华为技术培训教程-xPON原理介绍胶片.ppt

xPON原理介绍,ISSUE1.0此胶片公适用于国内新员工培训,Page2,对比到现网的接入“瓶颈”，光纤是今为止最好的传输媒介。本胶片主要分析PON技术的产生背景、应用、基本概念和特点，并分别介绍GPON、EPON基本原理及差异。,前言,Page3,学习完此课程，您将会：掌握PON的概念及发展背景理解光接入网络架构掌握PON的关键技术掌握GPON的主要协议掌握EPON的主要协议了解GPON、EPON提供的基本业务,目标,Page4,第1章光接入网概述第2章PON基本概念第3章PON关键技术第4章GPON协议分析第5章EPON协议分析第6章PON承载的基本业务第7章GPONPKEPON,内容介绍,Page5,Service,Access,Core,X.25,ADSL,Ethernet,PSTN,IP,ATM,FR,GSM/GPRS,CDMA,Cable,PDH,SDH,WirelessVoice,WirelessData,HighSpeedInternet,Voice,Streaming,Dial-up,VoIP,Message,FTTHGPON,DSL,Wireless,Eth/IP/MPLSAggregationNetwork,Location&Presence,Message,OnlineGaming,Voice,Data,Video,Storage,Directory,接入网的发展趋势AlloverIP,Page6,如何解决“距离与带宽”的矛盾,ISDN,HDSL,ADSL,ADSL2+,VDSL2,xDSL技术,?,xDSL技术很难解决距离与带宽的矛盾,问：怎么办？答：“光进铜退”！采用光纤接入网是不错的方案！,Page7,光纤接入网的接入方案,(a)点到点的网络,(b)路边交换网络,(c)无源光网络即:PON,Page8,ADSL2+,PON,ADSL2+VDSL2,Centreoffice,Home,VDSL2,ONT,ADSL2+,10/100Base-T,1km,2km,IPDSLAM,GE,Curb,Building,GE,FTTC,FTTB,FTTB,FTTH,ADSL2+VDSL2,GE,FTTB,DSL,FTTX场景分析,Page9,第1章光接入网概述第2章PON基本概念第3章PON关键技术第4章GPON协议分析第5章EPON协议分析第5章PON承载的基本业务第6章GPONPKEPON,内容介绍,Page10,PassiveOpticalNetwork无源光网络,OLT,ONU,OpticalLineTerminal光线路终端,OpticalNetworkUnit光网络单元,PassiveOpticalSplitter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由光线路终端OLT（OpticalLineTerminal）、光网络单元ONU（OpticalNetworkUnit）和无源分光器POS（PassiveOpticalSplitter）组成；,PassiveOpticalSplitter无源分光器,什么是PON?,Page11,ONU/ONT,OLT,Servicenode,分光器,T参考点,V参考点,R/S,S/R,ODN,UNI,SNI,IFpon,IFpon,ONUOpticalNetworkUnit光网络单元ONTOpticalNetworkTerminal光网络终端ODNOpticalDistributionNetwork光分配网络OLTOpticalLineTerminal光线路终端SNIServiceNodeInterface业务节点UNIUserNetworkInterface用户网络接口,PON网络参考模型,Page12,PON的三大优势：1、更远的传输距离，采用光纤传输，覆盖半径20KM；2、更高的带宽，达1.25G或2.5G.3、分光特性,，节省光纤资源。,为什么选择PON?,Page13,APON:ATMPassiveOpticalNetworksEPON:EthernetPassiveOpticalNetworksGE-PON:Giga-bitEthernetPassiveOpticalNetworksGPON:Gigabit-capablePassiveOpticalNetworks,EPON,GEPON,GPON,ATM,APON,BPON,Ethernet,EPON,GPON,几种PON标准,Page14,APON/BPON,GPON,EPON,ITU-TG.983.x,ITU-TG.984.x,IEEE802.3ah,国际标准,国际标准,国际标准,国家标准,Q3/2000,国家标准,国家标准,Q4/2004,Q3/2004,PON技术标准化进展,Page15,PON系统采用WDM技术，实现单纤双向传输（强制）。采用不同光波分别传上、下行数据；下行数据流采用广播技术（分光器上物理层复制）；上行数据流采用TDMA技术。,PON原理-数据复用,Page16,第1章光接入网概述第2章PON基本概念第3章PON关键技术第4章GPON协议分析第5章EPON协议分析第5章PON承载的基本业务第6章GPONPKEPON,内容介绍,Page17,快速开启和关断能力,2#ONT,0#ONU,1#ONU,2#ONT,连续模块,0#ONU,1#ONU,突发模块,PON关键技术-突发光电技术,Page18,0#ONU,1#ONU,0#ONT,有快速AGC,无快速AGC,阈值线,突发接收,Page19,测距和突发控制,OLT根据DBA算法向ONU发布授权时间窗口。测量OLT下行发送到上行接收的数据信号环路时延，并据此对ONU授权时间窗口进行延时补偿，从而保证上行数据不会发生冲突。测距方式：定时自动、初始测距、自动相位补偿。,Page20,PON网络中为什么需要测距？,PON关键技术-测距,备注：GPON与EPON实现测距的方式不同,Page21,什么是DBA?-DBA,DynamicallyBandwidthAssignment(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,PON关键技术-DBA,DBA概念,Page22,提高最大带宽利用率无DBA,利用率40%有DBA,利用率达到80%减小突发时延无DBA:100ms有DBA:10ms,DBA带来的优势,Page23,EndUser1,EndUser3,ONT,EndUser2,3,3,1,1,2,ONT,ONT,OLT,加密,解密,解密,解密,1,由于下行数据在分光器上为广播复制，每个ONU都可以收到同样的数据。在OLT上需要采用加密处理，提高线路数据的可靠性。GPON与EPON支持的加密算不同，GPON采用AES128加密处理，EPON采用三重搅动算法。,PON系统的数据安全,Page24,IFpon,IFpon,IFpon,1：N分光器,OLT,ONU#1,ONU#N,备用光纤,TypeA光纤备份,IFpon,IFpon,IFpon,2：N分光器,OLT,ONU#1,ONU#N,TypeBOLT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PON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，可能存在严重安全隐患，无法满足客户需求。,PON网络基本保护方式,Page25,第1章光接入网概述第2章PON基本概念第3章PON关键技术第4章GPON协议分析第5章EPON协议分析第5章PON承载的基本业务第6章GPONPKEPON,内容介绍,Page26,ITU-TG.984.3GPONTC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-TG-984.1/2/3/4,产品开发简单产品兼容性强,ITU-TG.984.1GPON网络参数说明保护倒换组网要求,ITU-TG.984.4OMCI消息结构介绍OMCI设备管理框架OMCI实现原理简述,ITU-TG.984.2PMD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,Page27,GPON提供以下几种异步传输速率：1.24416Gbit/sup,2.48832Gbit/sdown（目前的主流支持速率）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,Page28,广播方式：GPON的下行帧长为固定的125us，下行为广播方式，所有的ONU都能收到相同的数据，但是通过GEMPORTID来区分不同的业务的数据，ONU通过过滤来接收属于自己的数据。,GPON原理-下行数据,Page29,TDMA方式：GPON的上行是通过TDMA（时分复用）的方式传输数据，上行链路被分成不同的时隙，根据下行帧的upstreambandwidthmap字段来给每个ONU分配上行时隙，这样所有的ONU就可以按照一定的秩序发送自己的数据了，不会产生为了争夺时隙而冲突。每帧共有9120个时隙。,GPON原理-上行数据,Page30,GPON协议栈,IP,DATA,DATA,MAC,GEM,GTC,01010111010101000010101,Page31,一个OLT与多个ONT,ONU,ONU,ONU,T-CONT,GEMPort,T-CONT,GEMPort,GEMPort,T-CONT,T-CONT,GEMPort,GEMPort,GEMPort,GEMPort,GEMPort,不同的ONU用ONU-ID标识,不同的T-CONT用Alloc-ID标识,不同的GEM-PORT用Port-ID标识,PON光口,每个GPON端口，支持1：64分光比，即可提供64路ONT接入。每个ONU上可以有多个T-CONT,每个TCONT可以绑多个GEMPORT.T-CONT就相当于一个物理的缓存，只有绑定了DBA模板才能限速。,DBA,1,2,3,OLT,我司简化做法：AllocID=T-CONTID*256+ONUID,Page32,PhysicalControlBlockDownstream(PCBd),Payload,AllocID,Start,End,AllocID,Start,End,1,100,200,x,300,500,T-CONT1(ONT1),T-CONTx(ONT2),Slot100,Slot200,Slot300,Slot500,PLOu,PLOAMu,PLSu,DBRux,Payloadx,DBRuY,Payloady,UpstreamBandwidthMap,125us,DownstreamFraming,UpstreamFraming,GPON帧结构,AllocID,Start,End,y,501,650,1,x,y,T-CONTy(ONT2),Slot650,Slot501,T-CONTx,T-CONTy,Page33,GPON系统对以太网帧进行解析，将数据部分直接映射到GEMPayload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,Page34,TDM,TDMdata,PayloadTDMfragment,HEC,PTI,PortID,PLI,GEMFrame,Ingressbuffer,TDMBuffer,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。,TDM业务在GPON中的映射方式,Page35,OLT通过Ranging测距过程获取ONU的往返延迟RTD（RoundTripDelay），从而指定合适的均衡延时参数EqD（EqualizationDelay），保证每个ONU发送数据时不会在分光器上产生冲突。Ranging的过程需要开窗，即QuietZone，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。,GPON测距方式,ONT,OLT(inCO),20km,3km,12km,Page36,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BWMap的形式下发给各ONU。各ONU根据BWMap信息在各自的时隙内发送上行突发数据，占用上行带宽。,GPONDBA的实现过程,Page37,OLT根据上次计算的结果在下行帧头中下发BWMap。ONU根据带宽分配信息在规定的时隙上发送目前T-CONT中等待发送的数据状态报告。OLT收到ONU的状态报告后，经过DBA计算并更新BWMap，在下一帧进行下发。ONU收到OLT下发的BWMap消息后，在指定的时隙上发送数据。,DBA的实现,Page38,T-CONTs(TransmissionContainers)：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带宽术语,Page39,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。,T-CONT类型和带宽类型之间的关系,Page40,GTCPON系统架构是下行方向为广播方式，上行方向为TDMA方式，所以只对上行方向的业务流提供QoS处理。QoS处理的最小单元是T-CONT，T-CONT可以看作是ONU业务流的承载容器，调度机制是DBA（动态带宽分配）。DBA的算法是GTC的QoS处理性能的关键。GEM在GEM层主要是针对每个GEMPort进行业务流分类，类似于DSLAM的单PVC多业务的处理方式。针对流分类后的业务分别进行优先级修改、流量监管和转发处理。ETH/TDMTDM业务（非电路仿真方式）为面向连接，系统可以通过静态配置带宽严格保证面向连接的QoS。ETH业务（包括电路仿真方式的TDM业务）主要是基于二层VLAN、COS等标识进行业务的QoS处理，QoS主要处理机制分为流分类、监管、队列调度、拥塞处理、整形，它们的实现复杂度是影响QoS处理性能的关键,GPON中的QoS处理,Page41,第1章光接入网概述第2章PON基本概念第3章PON关键技术第4章GPON协议分析第5章EPON协议分析第5章PON承载的基本业务第6章GPONPKEPON,内容介绍,Page42,广播方式：EPON下行为广播方式，所有的ONU都能收到相同的数据，但是通过LLID来区分不同的业务的数据，ONU通过过滤来接收属于自己的数据。这里需要注意：EPON数据包是变长的。GPON下行帧是定长的。,EPON原理-下行数据,EPON是基于以太网方式的无源光网络，EPON在传送过程中不处进原有以太网帧结构，所以相对较简单。,Page43,TDMA方式：EPON的上行是通过TDMA（时分复用）的方式传输数据，每个ONU收到数据报文后都还会收到OLT发给它的grant消息，每个ONU按OLT告知的时间点发送OLT指定的报文数量，这样所有的ONU就可以按照一定的秩序发送自己的数据了，不会在上行光路上冲突了。,EPON原理-上行数据,Page44,EPON协议栈,应用层,传输,IP,链路层,物理层,RS子层,物理层,IP,DATA,DATA,MAC,01010111010101000010101,MAC,LLID,前导码,业务数据流,Page45,EPON与Ethernet帧比较,OLT,ONU,ONU,ONU,1000Basex,IPG,前导码,DA,SA,FCS,.,IPG,IPG,LLID,DA,SA,FCS,.,IPG,SLD,CRC,EPON,Ethernet,1bit,15bit,8bit,Page46,RS(调和子层)功能,发送方向：RS层用MACMODE和LLID变量值前导码；接收方向：RS层把前导码中的MODE和LLID值解映射为前导码,Page47,EPON的OAM,链路层,物理层,多点控制子层,MAC,上层,为实现OLT与ONU之间的管理或控制信息交互功能，EPON标准在链路层增加一个多点控制子层，用于OLT和多个ONU通过OAM对话,多点控制子层功能：协调数据的有效发送和接收；ONU自动注册；DBA；测距和定时。,Page48,多点MAC控制层功能,MAC,数据链路层,物理层,多点MAC控制层,物理层,MAC,数据链路层,物理层,多点MAC控制层,物理层,MPCP协议,OLT,ONU_i,OLT和多个ONU通过MPCP协议对话，实现：控制MAC帧的发送和接收；GateProcessing；DiscoveryProcessing；ReportProcessing。从而完成“多点MAC控制层”的功能。,Page49,多点MAC控制层消息格式,MPCP消息格式,目的地址(DA)：DA为MAC控制组播地址，或者是目的端口关联的单独MAC地址；源地址(SA)：MPCPDU中的SA是和发送MPCPDU的端口相关联的单独的MAC地址；长度/类型：MPCPDU都进行类型编码，并且承载MAC_Control_Type域值；操作码：操作码指示所封装的特定MPCPDU；时间戳：在MPCPDU发送时刻，时间戳域传递localTime寄存器中的内容；数据/填充：这40个八位字节用于MPCPDU的有效载荷。注：OAM控制消息不会被转发。,Page50,多点MAC控制层控制帧,MPCP定义的5种控制帧：GATE(OLT发出）允许接收到GATE帧的ONU立即或者在指定的时间段发送数据。REPORT(ONU发出）向OLT报告ONU的状态，包括该ONU同步于哪一个时间戳、以及是否有数据需要发送。REGISTER_REQ（ONU发出）在注册规程处理过程中请求注册。REGISTER（OLT发出）在注册规程处理过程中通知ONU已经识别了注册请求。REGISTER_ACK（ONU发出）在注册规程处理过程中表示注册确认。,Page51,ONU自动注册流程见右图：OLT可以要求ONU重新执行发现进程并重新注册。ONU也可以通知OLT请求注销，然后通过发现进程进行重注册。认证机制：