FTTX网络基础原理介绍

FTTX（EPON）技术原理介绍纲要1EPON接入技术2EPON关键技术3FTTX接入技术介绍什么是FTTHFTTH类型FTTH类型1、FTTX接入方式不属于技术范畴点到点光接入方式点到多点光接入方式点到点MC方式PONPDH/SDHFTTX的主要技术FTTX接入FTTC/FTTNFTTBFTTH/FTTO2、FTTX接入技术FTTX实现技术传统的P2P光纤接入系统采用媒质转换器（MC），应用比较普遍；新的P2P标准定义了光接口、OAM等内容，改善了传统MC方式存在的缺陷无源光网络PON逐渐成为FTTX的主要实现技术，包含A/BPON、EPON、GPON等媒体转换器方式是将电信号转换成光信号进行长距离传输的技术实现方式，是对于已有的电的Ethernet设备要加上MC。其中MC是一个单纯的光电/电光转换器，它并不对信号包做加工，因此成本低廉。这样用户可以减少升级的成本，是点对点FTTH方案过渡期间网络的解决方案。由于其技术架构相当简单、便宜并直接结合以太网络而一度成为日本FTTX的主流。优点：点到点系统避免了复杂的上行同步技术和终端自动识别技术。另外上行的全部带宽可被一个终端所用，这非常有利于带宽的扩展，便于在线监测。缺点：随着FTTX用户数量的增加，局端设备和光纤的数量也将会增加。点到点的媒体转换器（MC）方式PONvsMC123456789101112AB12x6x8x2x9x3x10x4x11x5x7x1xEthernetA12x6x8x2x9x3x10x4x11x5x7x1xC123456789101112AB12x6x8x2x9x3x10x4x11x5x7x1xEthernetA12x6x8x2x9x3x10x4x11x5x7x1xC123456789101112AB12x6x8x2x9x3x10x4x11x5x7x1xEthernetA12x6x8x2x9x3x10x4x11x5x7x1xC123456789101112AB12x6x8x2x9x3x10x4x11x5x7x1xEthernetA12x6x8x2x9x3x10x4x11x5x7x1xC无源分光器ONUONUIP数据网光电收发器OLTONUIP数据网MC接入PON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1、速率高、带宽高2、支持多业务接入3、集中管理、便于维护PONvsMCMC技术的两种使用方式：①点到点以太接入–N根光纤，2N个光收发器–管理独立②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PON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1、节省设备2、节省光纤3、节省投资PONvsMC结果PON相较与点到点的MC方式而言，有以下几点优势：–节省了大量的光纤资源；–由于一个局端设备可以支持大量的用户，中心机房设备数量少，网络一旦建立起来，服务的提供和管理都可以在中心机房进行，从而降低了管理和维护的费用；–由于光纤带宽容量巨大，未来提高网络速率时，不用对已经铺设的光纤网络进行改造，可以很好保护现有投资，也可以满足未来业务的需求；–在PON中无有源器件，设备故障少，基本免维护，也不需建设室外机房，节省供电成本。由此可知，点到多点PON的FTTH在后期扩容的成本、维护管理的成本以及业务提供能力等方面优于点到点的MC方式，是实现FTTH的最佳技术。PON技术相同的拓扑——P2MP光纤APON/BPONEPONGPON封装协议不同FSAN提出，ITU-T标准化；ATM封装；目前标准化最完善；G.983.1～10IEEE以太网封装；2004年6月形成标准；802.3ah；中国电信企业标准；商用芯片成熟，已实现多厂家互通。ITU-TGEM封装；2004年6月形成标准；G.984.1～4；尚无商用芯片，支持厂家较少；中国电信开始测试与试验。PON技术体制BPON业务适配复杂，业务提供能力有限，传送速率不高，成本较高，IP业务映射效率低等原因，已经被舍弃，不宜再采用；EPON技术由IEEE标准化。其核心是在保留传统以太网体系结构基础上定义了一种新的应用于PON系统的物理层（主要是光接口）规范、一种新的MAC多点控制层协议（MPCP），以实现在点到多点无源光网络中的以太网帧的时分多址接入、一种运行维护和管理（OAM）机制。GPON由FSAN/ITU标准化（G.984）。其目标是形成传输速率更高、更大分路比、能高效承载多种业务并具有更强大的OAM功能的宽带PON技术。GPON引入了一个全新的传输汇聚（TC）子层，并规定TC子层可以采用ATM和GEM两种封装方式。采用了125us的帧长及定时机制，将各种业务载荷（包括TDM和分组）都通过GFP封装入定长帧中，可以较容易的支持TDM和话音业务，并通过带宽指针（pointers）为每一个ONU动态分配上行带宽。EPON和GPON成为近期研究的热点。纲要12EPON关键技术3FTTX接入技术介绍EPON技术介绍EPON系统组成ONUONUOLTODN业务节点功能SNIUNIR/SS/RAN系统管理功能Q3AF光线路终端（OLT，局端设备）光分配网（ODN，光纤环路系统，包含光分路器、光纤光缆及光缆分线盒、光缆交接箱等一系列无源器件）光网络终端（ONU）/光网络单元PON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TDM技术；–上行数据流采用TDMA技术。EPON工作原理（续）1490nm1310nmEPON工作原理（续）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广播方式PON系统中的下行方向工作原理PON系统中的上行方向工作原理TDMA方式上行数据分时发送，各ONU的发送时间与长度由OLT集中控制－－TDMA的接入机制EPON工作原理（续）OLT内部电路功能图WDM突发帧定界解扰码/FCS业务流分类数据帧处理上层网络OAMPDU/MPCPDU预处理微处理器授权分配OAMPDU/MPCPDU产生/缓存传送控制下行帧时序产生CRC生成扰码GE/FE下行TDM1550nm上行TDMA1310nm供电模块OLT内部电路功能图ONU内部电路功能图WDM突发帧定界解扰码/FCS业务流分类数据帧处理用户侧网络OAMPDU/MPCPDU预处理微处理器授权分配OAMPDU/MPCPDU产生/缓存传送控制下行帧时序产生CRC生成扰码GE/FE下行TDM1550nm上行TDMA1310nm供电模块ONU内部电路功能图EPON技术基本特点–OLT与ONU之间信号传输基于IEEE802.3以太网帧–采用8B/10B的线路编码，数据速率为上下行对称1Gbps,线路比特率为上下行对称1.25Gbps–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–分光比1：32（1：64）–支持A、B类ODN网络EPON技术优势1.传输距离长：最大可达20KM(与分路比有关）2.系统可靠性高：采用无源光分路器及光纤3.实现了接入网的高带宽：目前可提供上下行对称100Mb/s~1Gb/s的带宽，将来可以升级到10Gb/s的带宽4.天然以太网技术，效率高，成本低5.支持多业务接入，是Triple-Play业务的天然载体6.服务质量保障：EPON可以对每个用户的带宽进行静态/动态分配，并保证每个用户的QoS7.EPON具有测距、环回测试、断电告警及端口状态监视等维护功能，克服了以太网缺乏OAM的缺陷。8.系统成本低：EPON在一根光纤上实现了双向传输，节省了光纤资源；节省了大量的光收发模块。纲要123FTTX接入技术介绍EPON技术介绍EPON关键技术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规定了1000BASE-PX10和1000BASE-PX20两种光模块：PX10:在单模光纤上，以1000Mbps速率，分路比为1:32，传输距离达到10km；PX20:在单模光纤上，以1000Mbps速率，分路比为1:32，传输距离达到20km；物理媒质相关（PMD）子层物理媒质相关（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。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；–可以减小激光器发射功率预算，减少功耗；–可以增加光信号的最大传输距离；–支持PCS子层E-12误码特性；–支持FEC子层E-4误码特性。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；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。多点控制协议（MPCP）（1）MPCP基本特征MPCP主要功能多点控制协议（MPCP）（2）12测距流程3带宽授权流程用于OLT对ONU的发现以及注册用于OLT对ONU的实时测距用于OLT对ONU的带宽授权以及ONU对ONU的带宽请求等。自动发现流程多点控制协议（MPCP）（3）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