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1、2024/7/302024/7/30接入网技术接入网技术接入网技术接入网技术第第5章章 光纤接入技术光纤接入技术2 2光纤接入网概述光纤接入网概述5.15.1ATMATM无源光网络（无源光网络（APONAPON）接入技术）接入技术5.25.2以太网无源光网络（以太网无源光网络（EPONEPON）接入技术）接入技术5.35.3吉比特无源光网络（吉比特无源光网络（GPONGPON）接入技术）接入技术5.45.4有源光网络（有源光网络（AONAON）接入技术）接入技术5.55.53 3 接入网技术接入网技术5.1 光接入网的基本概念光接入网的基本概念5.1.1光纤的优势光纤的优势n带宽优势带宽优势n
2、与双绞线和同轴缆相比，光纤的理论带宽几乎是无限的与双绞线和同轴缆相比，光纤的理论带宽几乎是无限的n单个波长可传输单个波长可传输10Gb/s，采用波分复用可传输更高的，采用波分复用可传输更高的速率速率n长距离传输优势长距离传输优势n衰减很小，不加中继的距离现在可达数百公里衰减很小，不加中继的距离现在可达数百公里n抗恶劣环境优势抗恶劣环境优势n抗腐蚀能力强，不受电磁波干扰抗腐蚀能力强，不受电磁波干扰n安全性优势安全性优势n盗接线头困难，不易盗听盗接线头困难，不易盗听大多数运营商断言：未来理想的宽带接入网是基于光纤的网络大多数运营商断言：未来理想的宽带接入网是基于光纤的网络4 4 接入网技术接入网技
3、术n光纤的工作窗口（可用工作波长区）有三个：光纤的工作窗口（可用工作波长区）有三个：n850nm窗口窗口 （ 780nm850nm）n1310nm窗口（窗口（ 1260nm1360nm）n1550nm窗口窗口 （ 1480nm1580nm）n三个工作区的使用情况三个工作区的使用情况n850nm波长常用于多模光纤通信，未得到很好使用波长常用于多模光纤通信，未得到很好使用n1310nm波长应用广泛，主要用于中距离、中容量的传波长应用广泛，主要用于中距离、中容量的传输输n1550nm波长用于长距离、大容量的传输波长用于长距离、大容量的传输n现已打开了第四个工作窗口：现已打开了第四个工作窗口：1625
4、nm 5 5 接入网技术接入网技术5.1.2 光接入网的基本结构光接入网的基本结构OAN：nOptical Access Network，光接入网，光接入网n光接入网概念：光接入网概念：n接入网中部分或全部使用光纤作为传输介质来实接入网中部分或全部使用光纤作为传输介质来实现信息传输的网络形式现信息传输的网络形式n光接入网是光接入网是G.902标准的一个典型实例标准的一个典型实例6 6 接入网技术接入网技术5.1.2 光接入网的基本结构光接入网的基本结构用户侧用户侧网络侧网络侧光接入网光接入网(OAN)光光光光用户侧设备用户侧设备（电（电/ /光）光）光接入网光接入网设备设备光光光接入网光接入网
5、设备设备网络侧设备网络侧设备（电（电/ /光）光）光光ITU-TITU-T提出的光接入网的基本结构提出的光接入网的基本结构提出的光接入网的基本结构提出的光接入网的基本结构接入网系统管理功能接入网系统管理功能Q3ONUONUODNOLTAF中心局中心局终端设备终端设备用户侧用户侧网络侧网络侧UNISNI光接入网光接入网(OAN)7 7 接入网技术接入网技术5.1.2光接入网的基本结构光接入网的基本结构n组成：组成：n光网络单元光网络单元ONU （Optical Network Unit）n提供用户到接入网的接口（光电转换、物理接口）提供用户到接入网的接口（光电转换、物理接口）n提供用户业务适配功
6、能（速率适配、信令转换）提供用户业务适配功能（速率适配、信令转换）n光分配网光分配网 ODN（Optical Distribution Network）n为为OLT和和OUN之间提供光传输技术之间提供光传输技术n由光连接器和光分路器由光连接器和光分路器OBD (Optical Branching device)组成组成n完成光信号功率的分配及光信号的分、复接功能完成光信号功率的分配及光信号的分、复接功能n光线路终端光线路终端OLT（Optical Line Terminal）n提供与中心局设备的接口（光电转换、物理接口）提供与中心局设备的接口（光电转换、物理接口）n提供与提供与ODN的光接口的
7、光接口n分离不同的业务分离不同的业务8 8 接入网技术接入网技术5.1.3 光接入网的分类光接入网的分类n光接入网可分为：光接入网可分为：AON、PONnAON：有源光网络：有源光网络nActive Optical Networkn接入网内含有源器件接入网内含有源器件n是主干网技术的延伸是主干网技术的延伸nSDH、PDH、ATM、等等等等nPON：无源光网络：无源光网络nPassive Optical Networkn接入网内不含有源器件接入网内不含有源器件n是专门为接入网发展的技术是专门为接入网发展的技术n无源：大大简化了接入途中的机房条件无源：大大简化了接入途中的机房条件n包括：包括：AP
8、ON、EPON9 9 APON基于基于ATM的无源光网络（在的无源光网络（在PON中采用中采用ATM技术），后更名为宽带技术），后更名为宽带PON（BPON）；）； EPON基于以太网的无源光网络（采用基于以太网的无源光网络（采用PON的拓扑结构实现以太网帧的接入）；的拓扑结构实现以太网帧的接入）； GPONGPON 业务是业务是BPON 的一种的一种n扩展。扩展。1010 5.1.4 光纤接入网的拓扑结构光纤接入网的拓扑结构1、无源光网络（、无源光网络（PON）的拓扑结构）的拓扑结构 n 无源光网络（无源光网络（PON）的拓扑结构一般采）的拓扑结构一般采用星形、树形和总线形。用星形、树形和总
9、线形。1111 单星形结构单星形结构 单星形结构是指用户端的每一个光网络单单星形结构是指用户端的每一个光网络单元元(ONU)分别通过一根或一对光纤与分别通过一根或一对光纤与OLT相连，形成以光线路终端相连，形成以光线路终端(OLT)为中为中心向四周辐射的星型连接结构。心向四周辐射的星型连接结构。 1212 双星形结构双星形结构 双星形结构单星形结构的改进，多个光网络双星形结构单星形结构的改进，多个光网络单元单元(ONU)均连接到无源光分路器均连接到无源光分路器OBD（分（分光器），然后通过一根或一对光纤再与光器），然后通过一根或一对光纤再与OLT相连。相连。1313（2）树形结构）树形结构 连
10、接连接OLT的第的第1个光分路器个光分路器(OBD)将光将光分成分成n路，下一级连接第路，下一级连接第2级级OBD或直接或直接连接连接ONU，最后一级的，最后一级的OBD连接连接n个个ONU。1414（3）总线形结构）总线形结构1515 2、有源光网络（、有源光网络（AON）的拓扑结构）的拓扑结构n 有源光网络（有源光网络（AON）的拓扑结构一）的拓扑结构一般采用双星形、链形和环形结构。般采用双星形、链形和环形结构。（1）有源双星形结构）有源双星形结构1616（2）链形结构）链形结构n 当涉及通信的所有点串联起来并使当涉及通信的所有点串联起来并使首末两个点开放时就形成了链形结构首末两个点开放时
11、就形成了链形结构（线形结构。（线形结构。 1717（3）环形结构）环形结构 环形结构是指所有节点共用一条光纤链环形结构是指所有节点共用一条光纤链路，光纤链路首尾相接组成封闭回路的路，光纤链路首尾相接组成封闭回路的网络结构。网络结构。 这种结构的突出优点是可实这种结构的突出优点是可实现自愈。现自愈。1818 接入网技术接入网技术5.1.5 光纤接入网的应用类型光纤接入网的应用类型ONUOBDONUONUBuildingOBDOBD FTTFTTC C FTT FTTB B FTTFTTH H homeOAN的应用示意图的应用示意图n根据根据ONU位置，位置，OAN可分为三种应用类型可分为三种应用
12、类型 n光纤到路边光纤到路边 FTTC n光纤到楼光纤到楼 FTTB n光纤到家光纤到家/办公室办公室 FTTH/O 1919 接入网技术接入网技术5.1.5 光纤接入网的应用类型光纤接入网的应用类型nFTTC： Fiber To The Curb/CabnONU设在交接箱处设在交接箱处n用户到用户到ONU之间（引入线）仍用双绞铜线连接或同轴缆之间（引入线）仍用双绞铜线连接或同轴缆n通常为点到点和点到多点结构通常为点到点和点到多点结构n一个一个ONU可为一个或多个用户提供接入可为一个或多个用户提供接入n是一种介质混合结构是一种介质混合结构n通常采用通常采用FTTC+xDSL技术技术ONUOBD
13、光接入网光接入网2020 接入网技术接入网技术5.1.5 光纤接入网的应用类型光纤接入网的应用类型nFTTB： Fiber To The BuildingnONU设在办公楼或居民住宅楼内的某个公共地方设在办公楼或居民住宅楼内的某个公共地方n用户到用户到ONU之间（引入线）用之间（引入线）用UTP5类线（或更高等级类线（或更高等级线）连接线）连接n点到多点结构，一个点到多点结构，一个OUN为多个用户提供接入为多个用户提供接入n通常采用通常采用FTTB+Ethernet技术技术OBD光接入网光接入网ONUBuddingEthernet2121 接入网技术接入网技术5.1.5 光纤接入网的应用类型光
14、纤接入网的应用类型nFTTH： Fiber To The HomenONU直接放在用户家里直接放在用户家里n中心局到用户之间全部为光连接和光传输中心局到用户之间全部为光连接和光传输n接入网无任何有源设备，是一个真正的透明网络接入网无任何有源设备，是一个真正的透明网络n是一种真正意义上的宽带接入技术是一种真正意义上的宽带接入技术n是用户接入网的长远目标是用户接入网的长远目标综上：综上：FTTH和和FTTC更适合分散的个人用户的接入更适合分散的个人用户的接入 FTTB更适合单位和密集小区用户的接入更适合单位和密集小区用户的接入OBD光接入网光接入网ONUhome2222 接入网技术接入网技术基站接
15、入基站接入2323 接入网技术接入网技术ADSL2+PONADSL2+VDSL2CentreofficeHomeVDSL2ONTADSL2+10/100Base-T1 km2 kmIPDSLAMGECurbBuildingGESplitterFTTCFTTBFTTBFTTHADSL2+VDSL2GEFTTBDSLBestSuitableistheBestChoiceFTTX场景分析2424 接入网技术接入网技术5.1.6光接入网的传输技术光接入网的传输技术1、双向传输技术（复用技术）、双向传输技术（复用技术）双向传输技术（复用技术）是上行信道双向传输技术（复用技术）是上行信道(ONU到到OLT
16、)和下行信道和下行信道(OLT到到ONU)的区分。的区分。（1）光空分复用）光空分复用(OSDM) OSDM就是双向通信的每一方向各使用一根光纤的就是双向通信的每一方向各使用一根光纤的通信方式，即单工方式。通信方式，即单工方式。25252626（2）光波分复用）光波分复用(OWDM) 只需将两个方向的信号分别调制在不同波长只需将两个方向的信号分别调制在不同波长上即可实现单纤双向传输的目的。上即可实现单纤双向传输的目的。2727（3）时间压缩复用方式）时间压缩复用方式(TCM)在一根光纤上以脉冲串形式的时分复用技术，在一根光纤上以脉冲串形式的时分复用技术，每个方向传送的信息，首先放在发送缓存中，
17、每个方向传送的信息，首先放在发送缓存中，然后每个方向在不同的时间间隔内发送到单然后每个方向在不同的时间间隔内发送到单根光纤上。根光纤上。2828（4）光副载波复用）光副载波复用(OSCM) 在在OSCM中，首先将两个方向的信号分中，首先将两个方向的信号分别调制到不同频率的射频波上，然后两别调制到不同频率的射频波上，然后两个方向的信号再各自调制一个光载波个方向的信号再各自调制一个光载波（可以使用一个波长）。（可以使用一个波长）。2929 接入网技术接入网技术 2、多址接入技术、多址接入技术 OLT与与ONU的连接方式采用点到多点的连接方的连接方式采用点到多点的连接方式时，为了使每个式时，为了使每
18、个ONU都能正确无误地与都能正确无误地与OLT进进行通信，反向的用户接入，即多点用户的上行接行通信，反向的用户接入，即多点用户的上行接入需要采用多址接入技术。入需要采用多址接入技术。3030（1）光时分多址接入）光时分多址接入(OTDMA)方式方式OTDMA方式是指将上行传输时间分为若干时隙，方式是指将上行传输时间分为若干时隙，在每个时隙只安排一个在每个时隙只安排一个ONU发送的信息，各发送的信息，各ONU按按OLT规定的时间顺序依次以分组的方式规定的时间顺序依次以分组的方式向向OLT发送。发送。3131（2）光波分多址）光波分多址(OWDMA)方式方式 光波分多址光波分多址(OWDMA)方式
19、是每个方式是每个ONU使用使用不同的工作波长，不同的工作波长，OLT接收端通过分波器来区接收端通过分波器来区分来自不同分来自不同ONU的信号。的信号。 3232（3）光码分多址）光码分多址(OCDMA) 光码分多址光码分多址(CDMA)方式是给每个方式是给每个ONU分配一个唯分配一个唯一的多址码，将各一的多址码，将各ONU的上行信号码元与自己的的上行信号码元与自己的多址码进行模二加，再调制相同波长的激光器，在多址码进行模二加，再调制相同波长的激光器，在OLT用各用各ONU的多址码恢复各的多址码恢复各ONU的信号。的信号。 3333 （4）光副载波多址（）光副载波多址（OSCMA）方式）方式 S
20、CMA方式采用模拟调制技术，将各个方式采用模拟调制技术，将各个ONU的的上行信号分别用不同的调制频率调制到不同的射上行信号分别用不同的调制频率调制到不同的射频段，然后用此模拟射频信号分别调制各频段，然后用此模拟射频信号分别调制各ONU的的激光器，把波长相同的各模拟光信号传输至激光器，把波长相同的各模拟光信号传输至OBD合路点后再耦合到同一馈线光纤到达合路点后再耦合到同一馈线光纤到达OLT，在，在OLT端经光端经光/电探测器后输出的电信号通过不同电探测器后输出的电信号通过不同的滤波器和鉴相器分别得到各的滤波器和鉴相器分别得到各ONU的上行信号。的上行信号。34343535 接入网技术接入网技术5
21、.2 无源光网络无源光网络PONnODN全部由无源器件组成（无源光分路器等）全部由无源器件组成（无源光分路器等）n信号在传输过程中无再生放大信号在传输过程中无再生放大n信号由光分路器、无源光功率分配器等传至用户信号由光分路器、无源光功率分配器等传至用户n实现透明传输，信号处理全由局端和用户端设备完实现透明传输，信号处理全由局端和用户端设备完成成n与有源光网络比：与有源光网络比：n覆盖范围和传输距离更小覆盖范围和传输距离更小n可靠性更高（户外无有源设备，提高抗干扰能力）可靠性更高（户外无有源设备，提高抗干扰能力）n价格更低、安装维护更方便价格更低、安装维护更方便n是光接入网有发展潜力的技术（价格
22、、维护等优势）是光接入网有发展潜力的技术（价格、维护等优势）3636 接入网技术接入网技术5.2.1 PON的系统结构的系统结构星形或树形拓扑结构星形或树形拓扑结构3737 接入网技术接入网技术5.2.2 PON的数据传输的数据传输n下行：下行：OLT向各向各ONU采用广播通信方式，传输连续时隙流采用广播通信方式，传输连续时隙流（下行帧）（下行帧）n局端数据局端数据 OLT 封装成连续时隙流下行帧封装成连续时隙流下行帧 n以广播方式传送以广播方式传送 各各ONU收到信元流，取出属于自己的收到信元流，取出属于自己的数据数据用户终端用户终端n上行：采用上行：采用TDMA技术（动态分配），突发传送时
23、隙流（上技术（动态分配），突发传送时隙流（上行帧）行帧）n各各ONU共享上行信道，且数据突发性强。共享上行信道，且数据突发性强。n各各ONU向向OLT申请带宽申请带宽OLT授权授权ONU发送（上行的发发送（上行的发送时隙、带宽分配等）送时隙、带宽分配等） 获得授权的获得授权的ONU在指定时隙在指定时隙发送发送3838 接入网技术接入网技术5.2.2 PON的数据传输的数据传输nPON的帧分上行帧和下行帧的帧分上行帧和下行帧n为了实现为了实现TDMA接入，在上行时隙中传输的数据要求附加开接入，在上行时隙中传输的数据要求附加开销。上行时隙格式如下：销。上行时隙格式如下：ONUONUONUOBD上行
24、突发模式上行突发模式下行连续模式下行连续模式保护时隙保护时隙附加开销附加开销 ATMATM信元信元/OAM/OAM信元信元/ /以太帧以太帧用于用于OLTOLT同步、标同步、标识信元开始识信元开始OAMOAM信元为管理信元，信元为管理信元，如带宽申请、测距等如带宽申请、测距等3939 接入网技术接入网技术n技术特点n单纤双向、点对多点n下行采用广播，上行采用时分多址(TDMA) 方式n采用了多点控制协议(MPCP)、绝对时标、光突发发送/接收等技术1490nm1310nm4040 接入网技术接入网技术PON技术标准化状况技术标准化状况4141 接入网技术接入网技术4242 接入网技术接入网技术
25、xPON系统的容量系统的容量EPONEPON系统系统GPONGPON系统系统下行带宽：下行带宽：1.25G1.25G上行带宽：上行带宽：1.25G1.25G下行带宽：下行带宽：2.5G2.5G上行带宽：可达上行带宽：可达2.5G2.5G单单PONPON口的情况口的情况4343 接入网技术接入网技术xPON网络基本结构网络基本结构光分路器OLTOLTODNODNONUONU局端主设备局端主设备传输通道传输通道末端设备末端设备4444 接入网技术接入网技术PONWLAN/LAN应对ADSL，为大客户用户和新小区提供差异化宽带服务Internet光纤全面替代铜线，网络扁平化光纤全面替代铜线，网络扁平
26、化大大节约网络设备，去除瓶颈大大节约网络设备，去除瓶颈BRASRouterOLT光分路器光分路器RouterVideoServersApplicationServersApplicationServersVideoServersONUModemPON组网优势组网优势PON的大容量和长距离传输优势可以节的大容量和长距离传输优势可以节约大量的局端设备、约大量的局端设备、90%以上的汇聚交换以上的汇聚交换机，简化了网络结构，提高了网络性能，机，简化了网络结构，提高了网络性能，节约了局房面积节约了局房面积PON的的OLT设备应尽量设置在城域网汇设备应尽量设置在城域网汇聚层，聚层，MDU型型ONU提供密
27、集用户接入提供密集用户接入无源光分配网故障率低，降低无源光分配网故障率低，降低OPEX3Km3Km1020Km/DSLAM汇聚汇聚交换机交换机双绞线双绞线双绞线双绞线光纤光纤光纤光纤4545 接入网技术接入网技术5.2.3 PON的关键技术的关键技术n测距技术测距技术n快速比特传送技术快速比特传送技术n突发信号的收发突发信号的收发n搅码技术（扰码）搅码技术（扰码）n媒质接入控制（媒质接入控制（MAC）技术）技术4646 接入网技术接入网技术测距技术测距技术 为何需要测距？为何需要测距？n采用采用TDMATDMA，必须保证每个时隙的数据彼此独，必须保证每个时隙的数据彼此独立，互不干扰立，互不干扰
28、nPONPON结构中，各结构中，各ONUONU到到OLTOLT的物理距离不等，的物理距离不等，则各则各ONUONU到到OLTOLT的传输时延不同，如不进行时的传输时延不同，如不进行时延补偿，会出现时隙的重叠，造成数据干扰延补偿，会出现时隙的重叠，造成数据干扰n为确保多个为确保多个ONUONU到到OLTOLT间的正确传输，必须引间的正确传输，必须引入测距机制，使各入测距机制，使各ONUONU到到OLTOLT的逻辑距离相等的逻辑距离相等4747 接入网技术接入网技术 上行信元间的碰撞和重叠上行信元间的碰撞和重叠上行信元间的碰撞和重叠上行信元间的碰撞和重叠4848 接入网技术接入网技术 ONU ON
29、U的虚拟距离与实际距离的虚拟距离与实际距离的虚拟距离与实际距离的虚拟距离与实际距离远远4949 接入网技术接入网技术快速比特传送技术快速比特传送技术n测距精度有限，各测距精度有限，各ONU到到OLT的上行比特流存在相位差异的上行比特流存在相位差异n需要采用某种技术实现快速同步需要采用某种技术实现快速同步n基本策略先实现位同步、再进行信元同步基本策略先实现位同步、再进行信元同步n普通的滑动技术不能满足快速同步要求，需采用其他技术普通的滑动技术不能满足快速同步要求，需采用其他技术突发信号的收发突发信号的收发n需要快速开启和关闭光电路，以适应上行的突发数据传输需要快速开启和关闭光电路，以适应上行的突
30、发数据传输n接收端，需要快速调整接收门限，以适应不同距离用户的接收端，需要快速调整接收门限，以适应不同距离用户的信号衰减信号衰减5050 接入网技术接入网技术快速AGC（光模块）(动态范围 20dB)快速时钟恢复（B-CDR SERDES)有快速有快速AGC阈值线阈值线0# ONU1# ONU0# ONT无快速无快速AGC恢复出来的数据恢复出来的数据到达到达OLT的信号及阈的信号及阈值建立值建立ONT/ONU发出的信号发出的信号PON基本技术突发接收基本技术突发接收5151 接入网技术接入网技术搅码技术（扰码）搅码技术（扰码）n为了保证共享介质传输的安全性，引入搅码技术为了保证共享介质传输的安
31、全性，引入搅码技术n在发送端：通过一个随机码对信息进行异或运算后传送在发送端：通过一个随机码对信息进行异或运算后传送n在接收端：采用相同的随机码再进行一次异或运算，得到在接收端：采用相同的随机码再进行一次异或运算，得到原始数据原始数据n信元的时隙分配信元的时隙分配n接入请求接入请求/允许允许n带宽的动态分配带宽的动态分配n带宽管理由带宽管理由OLT完成完成n为不同的业务提供优先级和带宽为不同的业务提供优先级和带宽n上行带宽的占用由媒质接入控制上行带宽的占用由媒质接入控制MAC协议实现协议实现媒质接入控制（媒质接入控制（MAC）技术）技术5252 接入网技术接入网技术5.3 EPON的工作原理的
32、工作原理nEPON：Ethernet Passive optical networkn在在PON上传送上传送Ethernet帧帧n基于基于Ethernet技术和技术和PON技术技术n物理层采用物理层采用PON，链路层采用以太网，链路层采用以太网n速率速率(数据传输速率：数据传输速率：1Gbit/s)n下行：千兆，广播方式下行：千兆，广播方式n上行：千兆，共享上行：千兆，共享n标准规范：标准规范：IEEE的的802.3ahn传输距离传输距离20 Km20 Km，分支比，分支比 1:321:325353 接入网技术接入网技术5.3.1 EPON的系统结构的系统结构n网络结构与网络结构与PON相似，
33、但：相似，但：n接入的主干网为以太网接入的主干网为以太网n传输的数据流为以太帧流传输的数据流为以太帧流OLTODNONU1ONU2ONUnEPON（传输（传输以太帧流以太帧流）Ethernet 交换机交换机用户用户用户用户用户用户OBD5454 接入网技术接入网技术EPON-MA5680T在全网解决方案中的应用5555 接入网技术接入网技术5.3.1 EPON的系统结构的系统结构nEPON是由OLT（光线路终端）、ONU（光网络单元）以及ODN（光分配网络）构成n拓扑结构多为星型或树型分支结构n为物理的点到多点结构nODN由无源分光器和光纤组成nOLT位于EPON系统的局端一侧，负责EPON系
34、统外部资源与终端用户的连接，汇聚外部业务，协调远端ONU。n外部资源包括语音、数据及视频业务。除了这些基本功能外，高等级的OLT还具备数据路由、交换和语音网关等功能。nONU负责用户的接入，业务的覆盖。5656 接入网技术接入网技术5.3.2 EPON的复用技术的复用技术n上、下行信息速率均为上、下行信息速率均为1Gb/sn其物理层编码方式为其物理层编码方式为8B/10B码，所以其线路码码，所以其线路码速率为速率为1.25Gb/sn由一根光纤采用波分复用实现全双工通信由一根光纤采用波分复用实现全双工通信5757n使用三个波长时，下行使用使用三个波长时，下行使用1490nm、上行使用上行使用13
35、10nm，增加一个下行，增加一个下行1550nm波长，携带下行波长，携带下行CATV业务。业务。n 使用二个波长时，下行（使用二个波长时，下行（OLT到到ONU）使用使用1490nm，上行（，上行（ONU到到OLT）使）使用用1310nm，用于分配数据、语音和，用于分配数据、语音和IP交换式数字视频（交换式数字视频（SDV）业务。）业务。5858 接入网技术接入网技术 EPON的光路波长分配的光路波长分配5959 1、下行通信、下行通信n EPON下行采用时分复用（下行采用时分复用（TDM）+广广播的传输方式。播的传输方式。 6060nEPON下行传输的数据流被组成固定长度的下行传输的数据流被
36、组成固定长度的帧。帧。6161nEPON下行传输速率为下行传输速率为1.25Gbit/s，每帧，每帧帧长为帧长为2ms，携带多个可变长度的数据包。，携带多个可变长度的数据包。 n含有同步标识符的时钟信息位于每帧的开含有同步标识符的时钟信息位于每帧的开头，用于头，用于ONU与与OLT的同步，同步标识符的同步，同步标识符占占1个字节。个字节。6262 2、上行通信、上行通信n 在上行方向，在上行方向，EPON采用时分多址接入采用时分多址接入（TDMA）方式，具体来说，就是每个）方式，具体来说，就是每个ONU只能在只能在OLT已分配的特定时隙中发已分配的特定时隙中发送数据帧，每个特定时刻只能有一个送
37、数据帧，每个特定时刻只能有一个ONU发送数据帧，否则，发送数据帧，否则，ONU间将产生间将产生时隙冲突，导致时隙冲突，导致OLT无法正确接收各个无法正确接收各个ONU的数据，所以要对的数据，所以要对ONU发送上行数发送上行数据帧的时隙进行控制。据帧的时隙进行控制。63636464n 每帧进一步分割成可变长度的时隙，每每帧进一步分割成可变长度的时隙，每个时隙分配给一个个时隙分配给一个ONU。 6565 接入网技术接入网技术EPON的帧格式的帧格式nEPON传送可变长传送可变长Ethernet帧（帧（641518字节）字节）nEPON帧为定时长帧帧为定时长帧n下行：下行：n固定长度帧的连续数据流（
38、固定长度帧的连续数据流（2ms），内含多个不同长度），内含多个不同长度的以太帧（时隙）头部校验部分，其中：信息头部的以太帧（时隙）头部校验部分，其中：信息头部含含ONU标识符和同步头标识符和同步头n上行：上行：n采用采用TDM技术，每个技术，每个ONU在授权给定的时隙内发送数据在授权给定的时隙内发送数据帧，不会发生碰撞（注：申请带宽时可能发生碰撞）。帧，不会发生碰撞（注：申请带宽时可能发生碰撞）。帧长度也为帧长度也为2ms6666 接入网技术接入网技术5.3.3 EPON的协议模型的协议模型6767 接入网技术接入网技术n数据链路层数据链路层nMAC Client （媒体访问控制客户端）子层（
39、媒体访问控制客户端）子层n提供终端协议栈的以太网提供终端协议栈的以太网MAC和上层之间的接口；和上层之间的接口；nOAM子层子层n负责有关负责有关EPON网络运维的功能网络运维的功能nMAC控制子层控制子层n负责负责ONU的接入控制，通过的接入控制，通过MAC控制帧完成对控制帧完成对ONU的初始化、的初始化、测距、和动态带宽分配，采用申请测距、和动态带宽分配，采用申请/授权（授权（Request/Grant）机制，执行多点控制协议（机制，执行多点控制协议（MPCP），），MPCP的主要功能是轮流的主要功能是轮流检测用户端的带宽请求，并分配带宽和控制网络启动过程；检测用户端的带宽请求，并分配带宽
40、和控制网络启动过程； nMAC （Medium Access Control，媒介接入控制）子，媒介接入控制）子层层n将上层通信发送的数据封装到以太网的帧结构中，并决定数据将上层通信发送的数据封装到以太网的帧结构中，并决定数据的发送和接收方式的发送和接收方式6868 接入网技术接入网技术EPON的协调子层的协调子层 nP2MP拓扑上的点对点仿真拓扑上的点对点仿真nOLT包含包含N个个MAC端口，一个端口对应一个端口，一个端口对应一个ONU。n在在ONU注册过程中，注册过程中，OLT给每个给每个ONU分配一个唯一的分配一个唯一的LLID，同时，同时，OLT的每个的每个MAC端口配置一个与其相连端
41、口配置一个与其相连ONU相同的相同的LLID。n当当OLT发送一个帧给发送一个帧给ONU时，时，OLT的仿真功能在帧中插的仿真功能在帧中插入一个特定的入一个特定的LLID，这个，这个LLID与数据帧将要前往的与数据帧将要前往的MAC端口相关。端口相关。n只有与该只有与该LLID相同的相同的ONU能与发送的帧匹配，并将数据接收传能与发送的帧匹配，并将数据接收传送给送给MAC层层n其它的其它的ONU无法与该无法与该LLID匹配，数据帧被它们忽略，匹配，数据帧被它们忽略，MAC层无层无法看到法看到n上行方向，上行方向，ONU把它的把它的LLID插入每个发送的数据帧中，插入每个发送的数据帧中，OLT将
42、根据这个唯一的将根据这个唯一的LLID将数据帧分发到相应的将数据帧分发到相应的MAC端口。端口。6969 接入网技术接入网技术 EPON的协调子层的协调子层 nEPON 协议帧是在协议帧是在802.3帧格式上扩展而来帧格式上扩展而来.n与与802.3帧的主要区别在于帧的主要区别在于EPON对对MAC帧的前帧的前导码和起始定界符导码和起始定界符 (SFD) 这这8个字节做了扩展个字节做了扩展.n主要变化是在前导码中以主要变化是在前导码中以SLD，LLID，和，和CRC8代替了前导码中的几个字节代替了前导码中的几个字节.nSLD用来给接收方定位用来给接收方定位LLID和和CRC8域域.nLLID为
43、为2字节长，最高位为模式位，剩下字节长，最高位为模式位，剩下15位指明对位指明对应的应的MAC地址的地址的LLID.nCRC8域包含从域包含从SLD到到LLID之间的之间的CRC校验码校验码.n通过通过MAC地址和地址和LLID的映射，完成了在的映射，完成了在P2MP拓扑上的点对点仿真拓扑上的点对点仿真.7070 接入网技术接入网技术 EPON的协调子层的协调子层普通MAC帧和EPON帧前导码的区别字节前导码&SFDEPON扩展注释10x550x55相同20x550x55相同30x55SLDLLID起始定界符(SLD)40x550x5550x550x5560x55LLID 15:8最高位为mo
44、de位，低7位为LLID14:870x55LLID 7:0LLID 7:080xd5CRC837字节的CRC校验和7171 接入网技术接入网技术nPHY层层n物理编码子层物理编码子层PCSn将将GMII发送的数据进行编码发送的数据进行编码/解码（解码（8B/10B），使），使之适合在物理媒体上传送；之适合在物理媒体上传送；n物理介质附加子层物理介质附加子层PMAn负责发送、接收、定时恢复和相位对准功能。负责发送、接收、定时恢复和相位对准功能。n物理介质相关子层物理介质相关子层PMDn位于整个网络的最底层，主要完成光纤连接、电位于整个网络的最底层，主要完成光纤连接、电/光光转换等功能。转换等功能
45、。PMD为电为电/光收发器，把输入的电压变光收发器，把输入的电压变化状态变为光波或光脉冲，以便能在光纤中传输。化状态变为光波或光脉冲，以便能在光纤中传输。7272 接入网技术接入网技术5.4 物理层的关键技术 为降低为降低 ONU 的成本，的成本，EPON 物理层的关键技术集中于物理层的关键技术集中于 OLT,包括包括:突发信号的快速同步、网同步、光收发模块的突发信号的快速同步、网同步、光收发模块的功率控制和自适应接收。功率控制和自适应接收。n由于由于OLT 接收到的信号为各个接收到的信号为各个ONU 的突发信号的突发信号,OLT 必必须能在很短的时间（几个比特内）内实现相位的同步须能在很短的
46、时间（几个比特内）内实现相位的同步,进进而接收数据。而接收数据。n上行信道采用上行信道采用 TDMA 方式方式,而而 20 km 光纤传输时延可达光纤传输时延可达0.1 ms （105 个比特的宽度）个比特的宽度）,为避免为避免 OLT 接收侧的数接收侧的数据碰撞据碰撞,必须利用测距和时延补偿技术实现全网时隙同步必须利用测距和时延补偿技术实现全网时隙同步,使数据包按使数据包按 DBA 算法的确定时隙到达。算法的确定时隙到达。n由于各个由于各个 ONU 相对于相对于OLT 的距离不同的距离不同,对于对于 OLT 的接收的接收模块模块,不同时隙的功率不同，在不同时隙的功率不同，在 DBA 应用中应
47、用中,甚至相同时甚至相同时隙的功率也不同（同一时隙可能对应不同的隙的功率也不同（同一时隙可能对应不同的ONU）,称为称为远近效应（远近效应（Far-nearProblem ）。因此）。因此,OLT必须能够快必须能够快速调节其速调节其0、1 电平的判决点。电平的判决点。7373 接入网技术接入网技术n在下行方向，只有在下行方向，只有OLT一个信号源，一个信号源，ONU接收的是接收的是OLT发射过来的恒速流信发射过来的恒速流信号。对于某一个特定的号。对于某一个特定的ONU来讲，在物理层面上接收信号电平和相位特性是来讲，在物理层面上接收信号电平和相位特性是相对稳定的，因此不会存在突发接收问题。相对稳
48、定的，因此不会存在突发接收问题。OLT一旦启动，激光器一直处于一旦启动，激光器一直处于开启和调制状态，因此也不会存在突发发射问题。但在上行方向，有多个信开启和调制状态，因此也不会存在突发发射问题。但在上行方向，有多个信号源号源ONU, ONU与与OLT之间的不同距离以及链路特性上的差异会造成各之间的不同距离以及链路特性上的差异会造成各ONU的发送的信号功率到达的发送的信号功率到达OLT时各不相同；同时，一个时各不相同；同时，一个ONU发射的信号与来自发射的信号与来自其他其他ONU的信号没有严格的同步关系，这要求的信号没有严格的同步关系，这要求OLT在很短的时间内对每个在很短的时间内对每个ONU
49、的突发信号分别同步，简而言之，这就需要的突发信号分别同步，简而言之，这就需要OLT端的接收机支持突发接端的接收机支持突发接收。收。图图EPON光突发信号产生与接收光突发信号产生与接收7474 接入网技术接入网技术n为了减轻网络对突发光接收器件的要求，为了减轻网络对突发光接收器件的要求，EPON对物理层信号的传输格式进对物理层信号的传输格式进行了进一步规定。行了进一步规定。EPON要求每个要求每个ONU在发送突发信号之间要发送足够长的在发送突发信号之间要发送足够长的空闲信号，以留出时间来打开激光器和调整接收机参数，并不传送上层数据。空闲信号，以留出时间来打开激光器和调整接收机参数，并不传送上层数
50、据。接收机可以空闲信号的幅度和相位特性来在接收真正的数据信号之前调整到接收机可以空闲信号的幅度和相位特性来在接收真正的数据信号之前调整到最佳状态。空闲信号的时间长度，也称为保护带（最佳状态。空闲信号的时间长度，也称为保护带（guard band）。它是下）。它是下列参数的总和。这样列参数的总和。这样EPON信号保护带的时间长度在信号保护带的时间长度在12 之间，有效地之间，有效地简化了简化了EPON突发模块的设计要求。突发模块的设计要求。 图图EPON信号的物理层开销信号的物理层开销7575 接入网技术接入网技术5.5 EPON的工作过程的工作过程EPON网络启动时，会有一个初始化过程，网络启
51、动时，会有一个初始化过程，ONU会向会向OLT注册自己的信注册自己的信息，得到一个息，得到一个LLID来标示自己。在控制信息交互的同时，来标示自己。在控制信息交互的同时，OLT与与ONU之间还会完成时钟的同步和测距。之间还会完成时钟的同步和测距。OLT根据根据ONU的数目和业务的数目和业务以及与其距离的长远，来完成时隙的分配。以及与其距离的长远，来完成时隙的分配。初始化完成后，初始化完成后，EPON就进入正常的通信状态。就进入正常的通信状态。OLT会通过控制信息来会通过控制信息来控制各个控制各个ONU发射信号的时间。在每一次的控制信息交互中，发射信号的时间。在每一次的控制信息交互中，OLT和和
52、ONU之间都会对测距进行校准，下一次带宽分配的依据。之间都会对测距进行校准，下一次带宽分配的依据。OLT在完成在完成通信的同时，还会向网络广播注册信息，一旦有新的通信的同时，还会向网络广播注册信息，一旦有新的ONU加入，新加加入，新加入的入的ONU就会相应注册信息，完成注册过程。就会相应注册信息，完成注册过程。ONU还会向还会向OLT报告报告自己的业务拥塞状态，自己的业务拥塞状态，OLT会根据这些信息，来动态地分配带宽。会根据这些信息，来动态地分配带宽。n可以看出，可以看出，EPON是通过控制帧来进行是通过控制帧来进行MPCP控制的。控制的。MPCP同时负同时负责收集定时信息，责收集定时信息，
53、OLT会根据相应的带宽分配方法来调整会根据相应的带宽分配方法来调整ONU可接入可接入带宽。带宽。7676 接入网技术接入网技术nOLT作为作为EPON的核心，实现以下功能的核心，实现以下功能:发起并控制测距过程，并记录测距信息。发起并控制测距过程，并记录测距信息。根据测距信息，利用带宽分配算法，为根据测距信息，利用带宽分配算法，为ONU分配带分配带宽，即控制宽，即控制ONU发送数据的起始时间和发送窗口发送数据的起始时间和发送窗口大小。大小。nONU则实现下列功能则实现下列功能:响应响应OLT发出的测距及功率控制命令，并作相应的发出的测距及功率控制命令，并作相应的调整调整选择接收选择接收OLT发
54、送的数据发送的数据对用户的以太网数据进行缓存，并在对用户的以太网数据进行缓存，并在OLT分配的发分配的发送窗口中向上行方向发送。送窗口中向上行方向发送。7777 接入网技术接入网技术5.6 EPON的的MPCP协议协议nMPCP协议功能协议功能nONU的自动发现和注册的自动发现和注册nONU的动态测距的动态测距n提供提供OLT给给ONU进行带宽分配的机制进行带宽分配的机制 7878 接入网技术接入网技术MPCP通用帧结构通用帧结构 5.6.1 MPCP定义的协议帧定义的协议帧7979 接入网技术接入网技术nMPCP定义的协议帧定义的协议帧nGATE帧：帧： 在在Discovery过程和正常数据
55、操作过程中发过程和正常数据操作过程中发送授权时间片给送授权时间片给 ONU，以便，以便ONU根据所分配的时间片根据所分配的时间片进行数据发送进行数据发送nREPORT帧帧: 从从ONU发往发往OLT用于报告用于报告ONU的状态以及的状态以及请求请求.nREGISTER_REQ：在自动发现过程中，：在自动发现过程中，ONU发给发给OLT用于向用于向OLT请求注册。请求注册。nREGISTER：OLT发给发给ONU用于对用于对REGISTER_REQ消消息的响应息的响应.nREGISTER_ACK：ONU发给发给OLT指示整个注册过程的指示整个注册过程的结束。结束。 8080 接入网技术接入网技术
56、MPCP PDU8181 接入网技术接入网技术MPCP GATE PDUn授权帧的功能授权帧的功能n发现授权，用于为所有未注册的发现授权，用于为所有未注册的ONU分配自动发现授权分配自动发现授权n普通授权，用于为单一的已经注册的普通授权，用于为单一的已经注册的ONU分配发送授权分配发送授权n部分字段的含义部分字段的含义nNUMBER OF GRANTS/FLAGS: n0-2比特，授权数目比特，授权数目n3 比特，发现授权比特，发现授权/普通授权普通授权n4-7比特，强制报告，指示比特，强制报告，指示OLT是否要求是否要求ONU在对应的发送窗口在对应的发送窗口内发送报告帧内发送报告帧nSYNC
57、 TIME：OLT告诉告诉ONU它接收来自它接收来自ONU的信号所的信号所需要的同步时间，约为几百纳秒，在同步时间期间，需要的同步时间，约为几百纳秒，在同步时间期间，ONU应该只传输空闲码组。应该只传输空闲码组。nGRANT START TIME / GRANT TIME: 用开始时间和用开始时间和长度来表示长度来表示ONU发送数据的时间窗口，该时间窗口包括发送数据的时间窗口，该时间窗口包括ONU打开激光器的时间、同步时间、发送数据的时间和打开激光器的时间、同步时间、发送数据的时间和关闭激光器的时间。关闭激光器的时间。8282 接入网技术接入网技术MPCP PDU8383 接入网技术接入网技术
58、MPCP REPORT PDUnREPORT帧的功能帧的功能:n从从ONU发往发往OLT用于报告用于报告ONU的状态的状态n向向OLU请求上行带宽请求上行带宽n部分字段的作用部分字段的作用nNUMBER OF QUEUE SETS: 队列集的数量，队列集的数量，表示有多少个队列集。表示有多少个队列集。nREPORT BITMAP: 该字段的每个比特对应于一该字段的每个比特对应于一个队列，该比特位个队列，该比特位1，表示该队列存在，为，表示该队列存在，为0表表示不存在。示不存在。nQUEUE #N REPORT: 队列队列#N 报告的长度信报告的长度信息。息。8484 接入网技术接入网技术MPC
59、P REGISTER_REQ PDU8585 接入网技术接入网技术MPCP REGISTER_REQ PDUnREGISTER_REQ PDU部分字段含义部分字段含义 nTimestamp:携带携带MPCP时钟，对应发送时钟，对应发送DA第第一个字节时的时钟值一个字节时的时钟值n用于同步用于同步OLT与与ONU的的MPCP时钟时钟n用于测距用于测距nFlag:表示是请求注册，还是结束注册表示是请求注册，还是结束注册nPending grants: 向向OLT指示指示ONU可以存储未可以存储未来授权的缓存容量，来授权的缓存容量，OLT把接收到的这个字段的把接收到的这个字段的值用来作为发布授权的参
60、考。值用来作为发布授权的参考。DBA不应发布超过不应发布超过ONU存储能力的授权。存储能力的授权。8686 接入网技术接入网技术MPCP REGISTER PDU8787 接入网技术接入网技术MPCP REGISTER PDUnREGISTER PDU部分字段含义部分字段含义 nAssigned port：给：给ONU分配分配LLID, 一旦一旦LLID分配给分配给ONU并与并与OLT的相应端口联系起来后，的相应端口联系起来后，OLT和和ONU之间之间的一条单播的逻辑链路就被建立起来了。的一条单播的逻辑链路就被建立起来了。nFLAGS：指定：指定OLT对对ONU发布的不同的注册命令，包括发布的
61、不同的注册命令，包括n重新注册：已注册的重新注册：已注册的ONU重新注册一次重新注册一次n解除注册：已注册的解除注册：已注册的ONU释放释放LLID,转换到未初始化状态转换到未初始化状态n确认：确认确认：确认ONU注册成功注册成功n拒绝：拒绝拒绝：拒绝ONU的注册请求，该的注册请求，该ONU仍处于为初始化状态仍处于为初始化状态nSYNC TIME: 与授权帧的同步时间含义一致与授权帧的同步时间含义一致nECHOED PENDING GRANTS: 应答悬挂授权，表示应答悬挂授权，表示OLT向向ONU确认它已知道了确认它已知道了ONU能够存储的做大授权数。能够存储的做大授权数。8888 接入网技
62、术接入网技术MPCP REGISTER_ACK PDU8989 接入网技术接入网技术MPCP REGISTER_ACK PDUnREGISTER_ACK PDU部分字段含义部分字段含义 nFLAGS: 指定指定ONU侧不同的注册响应，可以是侧不同的注册响应，可以是拒绝、确认。拒绝、确认。nECHOED ASSIGNED PORT: 注册帧中注册帧中ASSIGNED PORT的拷贝的拷贝nECHOED SYNC TIME：注册帧中：注册帧中SYNC TIME的拷贝的拷贝9090 接入网技术接入网技术5.7 EPON测距过程测距过程n各个各个ONU到到OLT传输时延变化传输时延变化n物理距离物理距
63、离n环境温度的变化环境温度的变化n光电器件的老化等因素光电器件的老化等因素n在在ONU的注册阶段的注册阶段n进行静态测距进行静态测距n补偿由物理距离差异造成的时延补偿由物理距离差异造成的时延n通信过程中通信过程中n实时进行动态精测实时进行动态精测n校正环境温度变化和器件老化等因素引起的时延漂移校正环境温度变化和器件老化等因素引起的时延漂移 9191 接入网技术接入网技术nOLT有个本地时钟计数器，该计数器对时间颗粒计数。当有个本地时钟计数器，该计数器对时间颗粒计数。当OLT发送发送MPCP帧时，它就将本地时钟计数器的值，即绝帧时，它就将本地时钟计数器的值，即绝对时钟插入到其时间标签域中。对时钟
64、插入到其时间标签域中。ONU中也有一个本地时钟中也有一个本地时钟计数器。这个计数器也是对时间颗粒计数。但是，计数器。这个计数器也是对时间颗粒计数。但是，ONU无无论何时接收到论何时接收到OLT发送的发送的MPCP帧，就要将这个帧所携带帧，就要将这个帧所携带的新的时间标签值来刷新自己的本地时钟计数器的值。的新的时间标签值来刷新自己的本地时钟计数器的值。利用时间标签下行同步利用时间标签下行同步5.7.1 EPON中的时间标签测距法的原理9292 接入网技术接入网技术n时间标签法测距是基于时间标签法测距是基于EPON系统时间标签同步的。时间标签法测距系统时间标签同步的。时间标签法测距即通过时间标签的
65、传递，通过计算接收的时间标签值和本地时钟计数即通过时间标签的传递，通过计算接收的时间标签值和本地时钟计数器时间标签差值来实现测距。器时间标签差值来实现测距。图图时间标签法测距的原理时间标签法测距的原理9393 接入网技术接入网技术nOLT在本地时间为在本地时间为t1时，给时，给ONU发送一个发送一个GATE帧，它携帧，它携带的时间标签值为带的时间标签值为TS=tl 。经过。经过Td时间的传输延时后，时间的传输延时后，这个这个GATE帧到达帧到达ONU。已启动的。已启动的ONU在在T2时刻监测到时刻监测到一个空闲时隙标记时，将本地计时器重置为一个空闲时隙标记时，将本地计时器重置为T1，然后就，然
66、后就等待。等待等待。等待Twait时间后，即在时刻时间后，即在时刻T3这个这个ONU的发送的发送窗口开始了，它就发送窗口开始了，它就发送REPORT帧，包含帧，包含ONU参数的参数的地址、服务等级等）在线响应数据帧，此时，数据帧中的地址、服务等级等）在线响应数据帧，此时，数据帧中的本地时间戮为本地时间戮为T4;经过经过Tu时间的传输延时后，时间的传输延时后，OLT在在T5时刻接收到该响应帧。测距的目的是要得到由时刻接收到该响应帧。测距的目的是要得到由ONU到到OLT之间的之间的RTT植。植。 RTT=（T5-T1）-Twait =T5-T1）一（）一（T4一一T1） =T5-T4 从上式可以看
67、出，从上式可以看出，OLT用收到用收到ONU的响应帧时，本地时的响应帧时，本地时钟计数器的绝对时标值减去收到的响应帧中时间标签域的钟计数器的绝对时标值减去收到的响应帧中时间标签域的值，就可以得到值，就可以得到ONU的的RTT值了值了.9494 接入网技术接入网技术 当当OLT通过测距过程得到了通过测距过程得到了ONUi初始的或实时的初始的或实时的RTTi后，后， Tdi = Teqd - RTTi ONUi在发送所有的数据之前都延时在发送所有的数据之前都延时Tdi，这样，这样ONUi的均衡环路延时就限的均衡环路延时就限定为定为Teqd这个固定值，从而避免了上行的数据冲突这个固定值，从而避免了上
68、行的数据冲突利用测距结果实现上行时隙同步的原理利用测距结果实现上行时隙同步的原理9595 接入网技术接入网技术（1） ONU的初始测距 用用Te表示表示OLT希望接收到希望接收到ONU数据的时间，数据的时间，Ta表表示示ONU实际发送数据的时间，实际发送数据的时间，Te与与Ta之间的关之间的关系为系为: Te=Ta-RTT （2）ONU的动态测距nEPON系统系统OLT周期地发送周期地发送GATE帧到帧到ONU，指明，指明ONU的授权。的授权。ONU周期地上报周期地上报REPORT帧至帧至OLT，指明其带宽请求。我们利用，指明其带宽请求。我们利用REPORT帧上的时帧上的时间标签进行动态时间标
69、签法测距。这样测距间隔间标签进行动态时间标签法测距。这样测距间隔时间为时间为GATE、REPORT帧的周期帧的周期. 9696 接入网技术接入网技术5.8 ONU的自动发现过程的自动发现过程 n在在EPON网络中，网络中，ONU并不总是在线的，因此并不总是在线的，因此OLT和和ONU之间需要一个自动发现过程，以使得离线之间需要一个自动发现过程，以使得离线的的ONU能够登录并访问能够登录并访问PON网络网络 。n自动发现过程是由自动发现过程是由OLT来控制来控制 n自动发现过程如下自动发现过程如下nOLT周期性的发送周期性的发送Discovery GATE帧，其中包含了帧，其中包含了ONU可以利
70、用的可以利用的Discovery时隙窗口，使得离线时隙窗口，使得离线ONU有有机会发送消息以让机会发送消息以让OLT知道它的存在。知道它的存在。nDiscovery GATE帧以广播的方式发送。帧以广播的方式发送。nDiscovery GATE帧中包含了发现窗口的起始时间和长度。帧中包含了发现窗口的起始时间和长度。9797 接入网技术接入网技术5.8.1 ONU的自动发现过程的自动发现过程 9898 接入网技术接入网技术n（1）OLT 每隔每隔 1s 向系统各个向系统各个 ONU 广播发送目的地址为广播广播发送目的地址为广播LLID （全零）（全零） 的注册授权的注册授权, 并根据系统内距离最
71、远的并根据系统内距离最远的 ONU 确定开窗大小确定开窗大小 （ 例如例如:10 km 为为 150s ;20 km 为为 250s ;30 km 为为 350s）。）。注册授权的发送是否被激活由网管决定注册授权的发送是否被激活由网管决定, 当网管允许新当网管允许新 ONU 加入时加入时, 向向 OLT 发出使能信息发出使能信息, OLT 收到网管发出的使能信息后收到网管发出的使能信息后,就可以周期就可以周期性地发送注册授权。性地发送注册授权。n（2）新的）新的 ONU 收到注册授权后收到注册授权后, 在开窗分配的时间内向在开窗分配的时间内向 OLT发送注发送注册请求帧册请求帧, 并等待接收并
72、等待接收 OLT 发送的注册帧。如果发送的注册帧。如果 ONU 在发送注册请在发送注册请求帧后求帧后 100ms （系统可配置）（系统可配置） 内还没有收到内还没有收到 OLT 发出的注册帧发出的注册帧, 则认为注册冲突则认为注册冲突, 自动延迟一定时间（自动延迟一定时间（18 s , 系统可配置）后系统可配置）后, 等待等待 OLT 新的注册授权开窗。新的注册授权开窗。n（3）OLT 接收到接收到 ONU 发出的注册请求帧后发出的注册请求帧后, 由系统软件为该由系统软件为该ONU 分配分配 ONU ID , 然后以广播然后以广播 LLID 向该向该 ONU 发送注册帧发送注册帧, 目的目的
73、MAC 地址指向该地址指向该 ONU。 需要考虑的是当有多个需要考虑的是当有多个 ONU 正好同时需要加入正好同时需要加入系统时系统时, 自动加入流程如何处理。自动加入流程如何处理。 此时可能有多个此时可能有多个ONU 收到收到 OLT 发发出的注册授权出的注册授权, 并都在开窗给定的时间内向并都在开窗给定的时间内向OLT 发送注册请求帧。发送注册请求帧。9999 接入网技术接入网技术n（4）在发送了注册帧后）在发送了注册帧后, OLT 为注册确认帧发送注册确为注册确认帧发送注册确认帧授权（带宽授权）认帧授权（带宽授权） , 并等待该并等待该 ONU 发出的注册确认发出的注册确认帧帧, 该授权
74、在该授权在 OLT认为认为 ONU 注册失败前始终有效。注册失败前始终有效。 如果如果 OLT 在发出注册确认帧授权后在发出注册确认帧授权后 50 ms 内没有收到该内没有收到该 ONU 发出的注册确认帧发出的注册确认帧, 那么那么 OLT认为该认为该 ONU 注册失注册失败败, 向该向该 ONU 发送要求其重新注册的信息。发送要求其重新注册的信息。n（5）新）新 ONU 收到注册帧后收到注册帧后, 用新分配的用新分配的 ONU ID 覆盖覆盖原来的原来的ONU ID, 同时等待同时等待 OLT 的注册确认帧授权以发送的注册确认帧授权以发送注册确认帧注册确认帧, 通知通知 OLT 新新 ONU
75、 ID 刷新成功刷新成功, 同时等待最同时等待最小带宽授权。如果小带宽授权。如果 ONU在发送了注册确认帧后在发送了注册确认帧后, 100ms 内还没有收到内还没有收到 OLT 发出的最小带宽授权发出的最小带宽授权, 那么那么 ONU 认为认为自己注册失败自己注册失败, ONU ID 自动复位自动复位, 重新等待注册授权。重新等待注册授权。n（6）OLT 在发送注册确认帧授权后的在发送注册确认帧授权后的 50 ms（系统可配（系统可配置）置） 内收到内收到 ONU 的注册确认帧的注册确认帧, 那么那么 OLT 认为该认为该 ONU 刷新刷新 ONU ID 完成完成, 该该 ONU 注册成功注册
76、成功, 否则认为否则认为 ONU 注册失败。注册失败。10100 0 接入网技术接入网技术冲突的解决（一）冲突的检测 当当 ONU 在发出注册请求帧的一段时间内（在发出注册请求帧的一段时间内（100 ms , 可由系统配置）可由系统配置） 没有收到没有收到 OLT 发给自己的注册帧时发给自己的注册帧时, 此此 ONU 认为自己注册发生冲突认为自己注册发生冲突n（1）随机跳窗方式。 发生注册冲突时发生注册冲突时, 发生冲突的发生冲突的 ONU 随机跳过若随机跳过若干个注册授权后才重新响应。由于注册授权的周期为干个注册授权后才重新响应。由于注册授权的周期为 1 s ,那么发生冲那么发生冲突的突的
77、ONU 可随机延时可随机延时 18 s （系统可配置）（系统可配置） , 然后继续等待注册然后继续等待注册授权。授权。 采用随机跳过开窗的方法比随机延迟时间需要多花一些时间采用随机跳过开窗的方法比随机延迟时间需要多花一些时间, 但是不需增大注册开窗但是不需增大注册开窗, 不会影响系统的带宽利用率。不会影响系统的带宽利用率。n（2）发现窗内随机延迟。发生注册冲突时。发生注册冲突时, 发生冲突的发生冲突的 ONU 仍然每仍然每次都响应注册授权次都响应注册授权, 但是在响应开窗时随机延迟一定时间（但必须保但是在响应开窗时随机延迟一定时间（但必须保证证 ONU 随机延迟后的应答仍然可以落在开窗内）。采
78、用随机延迟时随机延迟后的应答仍然可以落在开窗内）。采用随机延迟时间的方法可以缩短间的方法可以缩短 ONU 加入系统的时间加入系统的时间, 但是由于需要给冲突的但是由于需要给冲突的 ONU 留出一定的富余留出一定的富余, 使得它们在冲突并延迟一段时间后仍能落在注使得它们在冲突并延迟一段时间后仍能落在注册授权开窗允许的范围内册授权开窗允许的范围内, 所以需要增大注册开窗的长度所以需要增大注册开窗的长度, 这样会降低这样会降低系统的带宽利用率系统的带宽利用率, 从而导致整个系统效率的降低。从而导致整个系统效率的降低。10101 1 接入网技术接入网技术n（三）两种冲突避让机制的比较n下面我们从下面我
79、们从 ONU 加入时间、开窗对系统带宽利用率的影响以及硬件加入时间、开窗对系统带宽利用率的影响以及硬件实现复杂度等方面对实现复杂度等方面对 2.3 所提出的两种冲突避让机制进行比较。所提出的两种冲突避让机制进行比较。n（1）加入时间的比较n由于在实际情况中由于在实际情况中, 多个多个 ONU 同时加入的机率很小同时加入的机率很小, 所以我们假设最所以我们假设最多只有多只有 8 个个 ONU 同时加入系统。同时加入系统。 计算可知两种方法完成计算可知两种方法完成 8 个个 ONU 注册所需时间如表注册所需时间如表8-6所示。所示。10102 2 接入网技术接入网技术n（2）对系统带宽利用率的影响
80、）对系统带宽利用率的影响nONU 自动加入系统时自动加入系统时, 开窗频率和开窗时间都会对系统的带宽利用率开窗频率和开窗时间都会对系统的带宽利用率造成一定的影响。开窗频率越高造成一定的影响。开窗频率越高, 带宽利用率就越低带宽利用率就越低, 同时开窗频率的同时开窗频率的高低还会影响错误恢复的超时长度高低还会影响错误恢复的超时长度; 而开窗时间越长而开窗时间越长, 开窗所占用的带开窗所占用的带宽就越大宽就越大, 系统的带宽利用率就越低。对于一个系统的带宽利用率就越低。对于一个 EPON 系统系统, 开窗的开窗的大小由以下的因素决定大小由以下的因素决定:n系统的最大系统的最大 RTD （环回延迟时
81、间（环回延迟时间, 即消息从即消息从 OLT 发送到发送到ONU 后后回到回到 OLT 所需的时间）所需的时间） 。n注册请求帧信息。注册请求帧信息。 随机跳过为一个随机跳过为一个, 约占带宽约占带宽 1s ;随机延迟为随机延迟为 n 个个, 约占带宽约占带宽 ns。n保护带宽与激光器开启和关断时间保护带宽与激光器开启和关断时间: 随机跳过约占带宽随机跳过约占带宽1s ;随机延随机延迟约占带宽迟约占带宽 ns。n当最大当最大 RTD 为为 200s 典型值时典型值时, 由上述因素得出开窗的时间为由上述因素得出开窗的时间为n随机跳过随机跳过:200 + 2 = 202sn随机延迟随机延迟:200
82、 + 2 16 = 232s （16 个个 ONU）10103 3 接入网技术接入网技术5.9 GATE/REPORT过程过程nONU完成在完成在OLT的注册后，就可以访问的注册后，就可以访问PON网络网络n在在EPON网络中，网络中，OLT负责控制每个负责控制每个ONU在何时发在何时发送数据，送数据，OLT通过给不同的通过给不同的ONU分配发送时间窗口分配发送时间窗口来控制来控制ONU的发送，即时分复用方式的发送，即时分复用方式 (TDMA)，这是通过这是通过REPORT消息和消息和GATE消息的交换来达到消息的交换来达到这个目的这个目的 nREPORT消息的功能消息的功能n每个消息中的时间
83、戳域由每个消息中的时间戳域由OLT用作用作RTT的计算。的计算。n在消息中还带有在消息中还带有ONU针对针对8个优先级队列的每个队列的个优先级队列的每个队列的带宽请求，带宽请求，nREPORT消息也用作从消息也用作从ONU到到OLT的保持消息的保持消息.ONU周周期性的产生期性的产生REPORT消息以维持在消息以维持在OLT中的链路信息，中的链路信息，以保持以保持ONU在在OLT上的注册上的注册.10104 4 接入网技术接入网技术nGATE消息是消息是OLT在自动发现过程和正常操在自动发现过程和正常操作过程中用来给作过程中用来给ONU授权发送窗口。授权发送窗口。 n在每个在每个GATE消息中
84、最多可以有消息中最多可以有4个授权发送个授权发送窗口。窗口。nGATE也用作从也用作从OLT到到ONU的保持消息。的保持消息。 10105 5 接入网技术接入网技术nONU根据它的各上行优先级队列情况产生根据它的各上行优先级队列情况产生REPORT消息消息.nOLT根据各个根据各个ONU的的REPORT消息中各个队消息中各个队列请求的情况，以及它内部的带宽分配算法列请求的情况，以及它内部的带宽分配算法 (DBA) ，为每个，为每个ONU分配授权发送时隙窗分配授权发送时隙窗口，包括启动时间和发送时间长度，以及口，包括启动时间和发送时间长度，以及OLT的时间戳的时间戳.n这些信息通过这些信息通过G
85、ATE消息发送给每个消息发送给每个ONU.n另外另外OLT也要根据调度算法定时产生也要根据调度算法定时产生Discovery GATE消息消息 10106 6 接入网技术接入网技术10107 7 接入网技术接入网技术5.10 动态带宽分配机制动态带宽分配机制 (DBA) n最简单的带宽分配机制是静态分配最简单的带宽分配机制是静态分配n算法简单算法简单n但但ONU在没有数据传输时也会占用带宽，不能在没有数据传输时也会占用带宽，不能有效利用有效利用EPON的总的带宽的总的带宽n动态带宽分配对有效运行动态带宽分配对有效运行EPON网络来说是网络来说是最基本的一个要素，最基本的一个要素，DBA可以允许
86、在超过链可以允许在超过链路带宽的负荷下保证网络的性能。路带宽的负荷下保证网络的性能。nDBA算法决定了带宽分配方案算法决定了带宽分配方案 nEPON标准没有定义具体的标准没有定义具体的DBA算法，但支算法，但支持各种不同的算法持各种不同的算法10108 8 接入网技术接入网技术DBA的性能评价的性能评价n响应时间响应时间n等待带宽分配的时间等待带宽分配的时间n恢复时间恢复时间n公平性公平性n粒度粒度n业务优先级业务优先级n保证带宽保证带宽n最大带宽最大带宽n公平分配公平分配10109 9 接入网技术接入网技术DBA对用户提供什么？DBA对用户提供SLA定义，实现用户带宽调整：v 最小保证带宽（
87、MIN）v 最大带宽（MAX）v 服务优先级（Clase）v 请求服务时延（DELAY）v CBR（constant-bit-rate）服务（类似TDM） 在DBA算法中CLASS用来决定一个授权实体的调度级别，例如高优先级实体将获得所有请求的分配，而低优先级类实体将只得到它们请求的某些片段，根据CLASS可以区分授权实体获得的授权多少这在上行带宽拥塞时非常重要！SLA管理管理11110 0 接入网技术接入网技术n大多大多DBA算法依赖于一个周期或伪周期行为。算法依赖于一个周期或伪周期行为。一个授权周期是一个预算带宽分配的周期。典一个授权周期是一个预算带宽分配的周期。典型的周期由三个阶段组成，进而构造一种型的周期由三个阶段组成，进而构造一种DBA结构。结构。 111111 接入网技术接入网技术n在周期在周期n-1，ONU产生报告帧产生报告帧REPORT，而，而OLT收集收集这些报告。在周期这些报告。在周期n，DBA算法做决定并产生授权，这算法做决定并产生授权，这些授权将在周期些授权将在周期n+1有效。换句话说，在当前周期里，有效。换句话说，在当前周期里，DBA对前一周期收集到的信息进行计算，并做好下一对前一周期收集到的信息进行计算，并做好下一周期有效的决定周期有效的决定.
