《現(xiàn)代通信接入網(wǎng)技術(shù)》課件 模塊五 10G PON技術(shù)

《現(xiàn)代通信接入網(wǎng)技術(shù)》模塊510GPON技術(shù)25.110GEPON技術(shù)5.2XG(S)-PON技術(shù)5.410GPON組網(wǎng)應(yīng)用目錄5.310GPON硬件認知5.110GEPON技術(shù)45.1.110GEPON技術(shù)標準5.1.210GEPON技術(shù)原理5.1.310GEPON典型應(yīng)用組網(wǎng)5.1子目錄5.1.110GEPON技術(shù)標準510GEPON遵循802.3av標準，標準定義了兩種10GEPON技術(shù)：非對稱：下行傳輸速率為10Gbps，上行傳輸?shù)乃俾蕿?.25Gbps對稱：下行傳輸速率為10Gbps，上行傳輸?shù)乃俾蕿?0GbpsIEEE802.3av標準的核心點：擴大EPON(802.3ah)標準的上下行帶寬，達到10G速率。10GEPON/EPON的兼容性，即10GEPON的ONU可以與1.25GEPON的ONU共存在同一個ODN下。5.1.110GEPON技術(shù)標準6EPON和10GEPON光譜分配如下：EPON和10GEPON下行波分共存，上行時分共存。126013601480150015751580EPON/10GEPON(非對稱)上行EPON下行10GEPON下行10GEPON（對稱）上行波長nm127012801310149015775.1.110GEPON技術(shù)標準7項目EPON(802.3ah)10GEPON(802.3av)非對稱對稱速率1.25G下行/

1.25G上行10G下行

/

1.25G上行10G下行

/

10G上行上行線路編碼8B/10B8B/10B64B/66B分光比1:641:1281:128波長/nm下行1490(1480-1500)1577(1575-1580)1577(1575-1580)上行1310(1260-1360)1310(1260-1360)1270(1260-1280)最大傳輸距離20km20km20km光功率預(yù)算PX10/20(20+)PRX10/20/30/40/50PR10/20/30/40/505.1.110GEPON技術(shù)標準8EPON的演進是將OLT的EPON端口更換為對稱/非對稱的10GEPON端口，ONT可以根據(jù)需求靈活選擇。EPONOLT分光器EPONONTODF10GEPONOLT非對稱10GEPONONT下行：1490nm上行：1270/1310nm下行：1577nm上行：1270/1310nm1577nm1490nm1270nm1310nm對稱10GEPONONT下行：1577nm上行：1270nmODF×5.1.210GEPON技術(shù)原理910GEPON實現(xiàn)單纖雙向傳輸，系統(tǒng)采用WDM技術(shù)。為了分離同一根光纖上多個用戶的信號，采用以下兩種技術(shù)：下行數(shù)據(jù)流采用廣播技術(shù)；上行數(shù)據(jù)流采用TDMA技術(shù)。1270nm分光器ONUONUONUOLT1577nm5.1.210GEPON技術(shù)原理10下行方向，OLT采用廣播方式發(fā)送數(shù)據(jù)給ONU，所有的ONU都能收到相同的數(shù)據(jù)，ONU根據(jù)LLID信息判斷是否接收分光器ONU1ONU3ONU2123OLT1231231231235.1.210GEPON技術(shù)原理11上行方向采用TDMA:OLT統(tǒng)籌管理ONU發(fā)送上行信號的時刻，發(fā)出時隙分配幀。ONT根據(jù)時隙分配幀，在OLT分配給它的時隙中發(fā)送自己的上行信號。分光器ONU1ONU3ONU2123OLT1231231231235.1.210GEPON技術(shù)原理1210GEPON數(shù)據(jù)幀和EPON數(shù)據(jù)幀一樣，基于802.3體系的以太網(wǎng)幀進行擴展。前導(dǎo)碼7Bytes定界符1BytesDA6BytesSA6Bytes長度/類型2Bytes數(shù)據(jù)46-1500BytesFCS4BytesEthernet前導(dǎo)碼8BytesDA6BytesSA6Bytes長度/類型2Bytes數(shù)據(jù)46-1500BytesFCS4Bytes10GEPON0x550x55SLD0x550x55LLIDCRC8LLID5.1.210GEPON技術(shù)原理1310GEPON關(guān)鍵技術(shù)之①MPCP測距：對OLT而言，各個不同的ONU到OLT的邏輯距離不相等，OLT與ONU的環(huán)路時延也會隨著時間和環(huán)境的變化而變化，因此在ONU以TDMA方式（也就是在同一時刻，OLT一個PON口下的所有ONU中只有一個ONU在發(fā)送數(shù)據(jù)）發(fā)送上行信元時可能會出現(xiàn)碰撞沖突。ONU1ONU2ONU3OLT分光器沖突5.1.210GEPON技術(shù)原理14MPCP測距原理：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，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10GEPON系統(tǒng)中，解決ONU的注冊沖突的方案：隨機延遲時間法。T1T2T3T1OLTONUgategatereportT3-T1T2-T1RTT=(T3-T1)-(T2-T1)=T3-T25.1.210GEPON技術(shù)原理1510GEPON關(guān)鍵技術(shù)之②突發(fā)光電技術(shù)：10GEPON上行方向采用時分復(fù)用的方式工作，每個ONU必須在許可的時隙才能發(fā)送數(shù)據(jù)，不屬于自己的時隙必須關(guān)閉光模塊的發(fā)送信號，才不會影響其他ONU的正常工作。對于OLT側(cè)上行接收來講，必須要根據(jù)時隙進行突發(fā)接收每個ONU的上行數(shù)據(jù)。因此，為了保證系統(tǒng)的正常工作：ONU側(cè)的光模塊必須支持突發(fā)發(fā)送功能OLT側(cè)的光模塊必須支持突發(fā)接收功能5.1.210GEPON技術(shù)原理16ONU側(cè)突發(fā)發(fā)送：測距保證不同ONU發(fā)送的信元在OLT端互不沖突，但測距精度有限，一般為正負1bit，不同ONU發(fā)送的信元之間會有幾bits的防護時間（但不是比特的整數(shù)倍），如果ONU側(cè)的光模塊不具備突發(fā)發(fā)送功能，則會導(dǎo)致發(fā)送信號出現(xiàn)疊加，信號則會失真。ONU1ONU2ONU3OLT分光器突發(fā)光模塊連續(xù)光模塊5.1.210GEPON技術(shù)原理17OLT側(cè)突發(fā)接收：由于每個ONU到OLT的距離不同，所以光信號衰減對于每個ONU來講都是不同的，所以就可能導(dǎo)致OLT在不同時隙接收到的報文的功率電平是不同的，如果OLT側(cè)的光模塊不具備光功率突變的快速處理，則會恢復(fù)出錯誤的信號（高于閾值電平才認為有效，低于閾值電平則無法正確恢復(fù)）。動態(tài)調(diào)整閾值功能可以在OLT按照收光信號的強弱動態(tài)調(diào)整收光功率的閾值以保證所有ONU的信號可以完整恢復(fù)。閾值閾值連續(xù)光模塊突發(fā)光模塊信號恢復(fù)信號恢復(fù)5.1.210GEPON技術(shù)原理1810GEPON關(guān)鍵技術(shù)之③DBA：DBA：DynamicBandwidthAssignment動態(tài)帶寬分配協(xié)議。OLT根據(jù)ONU的上行突發(fā)業(yè)務(wù)量需求，動態(tài)地調(diào)整分配上行帶寬給ONU，既滿足了ONU上行帶寬需求，也提高了PON系統(tǒng)帶寬的利用率。DBA算法邏輯REPORT報告GRANT消息TimeslotONU的調(diào)度器ONUOLT控制平面數(shù)據(jù)平面5.1.210GEPON技術(shù)原理1910GEPON關(guān)鍵技術(shù)之④線路加密：10GEPON系統(tǒng)下行方向采用廣播方式，惡意用戶很容易截獲系統(tǒng)中其它用戶的信息。ONU為了使自己的信息不被其他ONU讀懂，要求OLT在發(fā)送它的數(shù)據(jù)信息前按每個ONU自己提供的密碼(攪動鍵)在TC層進行攪動加密。為防止竊聽者逐個試探解密，需要對攪動鍵定時更新，每個ONU更新的頻率至少每秒更新一次。5.1.210GEPON技術(shù)原理20為了防止加密密鑰被破解帶來的風(fēng)險，使用密鑰更換技術(shù)，不斷更新加密密鑰，提高安全性。33112加密解密解密解密133211用戶1用戶2用戶3133211133211133211OLTONUONUONU5.1.210GEPON技術(shù)原理2110GEPON關(guān)鍵技術(shù)之⑤MPCP兼容：MPCP兼容適配機制，解決了1.25G/10GONU在網(wǎng)絡(luò)中共存問題(1)發(fā)現(xiàn)窗（DiscoveryGateMessage）增加了1.25G和10G的標志域，區(qū)分1.25G和10GONU。(2)ONU報告光模塊要求的開關(guān)時間（LaserON/OFFtime)。(3)經(jīng)OLT與ONU協(xié)商后，告知ONU光模塊的實際開關(guān)時間。（1）（2）（3）5.1.310GEPON典型應(yīng)用組網(wǎng)2210GEPON網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)遵循標準PON網(wǎng)絡(luò)P2MP拓撲架構(gòu)，和EPON網(wǎng)絡(luò)拓撲一樣，下圖為典型企業(yè)組網(wǎng)圖路由器業(yè)務(wù)存儲OLT分光器ONUONT軟交換無線接入點樓宇監(jiān)控系統(tǒng)安防監(jiān)控PC瘦終端語音TV單纖單模BackboneLAN5.2XG(S)-PON技術(shù)245.2.1XG(S)-PON技術(shù)的發(fā)展5.2.2GPON和XG(S)-PON主要技術(shù)規(guī)格差異5.2.3XG(S)-PON網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)5.2子目錄5.2.4XG(S)-PON工作原理5.2.5XG(S)-PON安全策略5.2.6GPON向XG(S)-PON的平滑演進5.2.1XG(S)-PON技術(shù)的發(fā)展25StartG.987.2G.987.1G.987.3G.988G.987.4G.9807.12009201020112012201320165.2.2GPON和XG(S)-PON主要技術(shù)規(guī)格差異26項目GPONXG(S)-PONXG-PONXGS-PON波長范圍下行：1480-1500nm上行

：1260-1360nm下行：1575-1580nm上行

：1260-1280nm下行

：1575-1580nm上行

：1260-1280nm中心波長下行：1490nm上行：1310nm下行

：1577上行：1270下行:1570上行：1270線路速率下行：2.488Gbit/s上行

：1.244Gbit/s下行：9.953Gbit/s上行：2.488Gbit/s下行

：9.953Gbit/s上行：9.953Gbit/s幀結(jié)構(gòu)GEMxGEMxGEM5.2.3XG(S)-PON的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)27ServiceNodeOLTCPEONUONUXG(S)-PONXG(S)-PON分光器SNIODNUNIXG(S)-PON：XG(S)-PON接口SNI：業(yè)務(wù)側(cè)接口UNI：用戶側(cè)接口CPE：用戶終端設(shè)備5.2.4XG(S)-PON的工作原理28（1）GEMPortGEMPort標識的是XG(S)-PON系統(tǒng)中OLT和ONU之間的業(yè)務(wù)虛通道，即承載業(yè)務(wù)流的通道，類似于ATM虛連接中的VPI/VCI標識。每個GEMPort由一個唯一的PortID來標識，由OLT進行全局分配，一個GEMPort可以承載一種業(yè)務(wù)，也可以承載多種業(yè)務(wù)。（2）TCONTTCONT是XG(S)-PON上行方向承載業(yè)務(wù)的載體，所有的GEMPort都要映射到TCONT中，由OLT通過DBA調(diào)度的方式上行。TCONT是GPON系統(tǒng)中上行帶寬最基本的控制單元。每個T-CONT由Alloc-ID來唯一標識。Alloc-ID由OLT每個端口分配。5.2.4XG(S)-PON的工作原理29XG(S)-PON系統(tǒng)對以太網(wǎng)幀進行解析，將數(shù)據(jù)部分直接映射到XGEMPayload（凈負荷）中進行傳輸。XGEMPayload8N+185.2.4XG(S)-PON的工作原理30XG(S）-PON系統(tǒng)采用單根光纖將OLT、分光器和ONU連接起來，上下行采用不同的波長進行數(shù)據(jù)承載。上行采用1260nm~1360nm范圍的波長，下行采用1480nm~1500nm范圍的波長。XG(S）-PON系統(tǒng)采用波分復(fù)用的原理通過上下行不同波長在同一個ODN網(wǎng)絡(luò)上進行數(shù)據(jù)傳輸，下行通過廣播的方式發(fā)送數(shù)據(jù)，而上行通過TDMA的方式，按照時隙進行數(shù)據(jù)上傳。5.2.4XG(S)-PON的工作原理31XG(S）-PON系統(tǒng)的業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)流程下行方向：OLT通過廣播方式發(fā)送數(shù)據(jù)，所有的業(yè)務(wù)在業(yè)務(wù)處理單元中被封裝到GEMport中廣播到該XG(S)-PON接口下的所有ONU上，ONU再根據(jù)GEMportID進行數(shù)據(jù)過濾，只保留屬于該ONU的GEMport并解封裝將業(yè)務(wù)從ONU的業(yè)務(wù)接口送入用戶設(shè)備中。上行方向以太幀被發(fā)送到對應(yīng)的GEMport，GEMport將以太幀封裝進GEM幀中，并根據(jù)GEMport和T-CONT隊列映射規(guī)則將GEM幀

放入對應(yīng)的T-CONT隊列中。PONOLTPortPortPortPortPortPortPortPortPortPortONUGEMPortfilterONUGEMPortfilterONUGEMPortfilter5.2.5XG(S)-PON的安全策略32線路加密技術(shù)線路加密技術(shù)相比GPON技術(shù)有所提高，可以防止非法接入的設(shè)備竊取信息，造成安全隱患。XG(S)-PON線路加密支持上行方向和下行方向雙向加密，確保數(shù)據(jù)報文雙向安全傳輸。XG(S)-PON系統(tǒng)將明文傳輸?shù)臄?shù)據(jù)報文通過加密算法（AES-CTR加密算法）進行密文傳輸，提高安全性。另外，為了防止密鑰被破解帶來的風(fēng)險，使用密鑰更換技術(shù)，不斷更新密鑰，提高安全性。5.2.5XG(S)-PON的安全策略33ONU認證PON系統(tǒng)通過認證技術(shù)，確保接入的ONU的合法性，包括6個狀態(tài)和2個計時器。6個激活狀態(tài)包括：O1初始狀態(tài)、O2-3序列號狀態(tài)、O4測距狀態(tài)、O5操作狀態(tài)、O6下行同步丟失間歇狀態(tài)、O7緊急停止狀態(tài)。通過這些狀態(tài)的反饋，確保接入的ONU的合法。5.2.5XG(S)-PON的安全策略34長發(fā)光ONU檢測ONU必須按照OLT分配的時間戳向上行方向發(fā)送數(shù)據(jù)才能保證數(shù)據(jù)依次上行到OLT設(shè)備而不產(chǎn)生沖突。不按照分配的時間戳向上行方向發(fā)送光信號的ONU叫長發(fā)光ONU。針對長發(fā)光ONU的處理一般分為三個過程：檢測（check）排查（detect）隔離（isolate）5.2.6GPON向XG(S)-PON的平滑演進35XG(S)-PON與GPON波長無疊加，故可以通過波分復(fù)用方式共享ODN網(wǎng)絡(luò)。1260128012901330148015001575158015501560XG(S)-PON上行中心波長1270nmGPON上行中心波長1310nmGPON下行中心波長1490nmXG(S)-PON下行中心波長1577nmRF視頻中心波長1555nm1490nmGPONONUGPONONUXG(S)-PONONUGPONOLTXG(S)-PONOLTRFVideo1310nm1577nm1270nm1555nmGPONONUXG(S)-PONONUWDM1r5.2.6GPON向XG(S)-PON的平滑演進36OLT平臺支持GPON業(yè)務(wù)單板與XG(S)-PON業(yè)務(wù)單板共存。GPON和XG(S)-PON的業(yè)務(wù)發(fā)放、業(yè)務(wù)部署方式相同，可以共享網(wǎng)管系統(tǒng)和業(yè)務(wù)發(fā)放系統(tǒng)。GPONONTOLT②升級網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)①

增加XG(S)-PON業(yè)務(wù)單板③

替換GPONONU或者新增XG(S)-PONONU①OLT升級②

NMS升級③

增加WDM或者分光器④增加XG(S)-PONONUGPONONUGPONONU5.2.6GPON向XG(S)-PON的平滑演進PONCombo是通過一個Combo端口支持兩種PON技術(shù)，實現(xiàn)一個PONCombo端口同時支持多種ONU類型，實現(xiàn)GPON和XG(S)-PON混合建網(wǎng)以及GPON向XG(S)-PON平滑演進。5.2.6GPON向XG(S)-PON的平滑演進38在OLT設(shè)備增加GPON&XG(S)-PONCombo業(yè)務(wù)單板；將GPON端口的主干光纖割接到Combo單板；新增XG(S)-PONONU或者替換現(xiàn)網(wǎng)GPONONU。5.310G

PON硬件認知405.3.1OLT介紹5.3.2典型OLT單板簡介5.3.3ONU介紹5.3子目錄5.3.1OLT介紹41華為OLT介紹華為大容量OLT：MA/EA5800-X17華為中等容量OLT：MA/EA5800-X7華為微型OLT：MA/EA5800-X25.3.1OLT介紹42MA5800/EA5800-X17業(yè)務(wù)框提供22個槽位，其中包括2個主控板槽位，2個電源板槽位，1個通用接口板槽位和17個業(yè)務(wù)板槽位。其中，主控板占據(jù)9，10兩個槽位，必須配置相同的主控板；業(yè)務(wù)板為1-8，11-19槽位，支持業(yè)務(wù)板混配，支持上行接口板混配，但建議采用相同的上行接口板，主控板與上行接口板都可用于上行數(shù)據(jù)的傳輸，但建議采用主控板用作上行；通用接口板(GPIO槽位)為0槽位，電源板為21，22槽位。5.3.1OLT介紹43MA5800/EA5800-X15業(yè)務(wù)框提供20個槽位，其中包括2個主控板槽位，2個電源板槽位，1個通用接口板槽位和15個業(yè)務(wù)板槽位。5.3.1OLT介紹44MA5800/EA5800-X7業(yè)務(wù)框共有12個槽位，其中包括2個主控板槽位，2個電源板槽位，1個通用接口板槽位（GPIO）和7個業(yè)務(wù)板槽位。5.3.1OLT介紹45MA5800/EA5800-X2為小規(guī)格業(yè)務(wù)框，共有5個槽位，其中包括2個主控板槽位，1個電源板槽位和2個業(yè)務(wù)板槽位。5.3.2典型OLT單板簡介461、主控板H903MPLA、H901MPLB是適用于MA5800/EA5800系列OLT的控制單元板，是系統(tǒng)控制和業(yè)務(wù)交換匯聚的核心，同時也可以作為統(tǒng)一網(wǎng)管的管理控制核心。H903MPLA通過主從串口、帶內(nèi)的GE/10GE通道和業(yè)務(wù)板傳遞關(guān)鍵管理控制信息，完成對整個產(chǎn)品的配置、管理和控制，同時實現(xiàn)簡單路由協(xié)議等功能。H901MPLBH903MPLA5.3.2典型OLT單板簡介472、GPON接口板H901GPSF單板是16端口GPON接口板和ONU（OpticalNetworkUnit）設(shè)備配合，實現(xiàn)GPON業(yè)務(wù)的接入。H901GPSF5.3.2典型OLT單板簡介483、XG-PON接口板XG-PON接口板和ONU（OpticalNetworkUnit）設(shè)備配合，實現(xiàn)XG-PON業(yè)務(wù)的接入。典型型號如H901XGHD、H901XGSF等。H901XGHD是8端口板卡，H901XGSF是16端口XG-PON接口板。H901XGHDH901XGSF5.3.2典型OLT單板簡介494、XGS-PON接口板XGS-PON接口板和ONU（OpticalNetworkUnit）設(shè)備配合，實現(xiàn)XG(S)-PON業(yè)務(wù)的接入。典型型號如H901XSHF、H902XSHD等。H901XSHF是16端口XGS-PONOLT接口板，H902XSHD是8端口XGS-PONOLT接口板。H901XSHFH902XSHD5.3.2典型OLT單板簡介505、PONCombo接口板PONCombo接口板和ONU設(shè)備配合，實現(xiàn)XG(S)-PON、GPON業(yè)務(wù)的接入。典型如H902CGHD單板、H901CGHF單板、H901CSHF單板、H902CSHD單板等。H902CGHD是8端口XG-PON&GPONComboOLT接口板，H901CGHF是16端口XG-PON&GPONComboOLT接口板。H902CGHDH901CGHF5.3.2典型OLT單板簡介516、EPON與10GEPON接口板EPON接口板和ONU設(shè)備配合，實現(xiàn)EPON業(yè)務(wù)的接入。典型板卡如H901EPHF，它是是16端口EPON接口板。10GEPON接口板和ONU設(shè)備配合，實現(xiàn)10GEPON業(yè)務(wù)的接入。典型板卡如H901XEHD單板，它是8端口10GEPON接口板，和ONU設(shè)備配合，實現(xiàn)10GEPON（兼容EPON）業(yè)務(wù)的接入。H901EPHFH901XEHD5.3.2典型OLT單板簡介527、上行接口板H902NCEB（2端口100GE上行接口板），該單板是2端口100GE光接口板，提供以太網(wǎng)光接入功能。H902NXED為8端口10GE/GE光接口上行板，為增強型10GE上行接口板H902NCEBH902NXED5.3.3ONU介紹53MxU是指多口的ONU，適用于FTTB、FTTC等多種場景。提供FTTC/B+DSL場景的典型產(chǎn)品有MA5818、MA5616