软考网络工程师考试试题及答案.ppt

考虑到未来许多的宽带应用 越来越多的国家认识到必须尽早突破接入 瓶颈 而光纤是今为止最好的传输媒介 本文主要分析GPON技术的产生背景 应用 基本概念和特点 以及GPON系统的管理模式和终端的业务发放模式 前言 参考资料 学习完此课程 您将会 掌握GPON的概念及发展背景理解光网络架构掌握GPON的主要协议掌握GPON的关键技术 目标 第1章光接入网概述第2章PON基本概念第3章GPON协议分析第4章GPON关键技术第5章GPON的物理特性 内容介绍 接入网的现状 全球电信运营商处在转型过程中 1 业务竞争力的提升 提供更多业务 2 增加ARPU值 多种业务捆绑 降维护成本 3 提升用户忠诚度 提高用户对网络感受满意度 降低用户离网率 要实现转型目标 宽带提速是前提 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 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 采用光纤接入方案 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 ADSL2 PON ADSL2 VDSL2 Centreoffice Home VDSL2 POTS ONT ADSL2 10 100Base T GE Curb Building GE FTTC FTTB FTTB FTTH ADSL2 VDSL2 GE FTTB DSL FTTX应用场景 第1章光接入网概述第2章PON基本概念第3章GPON协议分析第4章GPON关键技术第5章GPON的物理特性 内容介绍 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 WDM ONU ONT NE WDM OLT NE 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WDMWavelengthDivisionMultiplexModule波分复用模块NENetworkElement网络单元SNIServiceNodeInterface业务节点UNIUserNetworkInterface用户网络接口 GPON网络参考模型 APON ATMPassiveOpticalNetworksEPON EthernetPassiveOpticalNetworksGE PON Giga bitEthernetPassiveOpticalNetworksGPON Gigabit capablePassiveOpticalNetworks EPON GEPON GPON ATM APON BPON Ethernet EPON GPON 几种PON标准 GPON与EPON的比较 GPON Gigabit capablePassiveOpticalNetworks 三大优势 1 更远的传输距离 采用光纤传输 接入层的覆盖半径20KM 2 更高的带宽 对每用户下行2 5G 上行1 25G 物理层 3 分光特性 局端单根光纤经分光后引出多路到户光纤 节省光纤资源 GPON支持Triple play业务 可提供全业务竞争方案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是三网合一的上佳方案 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 为什么选择GPON GPON系统采用WDM技术 实现单纤双向传输 强制 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 GPON原理 数据复用 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 通过GemportID ONU来识别 区分和过滤属于自己的数据 GPON原理 下行数据 GPON原理 上行数据 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 GPON提供以下几种异步传输速率 0 15552Gbit sup 1 24416Gbit sdown0 62208Gbit sup 1 24416Gbit sdown1 24416Gbit sup 1 24416Gbit sdown0 15552Gbit sup 2 48832Gbit sdown0 62208Gbit sup 2 48832Gbit sdown1 24416Gbit sup 2 48832Gbit sdown 目前的主流支持速率 2 48832Gbit sup 2 48832Gbit sdown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 第1章光接入网概述第2章PON基本概念第3章GPON协议分析第4章GPON关键技术第5章GPON的物理特性 内容介绍 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 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 可能存在严重安全隐患 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 TypeC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 TypeD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 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 GPON协议栈 不同的GEM PORT用Port ID标识 GPON复用示意图 ATM GEM ATM业务 GEM业务 GPON帧结构 PCBdn Payloadn PCBdn 1 Payloadn 1 Psync4bytes Ident4bytes PLOAMd13bytes BIP1bytes Plend4bytes Plend4bytes USBWMapN 8bytes FECInd1bit Reserved1bit Super frameCounter30bits BlenBWMapLength12bits AlenATMPartitionLength12bits CRC8bits Access18bytes Access28bytes Accessn8bytes AllocID12bits Flags12bits SStart2bytes SStop2bytes CRC1byte SendPLS1bit SendPLOAMn1bit UseFEC1bit SendDBRu2bits Reserved7bits 125us CoverageofthisBIP CoverageofnextBIP DownstreamFraming GPON下行帧结构 125us ONUID1B MessageID1B Data10B CRC1B PLOu PLOAMu PLSu DBRux Payloadx DBRuy Payloady PLOu DBRuz Payloadz PreambleAbytes DelimiterBbytes BIP1bytes ONU ID1bytes Ind1bytes ONU ID1bytes MsgID1bytes Message10bytes CRC1bytes DBA1 2 4bytes CRC1bytes GEMheader Framefragment GEMheader Fullframe GEMheader Framefragment PLI12bit GemPortID12bit PTI3bit HEC13bit ONTA ONTB UpstreamFraming DBAReport Padifneeded GPON上行帧结构 T CONTy T CONTx T CONTz 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 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 OMCI基本概念 OMCI ONUManagementandControlInterface 是GPON标准中定义的一种配置传输通道 通过在OLT和ONT之间建立专有的ATMPVC或者GEMPORT传输OMCI消息 用于提供标准的获取ONU能力 并对其进行管理和控制的方法 ONT所有的配置都由OLT来控制 但在有告警或者属性改变的时候 ONT会主动上报消息 ONT只能主动上报三种消息 Alarm AVC和TestResult ONT在向OLT注册时建立OMCI通道 OMCI是主从式管理协议 OLT是主设备 ONT是从设备 OLT通过OMCI通道控制OLT下面连接的多个ONT设备 OLT和ONT的OMCI消息交互采用了停等机制 在OLT收到了正确的回复消息后 才会下发下一个消息配置 单个OMCI消息的超时时间1s OMCI在GPON协议栈中的位置 OMCI消息 OMCI消息是用于OLT和ONT之间的管理层的消息 消息格式固定为53个字节 并且有严格的大小控制和内容格式定义 ONT2 OMCI消息格式 ATMHeaderorGEMHeaderGEM头信息 包含GEM净荷长度 GEMPortID PTI HEC TransactionCorrelationIdentifier事务相关标识 一组对应请求和响应的消息中该字段值要一致 注意该字段的最高位表示另外的意思 用来表示该OMCI消息的优先级 0 的优先级 1 高优先级 DeviceIdentifier0 x0A MessageIdentifier两个字节的实体ID 两个字节的实例ID MessageContents报文净荷 OMCItrailer两字节固定位0 两字节为报文长度0 x28 四字节CRC位 MessageType域定义 Destinationbit DB 固定为0 AcknowledgeRequest AR 是否需要回应标志 1表示需要回应 0表示不需要回应 Acknowledgement AK 回应消息表示 1表示该OMCI报文是回应报文 0表示不是回应报文 MessageType MT 表示消息类型 共支持32中消息类型 协议已经定义了4 28 主要消息类型有 Create Delete Set Get MIBupload ONT中的OMCI处理 1 当ONT通过管理通道相关的VCC或GEM端口接收到一个ATM信元或者GEM包时 它将计算CRC值并和OMCI尾部中找到的值比较 如果值不一致 ONT将丢弃消息 根据相关命令的优先级 带有正确CRC的消息将被放到两个完全不同的输入FIFO based消息队列的其中一个中去 如果相关的消息队列满了 ONT必须简单的丢弃消息 有两个截然不同的输入命令处理协议实体 各自对应一个优先级 用于处理从相关的独立输入FIFO队列中连续地传来的消息 每个协议实体可以并行执行 如果消息是一个单向命令 例如 一个不确认命令 协议实体将简单的进行命令处理 ONT中的OMCI处理 2 如果消息是确认命令 协议实体必须首先查询事务相关性标志符 如果不等于它上一次执行的相同优先级的命令的事务相关性标志符 协议实体将执行命令并在相同优先级的输出FIFO中插入响应 确认 携带相同的事务相关性标志符 如果等于它上一次执行的相同优先级的命令的事务相关性标志符 协议实体将不执行这条命令而是仅仅简单的将上一次执行的命令响应插入到输出FIFO队列中 例如 重发前面的响应确认 相关的响应消息输出FIFO队列没有空间 两个不同优先级的命令处理实体都将被阻塞 ONT中的OMCI处理 3 在发送方向 应用程序请求自动发送的消息事件被直接发送到OLT的事件通知协议实体中 事件通知协议实体将把这些事件通知信息放到低优先级的输出FIFO队列 这种情况下 事件通知协议实体将被阻塞 直到处理通知消息的低优先级的输出FIFO队列有空间为止 CRC产生器将严格的按照优先级规定将消息从输出FIFO队列移出 例如 低优先级队列将在高优先级队列为空时才被处理 生成CRC 添加一个适当的格式的OMCI尾部到信元 包净荷中去 并发送消息给OLT 为了减少ONT的复杂性和需要内存的数量 当类似的操作在其他优先级别下正在执行时 OLT不允许在相应的优先级级别再发起一个MIB上载或者软件下载 ONT中的OMCI处理 4 OMCI通道的建立 在ONT注册过程中 OLT为ONT分配ONUID后 ONT自动建立OMCI的TCONT ALLOCID ONUID ONT注册成功后 OLT下发配置OMCIGEMPort的PLOAM消息 ONT收到该消息后 把OMCIGEMPort和OMCITCONT建立对应关系 后续OLT发送的OMCI报文通过OMCIGEMPort下发到ONT ONT根据GEMPort识别出是给ONT的OMCI报文 ONT发送给OLT的OMCI报文也是通过该GEMPort 并且通过OMCITCONT的上行带宽发送到OLT 第1章光接入网概述第2章PON基本概念第3章GPON协议分析第4章GPON关键技术第5章GPON的物理特性 内容介绍 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 快速AGC 光模块 动态范围 20dB 快速时钟恢复 0 ONU 1 ONU 0 ONT 有快速AGC 无快速AGC 阈值线 PON关键技术 突发光电技术 2 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关键技术 测距 ONT OLT inCO 20km 3km 12km 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 GPON关键技术 DBA 提高最大带宽利用率无DBA 利用率40 有DBA 利用率达到80 减小平均时延无DBA 100ms有DBA 10ms DBA在利用率和延迟指标上带来的优势 GPON的状态上报DBA存在3种机制 PLOu StateIndDBA 状态指示 DBRu Piggy backDBA 我司采用此机制 PayloadDBA 完整ONU上报 DBA报告类型 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 DBA的实现过程 SR StatusReporting DBA 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的两种实现模式 在OLT处监视从NSR ONU ONT来的信元数据流的算法 过程 Procedure Step1 在确定的间隔 interval 内监视OLT接收到的信元数目 Step2 通过使用在Step1中的实时监控 realtimemonitoring 结果来计算利用速率 utilizationrate Step3 通过比较利用速率和极限值 来认识 recognize 拥塞程度 NSR NonStatusReporting DBA NSR DBA实现 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 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 DBA1类型的分配为静态固定分配 等于配置最大带宽 优先分配 DBA2类型的分配为保证带宽 最大保证带宽 也是配置最大带宽 前2种类型不会参与带宽竞争 超过最大带宽的部分将被丢弃 DBA3类型为混合保证和非保证带宽 如果可以保证申请带宽 则直接分配 否则将不能分配的部分带宽打上标记和DBA5类型的TAG部分带宽采用RR 轮巡 方式分配DBA4类型为不保证类型 只有保证带宽分配后剩余带宽和DBA5部分剩余带宽申请一起RR调度 DBA5类型为混合型 首先确保固定带宽 若不够再判断保证带宽是否能够满足要求 如果可以 则直接分配 如果还不满足 则将剩余部分带宽申请打上标记和DBA3的TAG部分带宽RR调度分配 如果竟争后还不能满足 则剩余带宽与DBA4竞争 ONU IDT CONT1 ONU IDT CONT2 ONU IDT CONT3 ONU IDT CONT4 ONU IDT CONT5 配置最大带宽 保证带宽