光通信技术发展概述

光通信技术发展概述（上）熊伟成[e-mail]2010-11-301.从宏观角度认识通信网络2.了解各种电信业务的基本实现流程3.了解当前主要光通信技术的基本原理及发展趋势课程的目的1.通信网络整体概述2.光接入网概述和主要技术3.光城域网概述和主要技术4.光骨干网概述和主要技术课程主要内容1.光通信网络发展概述2.宽带接入网主要技术3.光接入网技术现状和技术特点4.光接入网未来技术发展趋势提纲“三网融合”追溯通信网发展“三网融合”指的哪“三网”？广播电视网传统电信网计算机网TriplePlay5城域网接入网至省干广播电视网国际局省局省局市局市局端局端局用户A用户B省际网本地网省内网国际网光纤数字化铜线接入省级长途交换中心（省会城市）国际长途交换中心本地网交换中心（地、市）端局（县局、市话局）传统电信网络——PSTN程控交换机光传输设备程控交换机光传输设备电信机房电信机房计算机网络第一代计算机网络——远程终端联机阶段第二代计算机网络——计算机局域网网络阶段第三代计算机网络——计算机网络互联阶段第四代计算机网络——国际互联网与信息高速公路阶段BCDA三网发展共性——数字化、光纤化广播电视网传统电信网计算机网HFC网络现代电信网络三网融合网络调制解调技术数字化CATVDSL技术VoIP技术光纤承载CATV光纤承载IP数字化技术发展光纤化技术发展9IP/MPLS/DWDM骨干网多业务综合接入CableModem媒体网关移动业务WLANIP电话宽带上网视频通信带宽批发NGN/IMS网络平台光城域网国际互联互通虚拟ISP业务平台VPNPSTN宽带无线接入WLANxDSLEthernet宽带接入信令网关2G/3G/4G现代光通信网络10PTNAccessSDHAggregationMSCServerMGWSGSNGGSN3GCNRNCSRBASCore固定网络用户商业网络用户移动网络用户STM-N、FE、GE、10GE、OTN、E1、PONSTM-N、E1、FE、GE、PON、DSL、POTSIPCORENGNSROTU/ODUWDM/OTN光通信网络层次结构OTU/ODUOTU/ODUOTU/ODU1.光通信网络发展概述2.宽带接入网主要技术3.光接入网技术现状和技术特点4.光接入网未来技术发展趋势提纲12宽带数据接入网络骨干节点Manager&AAA城域核心综合接入BRASRTUONUBRASL3城域汇聚DSLAMMSAGLANOLTL3BRASL3L3宽带数据接入网，主要向用户提供宽带上网业务。骨干网设备主要由核心路由器组成，覆盖省级节点。城域网主要由路由器、交换机及传输设备组成，覆盖市内局点。接入网的技术种类和设备型态较多，主要有DSL、LAN、PON等技术，覆盖区局到用户约1公里范围。13接入网主要设备ModemDSLAM路由器交换机OLTFTTCONUFTTBONUFTTHONUBRAS14ADSL2+PONADSL2+VDSL2CentreofficeHomeADSL2+/VDSL2ONTADSL2+10/100Base-T1km2kmIPDSLAMGECurbBuildingSplitterDSL光纤以太网FTTHGEDSLIPDSLAMSwitchSwitch宽带接入主要组网15接入技术带宽与距离1Mbps3M8M25M100MADSL/ADSL2+CopperBasedVDSL/ADSL2+CopperBasedPONFiberBased2002200320062010时间带宽互联网视频会议远程控制接入技术业务需求VoD标清电视视频会议Game实况TVVoDHDTV3km2km1km~20km覆盖半径三大优势：1、更远的传输距离：采用光纤传输，接入层的覆盖半径20KM；2、更高的带宽：对每用户下行2.5G/上行1.25G（物理层）；3、分光特性：局端单根光纤经分光后引出多路到户光纤，节省光纤资源。16PON与DSL接入对比L3交换机BAS/SR模块局机房端局机房小区机房楼道OLT双芯光纤DSLAM端局机房单芯光纤分路器ONUInternetInternetBAS/SRMC+LAN网络结构PON实现FTTN网络结构光纤覆盖距离大，避免铜缆割盗路边交接箱ONUONU楼道更大容量带宽支持全业务接入馈线铜缆投资大，覆盖距离有限、需要大量模块局机房DSLAMModem从端局直接覆盖用户，节省机房投资和维护成本17PON与LAN接入对比L3交换机BAS/SR小区中心机房端局机房小区2级机房楼道OLT双芯光纤L2交换机城域机房单芯光纤分路器ONUInternetInternetBAS/SRMC+LAN网络结构PON实现FTTN网络结构节省光纤、管道资源路边交接箱ONUONU楼道管理能力完备简化网络结构，降低运维成本无需建设小区机房1.光通信网络发展概述2.宽带接入网主要技术3.光接入网技术现状和技术特点4.光接入网未来技术发展趋势提纲19光纤接入技术分类20点对多点光纤接入技术点对点方式：需要2N个收发模块，光纤总长度为N*(D1+D2)。点对多点方式：需要N+1个收发模块，光纤数量为(D1+N*D2)。假设有32个用户，D1的距离为5000m，D2的距离为50m，则：点对点方式需要64个光模块，点对多点方式仅需要33个光模块，节约近50％；点对点方式需要（5000＋50）×32＝176000m光纤，点对多点方式仅需要5000＋50×32＝6600m光纤，节约光纤超过96％。总体来看，PON技术的关键是在线路中引入了无源的分路器，这使得系统设备的理论成本和线路成本均可以较传统的P2P技术有较大幅度的优化，还可以增强OAM能力和QoS水平；另外，由于分路器是无源器件，维护简单，环境适应能力强。21光纤以太网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间最小传输中不需有源设备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个收发器光纤接入技术分类22MediumAccessLogicTXRXWDMDatatotransmitDatareceived局端设备OLT用户端设备ONU1:N光分路器λ1λ21：32coupler构造1：32coupler的内部構成制造方法张力张力这个部分加熱光路（光分波・合波）无反射遮光单模单芯光纤MediumAccessLogicTXRXWDMDatatotransmitDatareceived点对多点光纤分路技术23什么是PONPassiveOpticalNetwork无源光网络OLTONUOpticalLineTerminal光线路终端OpticalNetworkUnit光网络单元PassiveOpticalSplitter无源分光器PSTNInternetCATVONUONUPON是一种点到多点（P2MP）结构的无源光网络；PON由光线路终端OLT（OpticalLineTerminal）、光网络单元ONU（OpticalNetworkUnit）和无源分光器POS（PassiveOpticalSplitter）组成；PassiveOpticalSplitter无源分光器24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；上行数据流采用TDMA技术。PON的原理——信号复用1490nm1310nm25PON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，丢弃其他用户的数据下行数据的安全？26PON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？27OLT和ONU的工作职责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帧指配带宽•进行测距操作•控制ONU注册28PON的原理——ONU自动注册自动化注册不必等序列号登记认证以后才使能数据通路29PON的技术发展相同的拓扑——P2MP光纤APONEPONGPON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。IEEEEFM工作组标准化，编号802.3ah；以太网封装；即将形成正式标准；产品开始在市场上迅速应用。FSAN提出，ITU-T标准化；ATM、GEM封装；标准正在逐步完善；支持厂家极少。在这些PON之前，还有ITU-T窄带PON标准，有相当数量的产品在国内应用。ATMPON的众多技术被其它PON所直接继承引用。30MAC地址前同步码目的地址源地址长度数据FCS84266可变EPON直接借用以太网帧LLC首部可变MAC首部MAC数据FCS数据高层数据EPON数据链路层直接使用以太网帧，仅修改前导码最后2个字节。31GPON的基本特性GPON采用125s定长的帧结构，每秒8千帧。GEM（GPONEncapsulationMethod）是GPON技术优势的集中体现，它直接采用了GFP的技术（ITU-TG.7041）。GPON支持不对称线路速率，下行2.488Gbit/s，上行1.244Gbit/s。GPON的协议结构GPM：ODN规格、光接口参数、物理层开销等传输汇聚层：实现复用、DBA、告警性能等GEM封装：实现多业务支持能力物理层OAM：ONU注册、加密等ONU管理控制接口：业务管理和FCAPS32OAMcontrolOAMcontrolDownstream125s125sATM(optional)ATM(optional)Ethernet(overGEM)Ethernet(overGEM)GPON下行帧格式GPON标准的SDH的125us的固定帧ONU更容易提取同步信号更好的延时和抖动性能EPON承载TDM业务没有具体定义时钟信息必须通过PWE3算法恢复不同厂家采用不同方法承载，互通性差GPON帧结构33PhysicalControlBlockDownstream(PCBd)PayloadAllocIDStartEndAllocIDStartEnd11002002300500T-CONT1(ONT1)T-CONT2(ONT2)Slot100Slot200Slot300Slot500PLOuPLOAMuPLSuDBRuXPayloadxDBRuYPayloadyUpstreamBandwidthMap125usDownstreamFramingUpstreamFramingOLTONT1ONT64GPON帧结构34GPONControlPLOAMOMCIGPONEncapsulationMode(GEM)PhysicalMediaDependent(PMD)GPONTransmissionConvergence(GTC)FramingEthernetTDMBearerTrafficGPON协议栈物理层OAM：ONU注册、加密等ONT管理控制接口：业务管理和FCAPSGEM封装：实现多业务支持能力传输汇聚层：实现复用、DBA、告警性能等PMD：ODN规格、光接口参数、物理层开销等35GPON业务映射EPONGPONTCP+UDPetc.IPEthernetLayer2Layer3Layer4Layer5ormoreLayer1