EPON技術(shù)的特點(diǎn)和原理

1、中國(guó)電信維護(hù)崗位認(rèn)證教材（IP專業(yè)）,EPON技術(shù),2,目錄,第一章 EPON技術(shù)起源 第二章 EPON技術(shù)特點(diǎn) 第三章 EPON技術(shù)原理 第四章 EPON技術(shù)應(yīng)用,3,從簡(jiǎn)單語(yǔ)音需求逐漸向數(shù)據(jù)、多媒體、綜合業(yè)務(wù)需求發(fā)展 綜合業(yè)務(wù)應(yīng)用對(duì)帶寬的要求越來(lái)越高 不同的業(yè)務(wù)應(yīng)用需要相應(yīng)QOS技術(shù)保證 綜合業(yè)務(wù)的需求導(dǎo)致接入手段不斷增加,1.1 接入網(wǎng)的發(fā)展特點(diǎn),4,1.2 接入層業(yè)務(wù)需求分析,理想帶寬（bps） 數(shù)字電視MPEG2 4M IPTV MPEG4 2.5M 電子銀行 0.4M 遠(yuǎn)程游戲 0.6M Voice 0.1M 視頻點(diǎn)播VOD 1.5-2M 視頻電話 0.5M 視頻會(huì)議 0.8M 高

2、清電視20M（經(jīng)過(guò)壓縮可達(dá)到6-8M） 。,業(yè)務(wù)需求群體的差異化 業(yè)務(wù)需求種類的差異化 業(yè)務(wù)種類對(duì)帶寬要求的差異化,業(yè)務(wù)需求的不斷增加對(duì)接入層 帶寬要求越來(lái)越高已是事實(shí)。,如何提供高帶寬的接入網(wǎng) ？,5,1.3主要接入技術(shù)分析,有線接入的未來(lái)與發(fā)展趨勢(shì)光接入,銅線接入 ADSL VDSL LAN接入 光纖接入 P2P P2MP,6,光纖到家庭用戶FTTH 僅利用光纖傳輸媒質(zhì)連接通信局端和家庭住宅的接入方式，引入光纖由單個(gè)家庭住宅獨(dú)享。 光纖到公司/辦公室FTTO 僅利用光纖傳輸媒質(zhì)連接通信局端和公司或辦公室用戶的接入方式，引入光纖由單個(gè)公司或辦公室用戶獨(dú)享，ONU/ONT之后的設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)由用戶

3、管理。 光纖到樓宇/分線盒FTTB/C 以光纖替換用戶引入點(diǎn)之前的銅線電纜，ONU部署在傳統(tǒng)的分線盒（用戶引入點(diǎn)）即DP點(diǎn)（DP distribution point分配點(diǎn)），ONU下采用其他介質(zhì)接入用戶 光纖到交接箱FTTCab 以光纖替換傳統(tǒng)饋線電纜，ONU部署在交接箱即FP點(diǎn)處，ONU下采用其他介質(zhì)接入到用戶,1.4 光纖接入的應(yīng)用模式（FTTx）,FTTH 應(yīng)用是PON技術(shù)引入的主要源動(dòng)力,7,1.5 FTTH的主要技術(shù),點(diǎn)到點(diǎn)光接入（MC）方式,點(diǎn)到多點(diǎn)光接入方式,點(diǎn)到點(diǎn)以太接入,APON,EPON,GPON,小區(qū)交換機(jī)接入,8,目錄,第一章 EPON技術(shù)起源 第二章 EPON技術(shù)特

4、點(diǎn) 第三章 EPON技術(shù)原理 第四章 EPON技術(shù)應(yīng)用,9,2.1 EPON的定義和組成,PON的定義 無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)：Passive Optical Network 是一種基于P2MP拓樸的技術(shù) 是一種應(yīng)用于接入網(wǎng)，局端設(shè)備（OLT）與多個(gè)用戶端設(shè)備（ONU/ONT）之間通過(guò)無(wú)源的光纜、光分/合路器等組成的光分配網(wǎng)（ODN）連接的網(wǎng)絡(luò)。 無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成 OLT（Optical Line Terminal）光線路終端 ONU（Optical Network Unit）光網(wǎng)絡(luò)單元 ONT（ Optical Network Terminal）光網(wǎng)絡(luò)終端 ODN（Optical Distributio

5、n Network）光分配網(wǎng),10,EPON系統(tǒng)采用WDM技術(shù)，實(shí)現(xiàn)單纖雙向傳輸。 為了分離同一根光纖上多個(gè)用戶的來(lái)去方向的信號(hào)，采用以下兩種復(fù)用技術(shù)： 下行數(shù)據(jù)流采用廣播技術(shù)； 上行數(shù)據(jù)流采用TDMA技術(shù)。,2.2 EPON系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制,1490nm,1310nm,11,2.3 EPON的網(wǎng)絡(luò)位置,12,2.4 EPON系統(tǒng)組網(wǎng)方式,環(huán) 形,樹(shù) 形,總線形,13,2.5 技術(shù)比較（EPON vs MC）,以32個(gè)結(jié)點(diǎn)為例,32/64根光纖 64個(gè)收發(fā)器,P2P,P2P,1/2根光纖 66個(gè)收發(fā)器,MC技術(shù)的兩種使用方式 點(diǎn)到點(diǎn)以太接入 N根光纖，2N個(gè)光收發(fā)器 管理獨(dú)立 小區(qū)交換機(jī)接入

6、只需鋪設(shè)1或2根光纖到小區(qū) 2N+2個(gè)光收發(fā)器 設(shè)備占用局端機(jī)房空間小 在傳輸過(guò)程中需要有源設(shè)備 設(shè)備分級(jí)管理 EPON的接入方式 只需鋪設(shè)1或2根光纖到小區(qū) 需N+1個(gè)光收發(fā)器 設(shè)備占用局端機(jī)房空間最小 傳輸中不需有源設(shè)備 設(shè)備集中管理,14,無(wú)源分光器,ONU,ONU,IP數(shù)據(jù)網(wǎng),光電收發(fā)器,OLT,ONU,IP數(shù)據(jù)網(wǎng),MC接入,EPON接入,PSTN,CATV,2.6 網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)比較（EPON vs MC）,15,目錄,第一章 EPON技術(shù)起源 第二章 EPON技術(shù)特點(diǎn) 第三章 EPON技術(shù)原理 第四章 EPON技術(shù)應(yīng)用,16,3.1 EPON的基本特點(diǎn),基本特點(diǎn) OLT與ONU之間信號(hào)

7、傳輸基于IEEE 802.3以太網(wǎng)幀 傳輸線路速率下行/上行：1250 Mbit/s / 1250 Mbit/s 以MAC控制子層的MPCP（multi point control protocol）機(jī)制為基礎(chǔ)，MPCP通過(guò)消息、狀態(tài)機(jī)和定時(shí)器來(lái)控制訪問(wèn)P2MP的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) P2P仿真子層是EPON/MPCP協(xié)議中的關(guān)鍵組件 邏輯分光比1：32（1：64） 支持A、B類ODN網(wǎng)絡(luò),17,3.2 EPON系統(tǒng)中關(guān)鍵技術(shù),LLID 突發(fā)光接收技術(shù) MPCP 定時(shí)與同步 注冊(cè) 測(cè)距 DBA OAM管理,18,3.3 EPON關(guān)鍵技術(shù)LLID,對(duì)802.3標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)展 修改前導(dǎo)碼完成 用于對(duì)ONU進(jìn)行唯一

8、標(biāo)識(shí) 定義： 廣播： MODE=1或者 LLID=0 x7FFF 單播： MODE=0且LLID!=0 x7FFFF,19,3.4 EPON工作原理下行,廣播方式 在ONU注冊(cè)成動(dòng)后分配一個(gè)唯一的LLID； 在每一個(gè)分組開(kāi)始之前添加一個(gè)LLID，替代以太網(wǎng)前導(dǎo)符的最后兩個(gè)字節(jié)； OLT接收數(shù)據(jù)時(shí)比較LLID注冊(cè)列表，ONU接收數(shù)據(jù)時(shí)，僅接收符合自己的LLID的幀或者廣播幀。,20,3.5 EPON工作原理下行數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu),前導(dǎo)碼 8Bytes,DA 6Bytes,SA 6Bytes,長(zhǎng)度/類型 2Bytes,數(shù)據(jù) 461500Bytes,填充 不定,FCS 4Bytes,以太網(wǎng)MAC幀,EPON

9、 MAC幀,21,3.6 下行數(shù)據(jù)的安全性,因?yàn)镻ON的多點(diǎn)廣播特性，所有的下行數(shù)據(jù)都會(huì)被廣播到PON系統(tǒng)中所有的ONU上。如果有一個(gè)匿名用戶將它的ONU接收限制功能去掉，那么它就可以監(jiān)聽(tīng)到所有用戶的下行數(shù)據(jù)，這在PON系統(tǒng)中稱為“監(jiān)聽(tīng)威脅”。 PON網(wǎng)絡(luò)的另一個(gè)特點(diǎn)是，網(wǎng)絡(luò)中ONU不可能監(jiān)測(cè)到其它ONU的上行數(shù)據(jù)。 在PON上解決安全性的措施是ONU通過(guò)上行信道傳送一些保密信息（如數(shù)據(jù)加密密鑰），OLT使用該密鑰對(duì)下行信息加密，因?yàn)槠渌麿NU無(wú)法獲知該密鑰，接收到下行廣播數(shù)據(jù)后，仍然無(wú)法解密獲得原始數(shù)據(jù)。,22,3.7 EPON工作原理上行,TDMA方式 OLT接收數(shù)據(jù)前比較LLID注冊(cè)列表

10、； 每個(gè)ONU在由局方設(shè)備統(tǒng)一分配的時(shí)隙中發(fā)送數(shù)據(jù)幀； 分配的時(shí)隙補(bǔ)償了各個(gè)ONU距離的差距，避免了各個(gè)ONU之間的碰撞。,23,3.8EPON技術(shù)原理上行幀結(jié)構(gòu),上行幀由突發(fā)的以太網(wǎng)幀MPCP上行控制幀物理層的突發(fā)開(kāi)銷組成,24,3.9 EPON關(guān)鍵技術(shù)突發(fā)模式光收發(fā)技術(shù),OLT光接收機(jī)的快速功率恢復(fù) 要求OLT在每個(gè)接收時(shí)隙的開(kāi)始處迅速調(diào)整0-1判決門限 ONU光發(fā)射機(jī)的突發(fā)發(fā)射和關(guān)斷 為抑制自發(fā)散射噪聲，要求ONU的激光器能夠快速的冷卻和回暖 OLT光接收機(jī)的突發(fā)同步技術(shù) 上行接收數(shù)據(jù)相位的突變要求OLT的接收機(jī)工作在突發(fā)模式接收狀態(tài) OLT的接收機(jī)和ONU的發(fā)射器工作在突發(fā)模式,25,

11、3.10 EPON關(guān)鍵技術(shù)MPCP協(xié)議,對(duì)IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)的重要擴(kuò)展 規(guī)定了OLT和ONU之間的 控制機(jī)制 提供ONU控制管理信息 提供ONU帶寬管理信息 提供業(yè)務(wù)監(jiān)控信息控制,是整個(gè)EPON系統(tǒng)正常工作的核心,26,3.11 EPON關(guān)鍵技術(shù)MPCP控制幀,五種類型的MPCP幀,GATE（OLT）00-02 允許接收到GATE幀的ONU立即或者在指定的時(shí)間段發(fā)送數(shù)據(jù) REPORT（ONU）00-03 向OLT報(bào)告ONU的狀態(tài)，包括該ONU同步于哪一個(gè)時(shí)間戳、以及是否有數(shù)據(jù)需要發(fā)送。 REGISTER_REQ （ONU）00-04 在注冊(cè)規(guī)程處理過(guò)程中請(qǐng)求注冊(cè)。 REGISTER （OL

12、T）00-05 在注冊(cè)規(guī)程處理過(guò)程中通知ONU已經(jīng)識(shí)別了注冊(cè)請(qǐng)求。 REGISTER_ACK （ONU）00-06 在注冊(cè)規(guī)程處理過(guò)程中表示注冊(cè)確認(rèn)。,27,3.12 EPON關(guān)鍵技術(shù)定時(shí)與同步,定時(shí)方法： 所有ONU都與OLT的唯一時(shí)鐘同步； 主要是用時(shí)間戳域來(lái)完成的。 時(shí)間戳定義 時(shí)間戳域使用個(gè)字節(jié) 時(shí)間戳所標(biāo)識(shí)的是在MAC控制幀上傳到MAC層時(shí)OLT的計(jì)數(shù)值。 計(jì)數(shù)值寬度為16位或32位，計(jì)數(shù)單位為16ns 定時(shí)過(guò)程 OLT以自己本地的計(jì)數(shù)器插入timestamp域中 ONU以本地計(jì)數(shù)值插入timestamp域中 ONU根據(jù)收到的OLT的timestamp更新自己的計(jì)數(shù)器 OLT根據(jù)收到

13、的ONU的timestamp計(jì)算差值（測(cè)距）,28,3.13 GATE 過(guò)程（OLT-ONU）,REPORT 過(guò)程（ONU-OLT）,EPON關(guān)鍵技術(shù)同步定時(shí)過(guò)程,29,3.14 EPON關(guān)鍵技術(shù)注冊(cè),指OLT對(duì)系統(tǒng)中的ONU進(jìn)行注冊(cè) 主要用于系統(tǒng)中增加ONU時(shí)或者ONU重新啟動(dòng)時(shí)。 注冊(cè)過(guò)程 ONU的執(zhí)行動(dòng)作： 在上電啟動(dòng)或復(fù)位時(shí)，ONU進(jìn)入Discovery狀態(tài)。等待來(lái)自O(shè)LT的“Discovery Gate”消息。 如果所收到的消息類型為 Discovery，且消息中的邏輯PHY ID與自己相同或?yàn)槿笔≈凳?，就?duì)此消息做出應(yīng)答。 OLT的執(zhí)行動(dòng)作： OLT以廣播方式周期性的發(fā)送Disco

14、very檢測(cè)幀。 響應(yīng)ONU的注冊(cè)請(qǐng)求并分配LLID,30,3.15 EPON關(guān)鍵技術(shù)測(cè)距,OLT與各ONU間的環(huán)路時(shí)延不同： 各 ONU距 OLT的光纖路徑不同 各ONU元器件的不一致性 環(huán)境溫度的變化和器件老化，環(huán)路延時(shí)也會(huì)發(fā)生不斷的變化 測(cè)距包括靜態(tài)測(cè)距和動(dòng)態(tài)測(cè)距： 測(cè)距要求 補(bǔ)償因ONU距離不同而產(chǎn)生的時(shí)延差異：RTT（Round Trip Time） 在注冊(cè)過(guò)程中，ONU對(duì)新加入的ONU啟動(dòng)測(cè)距過(guò)程 OLT使用RTT來(lái)調(diào)整每個(gè)ONU的授權(quán)時(shí)間 OLT也可以在任何收到MPCP PDU的時(shí)候啟動(dòng)測(cè)距功能。 使用注冊(cè)沖突避讓： 在EPON系統(tǒng)中，解決ONU的注冊(cè)沖突的方案有兩種：隨機(jī)延遲時(shí)

15、間法和隨機(jī)跳過(guò)開(kāi)窗法。,31,3.16 EPON關(guān)鍵技術(shù)測(cè)距過(guò)程,1. OLT在T1時(shí)刻發(fā)送 GATE； 2. ONU在T2時(shí)刻接收到GATE ,此時(shí)復(fù)位本地計(jì)數(shù)器，時(shí)間戳置為 T1； 3. ONU在T3時(shí)刻發(fā)送REPORT, 此時(shí)填入的時(shí)間戳為 T4； 4. OLT在T5時(shí)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-T1,32,3.17 EPON關(guān)鍵技術(shù)RTT應(yīng)用,計(jì)算出RTT后，OLT據(jù)此給ONU發(fā)送GATE幀，例如，如果OLT希望在T1時(shí)刻接收ONU的數(shù)據(jù)，則在GATE幀中給ONU的起始時(shí)間為

16、T0T1-RTT。,33,3.18 EPON關(guān)鍵技術(shù)DBA,功能： 相對(duì)于靜態(tài)帶寬分配（SBA），DBA是指實(shí)時(shí)地（ms級(jí)）改變PON中各ONU上行帶寬的機(jī)制 根據(jù)帶寬狀態(tài)和ONU需求動(dòng)態(tài)（合理）分配ONU的上行帶寬 優(yōu)點(diǎn)： 實(shí)現(xiàn)高效的上行帶寬利用率和服務(wù)質(zhì)量保證 算法特點(diǎn)： 業(yè)務(wù)透明 低時(shí)延和低時(shí)延抖動(dòng) 公平帶寬分配 健壯性好 實(shí)時(shí)性強(qiáng),34,3.19 EPON關(guān)鍵技術(shù)OAM管理,功能： 完成ONU的認(rèn)證、配置功能 在線的性能監(jiān)測(cè)、各種故障告警和遠(yuǎn)端故障指示、遠(yuǎn)端近端環(huán)回等 OLT對(duì)ONU進(jìn)行遠(yuǎn)程管理通信協(xié)議，要有一定的開(kāi)放性和擴(kuò)展性 基本支持功能： Remote Failure Indic

17、ation（遠(yuǎn)端故障指示） Remote Loopbak（遠(yuǎn)端環(huán)回） Link Monitoring（鏈路監(jiān)視） 擴(kuò)展功能 ONU版本管理 ONU配置管理,35,3.20 EPON關(guān)鍵技術(shù)-業(yè)務(wù)QoS處理,采用IEEE802.1p 或IP TOS機(jī)制，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)區(qū)分,業(yè)務(wù)擁塞發(fā)生在交換芯片上,PON系統(tǒng)上下行基本不會(huì)擁塞，但須進(jìn)行更精確的帶寬控制和管理,36,3.21 EPON系統(tǒng)工作過(guò)程,ONU的操作 ONU通過(guò)下行控制幀的時(shí)間戳同步于OLT； ONU等待發(fā)現(xiàn)幀（gate） ONU進(jìn)行發(fā)現(xiàn)處理，包括：測(cè)距，指定物理ID和帶寬。 ONU等待授權(quán)，ONU只能在授權(quán)時(shí)間發(fā)送數(shù)據(jù),OLT的操作

18、產(chǎn)生時(shí)間戳消息，用于系統(tǒng)參考時(shí)間 通過(guò)MPCP幀指配帶寬 進(jìn)行測(cè)距操作 控制ONU注冊(cè),37,3.22 EPON保護(hù),全保護(hù)方式,骨干光纖保護(hù)方式,38,目錄,第一章 EPON技術(shù)起源 第二章 EPON技術(shù)特點(diǎn) 第三章 EPON技術(shù)原理 第四章 EPON技術(shù)應(yīng)用,39,4.1 業(yè)務(wù)提供,業(yè)務(wù)類型 語(yǔ)音業(yè)務(wù)： VoIP方式提供 視頻業(yè)務(wù)： IPTV CATV 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)： TDM業(yè)務(wù)： E1/T1 STM-N等,40,4.2 EPON的安全機(jī)制,PON網(wǎng)絡(luò)安全的基本要求： 數(shù)據(jù)的機(jī)密性：每一個(gè)下行數(shù)據(jù)幀只能對(duì)指定的ONU有效，其他ONU無(wú)法得到數(shù)據(jù)信息； 用戶隔離： 每一個(gè)ONU上傳的信息，其他ONU無(wú)法看到； 用戶接入控制： 無(wú)授權(quán)的非法用戶，無(wú)法使用網(wǎng)絡(luò)； 設(shè)備接入控制： 無(wú)授權(quán)的非法設(shè)備，無(wú)法接入網(wǎng)絡(luò)；基本支持功能：,41,4.3 FTTH網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)構(gòu)架,OLT,IP Network,BAS,V5.2/H.248,FE/GE,PSTN/SS,CATV,CDN,PC,CATV,PHONE,IPTV,數(shù)字家庭 網(wǎng)關(guān),合波器 （EDFA）,FE/GE,ONT,splitt