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1、PO_BT01_C1_P1,无源光网络PON概述,V1.3,2,提 纲,PON无源光网络概述 EPON原理 EPON在光进铜退中的应用模式,3,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,FTTH的主要技术,EPON,GPON,小区交换机接入,4,技术比较（PON vs MC）,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
2、间最小 传输中不需有源设备 设备集中管理,5,PON技术发展历程,上世纪90年代初提出PON概念 1995年成立FSAN（Full Service Access Networks)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IEEE 802.3ah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
3、验网,6,PON的定义和组成,PON（Passive Optical Network）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（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（D420） ODN（Op
4、tical Distribution Network）光分配网（分光器）,7,PON的定义和组成（续）,8,PON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。,1490nm,1310nm,9,PON系统组网方式,10,PON保护方式,全保护方式,骨干光纤保护方式,11,PON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
5、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。,12,PON技术概述,相同的拓扑P2MP光纤,APON,E
6、PON,GPON,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。,IEEE EFM工作组标准化，编号802.3ah； 以太网封装； 国内标准已经制定完成； 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。,13,APON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62
7、2.08Mbit/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。 APON技术具备综合业务接入、QoS服务质量保证等独有的特点；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。,14,EPON/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。
8、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。,15,EPON/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
9、面与电信级的服务相比仍有差距。,16,GPON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60KM)。支持的光分路比在64-128之间。,17,GPON技术,与EPON力求简单的原则相比，GPON更
10、注重多业务和QoS保证；能够简单、通用、高效的透明传送各种业务；具有前所未有的高比特率、高带宽；非对称特性更能适应未来的FTTH宽带市场；传输距离更远、覆盖范围更广。 但是GPON标准复杂且开发较晚，技术尚不成熟，其成本相对EPON仍显较高，目前未到达商品化阶段。,18,PON技术基本比较,19,PON应用环境,APON适用于对带宽要求不高、对业务质量要求高或者需要运行混合业务的企事业单位的接入。 EPON/GEPON主要面向对带宽要求高、对业务质量和网络安全要求不是太高、对成本敏感的以太网业务为主的中小型企事业单位的接入；如果成本进一步下降，也将作为FTTH的主要手段直接面向高端个人用户。
11、GPON适合于少数对带宽要求高、需要提供电信级服务质量，且对成本不敏感的多业务需求的企事业单位的接入。,20,PON发展趋势,APON最成熟，但业务提供能力有限、性价比低，无法满足长远的发展，不建议大力发展，仅满足某些特定区域的接入需求。 EPON/GEPON简单、高速、成本低、用户面广，技术、产品相对GPON成熟，是中近期可以大力发展的无源技术。 GPON透明传输、高速高效、电信级服务，是发展的趋势，但成本相对高，商业化程度低，是中远期大力发展的无源技术。 GPON的市场定位与EPON不同，两者相互补充的。,21,提 纲,PON无源光网络概述 EPON原理 EPON在光进铜退中的应用模式,2
12、2,EPON工作原理-帧结构,基于802.3帧格式 新增 LLID(逻辑链路标示) ：用于在OLT上标识ONU,23,LLID定义,定义广播与单播实现 a.广播： MODE=1 或者 LLID=0 x7FFF b.单播： MODE=0 且 LLID!=0 x7FFFF,24,EPON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,25,EPON工作原理上行,OLT接收数据前比较LLID注册列表； 每个ONU
13、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,26,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(多点控制协议）帧指配带宽 进行测距操作 控制ONU注册,27,系统工作之关键技术,LLID与仿真子层 MPCP 自动化注册和测距,28,LLID与仿真子层,仿真子层的目的： 使下层的P2MP网络的处理方式
14、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。,29,MPCP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
15、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,30,MPCP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）
16、 在注册规程处理过程中表示注册确认。,MPCP帧格式,31,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“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。 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“discovery Gate”帧都是以广播方式发送的。,32,自动测距,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。,RTT = T2-T1+T
