home） FTTH方式主要是提供光纤到户的解决方案，主要就是单家庭用户单元SFU (Single family unit),主要提供的接口类型有POTS、10/100/1000BASE-T、RF（18dBmV ），接口数量较少。,光接入网解释,本章主要分析了GPON的主要协议，通过本章的学习 您可以了解到GPON 网络的参考模型、基本性能、 基本术语，如GEM、Port、T-CONT等。,GPON协议分析,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,GPON标准协议,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,WDM,ONU/ONT,NE,WDM,OLT,NE,Service node,分光器,T参考点,V参考点,R/S,S/R,ODN,UNI,SNI,IFpon,IFpon,ONU Optical Network Unit 光网络单元 ONT Optical Network Terminal 光网络终端 ODN Optical Distribution Network 光分配网络 OLT Optical Line Terminal 光线路终端 WDM Wavelength Division Multiplex Module 波分复用模块 NE Network Element 网络单元 SNI Service Node Interface 业务节点 UNI User Network Interface 用户网络接口,GPON网络参考模型,GPON提供以下几种异步传输速率： 0.15552 Gbit/s up, 1.24416 Gbit/s down 0.62208 Gbit/s up, 1.24416 Gbit/s down 1.24416 Gbit/s up, 1.24416 Gbit/s down 0.15552 Gbit/s up, 2.48832 Gbit/s down 0.62208 Gbit/s up, 2.48832 Gbit/s down 1.24416 Gbit/s up, 2.48832 Gbit/s down（目前的主流支持速率） 2.48832 Gbit/s up, 2.48832 Gbit/s down 支持最大逻辑距离为：60km 支持最大物理距离为：20km 支持最大距离差为：20km 分光比为1：64，可升级为1：128,GPON网络基本性能参数,IFpon,IFpon,IFpon,1：N分光器,OLT,ONU#1,ONU#N,备用光纤,Type A 光纤备份,IFpon,IFpon,IFpon,2：N分光器,OLT,ONU#1,ONU#N,Type B OLT端口备份,IFpon,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. 此种保护方式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，可能存在严重完全隐患，无法满足客户需求。 无法定位故障。,GPON网络保护方式,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,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。 此种保护方式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。,GPON网络保护方式,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,OLT上有两个GPON接口。OLT的GPON接口要工作在11模式下。 此种保护方式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。,GPON网络保护方式,GEM Port：业务的最小承载单位。 T-CONT: Transmission Containers。是一种承载业务的Buffer。主要用来传输上行数据的单元，引入T-CONT主要是为了解决上行带宽动态分配，以提高线路利用率 。 IF pon：GPON接口。 业务根据映射规则先映射到GEM Port中，然后在映射到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。 一个ONU的GPON接口中可以包含一个或多个T-CONT。,GPON复用结构,PON接口,PON接口,PON TC 功能,PON TC 功能,交叉 功能 模块,业务适配 模块,业务适配 模块,PON核心处理模块,交换模块,业务处理模块,PON核心处理模块：包括PON接口功能和GPON TC 功能（成帧，MAC，OAM，DBA，交叉连接功能的协议数据单元(PDU)的描述以及ONU的管理 ） 交叉连接模块提供PON核心处理模块和业务处理模块之间的通信通道以及交叉连接功能。 业务模块提供在业务接口和PON的TC成帧接口之间的传输功能。,OLT功能模块,ONU/ONT功能模块,PON接口,PON接口,PON TC 功能,PON TC 功能,业务适配 模块,业务适配 模块,PON核心处理模块,业务处理模块,MUX/ DEMUX,G-PON ONU的功能结构块类似于OLT。由于ONU只操作一个PON接口（或者出于保护的目的至多2个接口），所以交叉连接功能可以被省略。但是，作为替代，增加业务MUX和DMUX功能用来处理通讯量。,TDM,TDM data,Payload TDM fragment,HEC,PTI,Port ID,PLI,GEM Frame,Ingress buffer,TDM Buffer,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。,TDM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。,以太网业务在GPON中的映射方式,本章主要分析了EPON的主要协议，通过本章的学习 您可以了解到GPON 网络体系结构等,EPON协议分析,EPON网络体系结构,EPON系统构成,OLT（Optical Line Terminal） 光线路终端 通常放置在中心机房（CO） ONU（Optical Network Unit） 光网络终端 通常放置在用户侧 POS（Passive Optical Splitter） 无源光分路器 是连接OLT和ONU的无源设备,EPON系统构成OLT,在一个EPON系统中，OLT既是一个交换机或路由器，又是一个多业务提供平台（MSPP），它提供面向无源光纤网络的光纤接口。它是整个EPON系统的核心部件，主要完成的功能有： （1）向ONU以广播方式发送以太网数据； （2）发起并控制测距过程，并记录测距信息； （3）发起并控制ONU功率控制； （4）为ONU分配带宽，即控制ONU发送数据的起始时间和 发送窗口大小； （5）其它相关的以太网功能。,EPON系统构成ONU,EPON中的ONU采用了技术成熟而又经济的以太网协议，在ONU中可以实现成本低廉的以太网第二层、第三层交换功能。它主要完成的功能有： (1) 选择接收OLT发送的广播数据； (2) 响应OLT发出的测距及功率控制命令，并作相应的调整； (3) 对用户的以太网数据进行缓存，并在OLT分配的发送窗 口中向上行方向发送。 (4) 其它相关的以太网功能。,EPON系统构成POS,POS（Passive Optical Splitter）称为无源光纤分路器，是一个连接OLT和ONU的无源设备，它的功能是分发下行数据并集中上行数据。,EPON技术实现： EPON保护,全保护方式,骨干光纤保护方式,本章主要讲述了GPON的几种关键技术， 通过本章的学习您将了解到DBA、QoS保证等相 关的专项技术。,GPON关键技术,华为GPON设备家庭型ONT HG813, 1个电源接口 1个光纤上行接口 4个自适应100 Base-T以太口 1个重启按钮 1个电源开关,华为EPON终端-HG863e,数据传输速率 ：上行 1Gbit/s 下行 1Gbit/s 端口 ： 1个光纤接口 单模 4个快速以太网接口 RJ-45、10/100Mbit/s、 MDI/MDIX自适应 1个CATV接口 标准CATV接口,华为光分路单元,DBA概念,什么是DBA? - DBA, Dynamically Bandwidth Assignment(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,DBA的工作原理,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。,SLA: ServiceLevel Agreement BW: Bandwidth Maximum：最大带宽 Guaranteed：保证带宽 Minimum：最小带宽,T-CONT带宽术语,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。,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。,DBA在ONU上的实现模型,（a）这种类型的ONU中有4种T-CONT类型 （b）这种类型的ONU中只有Type5类型的T-CONT,根据TCONT的类型不同，ONU的DBA的实现就有两种不同的模型。 在（a）模型中，不同的业务根据优先级被映射到不同的T-CONT的队列中去，ONU再根据OLT的许可情况对队列中等待发送的数据进行调度输出。 在（b）模型中，所有的业务都被映射到TYPE5的对列中，type5中又包括4中不同的种类的子队列，ONU再根据OLT的许可情况对队列中等待发送的数据进行调度输出。,OLT内部DBA模块不断收集DBA报告信息，进行相关计算，并将计算结果以BW Map的形式下发给各ONU。 各ONU根据BW Map信息在各自的时隙内发送上行突发数据，占用上行带宽。,DBA的实现过程,GPON ONU的QoS处理机制,业务基于VLAN/802.1p的流分类规则。 支持SP和WRR算法对业务进行调度。 不同的业务映射到不同的T-CONT中进行传输，提高线路利用率和可靠性。,GPON OLT上的QoS的处理机制,VOIP,BTV,DATA,TDM,GPON,GPON,GE/10GE,根据不同的VLAN的业务上行流,Ethernet bridging,Non-blocking switching,802.1p COS,Queuing & scheduling,DBA,TDM Gateway,PSTN,BSR,OLT,业务基于VLAN/802.1p的流分类规则。 支持SP和WRR算法对业务进行调度。 支持DBA算法，可提高上行链路的带宽利用率。 二层以上支持ACL进行QoS控制。,GPON系统的AES加密处理,End User 1,End User 3,ONT,End User 2,3,3,1,1,2,ONT,ONT,OLT,加密,解密,解密,解密,1,OLT使用128位AES加密算法。 GPON支持下行广播数据进行AES128加密处理。 只对GEM帧中的Payload进行加密处理。 GPON系统定时进行AES密钥更新和切换，提高了线路数据的可靠性。,AES: Advanced Encrypt System 一种国际通用的加密算法,本章主要讲述了EPON的几种关键技术， 通过本章的学习您将了解到DBA、QoS保证等相 关的专项技术。,EPON关键技术,EPON技术实现：DBA,两种情形 单LLID 多LLID 实现技术 基本带宽保证 ONU申请（REPORT方式） 优先级 调度原则 公平 响应快速 充分利用上行带宽,EPON技术实现：DBA（单LLID）,二级调度 OLT：响应各ONU申请 ONU：响应个队列申请 业务队列优先级由各ONU控制 带宽分配算法由OLT完成 优点：调度简单 缺点： 低优先级业务有饿死风险 高优先级可能得不到保证 OLT业务调度能力弱 公平能力弱,EPON技术实现：DBA,在IEEE802.3ah标准的有关EPON定义部分，并没有定义专门的DBA算法，具体的DBA算法是有设备厂家提供的。但是无论哪一种，基本的相关参数设置基本相同，都是一下几种参数的全部和部分： MIN ： 最小带宽需求 MAX： 最大带宽需求 DELAY：最大允许延迟 CLASS：业务优先级 BURST：最大突发长度,EPON技术实现：DBA实现方式1,三周期方式 如上图所示，一个DBA的分配到有效需要三个周期来完成： n-1: ONU通过REPORT 上报带宽需求； n: OLT收集并处理ONU带宽请求，并通过GATE帧分配带宽； n+1: 新的带宽分配起效。 这种方式效率较低，因此目前更多的采用下面的两周期算法,EPON技术实现：DBA实现方式2,两周期方式 由上图可以看出，在两周期的方式下，OLT同样是在周期n中处理前一周期的请求并下发，但是在周期n中，ONU并不等待，而是按n-1周期OLT的带宽分配进行数据传输。由于DBA分配是周期性的，因此整个数据传送是一个连续的过程。,EPON技术实现：SLA,实现方式 OLT基于不同的LLID进行业务分类 ONU对不同的队列进行优先级分类 其它如 802.1Q, DiffServ(TOS)等先映射到不同的LLID或队列进行。,EPON技术实现：SLA一,ONU侧优先级对应,EPON技术实现：SLA二,ONU带宽申请策略 严格优先级,数据发送顺序,带宽申请队列,EPON技术实现：SLA三,ONU带宽申请策略 加权轮转,带宽申请队列,数据发送顺序,性能和告警指标,GPON性能参数 EPON性能参数 EPON告警原因,GPON接口性能参数指标,EPON性能参数,OLT发送光功率,OLT接收光功率,ONU发送与接收光功率,OLT端口发送字节统计,OLT端口流量统计,EPON性能参数,ONU UNI端口流量统计,ONU端口发送字节统计,ONU UNI端口发送字节统计,ONU端口流量统计,EPON告警,重要告警,次重要告警,本章主要讲述了GPON系统的管理模式和终端的业务 发放模式。通过学习您将了解GPON系统中的管理、 维护消息类型OMCI,及ONT的业务开展过程。,GPON系统的管理和业务发放模式,OLT,BRAS,ONT,GPON 系统管理模型,iManager N2000 BMS,OMCI,SNMP,ACS,TR069,ONT 即插即用 零配置 ONT 集中管理 ONT 远程诊断 通过OMCI对ONT 进行远程维护和管理 通过TR069对ONT 的语音业务进行自动配置和管理 ONT 自动业务发放,Client,GPON业务发放与终端零配置,运营商的噩梦,应用场景,Service Provisioning,NMS 2000,Access Network,Billing,2,配置业务网,3,Order Management,启动终端，利用序列号进行注册,ONT,ONT,ONT,ONT,CRM,用户,把终端交给用户,1,2,完成OLT数据自动配置,终端需要完成初始配置（如业务系统信息、数据配置等）才能投入正常使用，运营商完成这些配置得投入大量人力；,支持终端零配置和终端即插即用，节省运营商投入终端业务开通与初始配置的人力。,灵活的GPON配置方案,STB,3,利用OMCI完成ONT的数据配置,GPON系统中VoIP业务管理方案,SoftX3000,Service Provisioning,IADMS,Access Network,CRM,Billing,UMS,1,开户,2,配置SoftX,3,配置IADMS,终端激活码生成器,4,生成激活码,用户,5,把激活码和 终端交给用户,Phone,Phone,Phone,Phone,Order Management,