EPON关键技术原理-讲解

1、2007-00-00,EPON关键技术及实现原理,烽火通信科技股份有限公司 2008年1月,内容提要,FTTH技术 EPON技术,FTTx系统,FTTx系统的基本组成： 光线路终端（OLT，局端设备） 光分配网（ODN，包含光分路器、光纤光缆及光缆分线盒、光缆交接箱等一系列无源器件） 光网络单元（ONU/ONT）,OLT功能模块示意图,ONU功能模块示意图,FTTx的实现技术,FTTx主要包括有源与无源两种技术，当前两种技术的市场份额相当 无源光网络PON逐渐成为FTTx的主要实现技术，包含A/BPON、EPON、GPON等 传统的P2P光纤接入系统采用媒质转换器（MC），应用比较普遍；新的P

2、2P标准定义了光接口、OAM等内容，改善了传统MC方式存在的缺陷,无源光网络（PON）系统原理1,(a)PON系统中的上行方向工作原理,上行工作波长范围:1260-1360nm 上行数据分时发送，各ONU的发送时间与长度由OLT集中控制TDMA的接入机制,无源光网络（PON）系统原理2,下行工作波长范围:1480-1500nm 下行数据广播发送，每个ONU根据下行数据的标识信息接收属于自己的数据，丢弃其他用户的数据,(b)PON系统中的下行方向工作原理,PON技术体制,BPON业务适配复杂，业务提供能力有限，传送速率不高，成本较高，IP业务映射效率低等原因，已经被舍弃，不宜再采用 ； EPON

3、技术由IEEE标准化。其核心是在保留传统以太网体系结构基础上定义了一种新的应用于PON系统的物理层（主要是光接口）规范、一种新的MAC多点控制层协议（MPCP），以实现在点到多点无源光网络中的以太网帧的时分多址接入、一种运行维护和管理（OAM）机制。 GPON由FSAN/ITU标准化（ G.984）。其目标是形成传输速率更高、更大分路比、能高效承载多种业务并具有更强大的OAM功能的宽带PON技术。GPON引入了一个全新的传输汇聚（TC）子层，并规定TC子层可以采用ATM和GEM两种封装方式。采用了125us的帧长及定时机制，将各种业务载荷（包括TDM和分组）都通过GFP封装入定长帧中，可以较容

4、易的支持TDM和话音业务，并通过带宽指针（pointers）为每一个ONU动态分配上行带宽。 EPON和GPON已成为近期研究的热点。,PON vs. 点到点光纤以太网,无源光网络PON： 点到多点的树形-分支结构 局端设备和用户端设备之间为全无源结构 可以节约主干光纤和局端设备的光接口 可扩展性好，便于维护管理,Splitter,Fiber,CO,Business/ Residence,P2P光纤以太网： 点到点结构 局端设备和用户端设备之间采用独立的一对或者一根光纤，用户独享，保密性好， 局端和用户端各需要1个光收发器 业务透明性好，带宽高，每个用户的上下行带宽都可以达到100Mbit/s

5、甚至1000Mbit/s。 消耗较多的主干光纤,PON vs. 点到点光纤以太网,基于MC的点到点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 PON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,以32个结点为例,32/64根光纤 64个收发器,P2P,P2P,1/2根光纤 66个收发器,PON vs. 点到点光纤以太网,无源分光器,ONU,ONU,IP数据网,光电

6、收发器,OLT,ONU,IP数据网,MC接入,PON接入,PSTN,CATV,内容提要,FTTH技术 EPON技术,EPON基本特点,PON的基本特点 OLT与ONU之间信号传输基于IEEE 802.3以太网帧 采用8B/10B的线路编码，数据速率为上下行对称1Gbps,线路比特率为上下行对称1.25Gbps P2P仿真子层是EPON/MPCP协议中的关键组件。以MAC控制子层的MPCP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 分光比1：32 支持A、B类ODN网络,物理媒质相关（PMD）子层,规定了1000BASE-PX10和1000BASE-PX20两种光模

7、块： 目前的PX10/20光模块分别可以达到1:32的分路比和10/20公里的传输距离； 在物理层业务接口上，误码率小于等于10e-12。,EPON的关键技术,突发模式光收发器技术 帧结构 测距 动态带宽分配（DBA）机制 下行数据安全性技术 业务QoS处理 TDM业务的承载 运行维护管理（OAM）功能的实现,EPON的OAM功能,EPON系统定义了一种全新的运行管理和维护协议，以支持： Remote Failure Indication（远端故障指示） Remote Loopbak（远端环回） Link Monitoring（链路监视） 不支持功能 和单条链路不相关的管理功能，比如保护倒换和

8、设备管理 业务提供和协商功能，比如带宽分配，速率适配和速度/双工协商等功能 OAM数据的安全性保证和OAM实体的认证不在标准定义的范畴 不支持设置/写远端MIB变量的能力 特点 OAM的实现和使能是可选的。 提供一种实现OAM能力发现的机制。 提供一种机构扩展机制使高层管理功能的应用成为可能,GATE（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（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 （ONU发出） 在注册规程处理过程中请求注册。 REGISTER （OLT发出） 在

9、注册规程处理过程中通知ONU已经识别了注册请求。 REGISTER_ACK （ONU发出） 在注册规程处理过程中表示注册确认。,五种类型的MPCP帧,MPCP在OLT和ONU之间规定了一种控制机制来协调数据的发送和接收； MPCP功能是基于专门的协议数据报文完成的，即MPCPDU； 目前定义了5中MPCPDU：,EPON的关键技术MPCP控制帧,MPCP发现过程ONU的发现、注册和认证,OLT以一定间隔发送一个发现窗口（如1秒）。新上线的ONU可以利用这个窗口进行注册和认证，进而被OLT接纳。 OLT基于MPCP消息中的timestamp字段进行测距 OLT基于ONU的MAC地址进行ONU的认

10、证,ONU完成注册后的MPCP协议交互,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； 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

11、性,MPCP发现过程,进程由OLT发起，它周期性地产生合法的发现时间窗口(Discovery Time Windows)，使OLT有机会检测到非在线的ONU。 发现进程的下一步是OLT向新发现的ONU发送注册(Register)消息，该消息包含ONU的LLID以及OLT要求的同步时间。 OLT可以要求ONU重新执行发现进程并重新注册。同样，ONU也可以通知OLT请求注销，然后通过发现进程进行重注册。,DBA的原理,DBA的工作流程是GateReportGateReport，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

12、务流量 Grant的分配是基于特定算法的。 DBA要按照SLA进行grant分配（包括保证带宽、最大带宽等参数,业务QoS处理,EPON 支持IEEE802.1p 支持IP TOS 队列调度算法：SP、WRR、SP+WRR 支持端口限速 .,单拷贝广播,充分发挥EPON网络点到多点结构的特点，实现在EPON系统中高效视频组播，使同一个组播组的用户共享一条流，从而提高下行带宽的利用率。,光纤保护倒换：骨干光纤冗余,OLT：采用单个PON端口，PON口处内置12开关，由OLT检测线路状态 光分路器：使用2:N光分路器； ONU：无特殊要求。,光纤保护倒换：OLT PON口冗余,OLT：备用的OLT PON端口处于冷备用状态，由OLT检测线路状态、OLT PON端口状态，倒换应由OLT完成。 光分路器：使用2:N光分路器； ONU：无特殊要求。,光纤保护倒换：全保护,OLT：主、备用的OLT PON端口均处于工作状态； 光分路器：使用2个1: