1-EPON技术-何(徐)

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,48,版权所有, 200,9,中国电信学院,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,中国电信接入网维护及装维技能竞赛教材编写小组编制,中国电信,2011,年装维及接入网维护技能竞赛系列培训,EPON,技术,目录,第一章,EPON,技术起源,第二章,EPON,技术特点,第三章,EPON,技术原理,第四章,EPON,技术应用,从简单语音需求逐渐向数据、多媒体、综合业务需求发展,综合业务应用对带宽的要求越来越高,不同的业务应用需要相应,QOS,技术保证,综合业务的需求导致接入手段不断增加,1.1,接入网的发展特点,1.2,接入层业务需求分析,理想带宽（,bps,）,数字电视,MPEG2,4M,IPTV MPEG4 2.5M,电子银行,0.4M,远程游戏,0.6M,Voice 0.1M,视频点播,VOD 1.5-2M,视频电话,0.5M,视频会议,0.8M,高清电视,20M,（经过压缩可达到,6-8M,）,。,业务需求群体的差异化,业务需求种类的差异化,业务种类对带宽要求的差异化,业务需求的不断增加对接入层,带宽要求越来越高已是事实。,如何提供高带宽的接入网 ？,1.3,主要接入技术分析,有线接入的未来与发展趋势光接入,铜线接入,ADSL,VDSL,LAN,接入,光纤接入,P2P,P2MP,光纤到家庭用户,FTTH,仅利用光纤传输媒质连接通信局端和家庭住宅的接入方式，引入光纤由单个家庭住宅,独享,。,光纤到公司,/,办公室,FTTO,仅利用光纤传输媒质连接通信局端和公司或办公室用户的接入方式，引入光纤由单个公司或办公室用户,独享,，,ONU/ONT,之后的设备或网络由用户管理。,光纤到楼宇,/,分线盒,FTTB/C,以光纤替换用户引入点之前的铜线电缆，,ONU,部署在传统的,分线盒,（用户引入点）即,DP,点（,DP distribution point,分配点），,ONU,下采用其他介质接入用户,光纤到交接箱,FTTCab,以光纤替换传统馈线电缆，,ONU,部署在,交接箱,即,FP,点处，,ONU,下采用其他介质接入到用户,1.4,光纤接入的应用模式（,FTTx,）,FTTH,应用是,PON,技术引入的主要源动力,1.5 FTTH,的主要技术,点到点光接入（,MC,）方式,点到多点光接入方式,点到点以太接入,APON,EPON,GPON,小区交换机接入,目录,第一章,EPON,技术起源,第二章,EPON,技术特点,第三章,EPON,技术原理,第四章,EPON,技术应用,2.1 EPON,的定义和组成,PON,的定义,无源光网络：,Passive Optical Network,是一种基于,P2MP,拓朴的技术,是一种应用于接入网，局端设备（,OLT,）与多个用户端设备（,ONU/ONT,）之间通过无源的光缆、光分,/,合路器等组成的光分配网（,ODN,）连接的网络。,无源光网络的构成,OLT,（,Optical Line Terminal,）光线路终端,ONU,（,Optical Network Unit,）光网络单元,ONT,（,Optical Network Terminal,）光网络终端,ODN,（,Optical Distribution Network,）光分配网,E,PON,系统采用,WDM,技术，实现,单纤双向,传输。,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：,下行数据流采用广播技术,；,上行数据流采用,TDMA,技术。,2.2 EPON,系统数据传输机制,1490nm,1310nm,2.3 EPON,的网络位置,2.4 EPON,系统组网方式,环 形,树 形,总线形,2.5,技术比较（,EPON,vs,MC,）,局端,用户,局端,用户,小区交换机,以,32,个结点为例,32/64,根光纤,64,个收发器,P2P,P2P,1/2,根光纤,66,个收发器,局端,用户,分光器,P2MP,1,根光纤,33,个收发器,MC,技术的两种使用方式,点到点以太接入,N,根光纤，,2,N,个光收发器,管理独立,小区交换机,接入,只需铺设1,或,2,根光纤到小区,2,N,+2,个光收发器,设备占用局端机房空间小,在传输过程中需要有源设备,设备分级管理,EPON,的接入方式,只需铺设1,或,2,根光纤到小区,需,N+1,个光收发器,设备占用局端机房空间最小,传输中不需有源设备,设备集中管理,无源分光器,ONU,ONU,IP,数据网,光电收发器,OLT,ONU,IP,数据网,MC,接入,EPON,接入,PSTN,CATV,100M,带宽,1.25G,带宽,收发器运维盲点、故障率高,无源网络，无需维护,单一业务,全业务,2.6,网络和业务比较（,EPON,vs,MC,）,目录,第一章,EPON,技术起源,第二章,EPON,技术特点,第三章,EPON,技术原理,第四章,EPON,技术应用,3.1 EPON,的基本特点,基本特点,OLT,与,ONU,之间信号传输基于,IEEE 802.3,以太网帧,传输线路速率下,行,/,上行：,1,250,Mbit/s,/ 1,250,Mbit/s,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,P2P,仿真子层,是,EPON/MPCP,协议中的关键组件,逻辑分光比,1,：,32,（,1,：,64,）,支持,A(,家庭）、,B,（共享）类,ODN,网络,3.2 EPON,系统中关键技术,LLID,突发光接收技术,MPCP,定时与同步,注册,测距,DBA,OAM,管理,3.3 EPON,关键技术,LLID,对,802.3,标准的扩展,修改前导码完成,用于对,ONU,进行唯一标识,定义：,广播：,MODE=1,或者,LLID=0x7FFF,单播：,MODE=0,且,LLID!=0x7FFFF,3.4 EPON,工作原理下行,广播方式,在,ONU,注册成功后分配一个唯一的,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。,3.5 EPON,工作原理下行数据帧结构,前导码,7Bytes,帧定界符,1Bytes,DA,6Bytes,SA,6Bytes,长度,/,类型,2Bytes,数据,461500Bytes,填充,不定,FCS,4Bytes,前导码,8Bytes,DA,6Bytes,SA,6Bytes,长度,/,类型,2Bytes,数据,461500Bytes,填充,不定,FCS,4Bytes,55,55,SPD,55,55,LLID,LLID,CRC8,以太网,MAC,帧,EPON MAC,帧,SPD,:SPD,指示,LLID,和,CRC,位置,3.6,下行数据的安全性,因为,PON,的多点广播特性，所有的下行数据都会被广播到,PON,系统中所有的,ONU,上。如果有一个匿名用户将它的,ONU,接收限制功能去掉，那么它就可以监听到所有用户的下行数据，这在,PON,系统中称为,“,监听威胁,”,。,PON,网络的另一个特点是，网络中,ONU,不可能监测到其它,ONU,的上行数据。,在,PON,上解决安全性的措施是,ONU,通过上行信道传送一些保密信息（如数据加密密钥），,OLT,使用该密钥对下行信息加密，因为其它,ONU,无法获知该密钥，接收到下行广播数据后，仍然无法解密获得原始数据。,3.7 EPON,工作原理上行,TDMA,方式,OLT,接收数据前比较,LLID,注册列表；,每个,ONU,在由局方设备统一分配的时隙中发送数据帧；,分配的时隙补偿了各个,ONU,距离的差距，避免了各个,ONU,之间的碰撞。,3.8EPON,技术原理上行帧结构,上行帧由突发的以太网帧,MPCP,上行控制帧物理层的突发开销组成,3.9 EPON,关键技术突发模式光收发技术,OLT,光接收机的快速功率恢复,要求,OLT,在每个接收时隙的开始处迅速调整,0-1,判决门限,ONU,光发射机的突发发射和关断,为抑制自发散射噪声，要求,ONU,的激光器能够快速的冷却和回暖,OLT,光接收机的突发同步技术,上行接收数据相位的突变要求,OLT,的接收机工作在突发模式接收状态,OLT,的接收机和,ONU,的发射器工作在突发模式,3.10 EPON,关键技术,MPCP,协议,对,IEEE802.3,标准的重要扩展,规定了,OLT,和,ONU,之间的 控制机制,提供,ONU,控制管理信息,提供,ONU,带宽管理信息,提供业务监控信息控制,是整个,EPON,系统正常工作的核心,3.10 EPON,关键技术,MPCP,协议,3.11 EPON,关键技术,MPCP,控制帧,五种类型的,MPCP,帧,操作码不同，作用不同。,GATE,（,OLT,）,00-02,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,）,00-03,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,）,00-04,在注册规程处理过程中请求注册。,REGISTER,（,OLT,）,00-05,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,）,00-06,在注册规程处理过程中表示注册确认。,3.14 EPON,关键技术注册,指,OLT,对系统中的,ONU,进行注册,主要用于系统中增加,ONU,时或者,ONU,重新启动时。,注册过程,ONU,的执行动作：,在上电启动或复位时，,ONU,进入,Discovery,状态。等待来自,OLT,的,“,Discovery Gate,”,消息。,如果所收到的消息类型为,Discovery,，且消息中的逻辑,PHY ID,与自己相同或为缺省值是，就对此消息做出应答。,OLT,的执行动作：,OLT,以广播方式周期性的发送,Discovery,检测帧。,响应,ONU,的注册请求并分配,LLID,3.14 EPON,关键技术注册,3.12 EPON,关键技术定时与同步,定时方法,：,所有,ONU,都与,OLT,的唯一时钟同步；,主要是用时间戳域来完成的。,时间戳,定义,时间戳域使用个字节,时间戳所标识的是在,MAC,控制帧上传到,MAC,层时,OLT,的计数值。,计数值宽度为,16,位或,32,位，计数单位为,16ns,定时过程,OLT,以自己本地的计数器插入,timestamp,域中,ONU,根据收到的,OLT,的,timestamp,更新自己的计数器,ONU,以本地计数值插入,timestamp,域中,OLT,根据收到的,ONU,的,timestamp,计算差值,（测距）,3.13 GATE,过程,（,OLT-ONU,）,EPON,关键技术同步定时过程,REPORT,过程,（,ONU-OLT,）,EPON,关键技术同步定时过程,3.15 EPON,关键技术测距,OLT,与各,ONU,间的环路时延不同：,各,ONU,距,OLT,的光纤路径不同,各,ONU,元器件的不一致性,环境温度的变化和器件老化，环路延时也会发生不断的变化,测距包括静态测距和动态测距：,测距要求,补偿因,ONU,距离不同而产生的时延差异：,RTT,（,Round Trip Time,）,在注册过程中，,ONU,对新加入的,ONU,启动测距过程,OLT,使用,RTT,来调整每个,ONU,的授权时间,OLT,也可以在任何收到,MPCP PDU,的时候启动测距功能。,使用注册冲突避让：,在,EPON,系统中，解决,ONU,的注册冲突的方案有两种：,随机延迟,时间法和随机跳过开窗法。,3.16 EPON,关键技术测距过程,1. OLT,在,T1,时刻发送,GATE,；,2. ONU,在,T2,时刻接收到,GATE ,此时复位本地计数器，时间戳置为,T1,；,3. ONU,在,T3,时刻发送,REPORT,此时填入的时间戳为,T4,；,4. OLT,在,T5,时刻接收到,REPORT,。,最后,RTT,由下面的公式得出：,RTT = T2-T1+T5-T3 = T5-T4,其中 ：,T3-T2 = T4-T1,3.17 EPON,关键技术,RTT,应用,计算出,RTT,后，,OLT,据此给,ONU,发送,GATE,帧，例如，如果,OLT,希望在,T1,时刻接收,ONU,的数据，则在,GATE,帧中给,ONU,的起始时间为：,T0,T1-RTT,。,3.18 EPON,关键技术,DBA,功能：,相对于静态带宽分配（,SBA,），,DBA,是指实时地（,ms,级）改变,PON,中各,ONU,上行带宽的机制,根据带宽状态和,ONU,需求动态（合理）分配,ONU,的上行带宽,优点：,实现高效的,上行带宽利用率,和,服务质量保证,算法特点：,业务透明,低时延和低时延抖动,公平带宽分配,健壮性好,实时性强,3.19 EPON,关键技术,OAM,管理,功能：,完成,ONU,的认证、配置功能,在线的性能监测、各种故障告警和远端故障指示、远端近端环回等,OLT,对,ONU,进行远程管理通信协议，要有一定的开放性和扩展性,基本支持功能：,Remote Failure Indication,（远端故障指示）,Remote,Loopbak,（远端环回）,Link Monitoring,（链路监视）,扩展功能,ONU,版本管理,ONU,配置管理,3.20 EPON,关键技术,-,业务,QoS,处理,交换板,PON,卡,EPON,EPON,TDM,业务处理,（网关）,GE,10/100M/GE,ONU,ONU,ONU,采用,IEEE802.1p,或,IP TOS,机制，实现业务优先级区分,业务拥塞发生在交换芯片上,PON,系统上下行基本不会拥塞，但须进行更精确的带宽控制和管理,3.21 EPON,系统工作过程,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,3.22 EPON,保护,全保护方式,骨干光纤保护方式,目录,第一章,EPON,技术起源,第二章,EPON,技术特点,第三章,EPON,技术原理,第四章,EPON,技术应用,4.1,业务提供,业务类型,语音业务：,VoIP,方式提供,视频业务：,IPTV,CATV,数据业务：,TDM,业务：,E1/T1,STM-N,等,4.2 EPON,的安全机制,PON,网络安全的基本要求：,数据的机密性：每一个下行数据帧只能对指定的,ONU,有效，其他,ONU,无法得到数据信息；,用户隔离： 每一个,ONU,上传的信息，其他,ONU,无法看到；,用户接入控制： 无授权的非法用户，无法使用网络；（,MAC,地址、,SN,）,设备接入控制： 无授权的非法设备，无法接入网络；基本支持功能：,4.3 FTTH,网络组网构架,OLT,IP Network,BAS,V5.2/H.248,FE/GE,PSTN/SS,CATV,CDN,PC,CATV,PHONE,IPTV,数字家庭,网关,合波器,（,EDFA,）,FE/GE,ONT,splitter,家庭网络,0,20KM,1550nm,1490nm,1310nm,FTTH,是光接入的典型应用，真正满足了光纤到户的高带宽业务的,需求，真正意义上实现了三网合一的目标。,FTTH,加快了数字家庭,的产业化进程和信息化进程。,4.4 FTTB,ONU,4.5 FTTB,LAN,机房,OLT,Internet,Voice,VOD,SS,PC,PHONE,PC,FE,Splitter,1:32,FTTO/B,FE,ONU,SW,IAD,PHONE,IAD,4.6,网吧应用,机房,C,系列,Internet,Voice,。,VOD,splitter,版权声明：本培训资料为中国电信学院所有。未经许可，禁止对本材料的任何部分进行复制，,或者以任何手段进行传播。,授课完毕,谢谢大家,