xPON技术介绍.ppt

xPON原理介绍 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 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 Page18 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 Page19 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 Page20 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 Page21 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 Page22 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 Page23 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 Page24 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 Page25 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 Page26 GPON协议栈 IP DATA DATA MAC GEM GTC 01010111010101000010101 Page27 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 Page28 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 Page29 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 Page30 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 Page31 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 Page32 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 Page33 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 Page34 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 Page35 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 Page36 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 Page37 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 Page38 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 Page39 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 Page40 EPON与Ethernet帧比较 IPG DA SA FCS IPG CRC EPON IPG Preamble DA SA FCS IPG Ethernet SLD LLID Page41 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 Page42 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 Page43 多点MAC控制层 MPCP消息格式 MODE 标记是P2P模式还是Broadcast模式 LLID 逻辑链路标记 maxnum 32767 目的地址 DA MPCPDU中的DA为MAC控制组播地址 或者是MPCPDU的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 当不使用这些字节时 在发送时填充为0 并在接收时忽略 校验码 该域为帧校验序列 一般由下层MAC产生 Page44 控制消息 MPCP在MAC控制层实现 引入了5条新的控制消息GATE Opcode 0002 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 Opcode 0003 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 Opcode 0004 ONU发出 在注册规程处理过程中请求注册 REGISTER Opcode 0005 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 Opcode 0006 ONU发出 在注册规程处理过程中表示注册确认 Page45 EPON协议栈 业务数据流转发 下行 OLT 链路层 物理层 RS子层 多点MAC控制 MAC 物理层 链路层 物理层 RS子层 多点MAC控制 MAC 物理层 ONT LLID OAM OAM EPON系统中OLT ONT可以被视为二层转发设备 Page46 EPON协议栈 控制数据流转发 下行 OLT 链路层 物理层 RS子层 多点MAC控制 MAC 物理层 链路层 物理层 RS子层 多点MAC控制 MAC 物理层 ONT OAM OAM 控制流 业务流 LLID MPCP MPCP Page47 EPON协议栈 业务数据流转发 上行 OLT 链路层 物理层 RS子层 多点MAC控制 MAC 物理层 链路层 物理层 RS子层 多点MAC控制 MAC 物理层 ONT OAM OAM 上行数据不能立即发送 必必须先放到缓存里 何时发送由多点MAC控制决定 等我收到了OLT发给我的 授权 数据才能向OLT发送 800字节Go LLID 最后 我还要报告一下 我仓库里还有1100呢 关断上行光 Page48 发现时间窗口 广播通道 单播通道 OLT ONT ONU注册 步骤1 OLT通过广播一个发现GATE消息来通知ONU发现窗口的周期 步骤2 ONU发送含MAC地址的注册请求消息 步骤3 注册ONU 分配和制定LLID 绑定MAC和LLID 目的MAC 组播MAC授权内容 如果你是已注册的 不要发数据 如果你还没注册 请在某时间内注册 目的MAC OLT的MAC源MAC ONT的MAC内容 我要注册 我要注册 我要注册 我已经注册过 我会保持沉默的 OLT学到ONT的MAC 分配一个LLID 并做相关绑定后给ONT发送LLID 目的MAC 组播MAC源MAC OLT的MAC内容 MACA LLID 10MACB LLID 11MACC LLID 12 我LLID 10 存起来 我LLID 11 存起来 目的MAC ONTA的MAC源MAC OLT的MAC内容 MACA的LLID 10 如果正确 收到请回答 我是MACALLID 10 我来回答 目的MAC OLT的MAC源MAC ONTA的MAC内容 我是MACA 我的LLID 10 完全正确 Over A B Page49 GATE和REPORT交互过程 GATE消息指示ONU的发送窗口 包括窗口的开始时间和