PON基本原理

EPON基本原理2提纲EPON工作原理3光纤接入技术EPON光纤接入技术点到多点（P2MP）点到点（P2P）APON/BPONGPON光纤以太网4单纤双向传输机制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。1490nm1310nm5EPON工作原理-帧结构基于802.3帧格式新增LLID：用于在OLT上标识ONU6LLID定义定义广播与单播实现a.广播：MODE=1或者LLID=0x7FFFb.单播：MODE=0且LLID!=0x7FFFF7EPON工作原理－下行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。广播方式8EPON工作原理－上行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。TDMA方式9系统工作过程ONU的操作•ONU通过下行控制帧的时间戳同步于OLT；•ONU等待发现帧（gate）•ONU进行发现处理，包括：测距，指定物理ID和带宽。•ONU等待授权，ONU只能在授权时间发送数据OLT的操作•产生时间戳消息，用于系统参考时间•通过MPCP帧指配带宽•进行测距操作•控制ONU注册10系统工作之关键技术LLID与仿真子层MPCP自动化注册和测距11LLID与仿真子层仿真子层的目的：使下层的P2MP网络的处理方式看起来类似于多个P2P链路的集合。LLID的定义改变了以太网固有的特性，是传输质量获得可以控制的基础。实现的方法：在每一个分组开始之前添加一个LLID，替代前导符的最后两个字节。实现机制：在ONU注册成动后分配一个唯一的LLID；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的或者广播包。12MPCP协议MPCP在OLT和ONU之间规定了一种控制机制——MPCP来协调数据的有效发送和接收：系统运行过程中上行方向在一个时刻只允许一个ONU发送位于OLT的高层负责处理发送的定时、不同ONU的拥塞报告，从而优化PON系统内部的带宽分配MPCP有两种GATE操作模式：初始化模式和普通模式。初始化模式用来检测新连接的ONU，测量环路延时和ONU的MAC地址普通模式给所有已经初始化的ONU分配传输带宽13MPCP帧格式五种类型的MPCP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。MPCP帧格式14自动注册过程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。在Discovery过程中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。在discovery过程中OLT的执行动作：OLT必须周期性的发送Discovery检测帧。所有的“discoveryGate”帧都是以广播方式发送的。15自动测距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。RTT=T2-T1+T5-T3=T5-T4无源光网络PON的发展及应用17提纲PON无源光网络概述FTTX业务解决方案18接入网的发展特点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19Multiplay业务对带宽提出更高要求说明2007～2009预测2010～2012预测业务所需带宽（下行）HDTV:6～12MHDTV:5～7MSDTV:2～3MSDTV:2～3M视频通讯：400K视频通讯：0.5～1M上网业务：2～4M上网业务：4～8M网络游戏：300K网络游戏：500K～1M业务所需带宽（上行）视频通讯:300K视频通讯:500K～1M上网业务:300K上网业务:700K视频监控：1M视频监控：1MIPTV：50KIPTV：100K网络游戏：300K网络游戏：500K2M4M13M~20M20～50M总计接入带宽（上行）总计接入带宽（下行）20如何实现用户需求？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APONFTTH的主要技术EPONGPON小区交换机接入21技术比较（PONvsMC）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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22PON技术发展历程上世纪90年代初提出PON概念1995年成立FSAN（FullServiceAccessNetworks)组织1996年ITU-T颁布G.982(PON标准建议）1998年ITU-T颁布G.983（APON标准建议）2000年12月成立IEEE802.3ah工作组，制定EPON标准建议2003年3月ITU-T颁布G.984（GPON标准建议）上世纪90年代末APON开始商用2003年6月美国三大运营商开始APON招标2003年8月日本NTT开始EPON招标2005年中国电信开始测试并部署EPON试验网23PON的定义和组成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。在OLT(光线路终端)和ONU(光网络单元)之间的ODN(光分配网络)没有任何有源电子设备的光接入网。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24PON的定义和组成（续）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TelephoneTelephoneTelephonePBX25PON单纤双向传输机制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：下行数据流采用广播技术；上行数据流采用TDMA技术。1490nm1310nm26PON系统组网方式27PON保护方式全保护方式骨干光纤保护方式28PON技术的优势相对成本低，维护简单，容易扩展，易于升级。PON结构在传输途中不需电源，没有电子部件，因此容易铺设，基本不用维护，长期运营成本和管理成本的节省很大无源光网络是纯介质网络，彻底避免了电磁干扰和雷电影响，极适合在自然条件恶劣的地区使用。PON系统对局端资源占用很少，系统初期投入低，扩展容易，投资回报率高提供非常高的带宽。EPON目前可以提供上下行对称的1.25Gb/s的带宽，并且随着以太技术的发展可以升级到10Gb/s。GPON则是高达2.5Gb/s的带宽。服务范围大。PON作为一种点到多点网络，以一种扇出的结构来节省CO的资源，服务大量用户。用户共享局端设备和光纤的方式更是节省了用户投资。带宽分配灵活，服务有保证。G/EPON系统对带宽的分配和保证都有一套完整的体系。可以实现用户级的SLA。29PON技术概述相同的拓扑——P2MP光纤APONEPONGPON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；没有得到市场认可。IEEEEFM工作组标准化，编号802.3ah；以太网封装；国内标准正在制定中；产品开始在市场上迅速应用。FSAN提出，ITU-T标准化G.984.x；ATM、GEM封装；标准已经完成；支持厂家极少。30APON技术APON技术的核心部分采用ATM技术。利用ATM的集中和统计复用特性，提供从窄带到宽带等各种业务，不仅支持可变速率业务，也支持时延要求较小的业务，具有支持多业务多比特率的能力。对称速率(155.52Mbit/s)和非对称速率(下行622.08Mbit/s，上行155.52Mbit/s)。传输距离最大20KM。支持的光分路比在32-64之间。31APON技术APON技术具备综合业务接入、QoS服务质量保证等独有的特点；与有源光接入网和铜缆接入网相比，结构简单、可靠和易维护，能提供相对高速的接入速率；由于标准化时间较早，已有成熟商用化产品等等优点。当然APON技术也存在利用ATM信元造成的传输效率较低；带宽受限；系统相对复杂、价格较贵；需要进行协议之间的转换等缺点。32EPON/GEPON技术EPON和GEPON的基本差别就是标准化，前者往往指非标设备，后者指符合IEEE802.3ah规范的设备技术的核心部分采用以太网技术。在EPON/GEPON中，根据IEEE802.3以太网协议，传送的是可变长度的数据包。由于以太网适合携带IP业务，与APON相比，极大地减少了传输开销。EPON/GEPON能够提供高达1Gbit/s的上下行带宽。传输距离最大10-20KM。支持的光分路比大于16。33EPON/GEPON技术EPON/GEPON融合了PON和以太网的优点，系统结构更简化，标准宽松，成本更低；1Gbit/s的高速宽带，且易于升级；与现有的以太网兼容，无需协议转换；具有同时传输TDM、IP数据和视频广播的能力等优点。随着多协议标签交换（MPLS）等新的IP服务质量(QoS)技术的采用，也可提供一定的QoS保证。EPON/GEPON技术目前仍难以支持实时业务的服务质量；在安全性、可靠性等方面与电信级的服务相比仍有差距。34GPON技术GPON技术针对1Gbit/s以上的PON标准，除了对更高速率的支持外，还是一种更佳、支持全业务、效率更高的解决方案。引入通用成帧协议(GFP)，能将任何类型和任何速率的业务进行原有格式封装后经由PON传输，而且GFP帧头包含帧长度指示字节，可用于可变长度数据包的传递，大大提高了传输效率。因此能更简单、通用、高效地支持全业务。GPON提供1.244和2.488Gbit/s的下行速率和所有标准的上行速率。传输距离可达20KM(逻辑