EPON关键技术原理-讲解

2007-00-00EPON关键技术及实现原理烽火通信科技股份有限公司2008年1月内容提要FTTH技术EPON技术FTTx系统业务节点功能接入网系统管理功能NMIOLTODNONTUNIS/RONTSNIR/SFTTx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功能模块示意图供电OAM复用/解复用功能交换功能ODN接口功能核心网络ODN接口功能千兆以太接口千兆以太接口TDM接口ONU功能模块示意图业务部分用户端口功能用户端口功能用户供电公共部分OAM复用/解复用功能交换功能ODN接口功能核心部分ODNFTTx的实现技术FTTx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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传统的P2P光纤接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（PON）系统原理－1(a)PON系统中的上行方向工作原理上行工作波长范围:1260-1360nm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（PON）系统原理－2下行工作波长范围:1480-1500nm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广播方式(b)PON系统中的下行方向工作原理PON技术体制BPON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；EPON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。GPON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，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。EPON和GPON已成为近期研究的热点。PONvs.点到点光纤以太网无源光网络PON：点到多点的树形-分支结构局端设备和用户端设备之间为全无源结构可以节约主干光纤和局端设备的光接口可扩展性好，便于维护管理SplitterFiberCOBusiness/ResidenceP2P光纤以太网：点到点结构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，局端和用户端各需要1个光收发器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。消耗较多的主干光纤PONvs.点到点光纤以太网基于MC的点到点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PONvs.点到点光纤以太网123456789101112AB12x6x8x2x9x3x10x4x11x5x7x1xEthernetA12x6x8x2x9x3x10x4x11x5x7x1xC123456789101112AB12x6x8x2x9x3x10x4x11x5x7x1xEthernetA12x6x8x2x9x3x10x4x11x5x7x1xC123456789101112AB12x6x8x2x9x3x10x4x11x5x7x1xEthernetA12x6x8x2x9x3x10x4x11x5x7x1xC123456789101112AB12x6x8x2x9x3x10x4x11x5x7x1xEthernetA12x6x8x2x9x3x10x4x11x5x7x1xC无源分光器ONUONUIP数据网光电收发器OLTONUIP数据网MC接入PON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FTTH技术EPON技术EPON基本特点–PON的基本特点–OLT与ONU之间信号传输基于IEEE802.3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1.25Gbps–P2P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网络物理媒质相关（PMD）子层规定了1000BASE-PX10和1000BASE-PX20两种光模块：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；在物理层业务接口上，误码率小于等于10e-12。描述1000BASEPX10-U1000BASEPX10-D1000BASEPX20-U1000BASEPX20-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）0.5m～10km0.5m～20km最大通道插入损耗（注2）2019.52423.5dB最小通道插入损耗（注3）510dB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。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EPON的OAM功能EPON系统定义了一种全新的运行管理和维护协议，以支持：–RemoteFailureIndication（远端故障指示）–RemoteLoopbak（远端环回）–LinkMonitoring（链路监视）不支持功能–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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GATE（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REPORT（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。REGISTER_REQ（ONU发出）–在注册规程处理过程中请求注册。REGISTER（OLT发出）–在注册规程处理过程中通知ONU已经识别了注册请求。REGISTER_ACK（ONU发出）–在注册规程处理过程中表示注册确认。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；MPCP功能是基于专门的协议数据报文完成的，即MPCPDU；目前定义了5中MPCPDU：EPON的关键技术——MPCP控制帧MPCP发现过程－－ONU的发现、注册和认证DiscoveryHandshakeCompletedDiscoverywindowRandomDelayGrantstartGate1{DA=MACControl,SA=OLTMACaddress,content=Grant+SyncTime}REGISTER_REQ1{DA=MACControl,SA=ONUMACaddress,content=Pendinggrants}REGISTER1{DA=ONUMACaddress,SA=OLTMACaddress,content=LLID+SyncTime+echoofpendinggrants}Gate2{DA=MACControl,SA=OLTMACaddress,content=Grant}REGISTER_ACK2{DA=MACControl,SA=ONUMACaddress,content=echoofLLID+echoofSyncTime}OLTONU1Messagessentedinthebroadcastchannel2MessagessentedintheunicastchannelsGate_Register_TimeoutREGISTERProcessingTimeOLT以一定间隔发送一个发现窗口（如1秒）。新上线的ONU可以利用这个窗口进行注册和认证，进而被OLT接纳。OLT基于MPCP消息中的timestamp字段进行测距OLT基于ONU的MAC地址进行ONU的认证ONU完成注册后的MPCP协议交互ONU完成注册后，系统维持一个Keep-alive机制：OLT定期（最低50ms一次）发送Gate消息给ONU，ONU也定期（最低50ms一次）的发送Report消息给OLT如果OLT；如果OLT在一定时间内没有收到ONU发来的任何MPCP消息，则认为该ONU的MPCP协议异常，将解注册（Deregister）该ONU；如果ONU在一定时间内没有收到OLT发来的任何MPCP消息，则认为与OLT之间的链路异常或者OLT的MPCP协议异常，也将自动解注册；MPCP协议基于MPCPDU中的timestamp进行动态测距，确保多个ONU上行TDMA的有序性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(DiscoveryTimeWindows)，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。发现握手完成Discoverywindow随机延时授权开始Gate1{DA=MACControl,SA=OLTMACaddress,content=Grant+SyncTime}REGISTER_REQ1{DA=MACControl,SA=ONUMACaddress,content=Pendinggrants}REGISTER1{DA=ONUMACaddress,SA=OLTMACaddress,content=LLID+SyncTime+echoofpendinggrants}Gate2{DA=MACControl,SA=OLTMACaddress,content=Grant}REGISTER_ACK2{DA=MACControl,SA=ONUMACaddress,content=echoofLLID+echoofSyncTime}OLTONU注1：广播信道上传送的消息注2：单播信道上传送的消息DBA的原理DBA的工作流程是Gate－Report－Gate－Report，如此循环OLT给ONU发布的grant在Gate消息中承载；ONU通过Report消息使OLT了解其本地的队列状态和业务流量G