双向有线数字电视网EPON技术及测试

北京市海淀区中关村E世界C座965EPON技术及测试融合型广播机构双向互动技术战略供应商北京松穹互动信息技术有限公司PON技术•PON（PassiveOpticalNetwork）－无源光网络的定义•PON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。•OLT（OpticalLineTerminal）－光线路终端•ONU（OpticalNetworkUnit）－光网络单元•ONT（OpticalNetworkTerminal）－光网络终端•ODN（OpticalDistributionNetwork）－光分配网•下行数据广播发送，每个ONU根据下行数据的标识信息接收属于自己的数据，丢弃其他用户的数据•上行数据分时发送，各ONU的发送时间与长度由OLT集中控制－－TDMA的接入机制PON的原理——信号复用•PON系统采用WDM技术，实现单纤双向传输（强制）。•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TDM技术；•上行数据流采用TDMA技术。1490nm1310nmPON基本原理－下行传输•下行数据广播发送，每个ONU根据下行数据的标识信息接收属于自己的数据，丢弃其他用户的数据下行数据的安全？PON基本原理－上行传输•上行数据分时发送，各ONU的发送时间与长度由OLT集中控制－－TDMA的接入机制上行数据的同步？EPON技术EPON•基本特点•OLT与ONU之间信号传输基于IEEE802.3以太网帧•传输线路速率下行/上行：1250Mbit/s/1250Mbit/s•以MAC控制子层的MPCP（multipointcontrolprotocol）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、B类ODN网络Attenuationrange(ITU-TRec.G.982)dBClassA:5-20、ClassB:10-25、ClassC:15-30OLT功能模块示意图供电OAM复用/解复用功能交换功能ODN接口功能核心网络ODN接口功能千兆以太接口千兆以太接口TDM接口ONU功能模块示意图业务部分用户端口功能用户端口功能用户供电公共部分OAM复用/解复用功能交换功能ODN接口功能核心部分ODNEPON的关键技术•突发模式光收发器技术•帧结构•测距•动态带宽分配（DBA）机制•下行数据安全性技术•业务QoS处理•TDM业务的承载•运行维护管理（OAM）功能的实现突发模式光收发器技术•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EPON协议栈物理层数据链路层网络层传输层会话层表示层应用层RSMACMACMAC多点MAC控制OAMOAMOAMMACClientMACClientMACClientPCSPMAPMDRSMAC多点MAC控制OAMMACClient无源光介质FEC=前向纠错GMII＝千兆比媒质无关接口MDI＝媒质相关接口OAM＝运行、管理和维护OLT＝光线路终端ONU＝光网络单元PCS＝物理编码子层PHY＝物理层PMA＝物理媒质附加PMD＝物理媒质相关RS＝调和子层OSI参考模型分层上层LAN分层LAN分层GMIIMDIPHYMDIGMIIOLTONU上层FECPCSPMAPMDPHYFEC物理媒质相关（PMD）子层描述1000BASEPX10-U1000BASEPX10-D1000BASEPX20-U1000BASEPX20-D单位光纤类型B1.1,B1.3单模光纤光纤数目1标称发射波长1310149013101490nm发射方向上行下行上行下行最小范围（注1）0.5m～10km0.5m～20km最大通道插入损耗（注2）2019.52423.5dB最小通道插入损耗（注3）510dB注1：如果在链路上启用前向纠错，可获得较大的最小传输范围；也可以允许链路上有较高的通道插入损耗。注2：在标称发射波长处。注3：链路的差分插入损耗是通道最大插入损耗和最小插入损耗之差。1000BASE-PX10和1000BASE-PX20具有以下基本特征：点到多点的光纤传输；在单模光纤上，以1000Mbps速率，分路比为1:32，传输距离达到10km；在单模光纤上，以1000Mbps速率，分路比为1:16，传输距离达到20km；在物理层业务接口上，误码率小于等于10-12。RS子层对点到点仿真的扩展•对IEEE802.3规范的RS子层的扩展，以便多种数据链路层能够使用统一的物理层接口。系统具体支持的MAC数仅仅受实现手段限制，但在某一时刻只能有唯一的MAC能与RS子层连接。•实现原理：注册过程完成后，MAC层的MODE和LLID变量被赋值，该MAC可以是OLT多个MAC中的一个或ONU的唯一MAC。LLID和MODE用来标识一个数据包是由哪个MAC发送和接收。OLT的PCS工作模式为单向模式。•扩展后的RS子层数据的前导码由以下部分构成：SLD（LLID定界符）、LLID和CRC8。SLD用来定界LLID和CRC8，LLID域识别源MAC或目的MAC。CRC8用于校验。PCS子层对数据监测和前向纠错的扩展•对IEEE802.3定义的PCS层的扩展，以支持在点对多点物理介质中的突发模式操作。•突发模式操作：为了避免近端ONU的发射噪声造成远端ONU的信号衰减，ONU的激光器在信号发送间隔必须能够关闭。为了控制激光器，PCS必须进行扩展以便能根据信号状态产生tx_enable信号，在正确的时刻开/关激光器。•标准定义了可选择的前向纠错机制（FEC），用于提高光连接可靠性和传输距离。1000BASE-X设备可使用自协商机制进行连接，但在1000BASE-PX的P2MP网络中，禁止使用自协商协议。•FEC具有以下基本特性：•保证帧格式符合1000BASE-XPCS；•支持功能可选；•向后兼容1000BASE-X设备；•支持PCS子层10-12误码特性；•支持FEC子层10-4误码特性。采用光介质的点到多点以太网络特征•支持规范定义的点到点仿真（P2PE）；•OLT支持多个LLID和MAC客户端；•每个ONU至少支持一个LLID；•支持单拷贝广播机制；•支持动态带宽分配的灵活体系结构；•使用32比特时间戳来发布定时信息；•基于MAC控制的体系结构；•对已发现设备进行测距来提高网络性能；•进行连续测距以补偿往返时间的变化。EPON的关键技术——MPCP控制帧•GATE（OLT发出）•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发出）•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发出）•在注册规程处理过程中请求注册。•REGISTER（OLT发出）•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发出）•在注册规程处理过程中表示注册确认。五种类型的MPCP帧MPCP在OLT和ONU之间规定了一种控制机制来协调数据的发送和接收通用MPCPDU•目的地址(DA)：MPCPDU中的DA为MAC控制组播地址，或者是MPCPDU的目的端口关联的单独MAC地址。•源地址(SA)：MPCPDU中的SA是和发送MPCPDU的端口相关联的单独的MAC地址。对于源于OLT端的MPCPDU，源地址可以是任意一个单独MAC的地址。•Length/Type：MPCPDU都进行类型编码，并且承载MAC_Control_Type域值。•Opcode：操作码指示所封装的特定MPCPDU•Timestamp：在MPCPDU发送时刻，时间戳域传递localTime寄存器中的内容。该域长度为32比特，对16比特发送进行计数。时间戳计时步进值为16比特。•Data/Reserved/PAD：这40个八位字节用于MPCPDU的有效载荷。当不使用这些字节时，在发送时填充为0，并在接收时忽略。•FCS：该域为帧校验序列，一般由下层MAC产生。LSBMSB从左到右发送帧中比特从上到下发送帧中字节DestinationAddressSourceAddressLength/Type=88-08OpcodeTimestampData/Reserved/PadFCSOctets66224404b0b7选通（GATE）•GATE消息的目的在于给ONU分配发送窗口，使得ONU可以进行发现消息的发送以及正常的数据发送。•一个GATE消息可包括4个授权。•为了将GATE消息作为MPCP从而使得OLT到ONU保持激活状态，授权的个数可以被设置为0。LSB从左到右发送帧中比特b0b7从上到下发送帧中字节6622410/40/213-394DestinationAddressSourceAddressLength/Type=88-08Opcode=00-02TimestampNumberofgrants/FlagsGrant#1StarttimeGrant#1LengthGrant#2StarttimeGrant#2LengthGrant#3StarttimeGrant#3LengthGrant#4StarttimeGrant#4LengthSyncTimePad/ReservedFCSMSBOctets0/40/20/40/20/40/20/2REPORT•报告(REPORT)消息有几个功能。•每个报告消息中的时间戳用于计算RTT。•ONU在每个报告消息中指明针对每个802.1Q优先级队列所需的上行带宽。•报告消息用于保持ONU到OLT的激活状态。为了保持OLT端的链路，ONU将周期性地发布报告消息。•OLT可以明确的请求一个报告消息。LSB从左到右发送帧中比特b0b7从上到下发送帧中字节66224110/20-394DestinationAddressSourceAddressLength/Type=88-08Opcode=00-03TimestampNumberofqueuesetsReportbitmapQueue#0ReportQueue#1ReportQueue#2ReportQueue#3ReportQueue#4ReportQueue#5ReportQueue#6ReportQueue#7ReportPad/ReservedFCSMSBOctets0/20/20/20/20/20/20/2根据队列数重复n次REGISTER_REQ•REGISTER_REQMPCPDU由某个未发现ONU的MAC控制实体产生。该MPCPDU被标记为广播类型的LLID。LSBMSB从左到右发送帧中比特从上到下发送帧中字节DestinationAddressSourceAddressLength/Type=88-08Opcode=00-04TimestampFlagsPendinggrantsOctets6622411b0b7FCSPad/Reserved384值指示描述0保留接收时忽略1RegisterONU注册尝试2保留接收时忽略3DeregisterONU的重注册请求。相应的，解除分配的MAC并重新使用LLID。4-255保留接收时忽略REGISTER_REQMPCPDU的标志域REGISTER•REGISTERMPCPDU由对应于所有ONU的MAC控制实体产生，并被标记为广播LLID。LSBMSB从左到右发送帧中比特从上到下发送帧中字节DestinationAddressSourceAddressLength/Type=88-08Opcode=