未来宽带网PPT课件

未来宽带接入网中关键技术,主讲人：马军,组员：陈佩茹果婉露耿宇佳,1,.,本节课目的,1、宽带接入网概念2、宽带接入网现状3、未来宽带接入网关键技术ADSLEPON原理，关键技术，技术特点，应用实例,2,.,宽带接入网概念,接入网络（NA）是核心网络与用户或用户驻留网络之间的桥梁。它是本地切换到用户终端的实现系统。它是直接为用户和业务节点，提供视频和多媒体业务完整的传输，多路复用和交叉连接功能，相关接口是交换机与用户终端设备的联接，传输介质等。,3,.,宽带接入网概念,接入网：有线接入、无线接入和综合接入有线接入：光纤接入网络，混合光纤/接入网络（HFC）。无线接入：移动无线接入的有线和无线综合接入,4,.,宽带接入网现状,ADSL宽带接入系统光接入网技术无线接入技术,5,.,ADSL宽带接入系统,以铜双绞线为基础的宽带接入是ADSL技术，基于物理层传输的ADSL技术，ADSL固有的上行和下行速率不对称，很满足上网的特点。双绞线是由两个绝缘铜线传输介质中的一个。抗电磁干扰的能力提升。,6,.,光接入网技术,光接入网络（OAN）：有源光网络（AON）和无源光网络（PON）。AON:SDH的AON和PDH的AON。PON：ATM-PON（APON）和以太网的（EPON）。传输介质是光纤，该光纤是透射光束和软件通信介质，光反射是光接入网的原理。电缆有很多光纤，每一个都能够发送一个或多个光信号。发送者第一把数据信号转化为光脉冲信号。该接收器接收的光脉冲信号，将其恢复为电信号。传送消息由光纤一端指向另一端。,7,.,无线接入技术,非铜互连传播，使用无线电波来发送数据到接入。无线网络的组合需要无线网卡与网桥。连接到其他网络和无线网桥，具有无线网卡的计算机可以共享有线网络和更广泛的网络资源。不受空间限制，只要信号范围宽，用户可随时随地上网。,8,.,未来宽带接入网关键技术,ADSLADSL技术很长一段时间，仍将是一个主要的宽带接入技术。ADSL2/2+技术已经逐渐成熟。为了提高下行和第一代的ADSL技术，对于ADSL2和ADSL2+技术，ADSL2+技术有ADSL2/2优良技术特性。会以ADSL2+技术形式开发EPON/GPONEPON/GPON光纤接入技术，有一定的发展空间。即在全面实现光纤到户。成熟的EPON技术高端，装备的价格低，与EPON技术运用于住宅和商业建筑的发展。尽管启动GPON支持多种业务整合接入，但GPON技术的优势越来越低。所以本节课主要带大家学习EPON。,9,.,ADSLAsymmetricDigitalSubscriberLine非对称数字用户环路,10,.,ADSL,ADSL：非对称数字用户线各种基于IP的新业务层出不穷，如Web浏览、远程教学、视频点播（VOD）和多点视频会议等。这些业务的特点是上下行数据流量不对称。一种采用频分复用（FDM）方式实现上下行速率不对称传输的技术非对称数字用户线（ADSL）应运而生。,11,.,ADSL基本原理,ADSL技术利用现有的电话铜线同时传输话音信号和数字信号。数据信号经ADSLModem调制、编码后经电话线传到局端,经信号分离器将数据信号和话音信号分离,送到Internet。话音信号直接经电话线传到局端,经信号分离器将话音和数据信号分离出来,再送到电话交换机。,12,.,ADSL基本原理,传统的MODEM的调制，数据信号是用与电话信号相同的频率调制，并电话线路上传送。人的话音的频率变化范围是300Hz-3400Hz，传统MODEM就是把数据信号调制到这一频带并传送,13,.,ADSL关键技术分析,ADSL的调制和编码使用了一系列关键技术。主要有：复用技术、调制技术、编码技术。复用技术频分复用（FDM）技术回波抑制（EC）技术调制技术正交调幅技术QAM(QuadratureAmplitudeModulation)离散多音频技术DMT(DiscreteMultiToneModulation)编码技术前向纠错FEC(ForwardingErrorCorrection)交织技术(Interleaving),14,.,ADSL关键技术分析频分复用技术,频分复用（FDM）技术ADSL通过非对称传输，利用频分复用技术使上、下行信道分开来减小串音的影响，从而实现信号的高速传送。在ADSL中，我们把用户线依频率划分为三个信道电话信道、上行信号信道、下行信号信道。电话信道占用4KHz的频带。这个电话信道的存在，可以保证即使ADSL连接失败的情况下语音通信仍能正常进行。上下行信道均可支持复用。上下行信道的速率是不同的，ADSL中的“非对称性”指得就是这一点。一般而言，下行速率可达1.5-8Mbps，上行速率则在640Kbps左右。,15,.,ADSL关键技术分析频分复用技术,ADSL频谱分布：,16,.,ADSL关键技术分析离散多音频调制,ADSLDMT(离散多音频)调制,17,.,ADSL关键技术分析离散多音频调制,离散多音频调制将整个信道的可用带宽划分成N个独立的、等宽的子信道。根据每个子信道的传输特性的理想程度,分配给它不同的比特数和传输能量,充分利用了每一段频谱资源,从而达到接近香农极限的传输速率。DMT系统各子信道的基带信号实际上就是简单的矩形脉冲,因而其调制信号的频谱旁瓣较大,也就是说任意给定的子信道都与多个附近的子信道有很大的频谱重叠。于是各子信道之间仅在信道不发生畸变时才能保证有较好的隔离程度。一旦波形失真较大,子信道间的正交均衡的原理是通过最小误差e(k)的方法使信道长度限制在循环前缀的长度之内。,18,.,ADSL关键技术分析交织技术,交织技术,在许多同时出现随机错误和突发错误的复合信道上,往往发生一个错误时,会波及后面一串数据,导致突发误码超过纠错码的纠错能力,使纠错能力下降。纠错编码技术只有与数字交织技术相结合,才能取得良好的效果。,19,.,ADSL关键技术分析交织技术,实际使用中,在发送端纠错编码器后接数字交织单元,接收端解调后接去交织器,通过交织、去交织电路的作用,将突发错误信道改造成独立的随机错误信道,使突发错误散布在纠错编码器纠错范围之内,以提高信道纠错能力。交织可使突发错误分散,使本不可纠的错误为可纠的错误。交织技术之所以具有较强的纠错能力,在于本可纠t个随机错误的RS码,经交织度D的交织后,就可纠所有长度小于等于Dt的突发错误。ADSL采用卷积交织技术。卷积交织比矩阵交织简单,对于任意分组码都能连续工作。即使对循环码,卷积交织序列也不具有循环移位的特性。它属于同步交织,每时刻存入一个数据,同时读出一个数据。,20,.,ADSL主要技术特点,高速传输提供上、下行不对称的传输带宽,下行速度最高达到8Mb/s,上行速度最高达到1Mb/s。上网、打电话互不干扰ADSL数据信号和电话音频信号以频分复用原理调制于各自频段互不干扰。您上网的同时可以拨打或接听电话,避免了拨号上网时不能使用电话的烦恼。独享带宽、安全可靠ADSL利用中国电信深入千家万户的电话网络,先天形成星型结构的网络拓扑构造,骨干网络采用中国电信遍布全国的光纤传输,各结点采用ATM宽带交换机处理交换信息,信息传递快速安全。,21,.,ADSL主要技术特点,安装快捷方便在现有电话线上安装ADSL,只需在用户侧安装一台ADSLModem。最重要的是,无需为宽带上网而重新布设或变动线路。价格实惠ADSL业务上网资费构成为基本月租费+信息费,无需支付上网通信费(即电话费)。,22,.,ADSL实例石油测井系统的应用,对于整个测井系统来说，系统主机与各个模块以及井下仪器等也构成了一个系统的网络，该网络要求数据传输稳定、传输速度快等，因此，采用ADSL技术来构建测井数据采集网络是一种很好的方式。LOGIQ测井系统采用ADSL技术，对测井数据进行传输，该技术给每种井下仪器分配一个IP地址，使得所有仪器按照统一的数据格式来上传信号。信号在电缆传输的过程中会随着电缆的长度和信号频率增加而衰减，电缆越长，信号衰减越厉害，而且随着信号频率的增加，信号严重失真。,23,.,ADSL实例石油测井系统的应用,衰减变化图：,一般说来，当信号频率达到100kHz时，信号就会明显衰减。,24,.,ADSL实例石油测井系统的应用,由于在实际测井过程中，上行的数据量是远远大于下行的数据量的，因此系统对于频带的分配是不一样的数据下行通道占用2个，数据上行通道占用56个（1号通道不用，23号通道为数据下行通道）47通道空，起到信号的保护作用，主要是为了防止上/下行信号的串扰，863通道为上传通道，里面的12频道不传输信号，它只用于井上和井下的MODEMS间的同步数据，64通道为空。在数据传输过程中，低频传输的字数多，高频传输的字数少，这是由于QAM调制会自动根据不同的信噪比来决定每道传输的字数。为了避免频带的干扰，按照电缆的实际特点来进行信号传输频带设定，直接分开上下频带，采用这种上/下行数据传输频带的分开设计，能最大限度地避免信号串扰，从而实现测井数据的高速传输。,25,.,ADSL实例石油测井系统的应用,进行测井的时候，在ADSL之中用QAM的问题在于不同电缆性能的差异性应该如何去把握。QAM接收器在解码的时候，需要使用相同频谱以及相位特性的信号。通过自适应均衡器，就可以对信号的失真进行传输补偿。初始的传输信号有一个固定时间长度。但是按照电缆长度以及信号失真的特性，再加上传输之中信号出现的频率响应，接收到的信号总时长可能会是原始信号的数倍，这就要求进行时间均衡，系统采用的同步帧达到这个目的。,26,.,ADSL实例石油测井系统的应用,LOGIQ测井系统在地面系统测井软件中，工程师可以在软件窗口中检测和诊断信号的传输。在软件窗口可以了解到实时数据包传输误码率、数据包大小以及发送和接收的增益等信息。工程师根据软件提示的信息，很清楚地了解施工过程中通讯和数据传输的实时信息，给施工和设备维护、维修带来很多便利。LOGIQ测井系统利用其传输速率高、可靠性强、速度快等优点，提高了测井仪器的集成化,大大减小了硬件占据的空间。,采用ADSL技术后带来的好处：,27,.,EPONEthernetPassiveOpticalNetwork以太网无源光网络,28,.,光纤接入技术,29,.,宽带光接入方式,30,.,什么是PON？,PON是以点到多点为特征的单纤双向无源光网络；PON包括三个组件：OpticalLineTerminal(OLT),OpticalNetworkUnit(ONU)和OpticalDistributionNetwork（ODN）；ODN中的无源光分路器可以是一个或多个光分路器的级联。,31,.,单纤双向传输机制,EPON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TDM技术；上行数据流采用TDMA技术。,32,.,EPON基本原理,EPON是几种最佳的技术和网络结构的结合。EPON采用点到多点结构，无源光纤传输方式在一个EPON中，不需任何复杂的协议，光信号就能精确地传送到最终用户，来自最终用户的数据也能被集中传送到中心网络。,33,.,EPON基本原理,与传统通信技术不同的是，EPON在下行链路中采用广播通信（波长为1490nm），而在上行链路则采用了时分多址技术（波长为1310nm），充分发挥了传统以太网技术的优势，使得一点对多点的光纤对接得已实现。OLT放在中心机房CO，是EPON网络的核心，它对通信信道起着重要的监控、配置和维护作用。ONU放在网络接口单元NIU附近或与其合为一体，其安装在用户侧，它与OLT之间通常采用1：16/1：32/1：64等分光比进行接入。,34,.,EPON基本原理,OLT的信息传输采用了IEEE802.3标准，它与PON之间的信息传输是通过广播的形式实现的，信息的长度可以按需进行变化，但信息的格式则是固定不变的。处于同一节点的ONU单元均可接收到OLT发出的信息包，但只有标识位与自身相同时，ONU单元才会作出响应。在EPON网络中，POS（无源光纤分支器）为OLT与ONU的相连提供了链路，它的功能是分发下行数据并集中上行数据。,35,.,EPON基本原理OLT,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(MSPP)，它提供面向无源光纤网络的光纤接口。根据以太网向城域和广域发展的趋势，OLT上将提供多个Gbit/s和10Gbit/s的以太接口，支持WDM传输。为了支持其他流行的协议，OLT还支持ATM、FR等速率的SONET的连接。OLT除了提供网络集中和接入的功能外，还可以针对用户的QoS/SLA的不同要求进行带宽分配、网络安全和管理配置。OLT根据需要可以配置多块OLC，OLC与多个ONU通过POS连接。（POS是一个简单设备，它不需要电源，可以置于全天候的环境中）,36,.,EPON基本原理OLT,OLT功能模块示意图,37,.,EPON基本原理ONU,EPON中的ONU采用了技术成熟而又经济的以太网络协议。在中带宽和高带宽的ONU中实现了成本低廉的以太网第二层第三层交换功能。这种类型的ONU可以通过层叠来为多个最终用户提供很高的共享带宽。因为都使用以太协议，在通信的过程中，就不再需要协议转换，实现ONU对用户数据的透明传送。ONU也支持其他传统的TDM协议，而且不会增加设计和操作的复杂性。在更高带宽的ONU中，将提供大量的以太接口和多个T1/E1接口。当然，对于光纤到家(FTTH)的接入方式，ONU和NIU可以被集成在一个简单的设备中，不需要交换功能，从而可以在极低的成本下给终端用户分配所需的带宽。,38,.,EPON基本原理ONU,ONU功能模块示意图,39,.,EPON工作原理下行数据帧结构,前导码8Bytes,DA6Bytes,SA6Bytes,长度/类型2Bytes,数据461500Bytes,填充不定,FCS4Bytes,以太网MAC帧,EPONMAC帧,定义广播与单播实现a.广播：MODE=1或者LLID=0 x7FFFb.单播：MODE=0且LLID!=0 x7FFFF,40,.,EPON工作原理下行,在ONU注册成动后分配一个唯一的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。,广播方式,41,.,EPON工作原理上行,OLT接收数据前比较LLID注册列表；每个ONU在由局方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。,TDMA方式,42,.,系统工作过程,ONU的操作ONU通过下行控制帧的时间戳同步于OLT；ONU等待发现帧（gate）ONU进行发现处理，包括：测距，指定物理ID和带宽。ONU等待授权，ONU只能在授权时间发送数据,OLT的操作产生时间戳消息，用于系统参考时间通过MPCP帧指配带宽进行测距操作控制ONU注册,43,.,EPON关键技术,LLID突发模式光收发技术MPCP协议定时与同步注册测距动态带宽分配（DBA）机制运行维护管理（OAM）功能的实现,44,.,EPON关键技术LLID,LLID逻辑链路标记LLID是由网管通过OLT分配的，OLT可以通过LLID辨别帧是由哪个ONU发来的，或者通过修改帧中的LLID将帧转发到相应的ONU处。于是就可以建立OLT-ONUONU-OLT通路，完成OLT与ONU之间以及ONU与ONU之间的通信定义：广播：MODE=1或LLID=0 x7FFF单播：MODE=0且LLID!=0 x7FFFF,45,.,EPON关键技术突发模式光收发技术,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的接收机和ONU的发射器工作在突发模式,46,.,EPON关键技术MPCP协议,是整个EPON系统正常工作的核心对IEEE802.3标准的重要扩展规定了OLT和ONU之间的控制机制提供ONU控制管理信息提供ONU带宽管理信息提供业务监控信息控制,47,.,EPON关键技术MPCP控制帧,GATE（OLT）00-02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）00-03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）00-04在注册规程处理过程中请求注册。REGISTER（OLT）00-05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）00-06在注册规程处理过程中表示注册确认。,48,五种类型的MPCP帧,.,EPON关键技术定时与同步,定时方法：所有ONU都与OLT的唯一时钟同步；主要是用时间戳域来完成的。时间戳定义：时间戳域使用个字节时间戳所标识的是在MAC控制帧上传到MAC层时OLT的计数值。计数值宽度为16位或32位，计数单位为16ns定时过程：OLT以自己本地的计数器插入timestamp域中ONU以本地计数值插入timestamp域中ONU根据收到的OLT的timestamp更新自己的计数器OLT根据收到的ONU的timestamp计算差值（测距）,49,.,EPON关键技术注册,指OLT对系统中的ONU进行注册主要用于系统中增加ONU时或者ONU重新启动时。注册过程ONU的执行动作：在上电启动或复位时，ONU进入Discovery状态。等待来自OLT的“DiscoveryGate”消息。如果所收到的消息类型为Discovery，且消息中的逻辑PHYID与自己相同或为缺省值是，就对此消息做出应答。OLT的执行动作：OLT以广播方式周期性的发送Discovery检测帧。响应ONU的注册请求并分配LLID,50,.,EPON关键技术测距,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包括静态测距和动态测距：测距要求补偿因ONU距离不同而产生的时延差异：RTT（RoundTripTime）在注册过程中，ONU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。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。,51,.,EPON关键技术测距过程,OLT在T1时刻发送GATE；ONU在T2时刻接收到GATE,此时复位本地计数器，时间戳置为T1；ONU在T3时刻发送REPORT,此时填入的时间戳为T4；OLT在T5时刻接收到REPORT。最后RTT由下面的公式得出：RTT=T2-T1+T5-T3=T5-T4其中：T3-T2=T4-T1,52,.,EPON关键技术DBA,功能：相对于静态带宽分配（SBA），DBA是指实时地（ms级）改变PON中各ONU上行带宽的机制根据带宽状态和ONU需求动态（合理）分配ONU的上行带宽优点：实现高效的上行带宽利用率和服务质量保证算法特点：业务透明低时延和低时延抖动公平带宽分配健壮性好实时性强,53,.,EPON关键技术OAM管理,功能：完成ONU的认证、配置功能在线的性能监测、各种故障告警和远端故障指示、远端近端环回等OLT对ONU进行远程管理通信协议，要有一定的开放性和扩展性基本支持功能：远端故障指示远端环回链路监视扩展功能ONU版本管理ONU配置管理,54,.,EPON技术特点与MC比较,MC技术的两种使用方式点到点以太接入N根光纤，2N个光收发器管理独立小区交换机接入只需铺设1或2根光纤到小区2N+2个光收发器设备占用局端机房空间小在传输过程中需要有源设备设备分级管理EPON的接入方式只需铺设1或2根光纤到小区需N+1个光收发器设备占用局端机房空间最小传输中不需有源设备设备集中管理,55,.,EPON技术特点与MC比较,网络与业务方面的比较,56,.,EPON实例基于EPON技术的高清网络视频监控系统的探讨,EPON技术可以满足高清网络视频监控系统平台化、集中存储和远程多级调用的需求。前端摄像机数量以及网络组网可以实现无限扩展，大大降低了投资成本。EPON技术具有的优势：高带宽、全光纤、成本低、节约光纤资源、可管理、可维护等。正因如此，在高清网络视频监控系统中获得广泛应用。例如，“平安城市”、智能交通、电子警察、电信的“全球眼”等项目。EPON通过光信号进行数据传输，其传输结构采用“一对多”的方式；一方面，利用PON的拓扑结构实现网络接入；一方面，采用以太网协议实现数据传输。因此，EPON技术是既为监控网络提供了高带宽，又降低了成本。同时又具有较强的扩展性，且能接入以太网，方便了管理。,57,.,EPON实例基于EPON技术的高清网络视频监控系统的探讨,M,EPON网络结构图,58,.,EPON实例基于EPON技术的高清网络视频监控系统的探讨,EPON网络采用了波分复用技术，实现单芯双向传输，并通过光分配网络实现点到多点的网络结构。通过时分多址方式实现OUN向OLT进行上行数据传输；通过广播方式实现OLT向所有ONU进行下行数据传输。ONU仅接收自己的数据帧。OLT放在数据终端处，ONU放在前端监控摄像机处，为监控图像传输提供网络接口。ODN为OLT和ONU提供了连接“桥梁”。,59,.,EPON实例基于EPON技术的高清网络视频监控系统的探讨,60,基于EPON技术的视频监控系统设计方案：在视频监控系统中，网络传输部分可分为核心层、汇聚层和接入层三部分。以某高校高清网络视频监控系统为例。一般地，在监控中心内部