EPON原理及相關協議介紹

EPON原理及相關協議介紹華為技術有限公司HuaweiTechnologiesCo.,Ltd.OFA5920產品高海g_hai@EPON技術背景介紹EPON協議內容簡介EPON關鍵技術介紹WhyEPON？HDTV、VoD、IPTV、P2P等高帶寬應用的出現使基于銅線技術的DSL接入網成為帶寬瓶頸。接入網從上而下的光纖化是不可避免的大趨勢。光纖接入技術中P2MP的PON技術最受矚目EPON/GPON是目前應用最廣、成熟度最高的一種PON技術接入網的光纖化光纖接入網中P2PvsP2MP比較PON及其網絡結構無源：沒有室外有源設備由有源OLT和ONT、以及無源ODN（光分配網絡組成）ODN：由光纖、光分路器（Splitter）和其他無源器件組成非常低的生命周期費用，無室外有源設備維護費用能夠很容易承載語音（Voice）,視頻（Video）和數據（Data）相對P2P方式的光纖接入，成本低一半左右ONT1or2fibersupto32subscribersupto20kmSplitter(s)

upto1:32OLT(inCO)PON技術比較Tech.BPONEPONGPONWDM-PONBandwidth/Wavelength(Mbps/nm)US155/13101250/13102488/1310125~1250/-DS622/14901250/14902488/1490125~1250/-ProtocolLineNRZ/DSSNRZ,8B/10BNRZ/FSSAnyLinkATMEthernetATM/GEMAnyServiceSupportingDataAAL5TransparentTransferGFPTransparentTransferVoiceTDM/VoIP/AAL2VoIPTDM/VoIPTransparentTransferVideoAAL5--IPTVIPTVGEM--IPTVTransparentTransferTDMAAL1TDMOverIP(futurePWE3)GEMTransparentTransferBandwidthEfficiency稍高稍低高－Reach/Splitter20km/1610km/3220km/1610km/3220km/3220km/64Above20km/32StandardCommitteeITU-T(FSAN)IEEEITU-T(FSAN)-PONTPONAPON/BPONGPONEPONWDMPON國際標準ITU-TG.983.xITU-TG.984.xIEEE802.3ah國際標準國際標準國際標準國際標準ITU-TG.982國家標準YD/T1077-2000國家標準YD/T1090-2000國家標準國家標準國家標準PON技術標準化狀況下行信號：OLT連續(xù)廣播發(fā)送，ONU選擇性接收（根據LLID）OLTSplitterONUONTONUPON基本技術－下行PON基本技術－上行上行信號：TDMA突發(fā)發(fā)送，采用測距技術保證上行數據不發(fā)生沖突OLTONTONUONUSplitterPON基本技術－測距和突發(fā)控制無測距及控制有測距及控制OLT根據DBA算法向ONU發(fā)布授權時間窗口測量OLT下行發(fā)送到上行接收的數據信號環(huán)路時延，并據此對ONU授權時間窗口進行延時補償，從而保證上行數據不會發(fā)生沖突測距方式：定時自動、初始測距、自動相位補償PON基本技術－突發(fā)發(fā)送和接收ONU上行為TDMA方式OLT指定時隙有數據時發(fā)送，無數據時斷開OLT多個ONU數據源ONU距離、功率不同突發(fā)接收AGC突發(fā)技術都時在光模塊上實現的時間要求EPON：OLT恢復時間400ns，ONU開關時間512nsGPON：OLT恢復時間60.8ns，ONU開關時間12.8nsPON基本技術－突發(fā)發(fā)射快速開啟和關斷能力消光比大（>10dB）0#ONT0#ONU1#ONU0#ONT連續(xù)模塊0#ONU1#ONU突發(fā)模塊快速AGC（光模塊）(動態(tài)范圍>20dB)快速時鐘恢復（B-CDRSERDES)有快速AGC閾值線0#ONU1#ONU0#ONT無快速AGC恢復出來的數據到達OLT的信號及閾值建立ONT/ONU發(fā)出的信號PON基本技術－突發(fā)接收EPON基本特征單纖雙向，上行1310nm，下行1490nm下行廣播發(fā)送，選擇接收上行TDM方式發(fā)送，分享帶寬直接基于以太網包傳輸，數據業(yè)務不需映射或處理，與IP網絡緊密結合TDM等異質協議數據包需要映射，關鍵特性能夠保證傳輸距離≤20Km，分支比1:32IEEE802.3ah,2004年7月定稿EPON技術背景介紹EPON協議內容簡介EPON關鍵技術介紹EPON技術背景介紹EPON協議內容簡介EPON關鍵技術介紹EPON協議總體介紹多MAC控制簡介MPCP協議介紹RS、PCS、PMA子層簡介EPON協議簡介（一）

EPON協議由IEEE802.3ah定義，主要參考章節(jié)如下：56-EPON介紹57-OAM定義60-EPONPMD子層定義64-Multi-PointMACControl子層定義65-EPON對于RS/PCS/PMA子層的擴展和FEC67-EPON系統建議標準的基本內容在以太網架構中實現P2MP拓撲結構的機制和控制協議多點MAC控制實現在不同的ONU中分配上行資源、在網絡中發(fā)現和注冊ONU、允許DBA調度RS子層為EPON擴展了字節(jié)定義PMD子層定義了EPON兼容器件的指標OAM定義了EPON各種告警事件和控制處理P2P拓撲下的協議架構P2MP拓撲下的協議架構EPON技術背景介紹EPON協議內容簡介EPON關鍵技術介紹EPON協議總體介紹多MAC控制簡介MPCP協議介紹RS、PCS、PMA子層簡介多點MAC控制——多點MAC控制的實現目標支持P2PE這種特例OLT支持多個LLID和MAC客戶端ONU支持單個LLID支持單拷貝廣播機制允許動態(tài)帶寬分配的靈活架構使用32位時間戳使用基于MAC控制的結構對發(fā)現的設備進行測距以改進網絡性能用持續(xù)測距的方式實現對RTT補償多點MAC控制——在IEEE802.3中的層次OSI參考模型PHYDLNetworkTSSessionPresentationAPPMACClientOAM可選MACClientOAM可選MACClientOAM可選多點MAC控制MACMACMACRSPHYGMIIMDI上一層MACClientOAM可選多點MAC控制MACRSPHYGMIIMDI上一層OLTONU無源光介質圖1-1多點MAC控制在OSI參考模型中的位置多點MAC控制——在IEEE802.3中的層次代替了MAC控制子層的位置，位于DLL的底層，支持多個客戶和其他的MAC控制功能通過特定的協議實現實時控制多個MAC的機制，并實現對MAC子層的操作MPCP是一種管理P2MP的協議。目前還沒有制定管理P2MP的標準多個MAC共用一個物理層。每一個獨立的MAC給OLT和ONU提供P2PE,附加的一個MAC提供SCB功能ONU的RS層完成了幀過濾，所以只要一個MACEPON終端在注冊過程中分配的LLID唯一標識了MACEPON技術背景介紹EPON協議內容簡介EPON關鍵技術介紹EPON協議總體介紹多MAC控制簡介MPCP協議介紹RS、PCS、PMA子層簡介MPCP——發(fā)現處理發(fā)現處理報告處理門限處理MPCPDU的結構和編碼MPCP——發(fā)現處理發(fā)現處理為新添加的的或離線的ONU提供PON接入。發(fā)現處理的過程OLT廣播一個發(fā)現GATE消息，該消息包括開始時間和發(fā)現時間窗的長度未注冊ONU等待一個隨機時間后發(fā)送REGISTER_REQ消息，ONU采用競爭算法和測量來避免碰撞。REGISTER_REQ中包括ONU的MAC地址和最大等待時間。OLT接收到一個可用的REGISTER_REQ消息后，注冊該ONU，分配一個LLID并綁定正確的MAC地址到LLID上。OLT發(fā)送Register消息(包括ONU的LLID和OLT的同步時間)到ONU。OLT現在可以發(fā)送標準的GATE消息允許ONU發(fā)送REGISTER_ACK消息。發(fā)現處理完成，OLT和已注冊的ONU開始正常的通訊整個發(fā)現處理的消息流程如下頁圖示：MPCP——發(fā)現處理OLTONU發(fā)現握手操作完成發(fā)現時間窗口隨機延遲時間開始GATEREGISTER_REQREGISTERGATEREGISTER_ACK廣播通道單播通道圖1-11發(fā)現處理的握手消息流程在Discovery過程中，OLT下發(fā)Register消息給ONU，消息包含OLT的一個TimeStamp。ONU收到此消息后，將一個內部的32位計數器初始化為這個TimeStamp的值。這樣，ONU和OLT就取得了時間同步。實際上，我們可以發(fā)現，ONU的計數器時間比OLT慢－－慢了RTT/2的時間。此后OLT發(fā)出的所有Gate消息中的StartTime就是基于這個同步時間的偏移?？梢韵胂瘢珿ate消息中的StartTime也會針對RTT作相應補償和調整。MPCP－發(fā)現處理MPCP——報告處理發(fā)現處理報告處理門限處理MPCPDU的結構和編碼MPCP——報告處理報告處理負責對網絡中報告的產生和終止進行排隊。報告有較高層產生，通過MAC控制的客戶端送入MAC控制子層。狀態(tài)報告用于帶寬需求和OLT的watchdog時鐘。即使沒有帶寬需求，也需要周期性地產生報告。報告處理功能模塊和它的MPCP協議被設計成與802.1P橋接MPCP——Report報文格式MPCP——門限處理發(fā)現處理報告處理門限處理MPCPDU的結構和編碼MPCP——門限處理多點MAC控制的關鍵概念是公平裁決多個ONU進行傳輸的能力。OLT通過許可分配的方式控制ONU的傳輸ONU通過GATE消息設置傳輸窗口產生周期性的許可(發(fā)送GATE消息)以防止watchdog超時ONU注冊以后，如果設置了Discovery標志，則忽略所有的GATE消息MPCP——Gate消息報文格式MPCP——MPCPDU的結構和編碼發(fā)現處理報告處理門限處理MPCPDU的結構和編碼MPCP——MPCPDU的結構和編碼MPCPPDU是IEEE802.3的基本幀。DA:MPCPDU的DA是MAC控制的廣播地址或者MPCPDU定義的獨立MAC地址SA:與MPCPDU相關的獨立的MAC地址Length/Type:MPCPDU攜帶MAC_Control_Type字段，按Type編碼Opcode:MPCPDU封裝的Opcode標識Timestamp:MPCPDU在傳輸時的localTime的內容Data/Reserved/PAD:這40個八位元是MPCPDU的有效載荷。如果沒有內容，則在傳輸式用0填充，接收時忽略FCS:FrameCheckSequence。通常由下一層的MAC產生RS層生成合適的LLIDMPCP——PDU幀結構MPCP幀結構MPCP消息類型－Code域MPCP——消息結構Gate消息包括最多4個授權窗口的StartTime和Length等。Report消息包括ONU多個隊列的長度。Register_REQ消息包括Register和Deregister請求Register消息包括OLT對ONU注冊請求的響應：ACK或NACK，以及分配的LLIDRegister_ACK消息包括ONU的響應

其他消息格式和細節(jié)描述請參考協議文本64.3.6章節(jié)EPON技術背景介紹EPON協議內容簡介EPON關鍵技術介紹EPON協議總體介紹多MAC控制簡介MPCP協議介紹RS、PCS、PMA子層簡介RS子層定義了LLIDLLID域內詳細定義對PCS/PMA的擴展PCS的擴展，用于數據檢測和前向錯誤校正擴展后的PCS支持P2MP的突發(fā)工作模式PCS子層擴展定義了FECFEC時域圖示EPON原理－自動發(fā)現和測距自動發(fā)現是少量的，盡量不占用有效帶寬何時啟動可以靜態(tài)設置Discovery操作頻率可以按照DBA算法指定多個ONU避免注冊沖突ONU采用隨機算法，保證ONU盡量在不同的時刻響應，提高成功率。隨機延遲法：ONU自行延時一段時間隨機跳過窗口：ONU自行決定是否響應OLT廣播Discovery窗口按照最大窗口：20km按照軟件設置的最大窗口參數EPON技術背景介紹EPON協議內容簡介EPON關鍵技術介紹ONU自動發(fā)現和測距DBA技術介紹EPON傳送效率分析QoS和組播簡單分析EPON原理——ONU自動發(fā)現自動發(fā)現不必等序列號登記認證以后才使能數據通路軟件可設置該操作的頻率OLT定時分配discovery時隙OLT發(fā)出GATECDR、AGCONU立即響應Register_REQMAC地址光ON/OFF時間待定的授權數OLT接收REQ校驗ONU數據有效性交給OLT處理器鑒定分配LLID計算RT