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1、中国电信维护岗位认证教材 IP专业 EPON技术基础 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 2 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 3 1 1 接入网的发展特点 4 1 2 接入层业务需求分析 理想带宽 bps 数字电视MPEG2 4M IPTV MPEG4 2 5M 电子银行 0 4M 远程游戏 0 6M Voice 0 1M 视频点播VOD 1 5 2M 视频电话 0 5M 视频会议 0 8M 高
2、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 如何提供高带宽的接入网 5 1 3主要接入技术分析 有线接入的未来与发展趋势 光接入 铜线接入 ADSL VDSL LAN接入 光纤接入 P2P P2MP 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
3、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 DP distribution point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 6 1 4 光纤接入的应用模式 FTTx FTTH 应用是PON技术引入的主要源动力 1 5 FTTH的主要技术 7 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APON EPON GPON 小区交换机接入 目录 第一章 EPON技术起源 第二章 EPON技术特点 第三章 EPON
4、技术原理 第四章 EPON技术应用 8 2 1 EPON的定义和组成 PON的定义 无源光网络 Passive Optical Network 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 Optical Line Terminal 光线路终端 ONU Optical Network Unit 光网络单元 ONT Optical Network Terminal 光网络终端 ODN Optical Distribution Network 光
5、分配网 9 2 2 EPON系统数据传输机制 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 1490nm 1310nm 11 2 3 EPON的网络位置 2 4 EPON系统组网方式 12 环 形 树 形 总线形 13 2 5 技术比较 EPON vs MC 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 P2P P2P 1 2根光纤 66个收发器 局端 用户 分光器 P2MP 1根光纤 33个收发器 MC技术的两种使用方式 点到
6、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 14 无源分光器 ONUONU IP数据网 光电收发器 OLT ONU IP数据网 MC接入 EPON接入 PSTN CATV 100 M带 宽 1 25 G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 EPON vs MC 目录
7、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 15 3 1 EPON的基本特点 基本特点 OLT与ONU之间信号传输基于IEEE 802 3以太网帧 传输线路速率下行 上行 1250 Mbit s 1250 Mbit s 以MAC控制子层的MPCP multi point control protocol 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 16 3 2 EPON系统中关键技术 LLID 突
8、发光接收技术 MPCP 定时与同步 注册 测距 DBA OAM管理 17 3 3 EPON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 0 x7FFF 单播 MODE 0且LLID 0 x7FFFF 18 3 4 EPON工作原理 下行 19 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 3 5 EPON工作原理 下行数据帧 结构 20 前导
9、码 7Bytes 帧定界符 1Bytes DA 6Bytes SA 6Bytes 长度 类型 2Bytes 数据 46 1500Bytes 填充 不定 FCS 4Bytes 前导码 8Bytes DA 6Bytes SA 6Bytes 长度 类型 2Bytes 数据 46 1500Bytes 填充 不定 FCS 4Bytes 5555SPD5555LLIDLLID CRC8 以太网MAC帧 EPON MAC帧 SPD SPD指示LLID和CRC位置 3 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
10、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 21 3 7 EPON工作原理 上行 22 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 3 8EPON技术原理 上行帧结 构
11、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 23 3 9 EPON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 24 3 10 EPON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
12、管理信息 提供业务监控信息控制 25 是整个EPON系统正常工作的核心 3 11 EPON关键技术 MPCP控制 帧26 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
13、册确认 3 12 EPON关键技术 定时与同 步 27 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 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 3 13 GATE 过程 OLT ONU 28 REPORT 过程 ONU OLT EPON关键技术
14、 同步定时过程 3 14 EPON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 Discovery Gate 消 息 如果所收到的消息类型为 Discovery 且消息中的逻辑 PHY ID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 LLID 29 3 15 EPON关键技术 测距 OLT与各ONU间的环路时延不同 各 ONU距 OLT
15、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 Round Trip Time 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MPCP PDU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 30 3 16 EPON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
16、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 T1 31 3 17 EPON关键技术 RTT应用 32 计算出RTT后 OLT 据此给ONU发送 GATE帧 例如 如 果OLT希望在T1时 刻接收ONU的数据 则在GATE帧中给 ONU的起始时间为 T0 T1 RTT 3 18 EPON关键技术 DBA 功能 相对于静态带宽分配 SBA DBA是指实时地 ms级 改变PON中各ONU 上行带宽的机制 根据带宽状态和ONU需求动态 合理 分配ONU的上行带宽 优点 实现高效的上行带宽利用率和服务质量保证 算法特点 业务透明 低时延和低时延抖动 公平带宽分配 健壮性好 实时性强 33 3 19 EPON关键技术 OAM管 理 功能 完成ONU的认证 配置功能 在线的性能监测 各种故障告警和远端故障指示 远端近端环回等 OLT对ONU进行远程管理通信协议 要有一定的开放性和扩展性 基本支持功能 Remote Failu
