第06章-有线宽带接入技术—FTTXLAN

第6章有线宽带接入技术FTTX+LAN,6.1OAN接入技术6.2FTTx+LAN接入技术6.3FTTx+LAN接入网系统设计6.4FTTx+LAN、ADSL、VDSL接入技术比较,6.1OAN接入技术,6.1.1OAN概述光接入网（OAN）就是指在接入网中采用光纤作为主要传输媒质来实现信息传送的网络形式。接入网中的光区段可以是点到点、点到多点的结构。OAN可以分为无源光网络（PON）和有源光网络（AON）。,PON主要采用无源光功率分配器（耦合器）将信息送至各客户端。较适合短距离使用；若传输距离较长，或用户较多，可采用光纤放大器（EDFA）来增加功率。AON采用有源的电复用器分路，将信息送给用户。其主要优点是传输距离远、传输容量大、用户信息隔离度好、易于扩展带宽、网络规划和运行的灵活性大。,1光接入网的参考配置,图6-1光接入网的参考配置,SNI为业务节点接口，UNI为用户网络接口，Q3为网络管理接口；S为光发送参考点，与ONU/OLT光发送端相邻；R为光接收参考点，与ONU/OLT光接入端相邻；V为业务网络接口参考点；T为用户网络接口参考点；a为AF与ONU间的参考点。光接入网一般是一个点到多点的光传输系统，主要由光网络单元（ONU）、光线路终端（OLT）、光配线网络(ODN)/光远程终端（ODT）和适配功能块（AF）等组成。,光网络单元（ONU）光线路终端（OLT）光配线网络（ODN）光远程终端（ODT）适配功能块（AF）,2光接入网的拓扑结构（1）星型结构（2）树型结构（3）总线型结构,图6-2光接入网中的拓扑结构,（4）环型结构3光接入网的应用类型,图6-3光接入网的应用类型,（1）光纤到路边（FTTC）（2）光纤到楼（FTTB）（3）光纤到户（FTTH）（4）光纤到办公室（FTTO）,4光接入网的传输技术（1）空分复用（SDM）技术是指上行信号和下行信号使用不同的光纤分开传输。（2）时分复用(TDM)/时分多址（TDMA）技术是指在同一个光载波波长上，将时间分割成周期性的帧，每帧再分割成若干个时隙，按一定的时隙分配原则，使每个ONU在指定时隙内以分组方式向OLT发送信号,图6-4TDM/TDMA-PON原理示意图,（3）时间压缩复用(TCM)/时间压缩多址（TCMA）技术是指利用一根光纤，传输时不断改变收、发方向，使两个方向的信号以脉冲串的形式轮流在同一根光纤中传输。,图6-5TCM/TCMA-PON示意图,（4）波分复用(WDM)/波分多址（WDMA）技术是指在同一根光纤上，上行信号和下行信号分别使用不同波长的光信号传输,图6-6WDM/WDMA-PON原理示意图,（5）码分复用(CDM)/码分多址（CDMA）技术是给每一个ONU分配一个惟一的正交码作为地址码，并将各ONU的上行信号与其进行模二加，再去调制具有相同波长的激光器，经分路器合路后送到光纤传输。,图6-7CDM/CDMA-PON原理示意图,（6）副载波复用(SCM)/副载波多址（SCMA）技术是将上行信号和下行信号分别安排在不同频段，在同一根光纤中完成双向传输任务。,图6-8SCM/SCMA-PON原理示意图,6.1.2ATM无源光网络（APON）1APON系统结构APON是指采用ATM信元传输方式的PON。APON主要由光线路终端（OLT）、光分路器、光网络单元（ONU）和光纤光缆等组成。,图6-9APON系统结构,传输线路的标称速率有两种，即对称速率（155.52Mbit/s）和非对称速率（上行155.52Mbit/s，下行622.08Mbit/s）。实现双向传输的方式也有两种，一是采用单纤波分复用方式，二是采用单向双纤空分复用方式。APON系统一般采用波分复用方式及TDM/TDMA传输复用技术实现单纤双向传输。,（1）光线路终端（OLT）OLT通过标准业务接口与外部网络连接，通过PON专用接口与ODN相连，按要求提供光接入。,图6-10OLT功能块,（2）光网络单元（ONU）ONU通过PON专用接口与ODN相连，通过多种UNI接口与不同用户终端相连，支持多种用户终端接入。,图6-11ONU功能块,（3）光配线网络（ODN）ODN在OLT和一个或多个ONU之间提供一条或多条光信道。,2APON系统帧结构不论是上行方向还是下行方向，ATM信元都是以APON帧格式在APON系统中进行传输。,图6-12APON系统下行帧结构,下行方向的APON帧结构是由连续的时隙流组成，每个时隙包含一个53字节的ATM信元或PLOAM信元，每隔27个时隙插入一个PLOAM信元。PLOAM信元是物理层OAM信元，用来传送物理层OAM信息，同时携带ONU上行接入时所需的授权信号。,表6-1授权信号,图6-13APON系统上行帧结构,上行帧包含53个时隙，每个时隙包含56个字节，其中53个字节为ATM信元，3个字节是开销字节。开销字节包含的域及主要用途如下。保护时间前置码定界符,3APON关键技术（1）测距技术为了防止ATM信元发生碰撞，OLT需要引入测距功能，来补偿因为ONU与OLT之间的距离不同而引起的传输时延差异，使所有ONU到OLT的逻辑距离相同，以确保不同ONU所发出的信号能够在OLT处准确地复用。APON系统的测距过程分为三步：第一步是静态粗测，第二步是静态精测第三步是动态精测。,一般测距方法有以下几种。扩频法带外法带内法接入网最敏感的是成本，所以APON应该采用带内开窗测距技术。,（2）快速比特同步技术（3）突发信元的收发技术（4）搅动技术,4APON技术特点APON技术具有如下优点：宽带化并支持所有种类和各种比特率的业务；能够全动态分配带宽，充分利用网络资源，满足用户各种需要；无源点到多点的网络结构，简单、可靠、易于维护管理；标准化程度高，使得大规模生产时可降低成本；安全性高；时延小。,存在一些问题，如系统成本太高；系统容量和覆盖范围有限，未考虑对窄带业务的支持及与其他技术相结合时需解决引入线的宽带化等一系列问题。,6.1.3以太无源光网络（EPON）把简单经济的以太技术与PON的传输结构结合起来的EthernetoverPON概念，自2000年开始引起技术界和网络运营商的广泛重视。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，在以太网之上提供多种业务。EPON不需任何复杂的协议，光信号就能精确传送到终端用户，来自终端用户的数据也能被集中传送到中心网络。,1EPON技术的优势相对成本低，维护简单，容易扩展，易于升级。提供非常高的带宽。服务范围大。带宽分配灵活，服务有保证。易于在EPON结构上开发更宽范围和更灵活的业务，从而增加收入，如可以提供诸如可管理的防火墙、语音业务的支持、VPN和互联网接入等增值业务。在当前的情况下，EPON技术大多会以一种与其他技术相结合的姿态进入市场。FTTB/FTTC+DSL、FTTB/FTTC+LAN,2EPON技术的基本网络结构一个典型的EPON系统由OLT、ONU、POS组成。基本网络结构如图6-14所示。由业务网络接口到用户网络接口部分为EPON网络，EPON通过SNI接口与业务节点相连，通过NUI接口与用户设备相连。,图6-14EPON技术的基本网络结构,OLT放在中心机房，ONU放在网络接口单元附近或与其合为一体。POS是无源光纤分路器，是一个连接OLT和ONU的无源设备，它的功能是分发下行数据并集中上行数据。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。OLT根据IEEE802.3协议，将数据封装为可变长度的数据包，以广播方式传输给所有ONU。,ONU的主要功能是选择接收OLT发送的广播数据；响应OLT发出的测距及功率控制命令，并作相应的调整；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；实现其他相关的以太网功能。,3EPON的工作原理在EPON中，根据IEEE802.3以太网协议，传送的是可变长度的数据包，最长可为1518个字节，与ATM相比，极大地减少了开销。是由一个被分割成固定长度帧的连续信息流组成，其传输速率为1.25Gbit/s。,图6-15EPON下行帧结构,EPON系统的上行帧结构，帧长与下行帧长相同，也是2ms，每帧有一个帧头，表示该帧的开始；每帧包含还若干个长度可变的时隙，每个时隙分配给一个ONU，各个ONU发送的上行数据包，以TDM方式复合成一个连续的数据流，通过光分配器耦合送入光纤传输。,图6-16EPON系统上行帧结构,6.2FTTx+LAN接入技术,6.2.1以太网技术以太网是目前应用最广泛的局域网技术，并且在很多新的领域得到扩展。在开放系统互连模型的7层模型里，以太网包括数据链路层、物理层和网络层。1以太网的种类以太网按传输速率可分为10Mbit/s以太网、100Mbit/s以太网、1000Mbit/s以太网等。,10Mbit/s以太网按照所使用的传输介质的不同，又可分为以下几种。10Base210Base510Base-T10Base-F,100Mbit/s以太网按照所使用传输介质的不同，又可分为以下几种。100Base-TX100Base-T4100Base-FX,1000Mbit/s以太网按照所使用的传输介质的不同，又可分为以下几种。1000Base-LX1000Base-SX1000Base-CX1000Base-T,2以太网协议标准,表6-2IEEE802系列以太网标准,3载波监听多路访问和碰撞检测协议多路访问是指多个节点共享同一传输介质发送信息，而载波监听是指信道上的各个节点在发送信息前先对信道进行监听，若检测到信道上有载波信号正在传输，则说明此时某个节点正访问信道，信道处于“忙”状态。节点只有在听不到载波信号时，才能向信道发送信息。,（1）1坚持CSMA方式（2）非坚持CSMA方式（3）P坚持CSMA方式,4退让重发算法发送节点检测到冲突后，必须退让一段时间再重新发送信息，退让时间的长度往往与冲突发生的次数有关，发送一个信息时冲突的次数越多，说明当前网络的负荷越重，因而应相应地退后较长时间再重发。5以太网帧结构,图6-17以太网帧结构,前同步码：由硬件产生，共8个字节，是1010交替码，但到最后一位时要将0变成1。其作用是使接收端能够迅速实现比特同步。目的地址和源地址：用于标识目的节点和发送节点地址，以太网中每一节点主机都拥有一个全球惟一的以太网地址。类型：以太网帧用两个字节指定接收数据的高层协议。,帧数据：待传输的数据信息。在以太网帧中，数据段的长度最小应不低于46个字节。帧校验序列：循环冗余校验值，长度为4个字节，由发端设备产生，收端被重新计算以确定帧在传送过程中是否被损坏。校验范围不包括前导码。,6以太网交换机在以太网中，交换机是信息的中转站，它把从某个端口接收到的数据从其他端口转发出去。（1）第2层交换机第2层交换机是数据链路层设备，完成链路层的帧复用和解复用功能，它读取数据包中的MAC地址信息并根据MAC地址来进行交换。,（2）路由技术路由技术其实是由两项最基本的活动组成，即决定最优路径和传输数据包。路由器是在OSI七层网络模型中的第3层网络层操作的。（3）第3层交换第3层交换结合了第2层交换机和第3层路由器两者的优势，可在各个层次提供线速性能。第3层交换机分为接口层、交换层和路由层三部分。第3层交换机实质上是一个带有第3层路由功能的第2层交换机，是第3层路由功能和第2层交换功能的有机结合。第3层交换机是为IP网络设计的，接口类型简单，拥有很强的2层包处理能力，所以适用于大型局域网。,7IP地址分配基于以太网的接入网地址分配方法有静态地址分配与动态地址分配两种。静态地址分配是指当用户开户时得到一个静态的IP地址，该地址与用户接入的端口对应。动态IP地址分配是指每次用户登录网络时由网络动态分配一个临时的IP地址。动态地址分配方式可以采用DHCP和PPP两种方式，优选DHCP方式。,8VLAN（1）VLAN的概念及优点从逻辑上看，VLAN可类比为一组终端用户的集合，等价于广播域。多组用户处在不同的物理LAN上，但它们之间像在同一个LAN上那样自由通信而不受任何限制。在支持VLAN的交换机中，网络的定义和划分与物理位置和物理连接无任何必然联系。管理员可根据需要，灵活建立和配置VLAN，并为每个VLAN分配所需带宽。,采用VLAN技术后，交换机设备具有下列优点。减少因网络用户变化所带来的额外工作量虚拟工作组减少对路由器的依赖,（2）虚拟网的划分基于端口划分VLAN基于MAC地址划分VLAN基于网络层划分VLAN基于IP组播划分VLAN,（3）VLAN内成员间的通信方式不同的划分方式导致VLAN成员间通信实现方式不同交换机列表支持方式帧标签方式时分复用方式（4）不同VLAN间的通信方式（5）虚拟网广泛应用时带来的问题,6.2.2FTTX+LAN宽带接入网它主要是采用高速IP路由交换技术和千兆以太网光纤传输技术，充分利用光纤带宽资源，配合综合布线系统，实现宽带多媒体多业务信息网络的高速接入。1FTTX+LAN网络结构FTTX+LAN宽带接入网由中心接入设备和边缘接入设备组成，,图6-18FTTX+LAN宽带接入网网络结构,边缘接入设备主要完成链路层帧的复用和解复用功能，中心接入设备负责汇聚用户流量，实现IP包转发、过滤及各种IP层协议。中心接入设备与边缘接入设备推荐采用星形拓扑结构，中心接入设备与IP骨干网设备之间的拓扑结构可以是星型，也可以是环型。在以太网接入系统中，中心接入设备一般为2层交换机、2层交换机+宽带接入服务器、3层交换机、3层交换机+宽带接入服务器以及专为以太网接入开发的以太接入业务网关等，边缘接入设备一般为2层交换机。,可根据小区规模的大小，或接入用户数量的多少将小区接入网络分为小规模、中规模和大规模等三大类。（1）小规模接入网络,图6-19小规模接入网络,（2）中规模接入网络,图6-20中规模接入网络,（3）大规模接入网络,图6-21大规模接入网络,2以太网接入网设备选用（1）以太网中心接入设备的技术要求（2）边缘接入设备的技术要求（3）设备电源（4）工作环境（5）设备性能,3以太网接入网设备安装（1）设备安装的基本要求（2）中心接入设备的安装（3）边缘接入设备的安装（4）楼道宽带配线箱的安装,图6-22中心接入设备安装示意图,6.3FTTX+LAN接入网系统设计,1小区/汇接节点设计2小区/汇接域线路系统设计3楼宇线路系统设计,6.4FTTX+LAN、ADSL、VDSL接入技术比较,1ADSL接入方式ADSL由于可直接利用电话线改装，不受地域的限制且接入成本低，所以目前发展较快。ADSL技术存在以下缺点。传输速率和线路质量及传输距离密切相关，线路质量不好或传输距离远，传输速率都会下降，且稳定性变差，易断线。线路之间存在串扰等现象，很容易影响传输的稳定性，造成无法开通或者速率上不去等问题。,较低的传输速率限制了高等级流媒体应用和HDTV等业务的开展。非对称特性不适于企事业和商业环境。由于ATM设备成本较高，因而ADSL/ATM设备成本仍较高。对于视频应用，用户数和传输距离迅速减少。,2VDSL接入方式VDSL技术是在ADSL技术上发展而来的，其基本原理和ADSL类似。