EPON技术原理

1、EPON技术目录目录 第一章第一章 EPONEPON技术起源技术起源 第二章第二章 EPONEPON技术特点技术特点 第三章第三章 EPONEPON技术原理技术原理 第四章第四章 EPONEPON技术应用技术应用u 从简单语音需求逐渐向数据、多媒体、综合业务需求发展u 综合业务应用对带宽的要求越来越高u 不同的业务应用需要相应QOS技术保证u 综合业务的需求导致接入手段不断增加1.1 1.1 接入网的发展特点接入网的发展特点1.2 1.2 接入层业务需求分析接入层业务需求分析 理想带宽（理想带宽（bpsbps）数字电视数字电视MPEG2 MPEG2 4M4MIPTV MPEG4 2.5MIPT

2、V MPEG4 2.5M电子银行电子银行 0.4M0.4M远程游戏远程游戏 0.6M0.6MVoice 0.1MVoice 0.1M视频点播视频点播VOD 1.5-2MVOD 1.5-2M视频电话视频电话 0.5M0.5M视频会议视频会议 0.8M0.8M 高清电视高清电视20M20M（经过压缩可达到（经过压缩可达到6-8M6-8M）。u 业务需求群体的差异化u 业务需求种类的差异化u 业务种类对带宽要求的差异化u 业务需求的不断增加对接入层u 带宽要求越来越高已是事实。如何提供高带宽的接入网如何提供高带宽的接入网 ？1.31.3主要接入技术分析主要接入技术分析有线接入的未来与发展趋势光接入有

3、线接入的未来与发展趋势光接入u 铜线接入ADSLVDSLLAN接入u 光纤接入P2PP2MPu 光纤到家庭用户FTTH 仅利用光纤传输媒质连接通信局端和家庭住宅的接入方式，引入光纤由单个家庭住宅独享。u 光纤到公司/办公室FTTO 仅利用光纤传输媒质连接通信局端和公司或办公室用户的接入方式，引入光纤由单个公司或办公室用户独享，ONU/ONT之后的设备或网络由用户管理。 u 光纤到楼宇/分线盒FTTB/C 以光纤替换用户引入点之前的铜线电缆，ONU部署在传统的分线盒（用户引入点）即DP点（DP distribution point分配点），ONU下采用其他介质接入用户u 光纤到交接箱FTTCab

4、 以光纤替换传统馈线电缆，ONU部署在交接箱即FP点处，ONU下采用其他介质接入到用户1.4 1.4 光纤接入的应用模式（光纤接入的应用模式（FTTxFTTx） FTTH FTTH 应用是应用是PONPON技术引入的主要源动力技术引入的主要源动力1.5 FTTH1.5 FTTH的主要技术的主要技术点到点光接入（MC）方式点到多点光接入方式 点到点以太接入APON EPON GPON 小区交换机接入目录目录 第一章第一章 EPONEPON技术起源技术起源 第二章第二章 EPONEPON技术特点技术特点 第三章第三章 EPONEPON技术原理技术原理 第四章第四章 EPONEPON技术应用技术应用

5、2.1 EPON2.1 EPON的定义和组成的定义和组成u PON的定义无源光网络：Passive Optical Network是一种基于P2MP拓朴的技术 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。u 无源光网络的构成OLT（Optical Line Terminal）光线路终端ONU（Optical Network Unit）光网络单元ONT（ Optical Network Terminal）光网络终端ODN（Optical Distribution Network）光分配网u EPON

6、系统采用WDM技术，实现单纤双向传输。u 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。2.2 EPON2.2 EPON系统数据传输机制系统数据传输机制1490nm1310nm2.3 EPON2.3 EPON的网络位置的网络位置2.4 EPON2.4 EPON系统组网方式系统组网方式环 形树 形总线形2.5 2.5 技术比较（技术比较（EPON vs MCEPON vs MC） 局端用户局端用户小区交换机以32个结点为例32/64根光纤64个收发器P2PP2P1/2根光纤66个收发器局端用户分光器P2MP1根光纤33个收

7、发器u 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u 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1 2 3 4 5 67 8 9 101112AB12x6x8x2x9x3x10 x4x11x5x7x1xEthernetA12x6x8x2x9x3x10 x4x11x5x7x1xC1 2 3 4 5 67 8 9 101112AB12x6x8x2x9x3x10 x4x11x5x7x1x

8、EthernetA12x6x8x2x9x3x10 x4x11x5x7x1xC1 2 3 4 5 67 8 9 101112AB12x6x8x2x9x3x10 x4x11x5x7x1xEthernetA12x6x8x2x9x3x10 x4x11x5x7x1xC1 2 3 4 5 67 8 9 101112AB12x6x8x2x9x3x10 x4x11x5x7x1xEthernetA12x6x8x2x9x3x10 x4x11x5x7x1xC无源分光器ONUONUIP数据网光电收发器OLTONUIP数据网MC接入接入EPON接入接入PSTNCATV100M带宽1.25G带宽收发器运维盲点、故障率高无

9、源网络，无需维护单一业务全业务2.6 2.6 网络和业务比较（网络和业务比较（EPON vs MCEPON vs MC） 目录目录 第一章第一章 EPONEPON技术起源技术起源 第二章第二章 EPONEPON技术特点技术特点 第三章第三章 EPONEPON技术原理技术原理 第四章第四章 EPONEPON技术应用技术应用3.1 EPON3.1 EPON的基本特点的基本特点u 基本特点OLT与ONU之间信号传输基于IEEE 802.3以太网帧传输线路速率下行/上行：1250 Mbit/s / 1250 Mbit/s以MAC控制子层的MPCP（multi point control protoco

10、l）机制为基础，MPCP通过消息、状态机和定时器来控制访问P2MP的拓扑结构P2P仿真子层是EPON/MPCP协议中的关键组件逻辑分光比1：32（1：64）支持A、B类ODN网络3.2 EPON3.2 EPON系统中关键技术系统中关键技术u LLIDu 突发光接收技术u MPCPu 定时与同步u 注册u 测距u DBAu OAM管理3.3 EPON3.3 EPON关键技术关键技术LLIDLLIDu 对802.3标准的扩展修改前导码完成用于对ONU进行唯一标识u 定义：广播： MODE=1或者 LLID=0 x7FFF单播： MODE=0且LLID!=0 x7FFFF3.4 EPON3.4 EP

11、ON工作原理下行工作原理下行u 广播方式在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。3.5 EPON3.5 EPON工作原理下行数据帧结构工作原理下行数据帧结构前导码前导码7Bytes帧定界符帧定界符1BytesDA6BytesSA6Bytes长度长度/类型类型2Bytes数据数据461500Bytes填充填充不定不定FCS4Bytes前导码前导码8BytesDA6BytesSA6Bytes长度长度/类型类型2Bytes数据数据46

12、1500Bytes填充填充不定不定FCS4Bytes5555SPD5555LLIDLLIDCRC8以太网以太网MACMAC帧帧EPON MACEPON MAC帧帧SPD:SPD指示LLID和CRC位置3.6 3.6 下行数据的安全性下行数据的安全性u 因为PON的多点广播特性，所有的下行数据都会被广播到PON系统中所有的ONU上。如果有一个匿名用户将它的ONU接收限制功能去掉，那么它就可以监听到所有用户的下行数据，这在PON系统中称为“监听威胁”。u PON网络的另一个特点是，网络中ONU不可能监测到其它ONU的上行数据。u 在PON上解决安全性的措施是ONU通过上行信道传送一些保密信息（如数

13、据加密密钥），OLT使用该密钥对下行信息加密，因为其它ONU无法获知该密钥，接收到下行广播数据后，仍然无法解密获得原始数据。3.7 EPON3.7 EPON工作原理上行工作原理上行u TDMA方式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。3.8EPON3.8EPON技术原理上行帧结构技术原理上行帧结构上行帧由突发的以太网帧MPCP上行控制帧物理层的突发开销组成MPCP cont r olMPCP cont r olMAC cont r olBur s t OHBur s t OHDo

14、wns t r eamUps t r eamB Bu ur r s s t t O ON NU U 2 2B Bu ur r s s t t O ON NU U 3 3B Bu ur r s s t t O ON NU U 1 1I PG / i dl e code 10b s ymbol sEt her net Fr ame ( wi t h Et h. pr eambl e)EPON cont r ol Fr ameBur s t OH 3.9 EPON3.9 EPON关键技术突发模式光收发技术关键技术突发模式光收发技术u 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

15、整0-1判决门限u 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u 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u OLT的接收机和ONU的发射器工作在突发模式3.10 EPON3.10 EPON关键技术关键技术MPCPMPCP协议协议u 对IEEE802.3标准的重要扩展u 规定了OLT和ONU之间的 控制机制u 提供ONU控制管理信息u 提供ONU带宽管理信息u 提供业务监控信息控制是整个EPON系统正常工作的核心3.11 EPON3.11 EPON关键技术关键技术MPCPMPCP控制帧控制帧五种类型

16、的MPCP帧u 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u 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。u REGISTER_REQ （ONU）00-04在注册规程处理过程中请求注册。u 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。u REGISTER_ACK （ONU）00-06在注册规程处理过程中表示注册确认。3.12 EPON3.12 EPON关键技术定时与同步关键技术定时与同步u 定时方法：所有ONU都与OLT的唯一时钟同步；主

17、要是用时间戳域来完成的。u 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 u 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）3.13 GATE 过程（OLT-ONU）REPORT 过程过程（ONU-OLT）EPONEPON关键技术同步定时过程关键技术同步定时过程3.14 EPON3.14 EPON关键技术注册关键技术注册u 指OLT对

18、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。u 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“Discovery Gate”消息。如果所收到的消息类型为 Discovery，且消息中的逻辑PHY ID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LLID3.15 EPON3.15 EPON关键技术测距关键技术测距u 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

19、器件老化，环路延时也会发生不断的变化u 测距包括静态测距和动态测距：u 测距要求补偿因ONU距离不同而产生的时延差异：RTT（Round Trip Time）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MPCP PDU的时候启动测距功能。u 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。3.16 EPON3.16 EPON关键技术测距过程关键技术测距过程u 1. OLT在T1时刻发送 GATE；u 2. ONU在T2时刻接收到GATE ,此时复位本地计数器，时间戳置为 T

20、1；u 3. ONU在T3时刻发送REPORT, 此时填入的时间戳为 T4；u 4. OLT在T5时刻接收到REPORT。u 最后RTT由下面的公式得出：RTT = T2-T1+T5-T3 = T5-T4其中 ： T3-T2 = T4-T13.17 EPON3.17 EPON关键技术关键技术RTTRTT应用应用u 计算出RTT后，OLT据此给ONU发送GATE帧，例如，如果OLT希望在T1时刻接收ONU的数据，则在GATE帧中给ONU的起始时间为u T0T1-RTT。3.18 EPON3.18 EPON关键技术关键技术DBADBAu 功能： 相对于静态带宽分配（SBA），DBA是指实时地（ms

21、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u 优点：实现高效的上行带宽利用率和服务质量保证u 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3.19 EPON3.19 EPON关键技术关键技术OAMOAM管理管理u 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u 基本支持功能：Remote Failure Indication（远端故障指示）Remote Loopbak（远端环回）Link Monitoring（链路监视

22、）u 扩展功能ONU版本管理ONU配置管理3.20 EPON3.20 EPON关键技术关键技术- -业务业务QoSQoS处理处理交换板交换板PON卡卡EPONEPONTDM业务处理业务处理（网关）（网关）GE10/100M/GEONUONUONU采用IEEE802.1p或IP TOS机制，实现业务优先级区分业务拥塞发生在交换芯片上PON系统上下行基本不会拥塞，但须进行更精确的带宽控制和管理3.21 EPON3.21 EPON系统工作过程系统工作过程u 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u 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3.22 EPON3.22 EPON保护保护全保护方式全保护方式骨干光纤保