EPON网络基础.ppt

PON装维培训基地参考教材 PON网络基础 大纲 一 PON介绍二 EPON关键技术三 ODN网络概述 一 PON介绍1 1PON的定义和组成1 2主流PON技术比较1 3各网络组件主要功能1 4PON网络保护方式 PON PassiveOpticalNetwork 无源光网络的定义PON是一种应用于接入网 局端设备 OLT 与多个用户端设备 ONU ONT 之间通过无源的光缆 光分 合路器等组成的光分配网 ODN 连接的网络 在OLT 光线路终端 和ONU 光网络单元 之间的ODN 光分配网络 没有任何有源电子设备的光接入网 无源光网络的构成OLT OpticalLineTerminal 光线路终端ONU OpticalNetworkUnit 光网络单元ONT OpticalNetworkTerminal 光网络终端ODN OpticalDistributionNetwork 光分配网 PON的定义和组成 OLT ONU OpticalLineTerminal OpticalNetworkUnit PassiveOpticalSplitter PSTN Internet CATV ONU ONU PassiveOpticalSplitter PON是以点到多点为特征的单纤双向无源光网络 无源分光器 无源分光器 PON的定义和组成 主流PON技术比较 主流PON技术比较 a OLT基本功能 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 它提供面向无源光纤网络的光纤接口 是整个EPON系统的核心部件 主要功能有 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 并记录测距距离信息3 发起并控制ONU功率的大小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各网络组件基本功能 b ONU基本功能 在EPON系统中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 主要功能有 1 选择接收OLT发送的广播数据 通过下行控制帧的时间戳同步于OLT2 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各网络组件基本功能 c ODN位于OLT和ONU之间 包括其间的所有光缆和无源光器件 ODN为OLT与ONU之间提供双向光传输 ODN以树型结构为主 d 水平电缆子系统提供ONU至用户的接入线路 由楼层配线设备 入户电缆 信息点和跳线等组成 EPON各网络组件基本功能 根据光纤到达用户侧的位置不同 宽带光接入网的应用包括 FTTN 光纤到节点FTTCab 光纤到交接箱FTTC 光纤到路边FTTB 光纤到楼FTTH 光纤到户FTTO 光纤到办公室等多种方式 宽带光纤接入及FTTX的概念 PON网络所处层面 a OLT的设备级保护功能 1 主控板的1 1冗余保护 保护时间应为毫秒级2 OLT设备应配2个电源模块 形成1 1冗余保护 并做到业务无中断的电源切换 业界普遍采用分布式供电 电源倒换一般对业务无影响 3 OLT支持对板卡和终端配置信息的保护 能够在板卡或中端重新上线后的自动配置恢复4 OLT板卡热插拔 PON网络保护方式 b OLT上联链路的链路聚合 1 提高链路的上联流量 并能实现上联链路之间的保护 将OLT的多个上联端口成为一个聚合组 以扩展OLT的需求 2 OLT应支持至少4个链路聚合组 GE端口的链路聚合组的最大可聚合的端口数不应小于4个3 OLT应支持上联板内的端口链路聚合和上联板间的端口链路聚合 4 主流OLT设备普遍支持链路聚合功能 但在板间保护保护以及倒换时间上存在一定的差异 PON网络保护方式 c 骨干光纤冗余保护 OLTPON口处内置1 2光开关 采用2 N光分路器 在分路器和OLT之间建立2条独立的 互相备份的光纤链路 由OLT检测线路状态 一旦主用光纤链路发生故障 切换至备用光纤链路 PON网络保护方式 d PON口 骨干光纤冗余保护 OLT采用两个PON端口 备用的PON端口处于冷备用状态 采用2 N光分路器 在分路器和OLT之间建立2条独立的 互相备份的光纤链路 由OLT检测线路状态 OLTPON端口状态 一旦主用光纤链路发生故障 由OLT完成倒换 PON网络保护方式 e 全保护 PON网络保护方式 OLT采用两个PON端口 均处于工作状态 ONU的PON端口前内置1 2光开关 采用2个1 N光分路器 在ONU和OLT之间建立2条独立的 互相备份的光纤链路 由ONU检测线路状态 一旦主用光纤链路发生故障 由ONU完成倒换 二 EPON关键技术1 1EPON单纤双向传输机制1 2EPON协议栈1 3主要技术介绍1 4主要产品介绍 单纤双向传输机制 PON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 EPON单纤双向传输机制 EPON工作原理 下行 广播方式 在ONU注册成功后分配一个唯一的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 EPON单纤双向传输机制 EPON工作原理 上行 TDMA方式 OLT接收数据前比较LLID注册列表 每个ONU在由OLT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 当ONU没有数据传送时 也需要填充OLT分配给自己的时隙 EPON单纤双向传输机制 在以太网架构中实现P2MP拓扑结构的机制和控制协议 EPON协议栈 MACClient 媒体访问控制客户端 子层 提供终端协议栈的以太网MAC和上层之间的接口OAM层 使用OAM协议数据单元 管理 测试和诊断已激活OAM功能的链路 定义了EPON各种告警事件和控制处理多点MAC控制 使用MPCP 多点控制协议 实现点对多点的MAC控制 实现在不同的ONU中分配上行资源 在网络中发现和注册ONU 允许DBA调度MAC 实现对Media的控制 负责物理层的数据转发功能 将上层通信发送的数据封装到以太网的帧结构中 并决定数据的发送和接收方式 各子层基本功能 RS 调和子层 为EPON扩展了字节定义 调和多种数据链路层能够使用统一的物理层接口 将MAC层的业务定义映射成GMII接口的信号 RS子层定义了EPON的前导码格式 它在原以太网前导码的基础上引入了逻辑链路标识 LLID 区分OLT与各个ONU的逻辑连接 并增加了对前导码的8位循环冗余校验 CRC8 GMII GigabitMediaIndependentInterface 吉比特媒质无关接口 允许多个数据终端混合使用各种吉比特速率物理层PCS 物理编码子层 将GMII发送的数据进行编码 解码 8B 10B 使之适合在物理媒质上传 FEC 可选 使用二进制运算 例如Galois算法 附加一定的纠错码用于在接收端进行数据校验和纠错 各子层基本功能 PMA 物理媒质附加子层 支持P2MP功能 实现PMD的扩展 为PCS提供一种与媒介无关的方法 支持使用串行比特的物理媒介 发送部分把10位并行码转换为串行码流 发送到PMD层 接收部分把来自PMD层的串行数据 转换为10位并行数据 生成并接收线路上的信号PMD 物理媒质相关子层 使用1000BASE PX接口 PMD子层定义了EPON兼容器件的指标 实现PMD服务接口和MDI接口之间的数据收发功能 主要完成光纤连接 电 光转换等功能 PMD为电 光收发器 把输入的电压变化状态变为光波或光脉冲 以便能在光纤中传输MDI MediumDependentInterface 媒质相关接口 规范物理媒质信号和传输媒质与物理设备之间的机械和电器接口 各子层基本功能 IPG DA SA FCS IPG CRC EPON IPG Preamble DA SA FCS IPG Ethernet SLD LLID 基于802 3帧格式新增LLID 用于在OLT上标识ONU EPON帧格式 FCS 该域为帧校验序列 一般由下层MAC产生 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 Length Type MPCPDU都进行类型编码 并且承载MAC Control Type域值 Opcode 操作码指示所封装的特定MPCPDU Timestamp 在MPCPDU发送时刻 时间戳域传递localTime寄存器中的内容 Data Reserved PAD 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 帧序列校验 FCS 该域为帧校验序列 一般由下层MAC产生 EPON帧格式 a MPCP在OLT和ONU之间规定了一种控制机制 MPCP来协调数据的有效发送和接收 1 系统运行过程中上行方向在一个时刻只允许一个ONU发送2 位于OLT的高层负责处理发送的定时 不同ONU的拥塞报告 从而优化3 PON系统内部的带宽分配b MPCP有两种GATE操作模式 初始化模式和普通模式 1 初始化模式用来检测新连接的ONU 测量环路延时和ONU的MAC地址2 普通模式给所有已经初始化的ONU分配传输带宽 多点控制协议 MPCP c 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 多点控制协议 MPCP GATE消息指示ONU的发送窗口 包括窗口的开始时间和长度 当ONU的LocalTime计数器和GATE消息中的StartTime相同时 ONU开始发送 ONU将给结束发送留有足够的余量 从而保证在授权长度间隔用完前关闭激光器 REPORT用于上报带宽的需求 也可用来为OLT安装看门狗定时器 watchdogTimer 即使没有带宽请求 也应该周期性的产生报告 这将保证OLT的看门狗定时器不会因超时注销ONU 为了保证该机制正常运转 OLT将周期性地向ONU授权 GATE和REPORT交互过程 ONU自动注册流程见右图 第一个gate广播帧有注册窗口的起始时间 窗口大小和同步时间 第二个gate普通帧有请求ONU回送ack的grant信息 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 发现握手操作完成 发现时间窗口 随机延迟时间 开始 REGISTER REQ REGISTER GATE REGISTER ACK 广播通道 单播通道 发现处理的握手消息流程 OLT ONU Gate ONU自动注册流程 ONU完成注册后 系统维持一个Keep alive机制 OLT定期 最低50ms一次 发送Gate消息给ONU ONU也定期 最低50ms一次 的发送Report消息给OLT 如果OLT在一定时间内没有收到ONU发来的任何MPCP消息 则认为该ONU的MPCP协议异常 将解注册 Deregister 该ONU 如果ONU在一定时间内没有收到OLT发来的任何MPCP消息 则认为与OLT之间的链路异常或者OLT的MPCP协议异常 也将自动解注册 MPCP协议基于MPCPDU中的timestamp进行动态测距 确保多个ONU上行TDMA的有序性 ONU完成注册后的MPCP协议交互 由于EPON系统采用点到多点的拓扑结构 网络管理系统难以从物理端口上判断ONU的合法性 为防止非法ONU接入EPON系统 应提供ONU认证功能 主流实现方式 基于MAC地址的认证基于ONU的MAC地址对ONU合法性进行认证 基于逻辑标识的ONU认证采用ONU的逻辑标识码 LOID Password或者SN 进行合法性认证 混合认证模式同时支持基于MAC地址的ONU认证方式和基于逻辑标识的ONU认证方式 ONU完成注册后的MPCP协议交互 OLT与各ONU间的环路时延不同 各ONU距OLT的光纤路径不同 各ONU元器件的不一致性 环境温度的变化和器件老化 环路延时也会发生不断的变化 测距是保证PON系统内ONU上行方向不发生时隙冲突的基础 测距包括静态测距和动态测距 静态测距 用在新的ONU安装调试阶段 停机的ONU重新投入运行时 通过开窗测距技术获得往返时延 并对时延差异进行补偿 动态测距 应用于系统运行过程中 通过检测往返时延的变化对温度 光电器件老化等因素的影响进行补偿 测距原理 测距的方式 扩频法 带外法 带内开窗法 测距要求 测距精度高 一般要求在全1 2BYTE内 测距过程对运行中的其它ONU的影响最小 保证运行业务的QOS 测距范围大 即能提供的均衡延时大 测距原理 a 开窗法测距 补偿因ONU距离不同而产生的时延差异 RTT RoundTripTime 在注册过程中 OLT对新加入的ONU启动测距过程 OLT使用RTT来调整每个ONU的授权时间 OLT也可以在任何收到MPCPPDU的时候启动测距功能 b 使用注册冲突避让 在EPON系统中 解决ONU的注册冲突的方案有两种 随机延迟时间法和随机跳过开窗法 RTT T2 T1 T5 T3 T5 T4 测距原理 相对于静态带宽分配 SBA DBA是指OLT基于用户的业务等级协议 SLA 结合ONU的本地队列状态的汇报 Report帧中的Queue nReport 或者业务预测 动态的给ONU分配上行带宽的技术 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 优点 实现高效的上行带宽利用率和保证业务的公平性和QoS DBA是采用轮询ONU的方式 例如每1ms给该PON下所有ONU各分配一次grant 每个ONU的grant的大小可能是不同的 轮询周期Cycletime对上行业务时延有一定影响 动态带宽分配 DBA 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 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 Service LevelAgreementBW BandwidthMaximum 最大带宽Guaranteed 保证带宽Minimum 最小带宽 动态带宽分配 DBA EPON系统采用多点控制协议 MPCP MPCP协议的功能之一就是提供OLT和ONU之间的控制方法 DBA的工作流程是Gate Report Gate Report 如此循环 OLT给ONU发布的grant在Gate消息中承载 ONU通过Report消息使OLT了解其本地的队列状态和业务流量 DBA要按照SLA 包括保证带宽 最大带宽等参数 结合ONU本地流量情况 通过特定算法为每个ONU进行带宽分配 DBA控制机制 OLT的DBA算法 DBA功能的核心 功能性 应支持固定带宽 保证带宽 尽力而为带宽3种带宽类型 高性能 DBA算法应尽可能简单 高效 保证调度的实时性 精细度和精确性 扩展性 DBA应支持至少32个ONU同时在线时的调度 在线ONU数量的多少也不应影响DBA的性能指标 强健性 DBA算法和实现DBA的软硬件模块应足够稳定可靠 两级调度算法 OLT和ONU的两级调度算法 DBA控制机制 EPON具有完善的OAM功能 除基本功能远端故障指示 远端环回 链路管理外 EPON提供OrganizationSpecificExtension机制 各厂商可以使用这个机制来实现丰富的ONU远程操作 维护和管理 OAM 所必须的管理维护功能 OAM层的基本功能有 远端故障指示 远端环回 链路管理 扩展的OAM发现过程包括OAM能力发现 协商 附加信息的交换 以完成在执行其他扩展的OAM功能前所必需的能力确认过程 OAM信息由OAM协议数据单元 OAMPDU 承载 OAMPDU包含的控制和状态信息可用于管理 测试和诊断已激活OAM功能的链路 OAMPDU仅在对等OAM实体间的单一链路上传送 不会被MAC客户端 如桥设备和交换机 转发 OAM 在EPON系统运行中 OLT设备通过OAM协议实时的控制和监控ONU设备的运行状态 EOAM 扩展OAM 是在OAM基础上 实现OLT对ONU的操作 维护和管理操作 配置下发配置查询事件通知文件下发批量配置下发批量配置查询 OAM协议数据单元 OLT的接收机和ONU的发射器工作在突发模式 OLT光接收机的突发同步技术 上行接收数据相位的突变要求OLT的接收机工作在突发模式接收状态 OLT光接收机的快速功率恢复 要求OLT在每个接收时隙的开始处迅速调整0 1判决门限 OLT还要进行大范围的自动增益调整 AGC ONU光发射机的突发发射和关断 为抑制自发散射噪声 要求ONU的激光器能够快速的冷却和回暖 突发模式光收发器技术 主要设备介绍 中兴 主要设备介绍 中兴 主要设备介绍 华为 主要设备介绍 华为 主要设备介绍 烽火 主要设备介绍 烽火 三 ODN网络概述1 1ODN网络概述1 2ODN网络规划1 3典型场景介绍 ODN的界定 光分配网 ODN 位于OLT和ONU之间 其定界接口为紧靠OLT的光连接器后和ONU光连接器前 ODN的作用 光分配网 ODN 将一个光线路终端 OLT 和多个络单元 ONU 连接起来 提供光信号的双向传输 ODN网络概述 从网络结构来看 光分配网由馈线光纤 光分路器和支线组成 它们分别由不同的无源光器件组成 主要的无源光器件有 a 光纤光缆 城域光缆 室内调度光缆 蝶形光缆等 b 光分路器 包含2 4 8 16 32 64 128多种分光比 c 光纤配线设备 ODF 接头盒 分光分纤盒等 d 光纤连接器 活动连接器 光纤机械式接续子 光纤现场连接等器等 ODN的组成 ODN网与接入光缆网没有一一对应 分光模式多样 光缆网的节点定义不宜已分光器为主要参照 ODN网络规划 a OLT的位置 原则上 OLT集中布放 以减少机房站点数量和维护成本 根据OLT的可覆盖范围进行OLT的布点设置 我市典型的光缆网 OLT至ONU间ODN中活接头为7个左右 如PON网络采用1 32分光 FTTH 则OLT传输距离可达5km 如PON网络采用1 16分光 FTTB 则OLT传输距离可达10km 如进一步减少活接头数量和PON网络分光比 1 8 则OLT传输距离可达20km OLT尽量利用现有机房设置 不可因设置OLT而新建接入点 对于