EPON原理培訓(xùn)講義

EPON原理-BContents接入網(wǎng)發(fā)展趨勢(shì)和xPON接入網(wǎng)發(fā)展趨勢(shì)寬帶光接入方式PON系統(tǒng)介紹EPON原理介紹基本原理協(xié)議關(guān)鍵技術(shù)EPON解決方案Triply－play解決方案CATV解決方案數(shù)據(jù)安全解決方案接入網(wǎng)發(fā)展趨勢(shì)和xPON接入網(wǎng)發(fā)展趨勢(shì)寬帶光接入方式PON系統(tǒng)介紹高帶寬、全業(yè)務(wù)－未來(lái)接入網(wǎng)趨勢(shì)業(yè)務(wù)帶寬需求數(shù)據(jù)下載2MbpsVoIP,videotelephonyandvideoconference1MbpsMusicondemand,multimediacontents2MbpsOn-lineGaming1MbpsSDDigitalTV（標(biāo)清電視）3MbpsHDDigitalTV（高清電視）AdditionalTVchannels(i.e.2HDDTV)10Mbps20Mbps住宅業(yè)務(wù)需求預(yù)測(cè)由單業(yè)務(wù)向多業(yè)務(wù)甚至全業(yè)務(wù)模式轉(zhuǎn)化要求高帶寬、高速率良好的上網(wǎng)體驗(yàn)用戶數(shù)據(jù)安全保證

DownstreamUpstream1HDTV,2SDTVsimultaneouslyamong200+channels16Mb/s50Kb/s1Gamingchannel256Kb/s256Kb/s2Voicecalls&Visio220Kb/s220Kb/sHighSpeedInternet3Mb/s512Kb/sTotal20Mb/s1Mb/s光進(jìn)銅退－接入網(wǎng)發(fā)展趨勢(shì)解決雙絞線接入的帶寬瓶頸，滿足用戶對(duì)高帶寬業(yè)務(wù)的需求，如高清電視、實(shí)況轉(zhuǎn)播等解決雙絞線接入長(zhǎng)距離覆蓋的問(wèn)題，減少網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)<1Mbps3M8M25M100MADSL/ADSL2+CopperBasedVDSL/ADSL2+CopperBasedPONFiberBased2002200320062010時(shí)間帶寬互聯(lián)網(wǎng)視頻會(huì)議遠(yuǎn)程控制接入技術(shù)業(yè)務(wù)需求VoD標(biāo)清電視視頻會(huì)議Game實(shí)況TVVoDHDTV<3km<2km<1km~5km覆蓋半徑寬帶光接入方式OLTONTONTONUONU光纖光纖NTNT光纖金屬線/無(wú)線金屬線/無(wú)線光纖接入網(wǎng)FTTHFTTOFTTB/CFTTCab縮略語(yǔ)FTTH：FiberToTheHome——光纖到戶FTTO：FiberToTheOffice——光纖到辦公室FTTB/C：FiberToTheBuilding/Curb——光纖到樓宇/分線盒FTTCab：FiberToTheCabinet——光纖到交接箱ONU：OpticalNetworkUnit——光網(wǎng)絡(luò)單元ONT：OpticalNetworkTerminal——光網(wǎng)絡(luò)終端狹義的FTTH指光纖向用戶側(cè)的進(jìn)一步延伸，這時(shí)光纖已經(jīng)進(jìn)入用戶住宅或辦公室的室內(nèi)，接入網(wǎng)內(nèi)的分支段的光纖只連接一個(gè)用戶。ITU認(rèn)為FTTH從光纖端頭的光電轉(zhuǎn)換器到用戶桌面不超過(guò)100m，從而無(wú)需再在金屬線上安裝電子接入系統(tǒng)，但不排除光電轉(zhuǎn)換器和桌面終端之間使用寬帶無(wú)線系統(tǒng)。狹義的FTTH對(duì)于商業(yè)用戶還可以稱為FTTO(fibertotheoffice)，當(dāng)然，最極端的FTTH可以是FTTD(fibertothedesk)。廣義的FTTH還可以是FTTP(fibertothepremise，光纖到用戶所在地)，北美就一直采用這個(gè)術(shù)語(yǔ)，它包括FTTB(fibertothebuilding)、FTTC(fibertothecurb)以及狹義的FTTH。WhatisPON?PassiveOpticalNetworkOLTONUOpticalLineTerminalOpticalNetworkUnitPassiveOpticalSplitter

PSTNInternetCATVONUONUPON是以點(diǎn)到多點(diǎn)為特征的單纖雙向無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)；PON包括三個(gè)組件：OpticalLineTerminal(OLT)光線路終端,OpticalNetworkUnit(ONU)光網(wǎng)絡(luò)單元和OpticalDistributionNetwork（ODN）光分配網(wǎng)；ODN中的無(wú)源光分路器可以是一個(gè)或多個(gè)光分路器的級(jí)聯(lián)。PassiveOpticalSplitter

PON技術(shù)比較Tech.BPONEPONGPONWDM-PONBandwidth/Wavelength(Mbps/nm)US155/13101250/13101244/1310125~1250/-DS622/14901250/14902488/1490125~1250/-ProtocolLineNRZ8B/10BNRZAnyLinkATMEthernetATM/GEMAnyServiceSupportingDataAAL5TransparentTransferGFPTransparentTransferVoiceTDM/VoIP/AAL2VoIPTDM/VoIPTransparentTransferVideoAAL5--IPTVIPTVGEM--IPTVTransparentTransferTDMAAL1TDMOverIP(futurePWE3)GEMTransparentTransferBandwidthEfficiency稍高稍低高－Reach/Splitter20km/1610km/3220km/1610km/3220km/3220km/64Above20km/32StandardCommitteeITU-T(FSAN)IEEEITU-T(FSAN)-PONTPONAPON/BPONGPONEPONWDMPON國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ITU-TG.983.xITU-TG.984.xIEEE802.3ah國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ITU-TG.982國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)YD/T1077-2000國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)YD/T1475-2006

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化情況YD/T1090-2000EPON原理介紹基本原理協(xié)議關(guān)鍵技術(shù)EPON基本原理EPON的標(biāo)準(zhǔn)是IEEE802.3ah，標(biāo)準(zhǔn)中定義了EPON的物理層、MPCP(多點(diǎn)控制協(xié)議)、OAM(運(yùn)行管理維護(hù))等相關(guān)內(nèi)容。IEEE制定EPON標(biāo)準(zhǔn)的基本原則是盡量在802.3體系結(jié)構(gòu)內(nèi)進(jìn)行EPON的標(biāo)準(zhǔn)化工作，最小程度地?cái)U(kuò)充標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)的MAC協(xié)議。這就最大程度地繼承了以太網(wǎng)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期、大規(guī)模實(shí)踐檢驗(yàn)積累下來(lái)的寶貴技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。中國(guó)電信CTC

1.3標(biāo)準(zhǔn)MPCP補(bǔ)充Triple－churning加密算法EthOAM擴(kuò)展產(chǎn)品的部分特性規(guī)格要求EPON基本指標(biāo)點(diǎn)到多點(diǎn)的光纖傳輸；上行速率1.25Gbit/s;下行速率2.5Gbit/s在單模光纖上，以1000Mbps速率，分路比為1:32，傳輸距離達(dá)到10km；在單模光纖上，以1000Mbps速率，分路比為1:16，傳輸距離達(dá)到20km；符合ITU-TG.652要求的單模光纖；上行應(yīng)使用1260nm～1360nm波長(zhǎng)；下行應(yīng)使用1480nm～1500nm波長(zhǎng)；使用1540nm～1560nm波長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)CATV業(yè)務(wù)（可選）；重要指標(biāo)\接口類型1000BASE-PX101000BASE-PX20傳輸距離（km）1020分光比1:321:16過(guò)載光功率（dbm）4（1000BASE-PX10-D）2（1000BASE-PX10-U）4（1000BASE-PX20-D）7（1000BASE-PX20-U）接收靈敏度（dbm）-24（1000BASE-PX10-）-24（1000BASE-PX10-）-27（1000BASE-PX20-D）-24（1000BASE-PX20-U）OLT連續(xù)廣播發(fā)送，ONU選擇性接收：GPON根據(jù)VPI/VCI(ATM)或者GEMPORTID（GEM）EPON根據(jù)LLID(邏輯鏈路表示)PON基本技術(shù)－下行差錯(cuò)檢測(cè)域Errordetectionfield凈荷Variable-lengthpacket信頭Header802.3FramePON基本技術(shù)－上行

上行信號(hào)：分時(shí)突發(fā)發(fā)送，采用測(cè)距技術(shù)保證上行數(shù)據(jù)不發(fā)生沖突EPON上行幀以時(shí)分復(fù)用的形式由各個(gè)ONU發(fā)送的數(shù)據(jù)包組成。各個(gè)ONU發(fā)送的上行數(shù)據(jù)流通過(guò)光分路器耦合進(jìn)共用光纖，以TDM的方式復(fù)合成一個(gè)連續(xù)的數(shù)據(jù)流。每個(gè)ONU有一個(gè)TDM控制器，它與OLT的定時(shí)信息一起控制上行數(shù)據(jù)包的發(fā)送時(shí)刻，避免復(fù)合時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)生碰撞和沖突。當(dāng)ONU沒(méi)有數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)，也需要填充OLT分配給自己的時(shí)隙EPON協(xié)議棧OAM層：使用OAM協(xié)議數(shù)據(jù)單元，管理、測(cè)試和診斷已激活OAM功能的鏈路；定義了EPON各種告警事件和控制處理多點(diǎn)MAC控制：使用MPCP（多點(diǎn)控制協(xié)議），實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的MAC控制；實(shí)現(xiàn)在不同的ONU中分配上行資源、在網(wǎng)絡(luò)中發(fā)現(xiàn)和注冊(cè)O(shè)NU、允許DBA調(diào)度MAC：實(shí)現(xiàn)對(duì)Media的控制；RS：調(diào)和子層，為EPON擴(kuò)展了字節(jié)定義，調(diào)和多種數(shù)據(jù)鏈路層能夠使用統(tǒng)一的物理層接口；PCS：物理編碼子層，支持在點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)物理介質(zhì)中的突發(fā)模式＋支持FEC算法；FEC：使用二進(jìn)制運(yùn)算（例如Galois算法），附加一定的糾錯(cuò)碼用于在接收端進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)和糾錯(cuò)；PMA：物理媒質(zhì)附加子層，支持P2MP功能，實(shí)現(xiàn)PMD的擴(kuò)展；PMD：物理媒質(zhì)相關(guān)子層（使用1000BASE-PX接口）PMD子層定義了EPON兼容器件的指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)PMD服務(wù)接口和MDI接口之間的數(shù)據(jù)收發(fā)功能。在以太網(wǎng)架構(gòu)中實(shí)現(xiàn)P2MP拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的機(jī)制和控制協(xié)議多點(diǎn)MAC控制層

MPCP消息格式MODE:標(biāo)記是P2P模式還是Broadcast模式；LLID：邏輯鏈路標(biāo)記，maxnum＝32767；目的地址(DA)：MPCPDU中的DA為MAC控制組播地址，或者是MPCPDU的目的端口關(guān)聯(lián)的單獨(dú)MAC地址；源地址(SA)：MPCPDU中的SA是和發(fā)送MPCPDU的端口相關(guān)聯(lián)的單獨(dú)的MAC地址；Length/Type：MPCPDU都進(jìn)行類型編碼，并且承載MAC_Control_Type域值；

Opcode：操作碼指示所封裝的特定MPCPDU；Timestamp：在MPCPDU發(fā)送時(shí)刻，時(shí)間戳域傳遞localTime寄存器中的內(nèi)容；Data/Reserved/PAD：這40個(gè)八位字節(jié)用于MPCPDU的有效載荷。當(dāng)不使用這些字節(jié)時(shí)，在發(fā)送時(shí)填充為0，并在接收時(shí)忽略；

FCS：該域?yàn)閹ｒ?yàn)序列，一般由下層MAC產(chǎn)生?？刂葡PCP在MAC控制層實(shí)現(xiàn)，引入了5條新的控制消息GATE（Opcode＝0002）（OLT發(fā)出）：允許接收到GATE幀的ONU立即或者在指定的時(shí)間段發(fā)送數(shù)據(jù)；REPORT（Opcode＝0003）（ONU發(fā)出）：向OLT報(bào)告ONU的狀態(tài)，包括該ONU同步于哪一個(gè)時(shí)間戳、以及是否有數(shù)據(jù)需要發(fā)送；REGISTER_REQ（Opcode＝0004）（ONU發(fā)出）：在注冊(cè)規(guī)程處理過(guò)程中請(qǐng)求注冊(cè)；REGISTER（Opcode＝0005）（OLT發(fā)出）：在注冊(cè)規(guī)程處理過(guò)程中通知ONU已經(jīng)識(shí)別了注冊(cè)請(qǐng)求；REGISTER_ACK（Opcode＝0006）（ONU發(fā)出）：在注冊(cè)規(guī)程處理過(guò)程中表示注冊(cè)確認(rèn)。GATE和REPORT交互過(guò)程GATE消息指示ONU的發(fā)送窗口，包括窗口的開(kāi)始時(shí)間和長(zhǎng)度。當(dāng)ONU的LocalTime計(jì)數(shù)器和GATE消息中的StartTime相同時(shí)，ONU開(kāi)始發(fā)送。ONU將給結(jié)束發(fā)送留有足夠的余量，從而保證在授權(quán)長(zhǎng)度間隔用完前關(guān)閉激光器。REPORT用于上報(bào)帶寬的需求，也可用來(lái)為OLT安裝看門狗定時(shí)器（watchdogTimer）。即使沒(méi)有帶寬請(qǐng)求，也應(yīng)該周期性的產(chǎn)生報(bào)告，這將保證OLT的看門狗定時(shí)器不會(huì)因超時(shí)注銷ONU。為了保證該機(jī)制正常運(yùn)轉(zhuǎn)，OLT將周期性地向ONU授權(quán)。

ONU自動(dòng)注冊(cè)流程見(jiàn)右圖：第一個(gè)gate廣播幀有注冊(cè)窗口的起始時(shí)間、窗口大小和同步時(shí)間；第二個(gè)gate普通幀有請(qǐng)求ONU回送ack的grant信息；OLT可以要求ONU重新執(zhí)行發(fā)現(xiàn)進(jìn)程并重新注冊(cè)。ONU也可以通知OLT請(qǐng)求注銷，然后通過(guò)發(fā)現(xiàn)進(jìn)程進(jìn)行重注冊(cè)。認(rèn)證機(jī)制：基于MAC認(rèn)證多點(diǎn)MAC控制層（ONU自動(dòng)注冊(cè)）發(fā)現(xiàn)握手操作完成發(fā)現(xiàn)時(shí)間窗口隨機(jī)延遲時(shí)間開(kāi)始REGISTER_REQREGISTERGATEREGISTER_ACK廣播通道單播通道發(fā)現(xiàn)處理的握手消息流程OLTONUGate測(cè)距和突發(fā)控制無(wú)測(cè)距及控制有測(cè)距及控制OLT根據(jù)DBA算法向ONU發(fā)布授權(quán)時(shí)間窗口。測(cè)量OLT下行發(fā)送到上行接收的數(shù)據(jù)信號(hào)環(huán)路時(shí)延，并據(jù)此對(duì)ONU授權(quán)時(shí)間窗口進(jìn)行延時(shí)補(bǔ)償，從而保證上行數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生沖突。測(cè)距方式：擴(kuò)頻法、帶外法和帶內(nèi)開(kāi)窗法。測(cè)距技術(shù)（開(kāi)窗法）補(bǔ)償因ONU距離不同而產(chǎn)生的時(shí)延差異：RTT（RoundTripTime往返時(shí)間）在注冊(cè)過(guò)程中，OLT對(duì)新加入的ONU啟動(dòng)測(cè)距過(guò)程OLT使用RTT來(lái)調(diào)整每個(gè)ONU的授權(quán)時(shí)間OLT也可以在任何收到MPCPPDU的時(shí)候啟動(dòng)測(cè)距功能。使用注冊(cè)沖突避讓：在EPON系統(tǒng)中，解決ONU的注冊(cè)沖突的方案：隨機(jī)延遲時(shí)間法。RTT=(T3-T1)-(T2-T1)=T3-T2DBA概念什么是DBA?---DBA,DynamicallyBandwidthAssignment(動(dòng)態(tài)帶寬分配)---DBA是一種能在微秒或毫秒級(jí)的時(shí)間間隔內(nèi)完成對(duì)上行帶寬的動(dòng)態(tài)分配的機(jī)制為什么需要DBA？

---可以提高PON端口的上行線路帶寬利用率

---可以在PON口上增加更多的用戶

---用戶可以享受到更高帶寬的服務(wù)，特別是那些對(duì)帶寬突變比較大的業(yè)務(wù)DBA的工作原理根據(jù)業(yè)務(wù)的優(yōu)先級(jí)，系統(tǒng)對(duì)每個(gè)ONU設(shè)置SLA，對(duì)業(yè)務(wù)的帶寬進(jìn)行限制。最大帶寬和最小帶寬是對(duì)每個(gè)ONU的帶寬進(jìn)行極限限制，保證帶寬根據(jù)業(yè)務(wù)的優(yōu)先級(jí)不同而不同，一般語(yǔ)音業(yè)務(wù)的優(yōu)先級(jí)最高，視頻業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)次之，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的優(yōu)先級(jí)最低。OLT根據(jù)業(yè)務(wù)和SLA及ONU的實(shí)際情況進(jìn)行帶寬許可，優(yōu)先級(jí)高的可以得到更高的帶寬，滿足業(yè)務(wù)需求。SLA:Service－LevelAgreementBW:Bandwidth

Maximum：最大帶寬Guaranteed：保證帶寬Minimum：最小帶寬DBA舉例(a)先假設(shè)OLT開(kāi)始時(shí)知道了各ONU的buffer量和RTT時(shí)間,并建立了Pollingtable.

。OLT送出一個(gè)grant給ONU1,允許發(fā)送數(shù)據(jù)長(zhǎng)度6000bytes

。DBA舉例(b)ONU1發(fā)送數(shù)據(jù)6000bytes

。發(fā)送完數(shù)據(jù),ONU1發(fā)出request信號(hào),表明buffer還有550bytes

。OLT根據(jù)RTT時(shí)間,計(jì)算出ONU1的發(fā)送完成時(shí)間,并提前給ONU2發(fā)送grant信號(hào),允許ONU2發(fā)送3200bytes。DBA舉例(c)(1)OLT收到ONU1的請(qǐng)求后,更新pollingtable

。ONU2發(fā)送數(shù)據(jù),并請(qǐng)求下一次的帶寬(5700bytes)

。DBA舉例(d)OLT根據(jù)表中的RTT計(jì)算出ONU2發(fā)送完的時(shí)間,并在適當(dāng)?shù)臅r(shí)刻發(fā)送grant允許ONU3發(fā)送數(shù)據(jù)。ONU3發(fā)送數(shù)據(jù),并請(qǐng)求下一次帶寬(4400bytes),OLT更新pollingtable中ONU2的數(shù)據(jù)。OAMEPON具有完善的OAM功能，除基本功能遠(yuǎn)端故障指示、遠(yuǎn)端環(huán)回、鏈路管理外，EPON提供OrganizationSpecificExtension（特殊延伸擴(kuò)展）機(jī)制，各廠商可以使用這個(gè)機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)豐富的ONU遠(yuǎn)程操作、維護(hù)和管理（OAM）所必須的管理維護(hù)功能。OAM層的基本功能有：遠(yuǎn)端故障指示、遠(yuǎn)端環(huán)回、鏈路管理。擴(kuò)展的OAM發(fā)現(xiàn)過(guò)程包括OAM能力發(fā)現(xiàn)、協(xié)商、附加信息的交換，以完成在執(zhí)行其他擴(kuò)展的OAM功能前所必需的能力確認(rèn)過(guò)程。OAM信息由OAM協(xié)議數(shù)據(jù)單元（OAMPDU）承載，OAMPDU包含的控制和狀態(tài)信息可用于管理、測(cè)試和診斷已激活OAM功能的鏈路。OAMPDU僅在對(duì)等OAM實(shí)體間的單一鏈路上傳送，不會(huì)被MAC客戶端（如橋設(shè)備和交換機(jī)）轉(zhuǎn)發(fā)。EOAM在EPON系統(tǒng)運(yùn)行中，OLT設(shè)備通過(guò)OAM協(xié)議實(shí)時(shí)的控制和監(jiān)控ONU設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。EOAM（擴(kuò)展OAM）是在OAM基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)OLT對(duì)ONU的操作、維護(hù)和管理操作。配置下發(fā)配置查詢事件通知文件下發(fā)批量配置下發(fā)批量配置查詢DA=01-80-c2-00-00-02【慢速協(xié)議組播地址】SAL/T=8809【慢速協(xié)議】Subtype=0x03【OAM】FlagsCode=0xFE【擴(kuò)展OAM】OUI【組織唯一標(biāo)識(shí)符】EOAM_TYPEALL_ONUEOAM報(bào)文序號(hào)LengthData/PadFCSEPON解決方案Triply－play解決方案CATV解決方案數(shù)據(jù)安全解決方案BRASAAAServerIPCore

ASP/ISP

CPEMSEEthernetOLTSoftswitchInternetVoDServerMiddle

wareNMSTL1/CORBA

/APIBBserviceplatformCarrier’sOSSNotificationEPONTriplePlay解決方案IPTVPCONU類型1PhonePCONU類型2CPEONU類型3VDSL

NSP

ODNSplitterONU類型