EPON原理培訓講義

EPON原理-BContents接入網(wǎng)發(fā)展趨勢和xPON接入網(wǎng)發(fā)展趨勢寬帶光接入方式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)展趨勢和xPON接入網(wǎng)發(fā)展趨勢寬帶光接入方式PON系統(tǒng)介紹高帶寬、全業(yè)務(wù)－未來接入網(wǎng)趨勢業(yè)務(wù)帶寬需求數(shù)據(jù)下載2MbpsVoIP,videotelephonyandvideoconference1MbpsMusicondemand,multimediacontents2MbpsOn-lineGaming1MbpsSDDigitalTV（標清電視）3MbpsHDDigitalTV（高清電視）AdditionalTVchannels(i.e.2HDDTV)10Mbps20Mbps住宅業(yè)務(wù)需求預測由單業(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光進銅退－接入網(wǎng)發(fā)展趨勢解決雙絞線接入的帶寬瓶頸，滿足用戶對高帶寬業(yè)務(wù)的需求，如高清電視、實況轉(zhuǎn)播等解決雙絞線接入長距離覆蓋的問題，減少網(wǎng)絡(luò)節(jié)點<1Mbps3M8M25M100MADSL/ADSL2+CopperBasedVDSL/ADSL2+CopperBasedPONFiberBased2002200320062010時間帶寬互聯(lián)網(wǎng)視頻會議遠程控制接入技術(shù)業(yè)務(wù)需求VoD標清電視視頻會議Game實況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/無線金屬線/無線光纖接入網(wǎng)FTTHFTTOFTTB/CFTTCab縮略語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)的進一步延伸，這時光纖已經(jīng)進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用戶。ITU認為FTTH從光纖端頭的光電轉(zhuǎn)換器到用戶桌面不超過100m，從而無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線系統(tǒng)。狹義的FTTH對于商業(yè)用戶還可以稱為FTTO(fibertotheoffice)，當然，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術(shù)語，它包括FTTB(fibertothebuilding)、FTTC(fibertothecurb)以及狹義的FTTH。WhatisPON?PassiveOpticalNetworkOLTONUOpticalLineTerminalOpticalNetworkUnitPassiveOpticalSplitter

PSTNInternetCATVONUONUPON是以點到多點為特征的單纖雙向無源光網(wǎng)絡(luò)；PON包括三個組件：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中的無源光分路器可以是一個或多個光分路器的級聯(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國際標準ITU-TG.983.xITU-TG.984.xIEEE802.3ah國際標準國際標準國際標準國際標準ITU-TG.982國家標準YD/T1077-2000國家標準YD/T1475-2006

國家標準國家標準國家標準技術(shù)標準化情況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的標準是IEEE802.3ah，標準中定義了EPON的物理層、MPCP(多點控制協(xié)議)、OAM(運行管理維護)等相關(guān)內(nèi)容。IEEE制定EPON標準的基本原則是盡量在802.3體系結(jié)構(gòu)內(nèi)進行EPON的標準化工作，最小程度地擴充標準以太網(wǎng)的MAC協(xié)議。這就最大程度地繼承了以太網(wǎng)經(jīng)過長期、大規(guī)模實踐檢驗積累下來的寶貴技術(shù)經(jīng)驗。中國電信CTC

1.3標準MPCP補充Triple－churning加密算法EthOAM擴展產(chǎn)品的部分特性規(guī)格要求EPON基本指標點到多點的光纖傳輸；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，傳輸距離達到10km；在單模光纖上，以1000Mbps速率，分路比為1:16，傳輸距離達到20km；符合ITU-TG.652要求的單模光纖；上行應(yīng)使用1260nm～1360nm波長；下行應(yīng)使用1480nm～1500nm波長；使用1540nm～1560nm波長實現(xiàn)CATV業(yè)務(wù)（可選）；重要指標\接口類型1000BASE-PX101000BASE-PX20傳輸距離（km）1020分光比1:321:16過載光功率（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)－下行差錯檢測域Errordetectionfield凈荷Variable-lengthpacket信頭Header802.3FramePON基本技術(shù)－上行

上行信號：分時突發(fā)發(fā)送，采用測距技術(shù)保證上行數(shù)據(jù)不發(fā)生沖突EPON上行幀以時分復用的形式由各個ONU發(fā)送的數(shù)據(jù)包組成。各個ONU發(fā)送的上行數(shù)據(jù)流通過光分路器耦合進共用光纖，以TDM的方式復合成一個連續(xù)的數(shù)據(jù)流。每個ONU有一個TDM控制器，它與OLT的定時信息一起控制上行數(shù)據(jù)包的發(fā)送時刻，避免復合時數(shù)據(jù)發(fā)生碰撞和沖突。當ONU沒有數(shù)據(jù)發(fā)送時，也需要填充OLT分配給自己的時隙EPON協(xié)議棧OAM層：使用OAM協(xié)議數(shù)據(jù)單元，管理、測試和診斷已激活OAM功能的鏈路；定義了EPON各種告警事件和控制處理多點MAC控制：使用MPCP（多點控制協(xié)議），實現(xiàn)點對多點的MAC控制；實現(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O(shè)NU、允許DBA調(diào)度MAC：實現(xiàn)對Media的控制；RS：調(diào)和子層，為EPON擴展了字節(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，支持在點對多點物理介質(zhì)中的突發(fā)模式＋支持FEC算法；FEC：使用二進制運算（例如Galois算法），附加一定的糾錯碼用于在接收端進行數(shù)據(jù)校驗和糾錯；PMA：物理媒質(zhì)附加子層，支持P2MP功能，實現(xiàn)PMD的擴展；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，實現(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)中實現(xiàn)P2MP拓撲結(jié)構(gòu)的機制和控制協(xié)議多點MAC控制層

MPCP消息格式MODE:標記是P2P模式還是Broadcast模式；LLID：邏輯鏈路標記，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)的單獨的MAC地址；Length/Type：MPCPDU都進行類型編碼，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)送時刻，時間戳域傳遞localTime寄存器中的內(nèi)容；Data/Reserved/PAD：這40個八位字節(jié)用于MPCPDU的有效載荷。當不使用這些字節(jié)時，在發(fā)送時填充為0，并在接收時忽略；

FCS：該域為幀校驗序列，一般由下層MAC產(chǎn)生?？刂葡PCP在MAC控制層實現(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間段發(fā)送數(shù)據(jù)；REPORT（Opcode＝0003）（ONU發(fā)出）：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（Opcode＝0004）（ONU發(fā)出）：在注冊規(guī)程處理過程中請求注冊；REGISTER（Opcode＝0005）（OLT發(fā)出）：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（Opcode＝0006）（ONU發(fā)出）：在注冊規(guī)程處理過程中表示注冊確認。GATE和REPORT交互過程GATE消息指示ONU的發(fā)送窗口，包括窗口的開始時間和長度。當ONU的LocalTime計數(shù)器和GATE消息中的StartTime相同時，ONU開始發(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)長度間隔用完前關(guān)閉激光器。REPORT用于上報帶寬的需求，也可用來為OLT安裝看門狗定時器（watchdogTimer）。即使沒有帶寬請求，也應(yīng)該周期性的產(chǎn)生報告，這將保證OLT的看門狗定時器不會因超時注銷ONU。為了保證該機制正常運轉(zhuǎn)，OLT將周期性地向ONU授權(quán)。

ONU自動注冊流程見右圖：第一個gate廣播幀有注冊窗口的起始時間、窗口大小和同步時間；第二個gate普通幀有請求ONU回送ack的grant信息；OLT可以要求ONU重新執(zhí)行發(fā)現(xiàn)進程并重新注冊。ONU也可以通知OLT請求注銷，然后通過發(fā)現(xiàn)進程進行重注冊。認證機制：基于MAC認證多點MAC控制層（ONU自動注冊）發(fā)現(xiàn)握手操作完成發(fā)現(xiàn)時間窗口隨機延遲時間開始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測距和突發(fā)控制無測距及控制有測距及控制OLT根據(jù)DBA算法向ONU發(fā)布授權(quán)時間窗口。測量OLT下行發(fā)送到上行接收的數(shù)據(jù)信號環(huán)路時延，并據(jù)此對ONU授權(quán)時間窗口進行延時補償，從而保證上行數(shù)據(jù)不會發(fā)生沖突。測距方式：擴頻法、帶外法和帶內(nèi)開窗法。測距技術(shù)（開窗法）補償因ONU距離不同而產(chǎn)生的時延差異：RTT（RoundTripTime往返時間）在注冊過程中，OLT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(quán)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：隨機延遲時間法。RTT=(T3-T1)-(T2-T1)=T3-T2DBA概念什么是DBA?---DBA,DynamicallyBandwidthAssignment(動態(tài)帶寬分配)---DBA是一種能在微秒或毫秒級的時間間隔內(nèi)完成對上行帶寬的動態(tài)分配的機制為什么需要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，系統(tǒng)對每個ONU設(shè)置SLA，對業(yè)務(wù)的帶寬進行限制。最大帶寬和最小帶寬是對每個ONU的帶寬進行極限限制，保證帶寬根據(jù)業(yè)務(wù)的優(yōu)先級不同而不同，一般語音業(yè)務(wù)的優(yōu)先級最高，視頻業(yè)務(wù)優(yōu)先級次之，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的優(yōu)先級最低。OLT根據(jù)業(yè)務(wù)和SLA及ONU的實際情況進行帶寬許可，優(yōu)先級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開始時知道了各ONU的buffer量和RTT時間,并建立了Pollingtable.

。OLT送出一個grant給ONU1,允許發(fā)送數(shù)據(jù)長度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,表明buffer還有550bytes

。OLT根據(jù)RTT時間,計算出ONU1的發(fā)送完成時間,并提前給ONU2發(fā)送grant信號,允許ONU2發(fā)送3200bytes。DBA舉例(c)(1)OLT收到ONU1的請求后,更新pollingtable

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

。DBA舉例(d)OLT根據(jù)表中的RTT計算出ONU2發(fā)送完的時間,并在適當?shù)臅r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，除基本功能遠端故障指示、遠端環(huán)回、鏈路管理外，EPON提供OrganizationSpecificExtension（特殊延伸擴展）機制，各廠商可以使用這個機制來實現(xiàn)豐富的ONU遠程操作、維護和管理（OAM）所必須的管理維護功能。OAM層的基本功能有：遠端故障指示、遠端環(huán)回、鏈路管理。擴展的OAM發(fā)現(xiàn)過程包括OAM能力發(fā)現(xiàn)、協(xié)商、附加信息的交換，以完成在執(zhí)行其他擴展的OAM功能前所必需的能力確認過程。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、測試和診斷已激活OAM功能的鏈路。OAMPDU僅在對等OAM實體間的單一鏈路上傳送，不會被MAC客戶端（如橋設(shè)備和交換機）轉(zhuǎn)發(fā)。EOAM在EPON系統(tǒng)運行中，OLT設(shè)備通過OAM協(xié)議實時的控制和監(jiān)控ONU設(shè)備的運行狀態(tài)。EOAM（擴展OAM）是在OAM基礎(chǔ)上，實現(xiàn)OLT對ONU的操作、維護和管理操作。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【擴展OAM】OUI【組織唯一標識符】EOAM_TYPEALL_ONUEOAM報文序號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