EPON基础知识

EPON基本原理于力平固网产品支持部本章学习目标•通过本章的学习，你可以获得以下收获：–EPON工作原理–MPCP协议–EPONDBA技术–OAM管理–业务QoS处理–EPON保护技术•课前思考题：–ONU的注册过程与认证过程有什么区别？–ONU远程管理模式所配置数据如何起作用秘密▲3光纤接入技术EPON光纤接入技术点到多点（P2MP）点到点（P2P）APON/BPONGPON光纤以太网秘密▲4单纤双向传输机制EPON系统采用WDM技术，实现单纤双向传输。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：下行数据流采用广播技术；上行数据流采用TDMA技术。1490nm1310nm秘密▲5单纤两波长传输结构上行中心波长1310nm，下行中心波长1490nm秘密▲6EPON工作原理－下行数据帧结构前导码7Bytes帧定界符1BytesDA6BytesSA6Bytes长度/类型2Bytes数据46—1500Bytes填充不定FCS4Bytes前导码8BytesDA6BytesSA6Bytes长度/类型2Bytes数据46—1500Bytes填充不定FCS4Bytes5555SPD5555LLIDLLIDCRC8以太网MAC帧EPONMAC帧SPD:SPD指示LLID和CRC位置定义广播与单播实现a.广播：MODE=1或者LLID=0x7FFFb.单播：MODE=0且LLID!=0x7FFFF秘密▲7EPON工作原理－下行在ONU注册成动后分配一个唯一的LLID；在每一个分组开始之前添加一个LLID，替代以太网前导符的最后两个字节；OLT接收数据时比较LLID注册列表，ONU接收数据时，仅接收符合自己的LLID的帧或者广播帧。广播方式秘密▲8EPON工作原理－上行OLT接收数据前比较LLID注册列表；每个ONU在由局方设备统一分配的时隙中发送数据帧；分配的时隙补偿了各个ONU距离的差距，避免了各个ONU之间的碰撞。TDMA方式秘密▲9系统工作过程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注册秘密▲10系统工作之关键技术LLID与仿真子层MPCP自动化注册和测距秘密▲11LLID与仿真子层仿真子层的目的：使下层的P2MP网络的处理方式看起来类似于多个P2P链路的集合。LLID的定义改变了以太网固有的特性，是传输质量获得可以控制的基础。实现的方法：在每一个分组开始之前添加一个LLID，替代前导符的最后两个字节。实现机制：在ONU注册成动后分配一个唯一的LLID；OLT接收数据时比较LLID注册列表；ONU接收数据时，仅接收符合自己的LLID的或者广播包。秘密▲12仿真子层功能及特点:支持P2PE(PointtopointEmulation)使OLT支持多个LLID和MAC客户端每个ONU上支持单个LLID支持广播适于动态带宽分配使用MAC层原有定义结构使用32位时间标签进行时钟同步利于网络测距及实施修正方便网络拓朴发现秘密▲13仿真子层网络层次中的位置秘密▲14MPCP协议MPCP在OLT和ONU之间规定了一种控制机制——MPCP来协调数据的有效发送和接收：系统运行过程中上行方向在一个时刻只允许一个ONU发送位于OLT的高层负责处理发送的定时、不同ONU的拥塞报告，从而优化PON系统内部的带宽分配MPCP有两种GATE操作模式：初始化模式和普通模式。初始化模式用来检测新连接的ONU，测量环路延时和ONU的MAC地址普通模式给所有已经初始化的ONU分配传输带宽秘密▲15MPCP帧格式五种类型的MPCP帧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。MPCP帧格式秘密▲16MPCP协议层次模型P2MP网络拓扑对于高层来说表现为多个点对点链路的集合秘密▲17MPCP帧接收过程秘密▲18MPCP帧发送过程秘密▲19EPON业务逻辑模型等价于二层设备级联地址学习转发/过滤避免环路秘密▲20自动注册过程指OLT对系统中的ONU进行注册，主要用于系统中增加ONU时或者ONU重新启动时。在Discovery过程中ONU的执行动作：在上电启动或复位时，ONU进入Discovery状态。等待来自OLT的“DiscoveryGate”消息。如果所收到的消息类型为Discovery，且消息中的逻辑PHYID与自己相同或为缺省值是，就对此消息做出应答。在discovery过程中OLT的执行动作：OLT必须周期性的发送Discovery检测帧。所有的“discoveryGate”帧都是以广播方式发送的。秘密▲21EPON技术实现：认证ONU认证流程在EPON系统中采用两级认证机制，一是设备认证，二是用户认证。具体认证流程图如下：注册开始注册申请注册完成REDIU服务器NMSOLTONU系统及ONU配置配置确认授权配置ONU注册ONU判别取设备认证信息设备认证信息允许接入设备认证用户认证用户认证数据用户认证数据用户认证结果用户认证成功用户数据用户认证用户授权配置秘密▲22自动测距补偿因ONU距离不同而产生的时延差异：RTT（RoundTripTime）在注册过程中，OLT对新加入的ONU启动测距过程OLT使用RTT来调整每个ONU的授权时间OLT也可以在任何收到MPCPPDU的时候启动测距功能。使用注册冲突避让：在EPON系统中，解决ONU的注册冲突的方案有两种：随机延迟时间法和随机跳过开窗法。RTT=T2-T1+T5-T3=T5-T4秘密▲23RTT的应用计算出RTT后，OLT据此给ONU发送GATE帧例如，如果OLT希望在T1时刻接收ONU的数据，则在GATE帧中给ONU的起始时间为T0＝T1-RTT。秘密▲24EPON关键技术－DBA功能：相对于静态带宽分配（SBA），DBA是指实时地（ms级）改变PON中各ONU上行带宽的机制根据带宽状态和ONU需求动态（合理）分配ONU的上行带宽优点：实现高效的上行带宽利用率和服务质量保证算法特点：业务透明低时延和低时延抖动公平带宽分配健壮性好实时性强秘密▲25EPON技术实现：DBA周期性EPON系统中的带宽应用具有周期性，主要有两个周期构成Discovery周期DBA带宽分配周期：Cycle1Cycle2．．．．．．：Discovery窗口：一个完整的带宽使用周期．．．LLID1LLIDnLLID3GrantCycleLLID2带宽分配窗口LLIDx数据下行窗口OLT下行方向的带宽使用示意图秘密▲26EPON技术实现：DBA周期性OLT接收方向的数据流示意图Cycle1Cycle2．．．：Discovery窗口：一个完整的带宽使用周期LLID1LLIDnLLID3LLID2LLIDx数据上报窗口．．．．．．秘密▲27EPON关键技术－OAM管理功能：完成ONU的认证、配置功能在线的性能监测、各种故障告警和远端故障指示、远端近端环回等OLT对ONU进行远程管理通信协议，要有一定的开放性和扩展性基本支持功能：RemoteFailureIndication（远端故障指示）RemoteLoopbak（远端环回）LinkMonitoring（链路监视）扩展功能ONU版本管理ONU配置管理秘密▲28EPON关键技术-业务QoS处理交换板PON卡EPONEPONTDM业务处理（网关）GE10/100M/GEONUONUONU采用IEEE802.1p或IPTOS机制，实现业务优先级区分业务拥塞发生在交换芯片上PON系统上下行基本不会拥塞，但须进行更精确的带宽控制和管理秘密▲29EPON技术实现：保护两种倒换方式：自动倒换：由故障发现触发，如信号丢失或信号劣化等；强制倒换：由管理事件触发两种保护方式：骨干光纤保护全保护秘密▲30EPON技术实现：保护全保护方式univ.zte.com.cn