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2019/9/16,接入网技术,接入网技术,第6章 有线宽带接入技术 FTTxLAN,接入网技术,第6章 有线宽带接入技术 FTTxLAN,OAN接入技术 FTTxLAN接入技术 FTTxLAN、ADSL、VDSL接入技术比较,接入网技术,6.1 OAN接入技术,ONA概述 ATM无源光网络（APON） 以太无源光网络EPON,接入网技术,6.1.1 ONA概述,OAN： Optical Access Network，光接入网 光接入网概念： 接入网中部分或全部使用光纤作为传输介质来实现信息传输的网络形式 是针对接入网环境所设计的特定光纤传输结构，即提供宽带、窄带双向交互式业务的用户接入系统 光接入网是G.902标准的一个典型实例,接入网技术,光接入网的分类,根据光分配网是采用有源或无源设备，OAN分： AON和PON AON：Active Optical Network，有源光网络 光分配网 (ODN)全部由有源器件组成（光放大器等） 特点： 传输容量大：155Mb/s或622Mb/s的接入速率 传输距离远：不加中继器，距离为70多公里 技术成熟：无论PDH设备还是SDH设备，都已广泛应用 给有源设备供电是一件麻烦事 PON：Passive Optical Network，无源光网络 光分配网 (ODN)全部由无源器件组成，信号在传输过程中无需再生放大，直接由无源光分路器传至用户。 信号处理全由局端设备和用户设备完成。 APON、EPON,接入网技术,光接入网的基本结构,接入网技术,组成： 光网络单元ONU （Optical Network Unit） 提供用户到接入网的接口（光电转换、物理接口） 提供用户业务适配功能（速率适配、信令转换） 光分配网 ODN（Optical Distribution Network） 为OLT和OUN之间提供光传输技术 由光连接器和光分路器OBD (Optical Branching device)组成 完成光信号功率的分配及光信号的分、复接功能,光接入网的基本结构,接入网技术,光接入网的基本结构,组成： 光线路终端OLT（Optical Line Terminal） 提供与中心局设备的接口（光电转换、物理接口） 提供与ODN的光接口 分离不同的业务 适配功能块AF（adaptive function） 为ONU和用户设备提供适配功能 具体物理实现既可完全独立，也可包含在ONU内,接入网技术,光接入网的基本结构,光接入网的特点 点到多点传输系统，介质共享 下行：OLT向各个ONU采用广播通信方式 上行：ONU向OLT通信时需要某种分配信道的策略 面临的问题 需解决OLT和多个ONU之间上下行信号的正确传输 关键是解决上行信道的占用问题 下行传输：时分复用传送信元流，各ONU在规定时隙接收自己的信息 上行传输：各种多址技术（时分、波分等）,接入网技术,光接入网的应用类型,ONU,OBD,中 心 局,ONU,ONU,Building,OBD,OBD,FTTC,FTTB,FTTH,home,OLT,OAN的应用示意图,根据ONU位置，OAN可分为三种应用类型 光纤到路边 FTTC 光纤到楼 FTTB 光纤到家/办公室 FTTH/O,Optical branching device 光分路器,接入网技术,光纤到路边 FTTC,FTTC： Fiber To The Curb OUN设在交接箱处 用户到OUN之间（引入线）仍用双绞铜线连接或同轴缆 通常为点到点和点到多点结构 一个OUN可为一个或多个用户提供接入 是一种介质混合结构 通常采用FTTC+xDSL技术或FTTC+Cable Modem技术,ONU,OBD,中 心 局,OLT,光接入网,接入网技术,光纤到楼 FTTB,FTTB： Fiber To The Budding OUN设在办公楼或居民住宅楼内的某个公共地方 用户到OUN之间（引入线）用UTP5类线（或更高等级线）连接 点到多点结构，一个OUN为多个用户提供接入 通常采用FTTB+Ethernet技术,OBD,中 心 局,OLT,光接入网,ONU,Budding,Ethernet,接入网技术,光纤到家/办公室 FTTH/O,FTTH： Fiber To The Home ONU直接放在用户家里 中心局到用户之间全部为光连接和光传输 接入网无任何有源设备，是一个真正的透明网络 是一种真正意义上的宽带接入技术 是用户接入网的长远目标,综上：FTTH和FTTC更适合分散的个人用户的接入 FTTB更适合单位和密集小区用户的接入,OBD,中 心 局,OLT,光接入网,ONU,home,接入网技术,光接入网的传输技术,空分复用 SDM 上下行双向通信各使用一根光纤 两个方向的通信单独进行，互不影响 性能最佳，设计最简单 光传输设备和线缆双倍，成本高,接入网技术,t,保护时间,光接入网的传输技术,时分复用TDM 每个ONU动态或固定分配一个时隙 每个ONU在分配的时隙内上传数据 固有问题 每个ONU与OLT距离不等 传输时延不同 到达OLT的相位不同 对OTL要求 完善的测距技术，实现定时调整 和同步 快速的同步技术 快速、动态的门限判决技术,接入网技术,光接入网的传输技术,波分复用 WDM 不同波长的信号共享一根光纤传输，彼此不干扰 要求每个ONU在指定波长上发射 对激光二极管要求高（温度、环境影响大） OLT设备复杂，成本高（每个波长都需光发射器和检测器）,接入网技术,6.1.2 ATM无源光网络（APON）,异步传送模式ATM 是一种信元交换，面向连接的、全双工的、点到点的可以为每个节点提供专用带宽的协议。 它采用异步时分复用（STDM）技术来控制网络上信息的传播。因信元是动态地占用信道，信息的插入位置无周期性，故称为异步传送模式。 面向连接是指传输数据之前，应事先在负责发送和接收的计算机之间建立连接。每个中间交换点必须确定，并确认连接的存在。,接入网技术,ATM本质上是一种高速分组传送模式，它将话音、图像和数据等所有的数字信息分解成一定长度的数据块，在各个数据块之前装配地址、丢失优先级等控制信息构成信元。 信元长度固定：53个字节 53Byte5Byte信元头+48Byte数据 信头中包含两个地址字段：虚通道标识符（VPI）和虚信道标识符（VCI），统称为虚电路标识符，即信元到达某一交换机的路由。,数据,信元头,信元头中包含以虚电路标识符表示的地址信息,接入网技术,虚信道VC（Virtual Channel）表示单向传送ATM信元的逻辑通路，用虚信道标识符VCI标识 虚通道VP（Virtual Path）表示属于一组VC子层ATM信元的路径，由相应的虚通道标识符VPI标识 虚信道、虚通道与传输线路的关系：,虚信道VC,虚通路VP,接入网技术,PON的基本概念,ODN全部由无源器件组成（无源光分路器等） 信号在传输过程中无再生放大 信号由光分路器、无源光功率分配器等传至用户 实现透明传输，信号处理全由局端和用户端设备完成 与有源光网络比： 覆盖范围和传输距离更小 可靠性更高（户外无有源设备，提高抗干扰能力） 价格更低、安装维护更方便 是光接入网有发展潜力的技术（价格、维护等优势）,接入网技术,PON的系统结构,组成：OLT、ODN、ONU，且ODN中全是无源器件 共享介质 逻辑上是点到多点结构，物理拓扑可有多种形式,接入网技术,PON的数据传输,下行：OLT向各ONU采用广播通信方式，传输连续时隙流（下行帧） 局端数据 OLT 封装成连续时隙流下行帧 以广播方式传送 各ONU收到信元流，取出属于自己的数据用户终端 上行：采用TDMA技术（动态分配），突发传送时隙流（上行帧） 各ONU共享ODN，且数据突发性强。 各ONU向OLT申请带宽OLT授权ONU发送（上行的发送时隙、带宽分配等） 获得授权的ONU在指定时隙发送,接入网技术,PON的数据传输,PON的帧都是定时长帧，分上行帧和下行帧 为了实现TDMA接入，在上行时隙中传输的数据要求附加开销。上行时隙格式如下：,用于OLT同步、标识信元开始,OAM信元为管理信元，如带宽申请、测距等,接入网技术,APON,APON： ATM Passive optical network，ATM无源光网络 在PON上传送ATM信元，即在ONU与OLT之间传送ATM信元 物理层采用PON，链路层采用ATM 标准规范：ITU-T的G.983,接入网技术,G.983基本特点,基于ATM信元（ONU与OLT之间） 支持对称和非对称工作方式 对称方式： 双向 155.52Mb/s 非对称方式：上、下行分别为155.52Mb/s、622.08Mb/s 双向通信： 可用两条光纤，波长1310nm区 或一条光纤，异波长双工(上行：1310nm区,下行：1550nm区) 无放大器最大距离：20km 最高32个用户光分支，即一个ODN最多可支持32个ONU 利用波长分配增加业务能力 传输技术：上、下行均采用时分复用,接入网技术,APON的系统结构,接入的主干网为ATM网 传输的数据流为ATM信元流 拓扑：无源双星结构 一个ODN（即1个OBD）最多支持32个ONU（用户数） 当ONU大于32时，要求一个OLT提供多个ODN接口,接入网技术,APON工作原理： 下行方向 采用TDM技术，传送连续的时隙流；每个时隙是一个长度为53子节的ATM信元或OAM信元 由ATM交换机来的ATM信元先送给OLT，OLT再将到达各个ONU的下行业务组装成连续的155.52Mb/s或622.08Mb/s的下行帧，以广播方式发送到下行信道上。 各个ONU收到所有下行信元后，根据信元头信息VCI/VPI从中取出自己的信元送给用户终端。 上行方向： 采用TDMA技术，由各个ONU收集来自用户的信息，通过猝发模式以155.52Mb/s的速率发送数据。,接入网技术,APON帧中上行信元格式如下：,接入网技术,PLOAM 1,ATM 信元1,ATM 信元2,ATM 信元27,PLOAM 2,ATM 信元28,ATM 信元54,下行帧格式,1帧=56个信元，每信元53字节,上下行速率为155.520Mb/s的帧结构,定时长帧 下行速率为155.52Mb/s时，每帧56个信元 下行速率为622.08Mb/s时，每帧224个信元,APON的帧格式,接入网技术,APON的关键技术,测距技术 快速比特传送技术 突发信号的收发 搅码技术（扰码） 媒质接入控制（MAC）技术,接入网技术,测距技术,为何需要测距？ 采用TDMA，必须保证每个时隙的数据彼此独立，互不干扰 APON结构中，各ONU到OLT的物理距离不等，则各ONU到OLT的传输时延不同，如不进行时延补偿，会出现时隙的重叠，造成数据干扰 为确保多个ONU到OLT间的正确传输，必须引入测距机制，使各ONU到OLT的逻辑距离相等,接入网技术,测距技术,测距技术基本策略 单独测距+传输数据时测距相结合(粗测精测） 单独测距在ONU初装联网时必须进行静态粗测，实现对物理距离差异进行的固定时延补偿 传输数据时测距可根据OLT的配置而定动态精测，以校正由于环境温度变化和器件老化等因素引起的动态时延漂移 测距的基本思想 OLT向ONU发送测距指令，指令中指明ONU的上行应答的时隙 ONU收到指令后在指定的上行时隙中用测距PLOAM信元应答 OLT利用某种技术根据收到的信号发送一个测距时间给ONU ONU根据测距时间调整均衡时延 精测时通过监测上行信号实时调整时延值,接入网技术,快速比特传送技术,测距精度有限，各ONU到OLT的上行比特流存在相位差异 需要采用某种技术实现快速同步 基本策略先实现位同步、再进行信元同步 普通的滑动技术不能满足快速同步要求，需采用其他技术,突发信号的收发,需要快速开启和关闭光电路，以适应上行的突发数据传输 接收端，需要快速调整接收门限，以适应不同距离用户的信号衰减,接入网技术,搅码技术（扰码）,为了保证共享介质传输的安全性，引入搅码技术 在发送端：通过一个随机码对信息进行异或运算后传送 在接收端：采用相同的随机码再进行一次异或运算，得到原始数据,信元的时隙分配 接入请求/允许 带宽的动态分配 带宽管理由OLT完成 为不同的业务提供优先级和带宽 上行带宽的占用由媒质接入控制MAC协议实现,媒质接入控制（MAC）技术,接入网技术,6.1.3 以太无源光网络（EPON）,EPON：Ethernet Passive optical network 在PON上传送Ethernet帧 基于Ethernet技术和PON技术 网络结构与APON类似 MAC协议与APON不同 速率： 下行：百兆/千兆，广播方式 上行：百兆/千兆，共享 传输技术：上、下行均采用时分复用,接入网技术,EPON的系统结构,网络结构与APON相似，但： 接入的主干网为以太网 传输的数据流为以太帧流,接入网技术,EPON的数据传输,EPON传送可变长Ethernet帧（641518字节） EPON帧为定时长帧 下行： 固定长度帧的连续数据流（2ms），内含多个不同长度的以太帧（时隙）头部校验部分，其中：信息头部含ONU标识符和同步头 上行： 采用TDM技术，每个ONU在授权给定的时隙内发送数据帧，不会发生碰撞（注：申请带宽时可能发生碰撞）。帧长度也为2ms,接入网技术,APON与EPON的技术差别,EPON和APON最主要的区别： 帧结构和分组大小 EPON和APON的帧格式 帧周期长度 封装方式 EPON分组长度可变：641518 Byte APON分组长度固定：53 Byte,接入网技术,1、理解光网络的概念、光接入网的结构。 2、理解FTTB、FTTC、FTTH的含义。 3、PON为何需要采用测距协议？测距协议的基本思想是什么？ 4、APON和EPON有哪些相同点？哪些不同点？,思考复习题,接入网技术,6.2 FTTx+LAN接入技术,以太网正在成为主流的宽带接入技术 以太网组网灵活、简单、易于实现、技术成熟 已是园区网接入的主流 针对电信运营商开发的以太网接入网标准已经出台 IEEE802.3ah，也叫第一公里以太网EFM 利用现有基础技术传送以太帧（PON，XDSL) 将以太技术用于光接入网上 将以太技术用于市话铜缆上,接入网技术,以太网的标准,DIX标准： DEC/Intel/Xerox 早期标准，便于使用但权威性不足 Ethernet (1980)、Ethernet (1982) IEEE 标准 当今标准，由IEEE 802.3工作组负责 1982年12月：802.3标准草案宣布 IEEE 802.3-1985：标准的第一个版本 必须与LLC子层一起使用 IEEE802.3-2002：正式标准第二版（现行） 可以直接通过MAC向高层提供服务（可不需LLC）,接入网技术,早期的以太网,共享信道、专用网络 主要拓扑与介质 总线/树形拓扑，同轴缆介质 星形拓扑（逻辑总线），双绞线介质 MAC协议：CSMA/CD 通信方式：半双工 MAC只能为LLC提供服务 小范围网络 适用于大楼、办公室 主要用于用户互连、资源共享,接入网技术,现今的以太网,经过30多年的发展，以太网发展了很大变化 主流介质：双绞线和光纤介质 传输速率：10Mbps/100Mbps/1000Mbps/10Gbps 通信方式：全双工为主 MAC协议：CSMA/CD已失去作用 组网方式与拓扑 交换机组网、全双工、独享信道 复杂结构mash（网状） VLAN应用 MAC摆脱LLC，直接为多个高层协议提供服务 突破距离的限制，向城域、广域进军,接入网技术,接入网技术,接入网技术,以太网MAC帧格式,IP数据报,8字节 MAC帧,I