通信科技公司FTTH技術原理

通信科技公司FTTH技術原理提綱綜述TDMPON的通用基本特性BPONEPONGPONTDMPON的通用增強特性比較分析FTTH技術分類FTTH是接入網(wǎng)中一類技術的總稱，具體的選項很多。點對多點光纖接入技術

——PON的通用特性點對點方式：需要2N個收發(fā)模塊，光纖總長度為N*(D1+D2)。點對多點方式：需要N+1個收發(fā)模塊，光纖數(shù)量為(D1+N*D2)。假設有32個用戶，D1的距離為5000m，D2的距離為50m，則：點對點方式需要64個光模塊，點對多點方式僅需要33個光模塊，節(jié)約近50％；點對點方式需要（5000＋50）×32＝176000m光纖，點對多點方式僅需要5000＋50×32＝6600m光纖，節(jié)約光纖超過96％?？傮w來看，PON技術的關鍵是在線路中引入了無源的分路器，這使得系統(tǒng)設備的理論成本和線路成本均可以較傳統(tǒng)的P2P技術有較大幅度的優(yōu)化，還可以增強OAM能力和QoS水平；另外，由于分路器是無源器件，維護簡單，環(huán)境適應能力強。熔錐型光波導型點對多點光纖接入技術

——PON網(wǎng)絡的光纖分路技術兩種常用的無源光分路器（Splitter）：器件功能：將一路輸入光信號進行光功率分割，分成多路輸出（可以等分，也可以按照需要定制功率分配比）典型的分路器實現(xiàn)1：2到1：32的分光器件特點：無源器件，不需要供電，環(huán)境適應能力較強兩種常見的分路器熔錐型分路器優(yōu)點：技術成熟，成本低。分光比可以根據(jù)需要制作，可制作不等分分路器。缺點：損耗對光波長敏感。均勻性較差，不能確保均勻分光，可能影響整體傳輸距離。插入損耗隨溫度變化變化量大（TDL）多路分路器（如1×16、1×32）體積比較大，可靠性也會降低，安裝空間受到限制。平面光波導功率分路器（PLC）優(yōu)點：損耗對傳輸光波長不敏感。分光均勻。結構緊湊，體積小。單只器件分路通道很多，可以達到32路以上。多路成本低，分路數(shù)越多，成本優(yōu)勢越明顯。缺點：器件制作工藝復雜，技術門檻較高。相對于熔融拉錐式分路器成本較高，特別在低通道分路器方面更處于劣勢。兩種分路器的比較ODN的確切含義ODN是IFPON接口之間的所有線路設施的總稱，不等同于分路器。TDMPON的主要技術分支相同的拓撲——無源P2MPBPONEPONGPON封裝協(xié)議不同F(xiàn)SAN提出，ITU-T標準化；ATM封裝；目前標準化最完善；沒有得到市場認可。IEEEEFM工作組標準化，編號802.3ah；以太網(wǎng)封裝；標準完善；產品開始在市場上迅速應用。FSAN提出，ITU-T標準化；ATM、GEM封裝；標準較完善；支持廠家極少。在這些PON之前，還有ITU-T窄帶PON標準（G.982）。BPON的眾多技術被其它PON所直接繼承引用。GEPON是特定環(huán)境下對符合IEEE802.3ah的PON的強調性質的表述。提綱綜述TDMPON的通用基本特性BPONEPONGPONTDMPON的通用增強特性比較分析TDMPON的雙工方式EPON系統(tǒng)采用WDM技術，實現(xiàn)單纖雙向傳輸（強制）。ITU-T定義的TDMPON允許采用雙纖，但現(xiàn)實中很少采用。波長分配方案普遍遵循ITU-TG.983.3標準。1490nm1310nm1550nmDataDataCATV思考：為什么將CATV信號安排在1550nm？廣播方式TDMPON的下行數(shù)據(jù)在ONU注冊成動后分配一個唯一的識別碼；ONU接收數(shù)據(jù)時，僅接收符合自己的識別碼的幀或者廣播幀。TDMPON的上行數(shù)據(jù)TDMA方式原則：任一時刻只能有一個ONU發(fā)送上行信號，系統(tǒng)才能正常工作不同的ONU分配不同的時間片，輪流發(fā)送上行數(shù)據(jù)；每個ONU發(fā)送上行數(shù)據(jù)的時間片可以是動態(tài)的，時間片的大小和多少在宏觀上表現(xiàn)為帶寬的大小由于數(shù)據(jù)速率非常高，因此細微的由ONU的距離不同而產生的時延應該在發(fā)送上行數(shù)據(jù)的時候予以考慮——需要測距突發(fā)模式的光模塊概念在常規(guī)的光通信中，光信號是連續(xù)的，即是沒有數(shù)據(jù)，也在發(fā)送特定的信號模板；在PON中不能這樣，每個特定時刻必須只能有一個ONU發(fā)送上行數(shù)據(jù)才能正常通信，所以PON中需要突發(fā)光模塊。ONU發(fā)送端：開關時間要求很短OLT接收端：適應不同強度的信號（差別很大）突發(fā)模式光模塊的設計難點示意TDMPON的局遠端設備分工OLT和ONU共同組成一個協(xié)調工作的系統(tǒng)OLT在PON系統(tǒng)中居于控制地位，ONU在PON系統(tǒng)中居于從屬地位OLT主導完成下列工作：注冊，測距，同步，帶寬分配，管理維護等提綱綜述TDMPON的通用基本特性BPONEPONGPONTDMPON的通用增強特性比較分析BPON的標準G.983.1建議1998年10月，主要規(guī)定了標稱線路速率、光網(wǎng)絡要求、網(wǎng)絡分層結構、物理媒質層要求、匯聚層要求、測距方法和傳輸性能要求等。G.983.2建議1999年，即“APON的ONT管理和控制接口規(guī)范”，主要從網(wǎng)絡管理和信息模型上對APON系統(tǒng)進行了定義，以確保不同廠商的設備可實現(xiàn)互操作。G.983.3建議對BPON系統(tǒng)物理層光波段進行了重新分配。G.983.4建議BPON的DBA算法通信機制G.983.5建議BPON的保護方式G.983.6建議BPON的ONT管理和控制接口（OMCI）G.983.7建議帶有DBA功能的ONT的OMCIG.983.8建議BPON的OMCI增強功能BPON概況右圖：對稱155M速率BPON的幀結構示意BPON以ATM作為承載協(xié)議。兩種速率模式對稱155M下行622M，上行155M下圖：BPON的協(xié)議結構BPON的不足數(shù)據(jù)傳送效率低在ATM層上適配和提供業(yè)務復雜帶寬不足，擴展性較差效率低、技術復雜、成本高，不適合向所有用戶推廣應用提綱綜述TDMPON的通用基本特性BPONEPONGPONTDMPON的通用增強特性比較分析EPON的標準化——EFMEthernetintheFirstMile——IEEE802.3ah概念辨析：EPON與GEPONEPON的控制——MPCPOLT和ONU之間的一種控制機制，用于協(xié)調數(shù)據(jù)的有效發(fā)送和接收。MPCP的兩種操作模式：自動發(fā)現(xiàn)模式——用來檢測新連接的ONU，測量環(huán)路延時和ONU的MAC地址普通模式——給所有已經初始化的ONU分配傳輸帶寬GATE（OLT發(fā)出）REPORT（ONU發(fā)出）REGISTER_REQ（ONU發(fā)出）REGISTER（OLT發(fā)出）REGISTER_ACK（ONU發(fā)出）五種類型的MPCP幀MPCP的初始化階段——自動發(fā)現(xiàn)和測距自動發(fā)現(xiàn)完成自動發(fā)現(xiàn)過程后才使能數(shù)據(jù)通路周期性進行自動發(fā)現(xiàn)補償因ONU距離不同而產生的時延差異：RTT（RoundTripTime）在注冊過程中，ONU對新加入的ONU啟動測距過程OLT使用RTT來調整每個ONU的授權時間靜態(tài)測距和動態(tài)測距RTT=(T3-T1)-(T2-T1)=T3-T2MPCP的正常工作模式——DBADBA——動態(tài)帶寬分配，DBA的實現(xiàn)算法不在EPON規(guī)范內要求DBA的兩種實現(xiàn)機制Report方式：廣泛采用，精確控制（SR-DBA）Idle幀檢測方式：很少采用（NSR-DBA）DBA是由OLT全局控制的，不同于以太網(wǎng)的帶寬爭用機制EPON的增強特性——多LLID技術什么是多LLID技術每個ONU分配一個以上的LLID，將一個物理ONU劃分為多個邏輯ONU使用，可以實現(xiàn)按端口甚至按業(yè)務區(qū)分服務質量的能力為什么采用多LLID在EPON的工作范圍內，所有業(yè)務調度和管理都是以LLID為依據(jù)的，其它的標記（如802.1ptag）并不能被識別和處理標準中對多LLID技術的規(guī)定國標送審稿（2005.5.26）B.1.2——“每個ONU至少支持一個LLID”多LLID在什么場合有用在單純提供數(shù)據(jù)業(yè)務的FTTH應用場合，多LLID確實沒有明顯的作用大多數(shù)場合的FTTH需要提供包括語音、數(shù)據(jù)、視頻等多種業(yè)務，此時，多LLID將顯示出極大的技術優(yōu)勢在FTTB的應用場合，多LLID將對不同用戶的管理和控制提供直接的技術保障多LLID技術的兼容性可以實現(xiàn)兼容單LLID，不會對互通性造成影響EPON的增強特性——其它加密一般公認可以采用AES-128加密也有人認為可以簡單地采用churning方式OAMOAM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。EPON的OAM主要包括：遠端故障指示、遠端環(huán)回、鏈路監(jiān)控等FEC通過對Ethernet幀的FEC編碼來獲得更高的功率預算最沒用的功能（通過帶內方式實現(xiàn)，占用有效帶寬；接入網(wǎng)側的傳輸距離不是主要矛盾）提綱綜述TDMPON的通用基本特性BPONEPONGPONTDMPON的通用增強特性比較分析ITU-T的GPON標準系列G.984.1——概述（2003.3）業(yè)務方案、參考配置、基本技術要求、保護方式G.984.2——PMD層（2003.3）基本要求、和TC層的相互作用G.984.3——TC層規(guī)范（2004.2）層次模型、復用機制、TC幀結構、激活方式、OAM功能、安全性、FECG.984.4——OMCI（2004.6）管理信息庫MIB、ONT管理控制通道、ONT管理控制協(xié)議GPON技術分析GPON采用125s定長的幀結構，每秒8千幀（承載TDM業(yè)務是強項）GEM（GPONEncapsulationMethod）是GPON技術優(yōu)勢的集中體現(xiàn)，它直接采用了GFP的技術（ITU-TG.7041）。GPON的技術基本成熟，但是目前缺乏商用的芯片和符合要求的器件來開發(fā)商用系統(tǒng)。國內行標的調整：僅要求GEM工作模式僅要求對稱1.25G和下行2.5G/上行1.25G兩種模式加密算法未強制要求AES-128后續(xù)的介紹都以國內行標為準！GPON物理層性能概況傳輸媒質：G.652光纖。傳輸方法：推薦單纖線路速率下行：1244.16Mbit/s或2488.32Mbit/s上行：1244.16Mbit/s線路碼型：NRZ工作波長下行：單根光纖1480～1500nm，雙根光纖1260～1360nm上行：1260-1360nm當光分路比為1:16時，GPON應支持20km的最大物理距離；當光分路比為1:32時，GPON應支持10km的最大物理距離。在不考慮光功率預算的條件下，GPONTC層可支持的最大分路比應為1:128。GPON的ONT功率控制OLT接收機要求在1244.16Mbit/s或更高速率情況下采用APD，這樣接收機必須在高速率下為突發(fā)模式接收提供高靈敏度和大動態(tài)范圍。GPON的ONU輸出功率有三種模式。PMD可以在任何一種模式下直接操作。PMD能執(zhí)行任何一種需要進行的操作，以達到以下規(guī)定的范圍內的輸出功率。模式0：正常值（表3～表6規(guī)定的最小/最大平均發(fā)射功率)；模式1：Low1=正常值–3dB；模式2：Low2=正常值–6dB。OLT測量每一個ONU突發(fā)的平均光功率P，并將測量結果和閾值（TL和TH）進行比較，并發(fā)送以下三種指示之一：P>TH：功率高指示P<TL：功率低指示TL<P<TH：功率正常指示注：TL為必選（單閾值操作），TH為可選（雙閾值操作)。功率調節(jié)機制具有以下優(yōu)點：降低了OLT接收機的動態(tài)范圍要求當ONU工作在低功率模式下，激光器壽命增加且功率消耗降低。GTC的概況垂直角度來看，GTC層包括兩個子層：GTC成幀子層和TC適配子層。從另一個角度來看，GTC包括管理用戶業(yè)務流、安全和OAM特性的C/M平面和承載用戶業(yè)務流的U平面。在GTC成幀子層中，根據(jù)在GTC幀中的位置可分為GEM塊、嵌入式OAM和PLOAM塊。嵌入式OAM、PLOAM和OMCI屬于C/M平面，除OMCI外的GEMSDU屬于U平面。DBA控制模塊被定義為一個通用功能模塊，該模塊負責完成整個ONU報告DBA功能。C/M平面協(xié)議棧GTC系統(tǒng)的控制和管理平面包括3個部分：嵌入式OAM、PLOAM和OMCI。嵌入式OAM和PLOAM通道管理PMD和GTC層功能，而OMCI提供了一個統(tǒng)一的管理上層（業(yè)務定義）的系統(tǒng)。嵌入式OAM通道由GTC幀頭中格式化的域信息提供。因為每個信息片被直接映射到GTC幀頭中的特定區(qū)域，所以OAM通道為時間敏感的控制信息提供了一個低延時通道。使用這個通道的功能包括：帶寬授權、密鑰交換和動態(tài)帶寬分配指示。PLOAM通道是由GTC幀內指定位置承載的一個格式化的信息系統(tǒng)，它用于傳送其他所有未通過嵌入式OAM通道發(fā)送的PMD和GTC管理信息。OMCI通道用于管理GTC上層的業(yè)務定義。GTC必須為OMCI流提供傳送接口。GTC功能提供了根據(jù)設備能力配置可選通道的途徑，包括定義傳送協(xié)議流標識（Port-ID）。U平面協(xié)議棧U平面的業(yè)務流由業(yè)務類型（GEM模式）和Port-ID標識。下行塊或上行分配ID（Alloc-ID）承載數(shù)據(jù)指示了流類型。12bit的Port-ID用于標識GEM業(yè)務流。T-CONT由Alloc-ID標識，是一組業(yè)務流。帶寬分配和QoS控制通過分配BW在每個T-CONT中完成，BW分配根據(jù)控制不同數(shù)目的時隙來實現(xiàn)。不同的業(yè)務類型必須被映射到不同的T-CONT，并由不同的Alloc_ID標識。GTC中的GEM流操作下行方向GEM幀由GEM塊承載并送至所有ONU。ONU成幀子層提取幀，GEMTC適配器根據(jù)12bit的Port-ID過濾信元。只有攜帶正確Port-ID的幀才允許到達GEM客戶端塊。上行方向GEM流由一個或多個T-CONT承載。OLT接收到與T-CONT關聯(lián)的流后，會將幀轉發(fā)到GEMTC適配器，然后送至GEM客戶端。GTC關鍵功能媒質接入控制流GTC系統(tǒng)為上行業(yè)務流提供媒質接入控制，其基本思路是：下行幀指示上行流在上行幀中的允許位置，上行幀和下行幀同步。OLT在PCBd中發(fā)送指針，這些指針指示了每個ONU上行發(fā)送的開始和結束時間。這樣在任意時刻只有一個ONU可以訪問媒質，在正常工作狀態(tài)下不會發(fā)生碰撞。指針以字節(jié)為單位，允許OLT以帶寬粒度為64kbit/s對媒質進行有效的靜態(tài)控制。ONU注冊ONU注冊由自動發(fā)現(xiàn)流程完成“配置S/N”方式是通過管理系統(tǒng)（如NMS和/或EMS）在OLT注冊ONU序列號“發(fā)現(xiàn)S/N”方式是不通過管理系統(tǒng)（如NMS和/或EMS）在OLT注冊ONU序列號業(yè)務流與QoSGTC和受控用戶數(shù)據(jù)之間的關系GTC系統(tǒng)根據(jù)T-CONT管理流，每個T-CONT由Alloc-ID標識。每個T-CONT可包含一個或多個GEMPort-ID。OLT監(jiān)控每個T-CONT的流量負載，并調整帶寬分配來更好地分配PON資源。GTC系統(tǒng)不觀察或維持Port-ID之間的QoS關系，該功能由PON終端的GEM客戶端來完成。QoS保證DBA功能可提供各種不同的QoS。GPONTC層規(guī)定了5種T-CONT（與G.983.4相同）。GEM模式中，GEM連接由端口標識，并根據(jù)QoS要求由一種T-CONT類型承載。GPON下行幀下行幀由下行物理控制塊（PCBd）和GEM塊組成。下行幀提供了PON公共時間參考和上行公共控制信號。1.24416Gbit/s系統(tǒng)的幀長為19440字節(jié)，而2.48832Gbit/s系統(tǒng)的幀長為38880字節(jié)，但PCBd的長度都是相同的，并與每幀中分配結構的數(shù)目有關。PCBd由多個域組成。OLT以廣播方式發(fā)送PCBd，每個ONU均接收完整的PCBd信息，并根據(jù)其相關信息進行相應操作。PCBd解析GPON的上行幀結構上行幀由復用的突發(fā)傳輸時隙組成，每幀包括一個或多個ONU的傳輸。BWmap指示了這些傳輸?shù)慕M織方式。在每個分配時期，在OLT的控制下：ONU能夠傳送1到4種類型的PON開銷和用戶數(shù)據(jù)。這四種開銷類型分別是：物理層開銷（PLOu）上行物理層操作、維護和管理（PLOAMu）上行功率控制序列（PLSu）上行動態(tài)帶寬報告（DBRu）GPON的上行幀結構GPON的業(yè)務映射TCP+UDPetc.IPEthernetGEMPOTSVideoDataVoIPT1/E1TDMPON-PHYLayer幾乎沒有應用GPONONU的激活（測距和注冊）ONU的激活過程包括：OLT和ONU之間協(xié)商工作參數(shù)、測距、建立上下行通信通道。ONU的激活過程由OLT控制，其激活過程大致如下：ONU通過Upstream_Overhead消息接收工作參數(shù)ONU根據(jù)接收到的工作參數(shù)調整自己的參數(shù)（如：發(fā)送光功率）OLT通過Serial_Number獲取過程發(fā)現(xiàn)新ONU的序列號OLT給所有新ONU分配ONU-IDOLT測量新ONU的均衡時延OLT將測量的均衡時延傳送給ONUONU根據(jù)均衡時延調整其上行幀時鐘以上激活過程是通過交互上下行標記（flag）以及PLOAM消息來完成的。在正常工作狀態(tài)下，所有傳輸信號都可以被用來監(jiān)測信號到達的相位。通過監(jiān)測傳輸信號的相位，可以更新均衡時延（注意和EPON的差別）。目前各GPON廠商芯片開發(fā)的評價成熟度不夠，OLT側均為FPGA版，商用化還有待時日實現(xiàn)電路復雜，系統(tǒng)成本偏高DEMO系統(tǒng)功能簡陋，還處在實驗階段配套控制軟件可操作性差，運行不穩(wěn)定有些性能指標偏差（如短包通透率指標）提綱綜述TDMPON的通用基本特性BPONEPONGPONTDMPON的通用增強特性比較分析概述DBADBA算法：和實施策略有關，與PON技術無關DBA通信機制：和PON技術密切相關FEC可以提升光功率預算（與傳輸系統(tǒng)相同），哪種PON都可以采用加密需要對數(shù)據(jù)，尤其是下行數(shù)據(jù)進行加密，加密的算法和PON本身無關保護保護方法和PON本身無關上層業(yè)務映射語音：軟交換方式，與具體的PON技術無關視頻：上層應用，與具體的PON技術無關TDM：多采用PWE3，和具體的PON技術無關xPON的保護（1）針對線路較長的OLT到分路器段的1＋1線路保護ONU采用常規(guī)單光口設備，分路器采用2：n分路器；OLT側配置冗余光口成本較低，適合高端居民用戶、小型商業(yè)用戶等的高可靠性接入G.983.5中最早定義了對BPON的保護方案，其它的TDMPON均可直接采用。xPON的保護（2）冗余的線路和ODN全保護方式，可靠性非常高需要ONU和OLT同時具備冗余光口，采用兩套1：n分路器成本較高，適合高端企業(yè)用戶的接入PON的環(huán)網(wǎng)保護實質和左邊是一樣的，而且這種組網(wǎng)方案會引入較多的分路器，成本上升；大量的活接頭會嚴重影響光功率預算不推薦采用常見的一個變種：AES -128的情況介紹CESoP的基本概念CESoP的基本思想就是在分組交換網(wǎng)絡上搭建一個“通道”，在其中實現(xiàn)TDM電路(如E1或T1)，從而使網(wǎng)絡任一端的TDM設備不必關心其所連接的網(wǎng)絡是否是一個TDM網(wǎng)絡。分組交換網(wǎng)絡被用來仿真TDM電路的行為，故而稱為“電路仿真”。CESoP的標準化ITU-TITU-T建議Y.1413（原Y.tdmpls)定義了通過MPLS網(wǎng)絡承載電路業(yè)務的格式。IETFIETF下屬的邊緣到邊緣的偽線仿真（PWE3）工作組負責制定分組交換網(wǎng)（PSN）上仿真網(wǎng)絡業(yè)務的機制。PSN可以包括IPv4、IPv6和MPLS網(wǎng)絡。被仿真的網(wǎng)絡業(yè)務包括數(shù)字TDM專線、FR、AAL、Ethernet、HDLC、PPP等網(wǎng)絡業(yè)務。MetroEthernetForumMEF8規(guī)范規(guī)定了基于城域以太網(wǎng)的PDH（準同步數(shù)據(jù)系列）電路仿真的實現(xiàn)方法。MFA(MPLSandFrameRelayAlliance)TDM