EPON原理介绍

EPON原理介绍产品部：徐克第1章EPON基本体系结构第2章EPON协议分析第3章EPON关键技术•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无源分光器什么是PON?1490nm1310nm数据信号下行：λD1=1490nm模拟信号下行：λD2=1550nm数据信号上行：λU=1310nmPON网络参考模型ONUOpticalNetworkUnit光网络单元ONTOpticalNetworkTerminal光网络终端ODNOpticalDistributionNetwork光分配网络OLTOpticalLineTerminal光线路终端SNIServiceNodeInterface业务节点UNIUserNetworkInterface用户网络接口SNIUNIOLT功能框架ONU功能框架•分光器是将光信号分配到几根光纤中的器件；inout1：2分光器元件1：8分路器内部结构（由7个1：2分路器构成）POS功能框架•分光器衰减计算•分光器的插入损耗(1dB):•∑(Power_input)-∑(Power_outputofallbranch)InputOutput1:2分光器2:N分光器∵10log(0.5)=-3.01∴1:2分光器衰减为3.01dB1:16分光器衰减为12.04dB1:64分光器衰减为18.06dB光功率衰减•光纤衰减和长度有关•光纤熔接点的衰减值一般小于0.2dB•其他方面，如光纤弯曲等也可能造成•衰减About0.35dBperkmfor1310,1490nmRaisecom’sOLTandONUPX20光纤衰减和光功率预算参数1000BASE-PX10-U1000BASE-PX10-D1000BASE-PX20-U1000BASE-PX20-D发射波长1310nm1490nm1310nm1490nm发送方向上行下行上行下行距离范围0.5m~10Km0.5m~20Km最大光通道冗余20db19.5db24db23.5db最小光通道差损5db10dbItemsUnitSinglefibreOLT:OLT•最小平均发送功率MeanlaunchedpowerMINdBm+3•最大平均发送功率MeanlaunchedpowerMAXdBm7•接收灵敏度MinimumsensitivitydBm-30•过载光功率MinimumoverloaddBm-6ONU:ONU•最小平均发送功率MeanlaunchedpowerMINdBm-1•最大平均发送功率MeanlaunchedpowerMAXdBm4•接收灵敏度MinimumsensitivitydBm-25•过载光功率MinimumoverloaddBm-3EPON接口参数指标PON拓扑结构OLTOLTONUONUONUONUONUONUONUONUOLTOLTONUONUONUONU1xnCoupler(n)1x2TapCoupler2xnCoupler(1)BasicTree&Bus(2)TrunkProtectedTreeOLTOLTONUONUONUONUONUONUONUONU(4)FullRedundantBus(n)2x2TapCouplerFiberLoopFiberLoopOLTOLTONUONUONUONUONUONUONUONUFiberLoop1xnCoupler1xnCoupler(3)FullRedundantTreeLLLLLLLLLLRRRRRRRRRRActiveStandbyIFponIFponIFpon1：N分光器OLTONU#1ONU#N备用光纤TypeA光纤备份IFponIFponIFpon2：N分光器OLTONU#1ONU#NTypeBOLT端口备份IFpon设备没有任何备份措施.主干光纤故障后，由人工切换至备用光纤.业务肯定中断，中断时间取决于线路恢复时间.如果到用户的线路故障，业务就会中断，无法备份。OLT设备上有两个EPON接口.此种保护方式仅限于主干光纤出现故障时，系统会自动切换到备用系统，实现了对骨干光纤的保护。保护对象仅限于OLT与ODN之间的光纤故障和OLT单板硬件故障，对其他类型的故障没有涉及，可能存在严重安全隐患，无法满足客户需求。无法定位故障。EPON网络保护方式（1）IFponIFponIFpon2：N分光器OLTONU#1ONU#NTypeC全备份方式IFponIFponIFpon2：N分光器OLT和ONT上均有两个EPON接口。OLT的EPON接口要工作在1:1模式下。此种保护方式一种全保护光纤倒换方式，OLT与ONU之间有完全不同的两条通路，可以保证各种故障都得到恢复。当ONU的主用PON口或用户线路故障时，ONU会自动将业务倒换到备用PON口上，业务通过备用线路和OLT的备份端口上行。业务基本不会中断。实现难度较大，成本较高。其中一个端口试种处于空闲状态，造成系统带宽利用率低。EPON网络保护方式（2）IFponIFponIFpon2：N分光器OLTONU#1ONU#NTypeD混和备份方式IFponIFpon2：N分光器1：2分光器1：2分光器OLT上有两个EPON接口。OLT的EPON接口要工作在1＋1模式下。此种保护方式一种全保护光纤倒换方式，OLT与ONU之间有完全不同的两条通路，可以保证各种故障都得到恢复，包括无源分光器故障，链路都可以自动恢复。此种网络中支持ONU混合方式，可以是带一个PON口的，也可以是带两个PON口的，根据用户的实际需要选择。实现难度较大，成本较高。EPON网络保护方式（3）第1章EPON基本体系结构第2章EPON协议分析第3章EPON关键技术PONTPONAPON/BPONGPONEPONWDMPON国际标准ITU-TG.983.xITU-TG.984.xIEEE802.3ah国际标准国际标准国际标准尚无标准ITU-TG.982国家标准Q1/1998国家标准Q3/2000国家标准国家标准尚无标准Q4/2004Q3/2004PON技术标准化进展P2MPP2PGPONEPON标准ITU.TIEEEIEEE802.3ah速率2.488G/1.244G1.25G/1.25G100M~1G分光比1:64~1:1281:16~1:321：1承载ATM,Ethernet,TDMEthernetEthernet带宽效率92%72%80%QOSVerygood，includingEthernet,TDM,ATMGood,onlyethernetGood,dedicatebandwidth光预算ClassA/B/CPx10/Px20/测距EqD逻辑等距RTT/DBA标准格式厂家自定义/TDM支持TDMoverEthernet(PWE3,CESoEthernet)ornativeTDM)TDMoverEthernet(PWE3,CESoEthernet)Good,dedicatebandwidthONT互通OMCI无NoneOAMITU-TG.984(强)EthernetOAM（弱，厂家扩展）IEEE802.3ahGPON与EPON的比较MDIMDIGMIIGMIIOSI7层模型应用层表示层会话层传输层数据链路层物理层光纤媒质OLT协议分层上层协议栈OAM子层多点MAC控制子层MACPCSPMAPMDONT协议分层上层协议栈网络层OAM子层多点MAC控制子层MAC子层PMAPMDMACMACMAC客户MAC客户MAC客户MAC客户协调子层（RS）协调子层（RS）PCSEPON的层次结构根据IEEE802.3ah标准支持点对多点(P2MP)拓朴－－多点控制协议(MPCP)，点对点仿真(RS子层扩展)，OAM，以及10km和20km两种PMDMPCP原理•EPON在下行方向是共享介质，在上行方向上则要表现为独享介质。每个ONU都要明确的知道自己应该在什么时候发送数据，发送多长时间，以免产生冲突。•除了避免冲突之外，控制每个ONU的发送时间也达到了分配带宽的目的，但MPCP仅仅是带宽分配的执行者而不是决策者。•EFM工作组将MPCP设计为MAC的附加功能，依赖MAC控制帧实现，避免了设计新的MAC。下行通信上行通信•MPCP有两种工作模式–自动发现–带宽分配•协议帧类型：–GATE帧：在Discovery过程和正常数据操作过程中发送授权时间片给ONU，以便ONU根据所分配的时间片进行数据发送。–REPORT帧:从ONU发往OLT用于报告ONU的状态以及请求。–REGISTER-REQ帧：ONU发给OLT在自动发现过程用于ONU注册请求。–REGISTER：OLT发给ONU用于对REGISTER_REQ消息的响应。–REGISTER_ACK：ONU发给OLT指示整个注册过程的结束MPCP原理PreambleDASALength/TypeOpcodeTimeStampData/Reserved/PadFCS86622（0x0002~0x0006）4404（CRC-32)EPONMAC控制帧结构MAC控制帧说明Preamble前导码。其中包含ONULLID信息。DA目的MAC。SA源MAC。Length/Type类型域。表示MAC控制帧，即0x8808。Opcode用来标识MPCPPDU的内容，值为：0x0002~0x0006TimeStamp时钟标签域。传递的是发送时刻本地计数器的值。Data/Reserved/Pad净负荷。FCS帧校验序列号。含义说明EPONMAC控制帧结构注意：1广播2单播ONU自动发现过程第1章EPON基本体系机构第2章EPON协议分析第3章EPON关键技术•MPCP时钟的同步（时间标签同步）–一个32比特的计时器，每比特代表16ns。–OLT在将Gating进程产生的GATE消息发出去之前加上一个时间戳，记录当时的时间（由Controlmultiplexer完成）。–ONU收到GATE消息后将本地的MPCP时钟设为时间戳携带的时间（由Controlparser完成）。–ONU要不断的根据从线路数据中恢复的时钟来校准自己的时钟。•这种同步方案的两个前提：–OLT知道每个ONU的RTT时间（自动发现时完成）。–MAC层和PHY层的处理延时是常量。EPON关键技术---同步EPON关键技术---测距这种测量方法排除了本地处理时间的干扰，为大多数网络协议所用。EPON关键技术---DBA什么是DBA?---DBA,DynamicallyBandwidthAssignment(动态带宽分配)---DBA是一种能在微秒或毫秒级的时间间隔内完成对上行带宽的动态分配的机制为什么需要DBA？---可以提高PON端口的上行线路带宽利用率---可以在PON口上增加更多的用户---用户可以享受到更高带宽的服务，特别是那些对带宽突变比较大的业务OLTONUONU固定带宽；确保带宽：按需分配，一定满足非确保带宽：按需分配，不一定满足尽力而为带宽DBA存在两种机制提高最大带宽利用率无DBA,利用率40%有DBA,利用率达到80%减小平均时延无DBA:100ms有DBA:10msDBA在利用率和延迟指标上带来的优势EPON关键技术---LLID•P2PE（Point-to-PointEmulation）0x550x550xd50x550x55LLIDCRC1111112EPONpreambleLLID的格式可