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1、宽带光接入技术原荣 编著1第 5 章 EPON接入网 EPON概述 EPON的物理媒质相关（PMD）层 EPON的传输帧结构 EPON多点控制协议（MPCP）和动态 带宽分配（DBR） EPON的运行维护和管理（OAM） EPON承载TDM业务 10 G EPON产业化进程宽带光接入技术原荣 编著2图5.1.1 通信技术的飞速发展使光纤技术从骨干网向 本地环渗透和以太网技术从局域网向骨干网渗透宽带光接入技术原荣 编著3通信技术的发展趋向 由于通信技术的飞速发展，出现了两种发展趋向 ，如图5.1.1所示： 第一种是光纤技术逐渐从骨干网向宽域网（WAN ）、城域网（MAN）发展，最后也将渗透到LA
2、N ； 第二种是以太网技术逐渐从局域网（LAN）向城 域网（MAN） 宽域网（WAN）发展，最后在 骨干网上也将可能传送的是IP包。 这两种技术的结合，将有可能导致最终广泛采用 综合了最好的光纤技术和以太网技术的光IP以太 网（如IP over DWDM）。它将是在一个平台上 提供数据 视频和语音业务的主要工具。宽带光接入技术原荣 编著45.1 EPON概述 5.1.1 EPON 的工作原理 5.1.2 EPON的关键技术 5.1.3 标准化进展 5.1.4 EPON系统协议分层模型宽带光接入技术原荣 编著55.1.1 EPON 的工作原理EPON和APON的主要区别是： 在EPON中，根据I
3、EEE 802.3以太网协议，传送的 是可变长度的数据包，最长可为1 526个字节； 而在APON中，根据ATM协议的规定，传送的是 包含48个字节的净荷和5字节信头的53字节的固定 长度信元。 APON如要传送IP业务，必须把IP包按每48字节 为一组拆分，然后在每组前附加上5字节的信头， 构成一个个ATM信元 。 与此相反，以太网适合携带IP业务，与ATM相比 ，极大地减少了开销。 宽带光接入技术原荣 编著6图5.1.2 EPON下行信息流的分发 在EPON中，OLT传送下行数据到多个ONU，上 下行传送采用不同的技术，下行采用TDM，上行 采用TDMA。宽带光接入技术原荣 编著7图5.1
4、.3 EPON上行信息流的汇集 在TDMA技术中将合路时隙分配给每个ONU，每个ONU 的信号在经过不同长度的光纤（产生不同的时延）传输后 ，进入光分配器的共用光纤，正好占据分配给它的一个指 定时隙，以避免发生相互碰撞干扰 宽带光接入技术原荣 编著8 EPON与APON一样，上行采用TDMA方式，这 就要求光线路终端（OLT）的上行方向采用突发 光接收机，以便能从接收到的突发脉冲串中的前 几个比特，快速地提取出同步时钟，进行突发同 步。 OLT的上行光接收机不能采用传统的自动增益控 制（AGC）办法，而必须采用特殊措施来保证能 够接收足够大动态范围的光功率 。 基于以太网技术的宽带接入网应该具
5、有高度的信 息安全性，电信级的网络可靠性、强大的网管功 能，并且能保证用户的接入带宽，这些问题也需 要解决。5.1.2 EPON的关键技术宽带光接入技术原荣 编著95.1.2 EPON的关键技术 图5.1.4 OLT上行接收机要能处理大动态 范围的接收光功率宽带光接入技术原荣 编著105.1.3 标准化进展 IEEE早在2006年就成立了一个TaskForce工作组 ，进行10 G EPON标准IEEE 802.3av的研究和制 订工作。10 G EPON标准的制订进程较快，已于 2009年9月正式发布。 10 G EPON采用64B/66B线路编码，效率高达97% ；更高的链路光功率预算（2
6、9 dB）；前向纠错（ FEC）功能采用RS（255，223）多进制编码，可 以使光功率预算相对于没有FEC增加 56dB。 宽带光接入技术原荣 编著11图5.1.5 10 G EPON与1 G EPON系统共存 兼容与波长分配示意图 下行采用双波长波分，上行采用双速率突发模式 接收技术，通过TDMA机制协调1 G和10 G ONU 共存。 宽带光接入技术原荣 编著125.1.4 EPON系统协议分层模型IEEE 802.3仅覆盖了物理层和部分数据链路层的规范。而 IEEE 802.3av主要对物理层，如PMD、PMA、PCS和RS 进行了规范，同时也覆盖了少部分数据链路层规范。 宽带光接入技
7、术原荣 编著13图5.1.7 EPON系统的分层结构（a） EPON系统的分层结构 （b） OLD的PCS和RS用于双速率模式宽带光接入技术原荣 编著145.2 EPON的物理媒质相关（PMD）层 5.2.1 EPON对PMD的基本要求 5.2.2 EPON光收发机规范 5.2.3 EPON接口 5.2.4 EPON光路设计宽带光接入技术原荣 编著155.2.1 EPON对PMD的基本要求 支持由光纤、光分/合路器构成的点对多点 的拓扑结构； 支持1 000 Mb/s数据光信号在单根光纤(含 1:16分路器)的传输距离不小于10 km或20 km，分别对应1 000 Base-PX10或1 0
8、00 Base-PX20两种PMD层； 物理层接口的误码率1012； 采用WDM技术实现在单根光纤上双向传输 。宽带光接入技术原荣 编著16图5.2.1 EPON物理媒质相关层（ PMD）的框图宽带光接入技术原荣 编著175.2.2 EPON光收发机规范 表5.2.2给出1 000 Base-PX10和1 000 Base- PX20光发射机主要技术参数。 表5.2.3 给出1 000 Base-PX10和1 000 Base- PX20光接收机主要技术参数。 由表5.2.2和5.2.3可见，无论是1 000 Base- PX10还是1 000 Base-PX20，上行方向均选 用1 2601
9、 360 nm波长的发射机，而下行方 向则选用1 4801 500 nm波长的发射机。 宽带光接入技术原荣 编著185.2.3 EPON接口 STM-N接口，通过它将非交换式TDM业务传输到 电话网络； Internet接口，通过它将IP业务传输给PON的用户 ； 语音网关，通过它将本地交换式TDM/语音业务传 输到公共交换电话网络（PSTN）； IP路由器或ATM边缘交换机，通过它直接将数据 业务传输到核心数据网络； 视频网络设备，通过它将视频业务传输到核心视 频网络，因为EPON也能够使用第三个波长分发 CATV模拟信号和IP视频信号。宽带光接入技术原荣 编著195.2.4 EPON光路设
10、计 图5.2.2 2波长EPON结构宽带光接入技术原荣 编著205.3 EPON传输帧结构 EPON帧格式与IEEE 802.3的以太数据帧格 式兼容，并在以太帧中加入时间标记（ Time Stamp）、逻辑链路标识符（LLID） 等字节。 下行数据传送采用广播方式，OLT为已注 册的ONU分配LLID，ONU接收与自己 LLID相匹配的下行数据帧。 上行采用时分多址接入（TDMA）技术， ONU仅在OLT分配的时隙发送数据。宽带光接入技术原荣 编著21图5.3.1 EPON下行帧结构它由一个被分割成固定长度帧的连续信息流组成，每帧又携 带多个可变长度的数据包（时隙）。含有同步标识符的时 钟信
11、息位于每帧的开头，用于ONU与OLT的同步，每2ms 发送一次，同步标识符占1个字节 宽带光接入技术原荣 编著22图5.3.2 EPON上行帧结构 数据流以帧的形式组成，帧长与下行帧长一样，也是2 ms ，每帧有一个帧头，表示该帧的开始。每帧进一步分割成 可变长度的时隙，每个时隙分配给一个ONU，用于发送给 OLT的上行数据 。宽带光接入技术原荣 编著23图5.3.3 EPON上行帧的组成过程 每个ONU有一个TDM控制器，它与OLT的定时信息一起， 控制上行数据包的发送时刻，以避免复合时相互间发生碰 撞和冲突。当ONU没有数据发送时，它就用空闲字节填充 它自己的时隙。宽带光接入技术原荣 编著
12、245.4 EPON多点控制协议（MPCP ）和动态带宽分配（DBR） 5.4.1 EPON的上行多址接入 5.4.2 EPON系统的同步和测距 5.4.3 EPON系统的动态带宽分配宽带光接入技术原荣 编著255.4.1 EPON的上行多址接入 EPON 802.3ah规定EPON通过多点MAC控 制（MPMC）子层，进行上行多址接入， 自动发现和注册ONU，分配上行带宽给各 ONU。为公平动态地分配带宽，ONU要向 OLT报告带宽请求。 但EPON 802.3ah并没规定DBR的策略和算 法，也没有规定终端设备的认证方法、QoS 的定义、保证及其管理策略。DBR算法和 QoS保证等相关技术
13、一般由厂家自主定义。宽带光接入技术原荣 编著26图5.4.1 MPCP协 议工作原 理示意图 采用TDMA方式在共享媒质上某段时间只允许一个MAC客户（ONU）发送以 太网帧，OLT处于主动地位，控制ONU发送时间；ONU处于从动地位，在 OLT授权下才能发送帧。这一功能由“授权处理过程”负责。 OLT若发现新加入PON系统的ONU，首先要办理注册手续，然后ONU才能发 送帧。 为了更好地利用PON系统带宽，所以采用反馈机制，即ONU要不断地向OLT 反馈报告其带宽需求，拥塞情况。 多点MAC控制子层产生MAC控制帧，以进行上面提到的授权处理、发现处理 和报告处理。这些MAC控制帧比数据帧具有
14、更高的优先级。宽带光接入技术原荣 编著275.4.2 EPON系统的同步和测距 EPON上行传输采用时分多址（TDMA）方式接 入，一个OLT可以接多个ONU，ONU至OLT之间 的距离最短的可以是几m ，最长的可达20 km。 光在光纤内传输，每km的传输延时为5 s；由于 环境温度的变化，传输延时也在不断的变化。 为了实现TDMA接入，保证每一个ONU的上行信 号在公用光纤汇合后，插入指定的时隙且彼此不 发生碰撞，必须对每一个ONU与OLT的距离进行 准确测定，控制各ONU发送上行信号的时刻，比 如 G.983.1建议要求测距精度为 1 bit，。宽带光接入技术原荣 编著28图5.4.2
15、用时间标 记进行系 统同步增 长 OLT和ONU两端具有同频的系统时钟，OLT以一 定的时间间隔给ONU发送当前OLT的时钟计数器 值（时钟标记值），ONU收到该时间标记后，用 该标记值来刷新ONU当前的时间标记，这样保证 ONU以落后OLT一定的时间同OLT在时间上同步 。宽带光接入技术原荣 编著29图 5.4.3 时间 标记 法测 距原 理 延迟值Td可以直接由OLT收到ONU返回的时间标记时刻的OLT时间T4减 去ONU发送报告的时间标记值T3得到，算法非常简单。测距的目的就是 测出经光纤来回传输后的时延Td值。 计算出Td后，就可以得到插入的时延补偿值Td com（见图8.4.3） Td com = T eq d Td （5.4.3） OLT得到Td com后，对ONU进行插入延时补偿，就可以解决同步问题， 实现TDMA传输。宽带光接入技术原荣 编著305.4.3 EPON系统的动态带宽分配 目前EPON动态带宽分配算法都是状态报告型。ONU通过 上行报告帧向
