EPON技術的特點和原理.ppt

中國電信維護崗位認證教材（IP專業(yè)）,EPON技術,2,目錄,第一章EPON技術起源第二章EPON技術特點第三章EPON技術原理第四章EPON技術應用,3,從簡單語音需求逐漸向數(shù)據(jù)、多媒體、綜合業(yè)務需求發(fā)展綜合業(yè)務應用對帶寬的要求越來越高不同的業(yè)務應用需要相應QOS技術保證綜合業(yè)務的需求導致接入手段不斷增加,1.1接入網(wǎng)的發(fā)展特點,4,1.2接入層業(yè)務需求分析,理想帶寬（bps）數(shù)字電視MPEG24MIPTVMPEG42.5M電子銀行0.4M遠程游戲0.6MVoice0.1M視頻點播VOD1.5-2M視頻電話0.5M視頻會議0.8M高清電視20M（經(jīng)過壓縮可達到6-8M）。,業(yè)務需求群體的差異化業(yè)務需求種類的差異化業(yè)務種類對帶寬要求的差異化,業(yè)務需求的不斷增加對接入層帶寬要求越來越高已是事實。,如何提供高帶寬的接入網(wǎng)？,5,1.3主要接入技術分析,有線接入的未來與發(fā)展趨勢光接入,銅線接入ADSLVDSLLAN接入光纖接入P2PP2MP,6,光纖到家庭用戶FTTH僅利用光纖傳輸媒質(zhì)連接通信局端和家庭住宅的接入方式，引入光纖由單個家庭住宅獨享。光纖到公司/辦公室FTTO僅利用光纖傳輸媒質(zhì)連接通信局端和公司或辦公室用戶的接入方式，引入光纖由單個公司或辦公室用戶獨享，ONU/ONT之后的設備或網(wǎng)絡由用戶管理。光纖到樓宇/分線盒FTTB/C以光纖替換用戶引入點之前的銅線電纜，ONU部署在傳統(tǒng)的分線盒（用戶引入點）即DP點（DPdistributionpoint分配點），ONU下采用其他介質(zhì)接入用戶光纖到交接箱FTTCab以光纖替換傳統(tǒng)饋線電纜，ONU部署在交接箱即FP點處，ONU下采用其他介質(zhì)接入到用戶,1.4光纖接入的應用模式（FTTx）,FTTH應用是PON技術引入的主要源動力,7,1.5FTTH的主要技術,點到點光接入（MC）方式,點到多點光接入方式,點到點以太接入,APON,EPON,GPON,小區(qū)交換機接入,8,目錄,第一章EPON技術起源第二章EPON技術特點第三章EPON技術原理第四章EPON技術應用,9,2.1EPON的定義和組成,PON的定義無源光網(wǎng)絡：PassiveOpticalNetwork是一種基于P2MP拓樸的技術是一種應用于接入網(wǎng)，局端設備（OLT）與多個用戶端設備（ONU/ONT）之間通過無源的光纜、光分/合路器等組成的光分配網(wǎng)（ODN）連接的網(wǎng)絡。無源光網(wǎng)絡的構成OLT（OpticalLineTerminal）光線路終端ONU（OpticalNetworkUnit）光網(wǎng)絡單元ONT（OpticalNetworkTerminal）光網(wǎng)絡終端ODN（OpticalDistributionNetwork）光分配網(wǎng),10,EPON系統(tǒng)采用WDM技術，實現(xiàn)單纖雙向傳輸。為了分離同一根光纖上多個用戶的來去方向的信號，采用以下兩種復用技術：下行數(shù)據(jù)流采用廣播技術；上行數(shù)據(jù)流采用TDMA技術。,2.2EPON系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸機制,1490nm,1310nm,11,2.3EPON的網(wǎng)絡位置,12,2.4EPON系統(tǒng)組網(wǎng)方式,環(huán)形,樹形,總線形,13,2.5技術比較（EPONvsMC）,以32個結點為例,32/64根光纖64個收發(fā)器,P2P,P2P,1/2根光纖66個收發(fā)器,MC技術的兩種使用方式點到點以太接入N根光纖，2N個光收發(fā)器管理獨立小區(qū)交換機接入只需鋪設1或2根光纖到小區(qū)2N+2個光收發(fā)器設備占用局端機房空間小在傳輸過程中需要有源設備設備分級管理EPON的接入方式只需鋪設1或2根光纖到小區(qū)需N+1個光收發(fā)器設備占用局端機房空間最小傳輸中不需有源設備設備集中管理,14,無源分光器,ONU,ONU,IP數(shù)據(jù)網(wǎng),光電收發(fā)器,OLT,ONU,IP數(shù)據(jù)網(wǎng),MC接入,EPON接入,PSTN,CATV,2.6網(wǎng)絡和業(yè)務比較（EPONvsMC）,15,目錄,第一章EPON技術起源第二章EPON技術特點第三章EPON技術原理第四章EPON技術應用,16,3.1EPON的基本特點,基本特點OLT與ONU之間信號傳輸基于IEEE802.3以太網(wǎng)幀傳輸線路速率下行/上行：1250Mbit/s/1250Mbit/s以MAC控制子層的MPCP（multipointcontrolprotocol）機制為基礎，MPCP通過消息、狀態(tài)機和定時器來控制訪問P2MP的拓撲結構P2P仿真子層是EPON/MPCP協(xié)議中的關鍵組件邏輯分光比1：32（1：64）支持A、B類ODN網(wǎng)絡,17,3.2EPON系統(tǒng)中關鍵技術,LLID突發(fā)光接收技術MPCP定時與同步注冊測距DBAOAM管理,18,3.3EPON關鍵技術LLID,對802.3標準的擴展修改前導碼完成用于對ONU進行唯一標識定義：廣播：MODE=1或者LLID=0 x7FFF單播：MODE=0且LLID!=0 x7FFFF,19,3.4EPON工作原理下行,廣播方式在ONU注冊成動后分配一個唯一的LLID；在每一個分組開始之前添加一個LLID，替代以太網(wǎng)前導符的最后兩個字節(jié)；OLT接收數(shù)據(jù)時比較LLID注冊列表，ONU接收數(shù)據(jù)時，僅接收符合自己的LLID的幀或者廣播幀。,20,3.5EPON工作原理下行數(shù)據(jù)幀結構,前導碼8Bytes,DA6Bytes,SA6Bytes,長度/類型2Bytes,數(shù)據(jù)461500Bytes,填充不定,FCS4Bytes,以太網(wǎng)MAC幀,EPONMAC幀,21,3.6下行數(shù)據(jù)的安全性,因為PON的多點廣播特性，所有的下行數(shù)據(jù)都會被廣播到PON系統(tǒng)中所有的ONU上。如果有一個匿名用戶將它的ONU接收限制功能去掉，那么它就可以監(jiān)聽到所有用戶的下行數(shù)據(jù)，這在PON系統(tǒng)中稱為“監(jiān)聽威脅”。PON網(wǎng)絡的另一個特點是，網(wǎng)絡中ONU不可能監(jiān)測到其它ONU的上行數(shù)據(jù)。在PON上解決安全性的措施是ONU通過上行信道傳送一些保密信息（如數(shù)據(jù)加密密鑰），OLT使用該密鑰對下行信息加密，因為其它ONU無法獲知該密鑰，接收到下行廣播數(shù)據(jù)后，仍然無法解密獲得原始數(shù)據(jù)。,22,3.7EPON工作原理上行,TDMA方式OLT接收數(shù)據(jù)前比較LLID注冊列表；每個ONU在由局方設備統(tǒng)一分配的時隙中發(fā)送數(shù)據(jù)幀；分配的時隙補償了各個ONU距離的差距，避免了各個ONU之間的碰撞。,23,3.8EPON技術原理上行幀結構,上行幀由突發(fā)的以太網(wǎng)幀MPCP上行控制幀物理層的突發(fā)開銷組成,24,3.9EPON關鍵技術突發(fā)模式光收發(fā)技術,OLT光接收機的快速功率恢復要求OLT在每個接收時隙的開始處迅速調(diào)整0-1判決門限ONU光發(fā)射機的突發(fā)發(fā)射和關斷為抑制自發(fā)散射噪聲，要求ONU的激光器能夠快速的冷卻和回暖OLT光接收機的突發(fā)同步技術上行接收數(shù)據(jù)相位的突變要求OLT的接收機工作在突發(fā)模式接收狀態(tài)OLT的接收機和ONU的發(fā)射器工作在突發(fā)模式,25,3.10EPON關鍵技術MPCP協(xié)議,對IEEE802.3標準的重要擴展規(guī)定了OLT和ONU之間的控制機制提供ONU控制管理信息提供ONU帶寬管理信息提供業(yè)務監(jiān)控信息控制,是整個EPON系統(tǒng)正常工作的核心,26,3.11EPON關鍵技術MPCP控制幀,五種類型的MPCP幀,GATE（OLT）00-02允許接收到GATE幀的ONU立即或者在指定的時間段發(fā)送數(shù)據(jù)REPORT（ONU）00-03向OLT報告ONU的狀態(tài)，包括該ONU同步于哪一個時間戳、以及是否有數(shù)據(jù)需要發(fā)送。REGISTER_REQ（ONU）00-04在注冊規(guī)程處理過程中請求注冊。REGISTER（OLT）00-05在注冊規(guī)程處理過程中通知ONU已經(jīng)識別了注冊請求。REGISTER_ACK（ONU）00-06在注冊規(guī)程處理過程中表示注冊確認。,27,3.12EPON關鍵技術定時與同步,定時方法：所有ONU都與OLT的唯一時鐘同步；主要是用時間戳域來完成的。時間戳定義時間戳域使用個字節(jié)時間戳所標識的是在MAC控制幀上傳到MAC層時OLT的計數(shù)值。計數(shù)值寬度為16位或32位，計數(shù)單位為16ns定時過程OLT以自己本地的計數(shù)器插入timestamp域中ONU以本地計數(shù)值插入timestamp域中ONU根據(jù)收到的OLT的timestamp更新自己的計數(shù)器OLT根據(jù)收到的ONU的timestamp計算差值（測距）,28,3.13GATE過程（OLT-ONU）,REPORT過程（ONU-OLT）,EPON關鍵技術同步定時過程,29,3.14EPON關鍵技術注冊,指OLT對系統(tǒng)中的ONU進行注冊主要用于系統(tǒng)中增加ONU時或者ONU重新啟動時。注冊過程ONU的執(zhí)行動作：在上電啟動或復位時，ONU進入Discovery狀態(tài)。等待來自OLT的“DiscoveryGate”消息。如果所收到的消息類型為Discovery，且消息中的邏輯PHYID與自己相同或為缺省值是，就對此消息做出應答。OLT的執(zhí)行動作：OLT以廣播方式周期性的發(fā)送Discovery檢測幀。響應ONU的注冊請求并分配LLID,30,3.15EPON關鍵技術測距,OLT與各ONU間的環(huán)路時延不同：各ONU距OLT的光纖路徑不同各ONU元器件的不一致性環(huán)境溫度的變化和器件老化，環(huán)路延時也會發(fā)生不斷的變化測距包括靜態(tài)測距和動態(tài)測距：測距要求補償因ONU距離不同而產(chǎn)生的時延差異：RTT（RoundTripTime）在注冊過程中，ONU對新加入的ONU啟動測距過程OLT使用RTT來調(diào)整每個ONU的授權時間OLT也可以在任何收到MPCPPDU的時候啟動測距功能。使用注冊沖突避讓：在EPON系統(tǒng)中，解決ONU的注冊沖突的方案有兩種：隨機延遲時間法和隨機跳過開窗法。,31,3.16EPON關鍵技術測距過程,1.OLT在T1時刻發(fā)送GATE；2.ONU在T2時刻接收到GATE,此時復位本地計數(shù)器，時間戳置為T1；3.ONU在T3時刻發(fā)送REPORT,此時填入的時間戳為T4；4.OLT在T5時刻接收到REPORT。最后RTT由下面的公式得出：RTT=T2-T1+T5-T3=T5-T4其中：T3-T2=T4-T1,32,3.17EPON關鍵技術RTT應用,計算出RTT后，OLT據(jù)此給ONU發(fā)送GATE幀，例如，如果OLT希望在T1時刻接收ONU的數(shù)據(jù)，則在GATE幀中給ONU的起始時間為T0T1-RTT。,33,3.18EPON關鍵技術DBA,功能：相對于靜態(tài)帶寬分配（SBA），DBA是指實時地（ms級）改變PON中各ONU上行帶寬的機制根據(jù)帶寬狀態(tài)和ONU需求動態(tài)（合理）分配ONU的上行帶寬優(yōu)點：實現(xiàn)高效的上行帶寬利用率和服務質(zhì)量保證算法特點：業(yè)務透明低時延和低時延抖動公平帶寬分配健壯性好實時性強,34,3.19EPON關鍵技術OAM管理,功能：完成ONU的認證、配置功能在線的性能監(jiān)測、各種故障告警和遠端故障指示、遠端近端環(huán)回等OLT對ONU進行遠程管理通信協(xié)議，要有一定的開放性和擴展性基本支持功能：RemoteFailureIndication（遠端故障指示）RemoteLoopbak（遠端環(huán)回）LinkMonitoring（鏈路監(jiān)視）擴展功能ONU版本管理ONU配置管理,35,3.20EPON關鍵技術-業(yè)務QoS處理,采用IEEE802.1p或IPTOS機制，實現(xiàn)業(yè)務優(yōu)先級區(qū)分,業(yè)務擁塞發(fā)生在交換芯片上,PON系統(tǒng)上下行基本不會擁塞，但須進行更精確的帶寬控制和管理,36,3.21EPON系統(tǒng)工作過程,ONU的操作ONU通過下行控制幀的時間戳同步于OLT；ONU等待發(fā)現(xiàn)幀（gate）ONU進行發(fā)現(xiàn)處理，包括：測距，指定物理ID和帶寬。ONU等待授權，ONU只能在授權時間發(fā)送數(shù)據(jù),OLT的操作產(chǎn)生時間戳消息，用于系統(tǒng)參考時間通過MPCP幀指配帶寬進行測距操作控制ONU注冊,37,3.22EPON保護,全保護方式,骨干光纖保護方式,38,目錄,第一章EPON技術起源第二章EPON技術特點第三章EPON技術原理第四章EPON技術應用,39,4.1業(yè)務提供,業(yè)務類型語音業(yè)務：VoIP方式提供視頻業(yè)務：IPTVCATV數(shù)據(jù)業(yè)務：TDM業(yè)務：E1/T1STM-N等,40,4.2EPON的安全機制,PON網(wǎng)絡安全的基本要求：數(shù)據(jù)的機密性：每一個下行數(shù)據(jù)幀只能對指定的ONU有效，其他ONU無法得到數(shù)據(jù)信息；用戶隔離：每一個ONU上傳的信息，其他ONU無法看到；用戶接入控制：無授權的非法用戶，無法使用網(wǎng)絡；設備接入控制：無授權的非法設備，無法接入網(wǎng)絡；基本支持功能：,41,4.3FTTH網(wǎng)絡組網(wǎng)構架,OLT,IPNetwork,BAS,V5.2/H.248,FE/GE,PSTN/SS,CATV,CDN,PC,CATV,PHONE,IPTV,數(shù)字家庭網(wǎng)關,合波器（EDFA）,FE/GE,ONT,splitter,家庭網(wǎng)絡,020