EPON技术与应用

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,WWW.FIBERHOME.COM.CN,光通信专家,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版标题样式,WWW.FIBERHOME.COM.CN,光通信专家,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,WWW.FIBERHOME.COM.CN,光通信专家,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,*,WWW.FIBERHOME.COM.CN,光通信专家,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,*,WWW.FIBERHOME.COM.CN,光通信专家,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,*,WWW.FIBERHOME.COM.CN,光通信专家,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,*,WWW.FIBERHOME.COM.CN,光通信专家,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,*,THANK,YOU,WWW.FIBERHOME.COM.CN,光通信专家,第八章,EPON,技术与应用,EPON,的协议模型,（,a,）分层结构参考模型,(b),分层结构参考模型细化,从图,8-1,中可以看出，和以太网协议参考模型相比，,EPON,协议参考模型将数据链路层分为,MAC Client,（媒体访问控制客户端）子层,、,OAM,子层,、,MAC,控制子层,和,MAC,（,Medium Access Control,媒介接入控制）,四个子层，将物理层分为,PCS,（,Physical Coding Sub layer,，物理编码）子层,、,PMD,（,Physical Medium Dependent,物理媒介相关）子层,和,PMA,（,Physical Medium Attachment,物理媒介接入子层）,三个子层，其中,RS,（,Reconciliation Sub layer,）为协调子层,，而将各层之间的接口分别定义为,GMII,、,MDI,和,TBI,。下面分别来介绍：,MAC Client,（媒体访问控制客户端）子层,：提供终端协议栈的以太网,MAC,和上层之间的接口；,OAM,子层,：负责有关,EPON,网络运维的功能；,MAC,控制子层,：负责,ONU,的接入控制，通过,MAC,控制帧完成对,ONU,的初始化、测距、和动态带宽分配，采用申请,/,授权（,Request/Grant,）机制，执行多点控制协议（,MPCP,），,MPCP,的主要功能是轮流检测用户端的带宽请求，并分配带宽和控制网络启动过程；,MAC,（,Medium Access Control,，媒介接入控制）子层,：将上层通信发送的数据封装到以太网的帧结构中，并决定数据的发送和接收方式；,协调子层,RS,（,Reconciliation Sub layer,）：,将,MAC,层的业务定义映射成,GMII,接口的信号。,RS,子层定义了,EPON,的前导码格式，它在原以太网前导码的基础上引入了逻辑链路标识（,LLID,）区分,OLT,与各个,ONU,的逻辑连接，并增加了对前导码的,8,位循环冗余校验（,CRC8,）；,PCS,（,Physical Coding Sub layer,，物理编码）子层,：将,GMII,发送的数据进行编码,/,解码（,8B/10B,），使之适合在物理媒体上传送；,PMA,（,Physical Medium Attachment,，物理媒介接入子层）：,为,PCS,提供一种与媒介无关的方法，支持使用串行比特的物理媒介，发送部分把,10,位并行码转换为串行码流，发送到,PMD,层；接收部分把来自,PMD,层的串行数据，转换为,10,位并行数据，生成并接收线路上的信号；,PMD,（,Physical Medium Dependent,，物理媒介相关）子层,：位于整个网络的最底层，主要完成光纤连接、电,/,光转换等功能。,PMD,为电,/,光收发器，把输入的电压变化状态变为光波或光脉冲，以便能在光纤中传输。对于,EPON,来说，一个下行（,D,）,PMD,将信号广播到多个上行（,U,）,PMD,上，并通过一个分支结构的单模光纤网络接收来自每个“,U”PMD,的突发信号，为单纤双向。在,EPON,的,PMD,中规定了,1000BASE-PX10,和,1000BASE-PX20,两种光模块,，表,8-1,分别对,1000BASE-PX10-D PMD,、,1000BASE-PX10-U PMD,、,1000BASE-PX20-D PMD,和,1000BASE-PX20-U PMD,进行了说明。此外，目前的,PX10/20,光模块分别可以达到,1:32,的分路比和,10/20,公里的传输距离；它在物理层业务接口上，误码率小于等于,10e-12,。,GMII,（,Gigabit Medium Independent Interface,，吉比特媒介无关接口）：,PCS,层和,MAC,层的接口，是字节宽度的数据通道；,TBI,（,Ten Bit Interface,，十位接口）：,PMA,层和,PCS,层的接口，是,10,位宽度的数据通道；,MDI,（,Medium Dependent Interface,，媒介相关接口）：,PMD,层和物理媒质的接口，是串行比特的物理接口。,EPON,技术（,1,）,EPON,技术原理,EPON,：,Ethernet Passive Optical Network,EPON,基于,IEEE802.3-2005,标准，是以太网技术与无源光网络（,PON,）的结合，是运行于点对多点环境下的千兆以太网,定义了专门的,PMD,子层（光接口），多点,MAC,控制协议（,MPCP,协议），专门的,OAM,MAC,层与以太网相同,对,RS,、,PCS,、,PMA,子层做了少量扩展,EPON,技术（,2,）,EPON,技术原理：下行数据传输方式,下行,TDM,广播方式传输、,802.3MAC,帧,由于采用广播方式，需要通过加密解决数据安全问题：采用三重搅动（,Triple Churning,）方式提高数据安全性,EPON,技术（,3,）,EPON,技术原理：上行数据传输方式,上行,TDMA,方式传输、,802.3MAC,帧,EPON,技术（,4,）,EPON,技术特点,传送能力,1000BASE-PX10,：以太网速率,1Gb/s,对称（线路速率,1.25Gb/s,，,8B/10B,编码），,10km,、至少,1:16,（功率预算上行,5-23dB,、下行,5-21dB,）,1000BASE-PX20,：以太网速率,1Gb/s,对称（线路速率,1.25Gb/s,，,8B/10B,编码），,20km,、至少,1:16,（功率预算,10-26 dB,）,目前主流设备可实现,20km,、,1:32,工作波长（单纤双向）,上行：,1260,1360nm,（常用,1310nm,）,下行：,1480,1500nm,（常用,1490nm,）,下行,CATV,：,1550,1560nm,EPON,技术（,5,）,EPON,总体发展情况,EPON,技术和设备已经成熟，达到了规模商用水平,技术简单、易实现，经过企业标准的完善，已达到运营级要求,商用芯片和设备均较多并已比较成熟,芯片级和系统级互通已全面和大规模实现,在中国电信现场试验中设备已稳定运行一年半以上,成本在不断下降,在日本、韩国已得到百万量级的规模商用,EPON,关键技术,数据链路层的关键技术,：,测距和时延补偿,DBA,运行维护管理（,OAM,）功能的实现,协议兼容性,测距和时延补偿,由于,EPON,的上行信道采用,TDMA,方式,多点接入导致各,ONU,的数据帧延时不同,因此必须引入测距和时延补偿技术以防止数据时域碰撞,并支持,ONU,的即插即用。准确测量各个,ONU,到,OLT,的距离,并精确调整,ONU,的发送时延,可以减小,ONU,发送窗口间的间隔,从而提高上行信道的利用率并减小时延。另外,测距过程应充分考虑整个,EPON,的配置情况,例如,若系统在工作时加入新的,ONU,此时的测距就不应对其它,ONU,有太大的影响。,EPON,的测距由,OLT,通过时间标记（,Time stamp,）在监测,ONU,的即插即用的同时发起和完成。,测距和时延补偿,基本过程如下,:OLT,在,T1,时刻通过下行信道广播时隙同步信号和空闲时隙标记,已启动的,ONU,在,T2,时刻监测到一个空闲时隙标记时,将本地计时器重置为,T1,然后在时刻,T3,回送一个包含,ONU,参数的（地址、服务等级等）在线响应数据帧,此时,数据帧中的本地时间戳为,T4;OLT,在,T5,时刻接收到该响应帧。通过该响应帧,OLT,不但能获得,ONU,的参数,还能计算出,OLT,与,ONU,之间的信道延时,RTT=T2-T1+T5-T3=T5-T4,测距和时延补偿,OLT,便依据,DBA,协议为,ONU,分配带宽。当,ONU,离线后,由于,OLT,长时间（如,3 min,）收不到,ONU,的时间戳标记,则判定其离线。,在,OLT,侧进行延时补偿,发送给,ONU,的授权反映出由于,RTT,补偿的到达时间。,例如,如果,OLT,在,T,时刻接收数据,OLT,发送包括时隙开始的,GATE=T-RTT,。在时戳和开始时间之间所定义的最小延时,实际上就是允许处理时间。在时戳和开始时间之间所定义的最大延时,是保持网络同步。,测距（,1,）,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,测距是保证,PON,系统内,ONU,上行方向不发生时隙冲突的基础,测距包括静态测距和动态测距：,静态测距：用在新的,ONU,安装调试阶段、停机的,ONU,重新投入运行时，通过开窗测距技术获得往返时延，并对时延差异进行补偿,动态测距：应用于系统运行过程中，通过检测往返时延的变化对温度、光电器件老化等因素的影响进行补偿,测距要求,测距精度高，一般要求在全,1,2bit,内,测距过程对运行中的其它,ONU,的影响最小，保证运行业务的,QOS,测距范围大，即能提供的均衡延时大,测距（,2,）,OLT,ONU,t,0,OLT,本地时间,=t,0,OLT,本地时间,=t,2,MPCPDU,的时间戳域为,t,0,设置,ONU,本地时间,=t,0,ONU,本地时间,=t,1,MPCPDU,的时间戳域为,t,1,时间,时间,t,1,t,0,t,0,t,1,T,downstream,T,upstream,T,wait,T,response,RTT=T,downstream,+,T,upstream,=T,response,T,wait,=,（,t,2,-t,0,）,-,（,t,1,-t,0,）,=t,2-,t,1,DBA,目前,MAC,层争论的焦点在于,DBA,的算法及,802.3ah,标准中是否需要确定统一的,DBA,算法,由于直接关系到上行信道的利用率和数据时延,DBA,技术是,M AC,层技术的关键。带宽分配分为静态和动态两种,静态带宽由打开的窗口尺寸决定,动态带宽则根据,ONU,的需要,由,OLT,分配。,TDM A,方式的最大缺点在于其带宽利用率较低,采用,DBA,可以提高上行带宽的利用率,在带宽相同的情况下可以承载更多的终端用户,从而降低用户成本。另外,DBA,所具有的灵活性为进行服务水平协商（,SLA,）提供了很好的实现途径。,目前的方案是基于轮询的带宽分配方案,即,:ONU,实时地向,OLT,汇报当前的业务需求（,Request,）（如,:,各类业务的在,ONU,的缓存量级）,OLT,根