PON原理

PON原理课程目标：掌握PON基本概念掌握EPON工作原理及应用了解GPON技术参考资料：《中兴宽窄带综合接入设备技术手册》1第1章PON原理知识点PON技术原理。随着以太网技术在城域网中的普及以及宽带接入技术的发展，人们提出了速率高达1Gbit/s以上的宽带PON技术，主要包括EPON和GPON技术：“E”是指Ethernet，“G”是指吉比特级。EPON和GPON的相关标准分别由不同的标准组织负责制定，其中EPON由IEEE802.3ah提出，它将Ethernet技术与PON技术结合起来，其目标是用最简单的方式实现一个点到多点结构的吉比特以太网光纤接入系统；GPON技术则是由ITU进行标准化工作，主要目标是实现Gbit/s速率，并能支持多种业务，对所有业务最优化。PON原理21.1.1PON原理PON由光线路终端（OLT）、光合／分路器（Spliter）和光网络单元（ONU）组成，采用树形拓扑结构。OLT放置在中心局端，分配和控制信道的连接，并有实时监控、管理及维护功能。ONU放置在用户侧，OLT与ONU之间通过无源光合／分路器连接。PSTNIP骨干网VideoService用户驻地网LANONUONUONUOLTsplitter分支比最大可为1：128可采用PON的保护结构对ODN和需要保护的OLT、ONU实现冗余保护接入网核心网TelephoneTelephoneTelephonePBXPON使用波分复用（WDM）技术，同时处理双向信号传输，上、下行信号分别用不同的波长，但在同一根光纤中传送。OLT到ONU/ONT的方向为下行方向，反之为上行方向。下行方向采用1490nm，上行方向采用1310nm。1490nm1310nm1490nm1310nm第1章PON原理31.1.2EPON原理EPON只在IEEE802．3的以太数据帧格式上做必要的改动，如在以太帧中加入时戳（TimeStamp）、PON－ID等内容。下行采用纯广播的方式：1．OLT为已注册的ONU分配PON－ID2．由各个ONU监测到达帧的PON－ID，以决定是否接收该帧3．如果该帧所含的PON－ID和自己的PON－ID相同，则接收该帧；反之则丢弃。上行采用时分多址接入（TDMA）技术：1．OLT接收数据前比较LLID注册列表；2．每个ONU在由局方设备统一分配的时隙中发送数据帧；3．分配的时隙补偿了各个ONU距离的差距，避免了各个ONU之间的碰撞。PON原理4随着EPON技术的规模应用和芯片成本的不断降低，以及光纤铺设规模的不断扩大，EPON技术将很快成为FTTx的主要接入方式之一。1.1.3GPON原理GPON传输网络可以是任何类型，如SONET/SDH和ITU-TG.709（ONT）；用户信号可以是基于分组的（如IP/PPP，或EthernetMAC），或是持续的比特速率，或者是其它类型的信号；而GFP则对不同业务提供通用、高效、简单的方法进行封装，经由同步的网络传输；对于最靠近用户的接入层来说，GPON具有前所未有的高比特率、高带宽；而其非对称特性更能适应未来的FTTH宽带市场。因为使用标准的8kHz（125μ）帧，从而能够直接支持TDM业务。PCBdnSlot0Slot1SlotRDownstreamUpstreamPCBdn+1SlotRSlot0USVirtualFrameTXInterval2^nbyteTP-Frame=125uSPayloadnSlot1Payloadn+1第1章PON原理5GPON传输网络支持如下对称和非对称的线路速率选择。上行速率下行速率0.15552Gbit/sup1.24416Gbit/sdown0.62208Gbit/sup1.24416Gbit/sdown1.24416Gbit/sup1.24416Gbit/sdown0.15552Gbit/sup2.48832Gbit/sdown0.62208Gbit/sup2.48832Gbit/sdown1.24416Gbit/sup2.48832Gbit/sdownGPON拥有高速宽带及高效率传输的特性。GPON采用全新的传输汇聚层协议“通用成帧协议”（GFP，GenericFramingProtocol），实现多种业务码流的通用成帧规程封装；另一方面又保持了G.983中与PON协议没有直接关系的许多功能特性，如OAM管理、DBA等。GFP基本的帧格式主要由两部分组成：4B的帧头（CoreHeader）和GFP净负荷（其范围从4～65535B）。CoreHeader域由2B的帧长度指示（PLI，PDULengthIndicator）和2B的帧头错误检验（HEC，HeaderErrorCheck）组成。GFP的净负荷中又分为净负荷的帧头（PayloadHeader）、净负荷本身及4B的FCS（FrameCheckSequence）可选项。PayloadHeader用来支持上层协议对数据链路的一些管理功能，由类型（Type）域及其HEC检验字节和可选的GFP扩展帧头（ExtensionHeader）组成。在Type域中提供了GFP帧的格式、在多业务环境中的区分以及ExtensionHeader的类型。目前，GFP定义了三种ExtensionHeader（Null、Linear、Ring），分别用于支持点对点和环网逻辑链路上的GFP帧的复用，在相应的ExtensionHeader域中会给出源/目的地址、服务类别、优先权、生存时间、通道号、源/目的MAC端口地址等。当没有数据包传输时，GFP会插入空闲帧（IdleFrame），IdleFrame是一种特殊的GFP控制帧，只有4B的CoreHeader（PLI值为0）。PON原理6GPON的下行帧结构：GPON的上行帧结构：第1章PON原理7GFP简单灵活尤其适合于在字节同步通信信道上传输块编码和面向分组的数据流，它成功吸收了ATM中基于帧描述的差错控制技术来适应固定或可变长度的数据业务。GFP不需要预先处理客户的字节流，不需要象8B/10B或64B/66B那样需要插入数据控制比特，也不需要HDLC帧结构中的标志符，它仅依赖于当前净荷的长度及帧边界的差错控制校验，有效的确认这两类信息并在GFP的帧头中传输是决定数据链路同步及进入下一帧字节数的关键。为了方便的在同一时间里处理到达的随机字节块，GFP充分减少了数据链路的映射解映射的处理。通过使用具有低比特错误率的新型光纤来作为传输介质，GFP进一步减少了收端的逻辑处理。这减少了运行的复杂性，使得GFP特别适合于点到点的SONET/SDH的高速传输链路及OTN的波长信道。GFP允许执行共存于同一传输信道中的多传输模式。一种模式是帧映射GFP，这种模式适合于PPP、IP、MPLS及以太网业务。另一种模式是透明映射GFP，它可用于对延迟敏感的存储域网，也可用于光纤信道、FICON及ESCON业务。总之，GPON继承了G.983的成果，具有丰富的业务管理能力。GPON的核心基础是GFP，它具有覆盖任何可能出现的新业务的适配能力，包括数字视频、存储网络（SAN）、电子商务等。GPON具有面向未来的、可升级的多业务环境，能为将来的业务提供清晰的转移路线，而不需要中断和改变现有的GPON设备，也不需要以任何方式改变其传输层。PON原理81.1.4EPON和GPON比较由于IEEE的EPON标准化工作比ITU-T的GPON标准化工作开展得早，而且IEEE的关于Ethernet的802.3标准系列已经成为业界的最重要的标准，因此目前市场上已有的G比特级PON产品更多的是遵循EPON标准，严格遵循GPON标准的产品目前基本上还没有。EPON产品较GPON产品更广泛的另一个重要原因是因为EPON标准制定得更宽松，制造商在开发自己的产品时有更大的灵活性。从产业链的角度看，EPON系统最核心部分—PON光发送/接收模块已经较成熟，核心TC控制模块已经规模生产(ASIC化)，而GPON系统的相应核心模块还不太成熟，其核心TC控制模块目前仅处于FPGA阶段，还难于实现规模商用。目前EPON产品支持的PON端口速率等级一般为1250kbit/s，也有少数产品PON端口仅支持100Mbit/s。虽然IEEE在制定EPON标准时主要考虑数据业务，基本上未考虑语音业务，但是鉴于目前运营商在布网规划时更注重要求接入网络应能同时提供数据和语音业务，因此除了少数EPON产品仅支持数据业务外，许多EPON产品在IEEE标准基础上，在提供数据业务的同时采用预留带宽的方式提供语音业务。