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1、北京市海淀区中关村E世界C座965EPON技术及测试融合型广播机构双向互动技术战略供应商北京松穹互动动信息技术术有限公司PON技术 PON（Passive Optical Network）无源光网络的定义 PON是一种应应用于接入网，局端设备设备 （OLT）与多个用户户 端设备设备 （ONU/ONT）之间间通过过无源的光缆缆、光分/合路器等组组成 的光分配网（ODN）连连接的网络络。 OLT（Optical Line Terminal）光线线路终终 端 ONU（Optical Network Unit）光网络单网络单 元 ONT（ Optical Network Terminal）光网网 络终
2、络终 端 ODN（Optical Distribution Network）光 分配网网下行数据广播发送，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 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PON的原理信号复用 PON系统采用WDM技术，实现单纤双向传输（强制） 。 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技术术； 上行数据流采用TDMA技术术。1490nm1310nmPON基本原理下行传输 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
3、的数据下行数据的安全？PON基本原理上行传输 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的接入机制上行数据的同步？EPON技术EPON 基本特点OLT与ONU之间间信号传输传输 基于IEEE 802.3以太网帧帧传输线传输线 路速率下行/上行：1250 Mbit/s / 1250 Mbit/s以MAC控制子层层的MPCP（multi point control protocol） 机制为为基础础，MPCP通过过消息、状态态机和定时时器来控制访问访问 P2MP的拓扑结结构P2P仿真子层层是EPON/MPCP协议协议 中的关键组键组 件逻辑逻辑 分光比1：32（1：64）
4、支持A、B类类ODN网络络Attenuation range (ITU-T Rec. G.982)dBClass A: 5-20、Class B: 10-25、Class C: 15- 30OLT功能模块示意图 ONU功能模块示意图 EPON的关键技术 突发模式光收发器技术 帧结构 测距 动态带宽分配（DBA）机制 下行数据安全性技术 业务QoS处理 TDM业务的承载 运行维护管理（OAM）功能的实现突发模式光收发器技术 OLT光接收机的快速功率恢复 要求OLT在每个接收时时隙的开始处处迅速调调整0-1判决门门 限 ONU光发射机的突发发射和关断 为为抑制自发发散射噪声，要求ONU的激光器能够
5、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变要求OLT的接收机工作在突发发 模式接收状态态 OLT的接收机和ONU的发射器工作在突发模式EPON协议栈物理媒质相关（PMD）子层 描述1000BASE PX10- U1000BASE PX10- D1000BASE PX20- U1000BASE PX20- 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）0.5m10km0.5m20km最大通道插入损耗（注2）2019.52423.5dB最小通道插入损耗（注3）510dB
6、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。1000BASE-PX10和1000BASE-PX20具有以下基本特征： p 点到多点的光纤传输； p 在单模光纤上，以1000Mbps速率，分路比为1:32，传输距离达到10km； p 在单模光纤上，以1000Mbps速率，分路比为1:16，传输距离达到20km； p 在物理层业务接口上，误码率小于等于10-12。RS子层对点到点仿真的扩展 对IEEE 802.3规范的RS子层的扩展，以便多种数据链路层能
7、够使用统一的物理层接口。系统具体支持的MAC数仅仅受实现 手段限制，但在某一时刻只能有唯一的MAC能与RS子层连接。 实现原理：注册过程完成后，MAC层的MODE和LLID变量被赋值 ，该MAC可以是OLT多个MAC中的一个或ONU的唯一MAC。LLID和 MODE用来标识一个数据包是由哪个MAC发送和接收。OLT的PCS 工作模式为单向模式。 扩展后的RS子层数据的前导码由以下部分构成：SLD（LLID定 界符）、LLID和CRC8。SLD用来定界LLID和CRC8，LLID域识别 源MAC或目的MAC。CRC8用于校验。 PCS子层对数据监测和前向纠错的扩展 对IEEE 802.3定义的P
8、CS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： 保证帧证帧 格式符合1000BASE-X PCS； 支持功能可选选； 向后兼容1000BASE
9、-X设备设备 ； 支持PCS子层层10-12误码误码 特性； 支持FEC子层层10-4误码误码 特性。 采用光介质的点到多点以太网络特征 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； 基于MAC控制的体系结构； 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。EPON的关键技术MPCP控制帧GATE（OLT发出） 允许许接收到GATE帧帧的ONU立即或者在指定的时间时间 段发发送数据 REPORT（ONU发出）
10、向OLT报报告ONU的状态态，包括该该ONU同步于哪一个时间时间 戳、以及是否有数据需要发发送。 REGISTER_REQ （ONU发出） 在注册规规程处处理过过程中请请求注册。 REGISTER （OLT发出） 在注册规规程处处理过过程中通知ONU已经识别经识别 了注册请请求。 REGISTER_ACK （ONU发出） 在注册规规程处处理过过程中表示注册确认认。五种类型的MPCP帧 MPCP在OLT和ONU 之间规定了一种控制 机制来协调数据的发 送和接收通用MPCPDU 目的地址(DA)：MPCPDU中的DA为MAC控制 组播地址，或者是MPCPDU的目的端口关 联的单独MAC地址。 源地
11、址(SA)：MPCPDU中的SA是和发送 MPCPDU的端口相关联的单独的MAC地址。 对于源于OLT端的MPCPDU，源地址可以是 任意一个单独MAC的地址。 Length/Type：MPCPDU都进行类型编码， 并且承载MAC_Control_Type域值。 Opcode：操作码指示所封装的特定 MPCPDU Timestamp：在MPCPDU发送时刻，时间戳 域传递localTime寄存器中的内容。该域 长度为32比特，对16比特发送进行计数 。时间戳计时步进值为16比特。 Data/Reserved/PAD：这40个八位字节用 于MPCPDU的有效载荷。当不使用这些字 节时，在发送时填
12、充为0，并在接收时忽 略。 FCS：该域为帧校验序列，一般由下层 MAC产生。选通（GATE） GATE消息的目的在 于给ONU分配发送窗 口，使得ONU可以进 行发现消息的发送 以及正常的数据发 送。 一个GATE消息可包 括4个授权。 为了将GATE消息作 为MPCP从而使得OLT 到ONU保持激活状态 ，授权的个数可以 被设置为0。 REPORT 报告(REPORT)消息有 几个功能。 每个报告消息中的时 间戳用于计算RTT。 ONU在每个报告消息 中指明针对每个 802.1Q优先级队列所 需的上行带宽。 报告消息用于保持 ONU到OLT的激活状态 。为了保持OLT端的 链路，ONU将周
13、期性 地发布报告消息。 OLT可以明确的请求 一个报告消息。 REGISTER_REQ REGISTER_REQ MPCPDU由某个 未发现ONU的MAC控制实体产生 。该MPCPDU被标记为广播类型 的LLID。 值指示描述 0保留接收时忽略 1RegisterONU注册尝试 2保留接收时忽略 3Deregiste rONU的重注册请求。相应 的，解除分配的MAC并重 新使用LLID。 4-255保留接收时忽略REGISTER_REQ MPCPDU的标志域 REGISTER REGISTER MPCPDU由对应 于所有ONU的MAC控制实 体产生，并被标记为广 播LLID。 值指示描述 0保
14、留接收时忽略 1Register要求ONU进行重注册 2Deregister请求解除端口分配并释 放LLID，相应的也要解 除MAC分配。 3Ack请求重注册成功 4Nack高层实体否定重注册请 求 5-255保留接收时忽略REGISTER MPCPDU的标志域 REGISTER_ACK REGISTER_ACK MPCPDU由对应于某 个激活的ONU的MAC控制实体产生， 该MPCPDU被标记为单播类型的LLID 。 值指示描述 0Nack上层实体否定请求的 重注册尝试 1Ack重注册进程成功确认 2-255保留接收时应忽略REGISTER_ACK MPCPDU的标志域 EPON技术研究下行
15、帧结构前导码 7Bytes帧定界符 1BytesDA 6BytesSA 6Bytes长度/类型 2Bytes数据 461500Bytes填充 不定FCS 4Bytes前导码 8BytesDA 6BytesSA 6Bytes长度/类型 2Bytes数据 461500Bytes填充 不定FCS 4Bytes5555SPD5555LLIDLLID CRC8以太网MAC帧EPON MAC帧SPD:SPD指示LLID和CRC位置EPON技术研究上行帧结构行帧帧由突发发的以太网帧帧MPCP上行控制帧帧物理层层的突发发开销组销组 成MPCP发现过程进程由OLT发起，它周 期性地产生合法的发现 时间窗口(Di
16、scovery Time Windows)，使OLT 有机会检测到非在线的 ONU。 发现进程的下一步是 OLT向新发现的ONU发送 注册(Register)消息， 该消息包含ONU的LLID 以及OLT要求的同步时 间。 OLT可以要求ONU重新执 行发现进程并重新注册 。同样，ONU也可以通 知OLT请求注销，然后 通过发现进程进行重注 册。 测距 OLT与各ONU间的环路时延不同： 各 ONU距 OLT的光纤纤路径不同 各ONU元器件的不一致性 环环境温度的变变化和器件老化，环环路延时时也会发发生不断的变变化 测距包括静态测距和动态测距： 静态测态测 距：用在新的ONU安装调试阶调试阶 段、停机的ONU重新 投入运行时时，通过过开窗测测距技术获术获 得往返时时延
