EPON关键技术及实现原理.ppt

1、EPON关键技术及实现原理关键技术及实现原理烽火通信科技股份有限公司2008年2月2007-00-00内容提要内容提要nFTTH技术nEPON技术FTTx系统系统nFTTx系统的基本组成：光线路终端（OLT，局端设备）光分配网（ODN，包含光分路器、光纤光缆及光缆分线盒、光缆交接箱等一系列无源器件）光网络单元（ONU/ONT）OLT功能模块示意图功能模块示意图 ONU功能模块示意图功能模块示意图 FTTx的实现技术的实现技术nFTTx主要包括有源与无源两种技术，当前两种技术的市场份额相当n无源光网络PON逐渐成为FTTx的主要实现技术，包含A/BPON、EPON、GPON等n传统的P2P光纤接

2、入系统采用媒质转换器（MC），应用比较普遍；新的P2P标准定义了光接口、OAM等内容，改善了传统MC方式存在的缺陷无源光网络（无源光网络（PON）系统原理）系统原理1(a)PONa)PON系统中的上行方向工作原理系统中的上行方向工作原理n上行工作波长范围:1260-1360nmn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的接入机制无源光网络（无源光网络（PON）系统原理）系统原理2n下行工作波长范围:1480-1500nmn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(b)PONb)PON系统中的下行方向工作原理系统中的下行方

3、向工作原理PON技术体制技术体制nBPON业务适配复杂，业务提供能力有限，传送速率不高，成本较高，IP业务映射效率低等原因，已经被舍弃，不宜再采用；nEPON技术由IEEE标准化。其核心是在保留传统以太网体系结构基础上定义了一种新的应用于PON系统的物理层（主要是光接口）规范、一种新的MAC多点控制层协议（MPCP），以实现在点到多点无源光网络中的以太网帧的时分多址接入、一种运行维护和管理（OAM）机制。nGPON由FSAN/ITU标准化（G.984）。其目标是形成传输速率更高、更大分路比、能高效承载多种业务并具有更强大的OAM功能的宽带PON技术。GPON引入了一个全新的传输汇聚（TC）子层

4、，并规定TC子层可以采用ATM和GEM两种封装方式。采用了125us的帧长及定时机制，将各种业务载荷（包括TDM和分组）都通过GFP封装入定长帧中，可以较容易的支持TDM和话音业务，并通过带宽指针（pointers）为每一个ONU动态分配上行带宽。nEPON和GPON已成为近期研究的热点。PON vs.点到点光纤以太网点到点光纤以太网无源光网络无源光网络PONPON：u点到多点的树形-分支结构u局端设备和用户端设备之间为全无源结构u可以节约主干光纤和局端设备的光接口u可扩展性好，便于维护管理 SplitterFiberCOBusiness/ResidenceP2PP2P光纤以太网：光纤以太网：

5、u点到点结构u局端设备和用户端设备之间采用独立的一对或者一根光纤，用户独享，保密性好，u局端和用户端各需要1个光收发器u业务透明性好，带宽高，每个用户的上下行带宽都可以达到100Mbit/s甚至1000Mbit/s。u消耗较多的主干光纤PON vs.点到点光纤以太网点到点光纤以太网v基于基于MCMC的点到点技术的两种使用方的点到点技术的两种使用方式：式：n点到点以太接入点到点以太接入N N根光纤，根光纤，2 2N N个光收发器个光收发器管理独立管理独立n小区交换机小区交换机接入接入只需铺设只需铺设1 1或或2 2根光纤到小区根光纤到小区2 2N N+2+2个光收发器个光收发器设备占用局端机房空

6、间小设备占用局端机房空间小在传输过程中需要有源设备在传输过程中需要有源设备设备分级管理设备分级管理vPONPON的接入方式：的接入方式：只需铺设只需铺设1 1或或2 2根光纤到小区根光纤到小区需需N+1N+1个光收发器个光收发器设备占用局端机房空间最小设备占用局端机房空间最小传输中不需有源设备传输中不需有源设备设备集中管理设备集中管理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P2PP2P1/2根光纤66个收发器局端用户分光器P2MP1根光纤33个收发器PON vs.点到点光纤以太网点到点光纤以太网无源分光器ONUONUIP数据网光电收发器OLTONUIP数据网MC接

7、入接入PON接入接入PSTNCATV100M带宽xG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内容提要内容提要nFTTH技术nEPON技术EPON基本特点基本特点PON的基本特点OLT与ONU之间信号传输基于IEEE 802.3以太网帧采用8B/10B的线路编码，数据速率为上下行对称1Gbps,线路比特率为上下行对称1.25GbpsP2P仿真子层是EPON/MPCP协议中的关键组件。以MAC控制子层的MPCP机制为基础，MPCP通过消息、状态机和定时器来控制访问P2MP的拓扑结构分光比1：32支持A、B类ODN网络Attenuation range(ITU-T Rec.G.9

8、82)dBClass A:5-20、Class B:10-25、Class C:15-30EPON分层结构参考模型分层结构参考模型（a）分层结构参考模型(b)分层结构参考模型细化EPON分层结构参考模型分层结构参考模型-层次层次nMAC Client(媒体访问控制客户端)子层提供终端协议栈的以太网MAC和上层之间的接口；nOAM子层则负责有关EPON网络运维的功能；nMAC控制子层：负责ONU的接入控制，通过MAC控制帧完成对ONU的初始化、测距、和动态带宽分配，采用申请/授权(Request/Grant)机制，执行多点控制协议(MPCP),MPCP的主要功能是轮流检测用户端的带宽请求，并分配

9、带宽和控制网络启动过程；nMAC(Medium Access Control,媒介接入控制)子层：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；n协调子层RS（Reconciliation Sublayer）将MAC层的业务定义映射成GMII接口的信号。RS子层定义了EPON的前导码格式，它在原以太网前导码的基础上引入了逻辑链路标识（LLID）区分OLT与各个ONU的逻辑连接，并增加了对前导码的8位循环冗余校验（CRC8）；EPON分层结构参考模型分层结构参考模型-层次层次nPCS（Physical Coding Sublayer,物理编码）子层，PCS将GMII发送

10、的数据进行编码/解码（8B/10B），使之适合在物理媒体上传送；nPMA（Physical Medium Attachment,物理媒介接入子层），为PCS提供一种与媒介无关的方法，支持使用串行比特的物理媒介，发送部分把10位并行码转换为串行码流，发送到PMD层；接收部分把来自PMD层的串行数据，转换为10位并行数据。生成并接收线路上的信号；nPMD（Physical Medium Dependent,物理媒介相关）子层，为于最底层，主要完成光纤连接、电/光转换等功能。PMD为电/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。物理媒质相关（物理媒质相关（PMD）子层）子层

11、n规定了1000BASE-PX10和1000BASE-PX20两种光模块：n目前的PX10/20光模块分别可以达到1:32的分路比和10/20公里的传输距离；n在物理层业务接口上，误码率小于等于在物理层业务接口上，误码率小于等于10e-1210e-12。描述描述1000BASEPX10-U1000BASEPX10-D1000BASEPX20-U1000BASEPX20-D单位位光光纤类型型B1.1,B1.3单模光模光纤光光纤数目数目1标称称发射波射波长1310149013101490nm发射方向射方向上行上行下行下行上行上行下行下行最小范最小范围（注（注1）0.5m10km0.5m20km最大

12、通道插入最大通道插入损耗（注耗（注2）2019.52423.5dB最小通道插入最小通道插入损耗（注耗（注3）510dB注注1：如果在：如果在链路上启用前向路上启用前向纠错，可，可获得得较大的最小大的最小传输范范围；也可以允；也可以允许链路上有路上有较高的通道插入高的通道插入损耗。耗。注注2：在：在标称称发射波射波长处。注注3：链路的差分插入路的差分插入损耗是通道最大插入耗是通道最大插入损耗和最小插入耗和最小插入损耗之差。耗之差。EPON的关键技术的关键技术n突发模式光收发器技术n帧结构n测距n动态带宽分配（DBA）机制n下行数据安全性技术n业务QoS处理nTDM业务的承载n运行维护管理（OAM

13、）功能的实现突发模式光收发器技术突发模式光收发器技术nOLT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nONU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nOLT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nOLT的接收机和ONU的发射器工作在突发模式EPON的的OAM功能功能nEPON系统定义了一种全新的运行管理和维护协议，以支持：Remote Failure Indication（远端故障指示）Remote Loopbak（远端环回）Link Monitoring（链路监视）n不

14、支持功能和单条链路不相关的管理功能，比如保护倒换和设备管理业务提供和协商功能，比如带宽分配，速率适配和速度/双工协商等功能OAM数据的安全性保证和OAM实体的认证不在标准定义的范畴不支持设置/写远端MIB变量的能力n特点OAM的实现和使能是可选的。提供一种实现OAM能力发现的机制。提供一种机构扩展机制使高层管理功能的应用成为可能EPON技术研究技术研究MAC帧结构帧结构前导码前导码7Bytes帧定界符帧定界符1BytesDA6BytesSA6Bytes长度长度/类型类型2Bytes数据数据461500Bytes填充填充不定不定FCS4Bytes前导码前导码8BytesDA6BytesSA6By

15、tes长度长度/类型类型2Bytes数据数据461500Bytes填充填充不定不定FCS4Bytes5555SLD5555LLIDLLID CRC8传统以太网传统以太网MAC帧帧EPON MAC帧帧SLD:SLD指示LLID和CRC位置PCS子层对数据监测和前向纠错的扩展子层对数据监测和前向纠错的扩展 n对IEEE 802.3定义的PCS层的扩展，以支持在点对多点物理介质中的突发模式操作。n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/

16、关激光器。n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。nFEC具有以下基本特性：保证帧格式符合1000BASE-X PCS；支持功能可选；向后兼容1000BASE-X设备；支持PCS子层10-12误码特性；支持FEC子层10-4误码特性。MPCP协议的主要特点协议的主要特点n支持规范定义的点到点仿真（P2PE）；nOLT支持多个LLID和MAC客户端；n每个ONU至少支持一个LLID；n支持单拷贝广播机制；n支持动态带宽分配的灵活体系结构；n使用32比特时间戳来发布定时信息；n基于MAC控制的体系结构；n对已发现设备进行测距来提高网络性能；n进行连续测距以补偿往返时间的变化。nGATE（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nREPORT（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。nREGISTER_REQ（ONU发出）在注册规程处理过程中请求注册。nREGI