《FTTH技术交流》PPT课件.ppt

2020/9/7,1,FTTX技术（基于EPON技术）交流 王 成,2020/9/7,2,光分路器的介绍,目 录,目 录,EPON技术原理,光纤到户技术分类,EPON技术的优势,FTTX组网介绍,FTTX系统提供的业务介绍,FTTX应用模式,2020/9/7,3,光纤到户技术分类,光纤到户技术分类,2020/9/7,4,光纤到户技术分类,2020/9/7,5,EPON成本低，速率高，多业务能力强； GPON标准已经制定完成，但设备和芯片尚不成熟，现阶段不宜使用。,光纤到户技术分类,2020/9/7,6,光分路器介绍,光分路器介绍(P2MP关键环节),2020/9/7,7,P2MP关键环节（光分路器）,2020/9/7,8,P2MP关键环节（光分路器）,熔融拉锥型分路器主要优点有（1）拉锥耦合器已有二十多年的历史和经验, 许多设备和工艺只需沿用而已, 开发经费只有PLC 的几十分之一甚至几百分之一（2）原材料只有很容易获得的石英基板, 光纤, 热缩管, 不锈钢管和少些胶, 总共也不超过一美元. 而机器和仪器的投资折旧费用更少，12、14 等低通道分路器成本低。（3）分光比可以根据需要实时监控，可以制作不等分分路器。 主要缺点有（1）损耗对光波长敏感，一般要根据波长选用器件，这在三网合一使用过程是致命缺陷，因为在三网合一传输的光信号有1310nm、1490nm、1550nm 等多种波长信号。（2）均匀性较差，1X4 标称最大相差1.5dB 左右，18 以上相差更大，不能确保均匀分光，可能影响整体传输距离。（3）插入损耗随温度变化变化量大（TDL）（4）多路分路器（如116、132）体积比较大，可靠性也会降低，安装空间受到限制。,2020/9/7,9,P2MP关键环节（光分路器）,平面光波导分路器的优点有（1）损耗对传输光波长不敏感，可以满足不同波长的传输需要。（2）分光均匀，可以将信号均匀分配给用户。（3）结构紧凑，体积小(博创科技 132尺寸：4750mm),可以直接安装在现有的各种交接箱内，不需特殊设计留出很大的安装空间。 （4）单只器件分路通道很多，可以达到32 路以上。（5）多路成本低，分路数越多，成本优势越明显。 主要缺点有：（1）器件制作工艺复杂，技术门槛较高，目前芯片被国外几家公司垄断，国内能够大批量封装生产的企业也只有烽火科技等很少几家。（2）相对于熔融拉锥式分路器成本较高，特别在低通道分路器方面更 处于劣势。,2020/9/7,10,P2MP关键环节（光分路器）,2020/9/7,11,EPON技术的原理,2020/9/7,12,EPON的特点： 局端（OLT）与用户（ONU）之间仅有光纤、光分路器等光无源器件，无需租用机房、无需配备电源、无需有源设备维护人员，因此，可有效节省建设和运营维护成本；,EPON技术的原理,2020/9/7,13, EPON采用以太网的传输格式同时也是用户局域网/驻地网的主流技术，二者具有天然的融合性，消除了传输协议转换带来的成本因素；,EPON技术的原理,2020/9/7,14, 采用单纤波分复用技术（下行1490nm，上行1310nm），仅需一根主干光纤和一个OLT，传输距离可达20公里。在ONU侧通过光分路器分送给最多32个用户，因此可大大降低OLT和主干光纤的成本压力；,EPON技术的原理,2020/9/7,15, 上下行均为千兆速率，下行采用针对不同用户加密广播传输的方式共享带宽，上行利用时分复用（TDMA）共享带宽。高速宽带，充分满足接入网客户的带宽需求，并可方便灵活的根据用户需求的变化动态分配带宽；,EPON技术的原理,2020/9/7,16, 点对多点的结构，只需增加ONU数量和少量用户侧光纤即可方便地对系统进行扩容升级，充分保护运营商的投资；,EPON技术的原理,2020/9/7,17, EPON具有同时传输TDM、IP数据和视频广播的能力，其中TDM和IP数据采用IEEE802.3以太网的格式进行传输，辅以电信级的网管系统，足以保证传输质量。通过扩展第三个波长（通常为1550nm）即可实现视频业务广播传输。,EPON技术的原理,2020/9/7,18,EPON的原理信号复用,EPON系统采用WDM技术，实现单纤双向传输（强制）。 为了分离同一根光纤上多个用户的来去方向的信号，采用以下两种复用技术： 下行数据流采用TDM技术； 上行数据流采用TDMA技术。,1490nm,1310nm,EPON技术的原理,2020/9/7,19,广播方式,EPON的原理下行数据,在ONU注册成动后分配一个唯一的LLID； 在每一个分组开始之前添加一个LLID，替代以太网前导符的最后两个字节； OLT接收数据时比较LLID注册列表，ONU接收数据时，仅接收符合自己的LLID的帧或者广播帧。,EPON技术的原理,2020/9/7,20,EPON的原理上行数据,TDMA方式,EPON技术的原理,2020/9/7,21,EPON的原理OLT和ONU的工作职责,ONU的操作 ONU通过下行控制帧的时间戳同步于OLT； ONU等待发现帧（gate） ONU进行发现处理，包括：测距，指定物理ID和带宽。 ONU等待授权，ONU只能在授权时间发送数据,OLT的操作 产生时间戳消息，用于系统参考时间 通过MPCP帧指配带宽 进行测距操作 控制ONU注册,EPON技术的原理,2020/9/7,22,EPON的关键技术多点控制技术,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。,MPCP帧格式,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,EPON技术的原理,2020/9/7,23,EPON 以MAC 控制子层的MPCP（multi-point control protocol）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。MPCP 涉及的内容包括ONU 发送时隙的分配、ONU 的自动发现和加入、向高层报告拥塞情况以便动态分配带宽。P2MP 拓扑中的每个ONU 都包含一个MPCP 实体，它可以和OLT 中的MPCP实体进行消息交互。MPCP 在OLT 和ONU 之间规定了一种控制机制来协调数据的有效发送和接收：系统运行过程中上行方向在一个时刻只允许一个ONU 发送，位于OLT 的高层负责处理发送的定时、不同ONU 的拥塞报告从而优化PON 系统内部的带宽分配。,EPON技术的原理,2020/9/7,24,EPON 拓扑结构是树状结构, 由位于根部的OLT 和位于枝端的多个ONU 组成。OLT 可以和各个ONU 互通信号, 但ONU 之间不能互通。因此, 当不同的ONU 向OLT 发送数据时有可能发生碰撞, 这就需要由OLT 进行全局控制, 安排好各个ONU 的上传时隙。在此过程中,OLT 扮演着主控角色,ONU 扮演着受控角色。为了在主控的OLT 和受控的ONU 之间有效地传输数据, 需要一个有效的控制机制来控制OLT 和ONU , 这就是多点控制协议(M PCP:M u lt i2Point Control Protocol)。它 在已有的Ethernet 控制帧的基础上又定义了5 个控制帧, 以实现EPON 系统的启动注册、时间同步、时隙分配等功能。MPCP 功能的实现位于分层结构的MAC 控制 子层。,EPON技术的原理,2020/9/7,25,EPON 定义了5 种控制帧: GATE、REPORT、REGISTER- REQ、REG ISTER 及REG ISTERACK.MPCP 协议首先要完成的任务就是当有新的ONU 加入系统时能发现它们给予登记, 即启动注册, 使新加入的ONU 能和其他ONU 一样有效地正常工作。这个启动注册过程是用上述控制帧并由OLT 主导来完成的。OLT 将周期性地留出一个注册窗口时段, 给不在线的ONU 一个让OL T“认识”( 注册) 的机会。 MPCP 在实现新ONU 融入PON系统(启动注册) 过程中主要完成以下功能: 1)为点到点仿真 3 分配端口号, 即建立逻辑连接; 2)测距并对环回时延进行补偿; 3) 协商网络参数。,EPON技术的原理,2020/9/7,26,EPON的关键技术自动注册和测距,RTT=(T3-T1)-(T2-T1)=T3-T2,ONU上电之后立即开始向OLT注册，注册之后才能使用数据链路进行通信,ONU自动注册流程示意,测距是为了补偿因ONU距离不同而产生的时延差异而测量RTT（Round Trip Time）的过程,EPON技术的原理,2020/9/7,27,首先OLT 广播一个注册的GATE 帧, 内容包含注册窗口的起始时间、窗口大小和同步时间; 未注册的ONU 在收到注册GATE 帧后随机延迟一段时间, 然后发送一个REG ISTER- REQ 帧, 有用内容包括ONU 的MAC 地址和Pending grants 值;OLT 收到REG2ISTER- REQ 后就为ONU 注册, 并分配和指定新的端口标识(LLID ) , 把相应的MAC 和LLID 绑定, 然后发送REG ISTER 帧给新发现的ONU ,内容包括新分配的端口标识(LL ID )、OLT 所需的同步时间和对Pending grants 值的回应。至此,OLT 已有了安排新ONU 进行数据传输的足够信息,OLT 随后向新ONU 发送一个普通GATE 帧, 让新ONU 回送REGISTER- ACK,OLT 一旦接收到REG ISTER- ACK, 整个注册过程成功完成。在注册时, 若有多于一个的ONU 需要注册, 则在注册窗口中不同ONU 发送的消息有可能冲突。这时, 需要采用一定的机制来减少冲突。减少冲突有2 种方法: 1) ONU 随机延迟一段时间再发送注册请求;2) 一部分ONU 按一定规则随机延后几个注册窗口后再发送注册请求。究竟采用哪种方法或二者相结合, 取决于设计者的具体设计。另外, 为了防止恶意攻击, 在此过程中安全性问题也很重要。,EPON技术的原理-注册,2020/9/7,28,由于EPON 系统中各ONU 到OLT 的物理距离不同, 器件老化且受外界温度等因素影响, 信号来往于OLT 和各ONU 之间所费时间不同, 于是将影响上行信道的复用, 致使信道利用率降低。所以, 有必要准确测量各个ONU 到OLT 的距离并精确地对各个ONU 进行时延补偿, 以减小ONU 发送窗口间的间隔, 从而提高上行信道的利用率。 首先, 我们来看如何准确测量各个ONU 到OLT 的距离。在OLT 和ONU 中都有一个记数器,该记数器每传输16 比特就增加1, 按EPON 标称速率1 Gbp s 来计算,则每16ns 增加1。当OLT 有MPCP 协议数据单元发送时, 把记数器的值T 1 写入控制帧的时戳(Tim e Stamp ) 中,ONU 一旦收到控制帧后就用时戳中的值替换记数器中的值。当ONU 发送M PCP 协议数据单元时, 把记数器的值T 2写入时戳, 当OL T 收到该帧后其记数器值为T 3, 用T 3 减去收到帧的时戳值T 2即得到环回时间RTT (Round Trip Tim e) = (T 3- T 2)。另外, 需要说明的是, 写进时戳的值是M PCP 协议数据单元第一字节发送时记数器的值。 其次, 在知道RTT 后就要对各ONU 进行时延补偿。当OLT 接收完第i 个ONU 发送的数据后,经过保护时段后, 希望在T 时刻收到第i+ 1 个ONU 上传的数据。OLT在之前给ONU 确认, 以指定传输窗口起始时间时需补偿时延。这时, 只需告诉ONU传输起始时间为(T - RTT ) , 即可有效补偿时延。,EPON技术的原理-时延补偿,2020/9/7,29,在EPON 系统中, 各ONU 共享上行信道。由于上行数据具有突发性, 因此OLT 在调度各ONU 发送数据时, 一般不采用给每个ONU 分配固定时隙或随机竞争接入低带宽利用率的方法。产品制造商们倾向采用基于请求的授权方式的动态带宽分配方法, 即ONU 通过上行信道用REPORT 帧向OLT 提交发送带宽申请, 经OLT 统一协调后, 用GATE 帧向各ONU 发送调度信息, 告诉ONU 其发送窗口的起始时间和窗口大小, 从而实现发送时隙分配。在各ONU 依次向上发送数据时, 第i个ONU 发送完数据到第i+1 个ONU 开始发送数据之间,还需要有一个警戒带。这是因为ONU 发送数据是突发性的,ONU 之间不能直接相互协调, 相邻的不同ONU 发送数据间隙有可能发生冲突。OLT 在开始接收新一个ONU 正式上传的数据之前要作一些诸如接收门限、同步等调整。在警戒带宽内, 要关闭上一个ONU激光器, 打开新ONU 激光器(根据GATE 帧中的grant start tim e 来打开激光器)。 OLT 根据新ONU 发送激光的强度进行接收门限调整, 并对新上传的数据进行时钟提取、同步、码组对齐等工作。同时,OLT 和ONU 之间的时钟漂移也需警戒带宽来消除其影响。ONU 何时发送数据主要依据启动注册时的同步时间(Sync Time) 来确定最后真正发送上行数据的时间。,EPON技术的原理-时隙分配,2020/9/7,30,FTTX的组网介绍,2020/9/7,31,FTTX网络由光线路终端(OLT)、光分布网络（ODN）和光网络单元(ONU)三部分组成。每个OLT子框可以提供到IP核心网的上行接口和到用户的下行光口，每下行光口在单根光纤上最大可以支持32个分路比，传输距离可达10-20KM。,FTTX的组网介绍,2020/9/7,32,OLT放置在端局、用户端和临近机房，分配和控制信道的连接，并有实时监控、管理及维护功能。ONU放置在用户侧，OLT与ONU之间通过无源光合/分路器(PON)连接。,FTTX的组网介绍,2020/9/7,33,同时EPON使用波分复用(WDM)技术，在同一根光纤中同时处理双向信号传输，上行信号使用1310nm波长，以时分多址(TDMA)方式传输；而下行信号使用1490nm波长，以广播的方式传输。,FTTX的组网介绍,2020/9/7,34,网络组织结构如下图：,FTTX的组网介绍,2020/9/7,35,网管系统通过标准以太网硬件接口与EPON系统设备进行连接，通过SNMP V2.0协议接口与EPON系统设备进行通信，网管示意图见图 1。,网管实施方案,FTTX的组网介绍,2020/9/7,36,图 1 网管与ONU产品连接示意图,FTTX的组网介绍,2020/9/7,37,网管的放置位置可以与OLT同址，也可以放在任意的位置，前提条件是需要提供性能良好的100M以太网通道。 EPON网管系统以WINDOWS风格的图形操作界面生动地为用户提供了配置管理、故障管理、性能管理、安全管理四大基本管理功能：,FTTX的组网介绍,2020/9/7,38,配置管理模块主要针对EPON所特有的多业务多链路的技术特性制定了丰富、灵活的用户配置操作接口界面； 故障、性能管理模块在提供常规故障、性能管理功能的基础上，着重加强了断纤告警和掉电告警的发现、区分与监控； 安全管理模块为不同的操作用户提供分级分权管理功能，为不同特点的操作人员配置不同的管理员级别，分配不同的操作、管理权限，同时可以准确记录每个用户在登录后的操作日志。,FTTX的组网介绍,2020/9/7,39,数据业务接入,数据接入方式与现有宽带用户接入方式类似，用户的认证可以通过现有设备来完成，认证方式可以采用传统的PPPOE的认证，也可以采用802.3的方式。 宽带数据业务是EPON系统所能够提供的最基本的业务。,FTTX的组网介绍,2020/9/7,40,OLT能够提供高速率的用户接入，所有用户的数据业务在局端采用一个千兆光口与BAS连接，计费、认证等管理工作程序同传统的宽带接入，以期最大限度地利用现有的网络资源和维护流程。,FTTX的组网介绍,2020/9/7,41,工程建设中可以采用的带宽提供方式有两种：固定带宽分配和DBA带宽提供。 固定带宽分配的方式即传统的宽带提供方式，为每个用户设定带宽上限。这种方式的带宽提供欠灵活，但是可以有效利用现有的网络资源和维护方式，引入较为容易。,FTTX的组网介绍,2020/9/7,42,DBA的方式可以为每个用户按照一定的策略动态提供带宽，示意图如图4所示。,图4 ONU提供的DBA功能,FTTX的组网介绍,2020/9/7,43,语音业务接入,ONU产品可以提供灵活的语音业务处理功能，包括基于传统V5的解决方案和VOIP的解决方案； 对于V5解决方案，在OLT处采用开放式V5接口或通过VOIP网关与现有PSTN网络对接，充分利用现有网络资源。,FTTX的组网介绍,2020/9/7,44,图5 基于V5的话音解决方案,FTTX的组网介绍,2020/9/7,45,对于VOIP话音解决方案，OLT内置呼叫控制模块，同时支持H.323、H.248、MGCP、SIP协议，可以灵活适应H.323 VOIP网络和H.248软交换网络。,FTTX的组网介绍,2020/9/7,46,图6 基于VOIP的话音解决方案,FTTX的组网介绍,2020/9/7,47,CATV业务接入,在OLT端增加EDFA对来自有线电视网的光信号进行放大，再通过一个WDM复用设备将EPON的两个波长和EDFA发送过来的1550nm波长复用在一起。在ONU端，信号先经过外置的CATV信号器处理，其原理是将1550nm波长分离出来并进行光电转换和放大，提供RF接口连接电视机；同时将1310nm和1490nm波长分离出来连接到ONU设备。,FTTX的组网介绍,2020/9/7,48,图7 CATV解决方案,由于通道的透明性，可以实行模拟电视向数字电视、HDTV的演进，ONU系统本身无需做任何改变。,FTTX的组网介绍,2020/9/7,49,IPTV业务,随着宽带接入的普及，IPTV业务也随之兴起。FTTX的高带宽特性非常适合承载IPTV业务；IPTV接入在光纤到户方案中可以以GE光口方式，下联至OLT，在分光至各用户ONU，提供用户视频业务，如图所示的方案。,FTTX的组网介绍,2020/9/7,50,图8 IPTV解决方案,FTTX的组网介绍,2020/9/7,51,在IPTV业务开展过程中，接入网的核心职能是提供畅通的宽带通道，这个通道的提供不仅仅要求线路速率足够支持视频码流，而且要求接入网设备内部也应实现无瓶颈的数据传递。,FTTX的组网介绍,2020/9/7,52,FTTX系统提供的业务,2020/9/7,53,FTTX系统提供的业务 语音（电话） 数据（高速上网） 视频（CATV、IPTV、全球眼、视频监控） 增值业务 电视点播（VOD）或准视频点播业务（NVOD）、远程电视教育、远程医疗和电视会议、电视电话、电视购物、电视商务和网上冲浪等,FTTH的组网介绍,2020/9/7,54,EPON技术的优势,2020/9/7,55,EPON技术优势 传输距离长 覆盖半径最大可达数十公里 降低设备选址布署难度 便于平滑扩展（Pay as You Grow）降低引入成本 便于集中管理降低维护成本 系统可靠性高 带宽大,解决了终端用户的带宽瓶颈 提供多业务综合接入,EPON技术优势,2020/9/7,56,服务质量有保障 OLT发挥对整个系统的主控作用，彻底改变了以太网设备各自为政的局面 EPON系统可以对每个用户进行带宽的静态/动态分配，并保证每个用户的QoS OAM&P能力强 EPON系统具有先进的测距、环回测试、断电告警以及端口状态监视等维护功能，克服了以太网缺乏OAM手段的缺陷,EPON技术优势,2020/9/7,57,与现有以太网技术兼容。以太网技术，是迄今为止最成功和成熟的局域网技术。EPON只是对现有IEEE802.3 协议作较少的补充，是与传统以太网兼容的。随着EPON 标准的正式发布和成熟EPON 系统的大规模商用，在WAN 和LAN 连接时将减少很多协议转换引入的成本和代价。 高带宽。EPON 的下行信道为千兆广播方式，而上行信道则为用户共享的千兆信道，即使在分路比为1：32 时，每个ONU 的上/下行平均带宽仍然可以达到近30Mb/s，峰值带宽甚至可以达到900Mb/s 及以上。这比目前的其他接入方式，如Modem、ISDN、ADSL 甚至APON(下行622/155Mbit/s，上行共享155Mbit/s)都要高很多倍。,EPON技术优势,2020/9/7,58,低成本。EPON 提供较大的带宽和较低的用户设备成本。首先，由于采用PON 的结构，EPON 网络中减少了大量的光纤和光器件以及网络建成后的运营维护成本，降低了预先支付的设备资金和与SDH/SONET 及ATM 有关的投资。其次，以太网本身的价格优势，如廉价的器件和简便的安装维护使EPON 具有APON 和GPON 等所无法比拟的低成本。 为灵活和快速的服务重组提供了方便。提供了多层安全，例如限制用户（支持如802.1x 的用户身份认证和多种业务水平协议SLA）、支持虚拟专用网（VPN：VirtualPrivate Network）的VLAN、IP 安全(IPSec)等。 网络运营商可通过在EPON 体系结构上开发的广泛而灵活的服务，例如管理防火墙、语音交易支持、VPN 和Internet 接入等。利用IGMP Proxy/Snooping 功能，可以方便的开通视频点播（VoD：Video on Demand）、视频会议、大型文体活动的现场直播等多种业务。,EPON技术优势,2020/9/7,59,FTTX应用模式,2020/9/7,60,FTTH个人接入方式一,对于个人客户， FTTH可以提供数据、语音、视频的综合接入,特点：由ONU直接提供数据、语音和视频接口,2020/9/7,61,ONU家庭网关的应用模式。采用家庭网关提供语音、数据和视频业务的示意图。,特点：ONU为家庭网关提供一个网络侧接口，可以根据用户需求，提供有质量保证的带宽，这样不仅简化了FTTH用户端设备，同时用户可以根据需求选用家庭网关，从而实现对用户的个性化服务。随着家庭网关的发展，可以满足用户家庭几乎所有的应用。,FTTH个人接入方式二,2020/9/7,62,EPON的应用TDM业务,Ethernet, MPLS or IP transport header Optional 802.3 tag header Optional 802.3 Ethernet MAC header Multiplexing using L2TP, MPLS or UDP header,GE,STM-1/OC-3/ n X E1,1-8 X E1 FE/GE,1-8 X E1 FE/GE,2020/9/7,63,BBS 1000(OLT),语音网络,数据网络,视频网络,教学楼,ONU,ONU,ONU,ONU,ONU,图书馆,学生宿舍,校园网,企业专线,智能楼宇,小区,CBD,EPON的应用大客户接入,2020/9/7,64,EPON的应用网吧宽带接入,针对网吧、话吧的业务特点，提供网吧、或与话吧合一的解决方案。 网吧是大客户的一种，其需求的业务主要是高速宽带上网。位置相对集中，可以放置无源光分路器在网吧集中点，收容多个网吧。,采用FTTH系统的宽带接入网吧组网有以下特点： 网吧位置相对集中，可以放置无源光分路器在网吧集中点，收容多个网吧； PON至少可以覆盖直径20公里的范围，一套PON系统可以收容多个网吧集中点； 可以为网吧提供对称的100M带宽，远远高于ADSL系统； 可以制定不同的套餐，按接入速率差别收费，提供给用户多样选择； 网吧可以宣传自己的光纤接入，吸引更多的使用者。,2020/9/7,65,EPON的应用商业客户宽带接入,2020/9/7,66,EPON的应用全球眼、视频监控,2020/9/7,67,EPON的应用农村信息化,2020/9/7,68,EPON的应用DSLAM的下移,IP DSLAM,IP城域网,BAS,BAS,住宅小区,住宅小区,住宅小区,写字楼,IP DSLAM,IP DSALM,IP DSLAM,IP DSALM,IP DSLAM,写字楼,写字楼,ONU,ONU,BBS 1000(OLT),ONU,住宅小区,IP DSALM,BBS 1000(OLT),ONU,ONU,BAS,BBS 1000(OLT),2020/9/7,69,谢 谢 !,Thank you!,