EPON技术的特点和原理

中国电信维护岗位认证教材编写小组编制中国电信维护岗位认证教材（IP专业）EPON技术2目录•第一章EPON技术起源•第二章EPON技术特点•第三章EPON技术原理•第四章EPON技术应用3•从简单语音需求逐渐向数据、多媒体、综合业务需求发展•综合业务应用对带宽的要求越来越高•不同的业务应用需要相应QOS技术保证•综合业务的需求导致接入手段不断增加1.1接入网的发展特点41.2接入层业务需求分析理想带宽（bps）数字电视MPEG24MIPTVMPEG42.5M电子银行0.4M远程游戏0.6MVoice0.1M视频点播VOD1.5-2M视频电话0.5M视频会议0.8M高清电视20M（经过压缩可达到6-8M）。。。。。业务需求群体的差异化业务需求种类的差异化业务种类对带宽要求的差异化业务需求的不断增加对接入层带宽要求越来越高已是事实。51.3主要接入技术分析•铜线接入–ADSL–VDSL–LAN接入•光纤接入–P2P–P2MP6•光纤到家庭用户FTTH仅利用光纤传输媒质连接通信局端和家庭住宅的接入方式，引入光纤由单个家庭住宅独享。•光纤到公司/办公室FTTO仅利用光纤传输媒质连接通信局端和公司或办公室用户的接入方式，引入光纤由单个公司或办公室用户独享，ONU/ONT之后的设备或网络由用户管理。•光纤到楼宇/分线盒FTTB/C以光纤替换用户引入点之前的铜线电缆，ONU部署在传统的分线盒（用户引入点）即DP点（DPdistributionpoint分配点），ONU下采用其他介质接入用户•光纤到交接箱FTTCab以光纤替换传统馈线电缆，ONU部署在交接箱即FP点处，ONU下采用其他介质接入到用户1.4光纤接入的应用模式（FTTx）71.5FTTH的主要技术点到点光接入（MC）方式点到多点光接入方式点到点以太接入APONEPONGPON小区交换机接入8目录•第一章EPON技术起源•第二章EPON技术特点•第三章EPON技术原理•第四章EPON技术应用92.1EPON的定义和组成•PON的定义–无源光网络：PassiveOpticalNetwork–是一种基于P2MP拓朴的技术–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。•无源光网络的构成–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10•EPON系统采用WDM技术，实现单纤双向传输。•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：–下行数据流采用广播技术；–上行数据流采用TDMA技术。2.2EPON系统数据传输机制1490nm1310nm11PSTNIP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TelephoneTelephoneTelephonePBX2.3EPON的网络位置122.4EPON系统组网方式环形树形总线形132.5技术比较（EPONvsMC）局端用户局端用户小区交换机以32个结点为例32/64根光纤64个收发器P2PP2P1/2根光纤66个收发器局端用户分光器P2MP1根光纤33个收发器•MC技术的两种使用方式–点到点以太接入•N根光纤，2N个光收发器•管理独立–小区交换机接入•只需铺设1或2根光纤到小区•2N+2个光收发器•设备占用局端机房空间小•在传输过程中需要有源设备•设备分级管理•EPON的接入方式–只需铺设1或2根光纤到小区–需N+1个光收发器–设备占用局端机房空间最小–传输中不需有源设备–设备集中管理14123456789101112AB12x6x8x2x9x3x10x4x11x5x7x1xEthernetA12x6x8x2x9x3x10x4x11x5x7x1xC123456789101112AB12x6x8x2x9x3x10x4x11x5x7x1xEthernetA12x6x8x2x9x3x10x4x11x5x7x1xC123456789101112AB12x6x8x2x9x3x10x4x11x5x7x1xEthernetA12x6x8x2x9x3x10x4x11x5x7x1xC123456789101112AB12x6x8x2x9x3x10x4x11x5x7x1xEthernetA12x6x8x2x9x3x10x4x11x5x7x1xC无源分光器ONUONUIP数据网光电收发器OLTONUIP数据网MC接入EPON接入PSTNCATV100M带宽1.25G带宽收发器运维盲点、故障率高无源网络，无需维护单一业务全业务2.6网络和业务比较（EPONvsMC）15目录•第一章EPON技术起源•第二章EPON技术特点•第三章EPON技术原理•第四章EPON技术应用163.1EPON的基本特点•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173.2EPON系统中关键技术•LLID•突发光接收技术•MPCP•定时与同步•注册•测距•DBA•OAM管理183.3EPON关键技术－LLID•对802.3标准的扩展–修改前导码完成–用于对ONU进行唯一标识•定义：–广播：MODE=1或者LLID=0x7FFF–单播：MODE=0且LLID!=0x7FFFF193.4EPON工作原理－下行•广播方式–在ONU注册成动后分配一个唯一的LLID；–在每一个分组开始之前添加一个LLID，替代以太网前导符的最后两个字节；–OLT接收数据时比较LLID注册列表，ONU接收数据时，仅接收符合自己的LLID的帧或者广播帧。203.5EPON工作原理－下行数据帧结构前导码7Bytes帧定界符1BytesDA6BytesSA6Bytes长度/类型2Bytes数据46—1500Bytes填充不定FCS4Bytes前导码8BytesDA6BytesSA6Bytes长度/类型2Bytes数据46—1500Bytes填充不定FCS4Bytes5555SPD5555LLIDLLIDCRC8以太网MAC帧EPONMAC帧SPD:SPD指示LLID和CRC位置213.6下行数据的安全性•因为PON的多点广播特性，所有的下行数据都会被广播到PON系统中所有的ONU上。如果有一个匿名用户将它的ONU接收限制功能去掉，那么它就可以监听到所有用户的下行数据，这在PON系统中称为“监听威胁”。•PON网络的另一个特点是，网络中ONU不可能监测到其它ONU的上行数据。•在PON上解决安全性的措施是ONU通过上行信道传送一些保密信息（如数据加密密钥），OLT使用该密钥对下行信息加密，因为其它ONU无法获知该密钥，接收到下行广播数据后，仍然无法解密获得原始数据。223.7EPON工作原理－上行•TDMA方式–OLT接收数据前比较LLID注册列表；–每个ONU在由局方设备统一分配的时隙中发送数据帧；–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。233.8EPON技术原理－上行帧结构–上行帧由突发的以太网帧＋MPCP上行控制帧＋物理层的突发开销组成MPCPcontrolMPCPcontrolMACcontrolBurstOHBurstOHDownstreamUpstreamBurstONU2BurstONU3BurstONU1IPG/idlecode10bsymbolsEthernetFrame(withEth.preamble)EPONcontrolFrameBurstOH243.9EPON关键技术－突发模式光收发技术•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253.10EPON关键技术－MPCP协议•对IEEE802.3标准的重要扩展•规定了OLT和ONU之间的控制机制•提供ONU控制管理信息•提供ONU带宽管理信息•提供业务监控信息控制是整个EPON系统正常工作的核心263.11EPON关键技术－MPCP控制帧五种类型的MPCP帧•GATE（OLT）00-02–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）00-03–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）00-04–在注册规程处理过程中请求注册。•REGISTER（OLT）00-05–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）00-06–在注册规程处理过程中表示注册确认。273.12EPON关键技术－定时与同步•定时方法：–所有ONU都与OLT的唯一时钟同步；–主要是用时间戳域来完成的。•时间戳定义–时间戳域使用４个字节–时间戳所标识的是在MAC控制帧上传到MAC层时OLT的计数值。–计数值宽度为16位或32位，计数单位为16ns•定时过程–OLT以自己本地的计数器插入timestamp域中–ONU以本地计数值插入timestamp域中–ONU根据收到的OLT的timestamp更新自己的计数器–OLT根据收到的ONU的timestamp计算差值（测距）283.13GATE过程（OLT-ONU）REPORT过程（ONU-OLT）EPON关键技术－同步定时过程293.14EPON关键技术－注册•指OLT对系统中的ONU进行注册–主要用于系统中增加ONU时或者ONU重新启动时。•注册过程–ONU的执行动作：•在上电启动或复位时，ONU进入Discovery状态。等待来自OLT的“DiscoveryGate”消息。•如果所收到的消息类型为Discovery，且消息中的逻辑PHYID与自己相同或为缺省值是，就对此消息做出应答。–OLT的执行动作：•OLT以广播方式周期性的发送Discovery检测帧。•响应ONU的注册请求并分配LLID303.15EPON关键技术－测距•OLT与各ONU间的环路时延不同：–各ONU距OLT的光纤路径不同–各ONU元器件的不一致性–环境温度的变化和器件老化，环路延时也会发生不断的变化•测距包括静态测距和动态测距：•测距要求–补偿因ONU距离不同而产生的时延差异：RTT（RoundTripTime）–在注册过程中，ONU对新加入的ONU启动测距过程–OLT使用RTT来调整每个ONU的授权时间–OLT也可以在任何收到MPCPPDU的时候启动测距功能。•使用注册冲突避让：–在EPON系统中，解决ONU的注册冲突的方案有两种：随机延迟时间法和随机跳过开窗法。313.16EPON关键技术－测距过程1.OLT在T1时刻发送GATE；2.ONU在T2时刻接收到GATE,此时复位本地计数器，时间戳置为T1；3.ONU在T3时刻发送REPORT,此时填入的时间戳为T4；4.OLT在T5时刻接收到REPORT。最后RTT由下面的公式得出：–RTT=T2-T1+T5-T3=T5-T4–其中：T3-T2=T4-T1323.17EPON关键技术－RTT应用计算出RTT后，OLT据此给O