1.无源光网络PON概述及EPON原理与应用

固网D&T团队无源光网络PON概述及EPON原理与应用V1.32提纲PON无源光网络概述EPON原理EPON在光进铜退中的应用模式3点到点光接入（MC）方式点到多点光接入方式点到点以太接入APONFTTH的主要技术EPONGPON小区交换机接入点到点光以太网接入技术早期主要通过“媒质转换器(MC)+传统以太网交换机”方式实现，用于FTTH小区接入和部分企业客户的专线接入。4技术比较（PONvsMC）MC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5PON技术发展历程上世纪90年代初提出PON概念1995年成立FSAN（FullServiceAccessNetworks)组织1996年ITU-T颁布G.982(PON标准建议）1998年ITU-T颁布G.983（APON标准建议）2000年12月成立IEEE802.3ah工作组，制定EPON标准建议2003年3月ITU-T颁布G.984（GPON标准建议）上世纪90年代末APON开始商用2003年6月美国三大运营商开始APON招标2003年8月日本NTT开始EPON招标2005年中国电信开始测试并部署EPON试验网6PON的定义和组成PON（PassiveOpticalNetwork）无源光网络的定义PON是一种应用于接入网，局端设备（OLT）与多个用户端设备（ONU/ONT）之间通过无源的光缆、光分/合路器等组成的光分配网（ODN）连接的网络。在OLT(光线路终端)和ONU(光网络单元)之间的ODN(光分配网络)没有任何有源电子设备的光接入网。无源光网络的构成OLT（OpticalLineTerminal）－光线路终端ONU（OpticalNetworkUnit）－光网络单元ONT（OpticalNetworkTerminal）－光网络终端ODN（OpticalDistributionNetwork）－光分配网7PON的定义和组成（续）PSTNIP骨干网VideoService用户驻地网LANONUONUONUOLTsplitter分支比最大可为1：128可采用PON的保护结构对ODN和需要保护的OLT、ONU实现冗余保护接入网核心网TelephoneTelephoneTelephonePBX8PON单纤双向传输机制PON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。1490nm1310nm9PON系统组网方式10PON保护方式全保护方式骨干光纤保护方式11PON技术的优势相对成本低，维护简单，容易扩展，易于升级。PON结构在传输途中不需电源，没有电子部件，因此容易铺设，基本不用维护，长期运营成本和管理成本的节省很大无源光网络是纯介质网络，彻底避免了电磁干扰和雷电影响，极适合在自然条件恶劣的地区使用。PON系统对局端资源占用很少，系统初期投入低，扩展容易，投资回报率高提供非常高的带宽。EPON目前可以提供上下行对称的1.25Gb/s的带宽，并且随着以太技术的发展可以升级到10Gb/s。GPON则是高达2.5Gb/s的带宽。服务范围大。PON作为一种点到多点网络，以一种扇出的结构来节省CO的资源，服务大量用户。用户共享局端设备和光纤的方式更是节省了用户投资。带宽分配灵活，服务有保证。G/EPON系统对带宽的分配和保证都有一套完整的体系。可以实现用户级的SLA。12PON技术概述相同的拓扑——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；国内标准已经制定完成；产品开始在市场上迅速应用。FSAN提出，ITU-T标准化G.984.x；ATM、GEM封装；标准已经完成；支持厂家极少。13APON技术APON技术的核心部分采用ATM技术。利用ATM的集中和统计复用特性，提供从窄带到宽带等各种业务，不仅支持可变速率业务，也支持时延要求较小的业务，具有支持多业务多比特率的能力。对称速率(155.52Mbit/s)和非对称速率(下行622.08Mbit/s，上行155.52Mbit/s)。传输距离最大20KM。支持的光分路比在32-64之间。APON技术具备综合业务接入、QoS服务质量保证等独有的特点；由于标准化时间较早，已有成熟商用化产品等等优点。当然APON技术也存在利用ATM信元造成的传输效率较低；带宽受限；系统相对复杂、价格较贵；需要进行协议之间的转换等缺点。14EPON/GEPON技术EPON和GEPON的基本差别就是标准化，前者往往指非标设备，后者指符合IEEE802.3ah规范的设备技术的核心部分采用以太网技术。在EPON/GEPON中，根据IEEE802.3以太网协议，传送的是可变长度的数据包。由于以太网适合携带IP业务，与APON相比，极大地减少了传输开销。EPON/GEPON能够提供高达1Gbit/s的上下行带宽。传输距离最大10-20KM。支持的光分路比大于16，最大为64。15EPON/GEPON技术EPON/GEPON融合了PON和以太网的优点，系统结构更简化，标准宽松，成本更低；1Gbit/s的高速宽带，且易于升级；与现有的以太网兼容，无需协议转换；具有同时传输TDM、IP数据和视频广播的能力等优点。随着多协议标签交换（MPLS）等新的IP服务质量(QoS)技术的采用，也可提供一定的QoS保证。EPON/GEPON技术目前仍难以支持实时业务的服务质量；在安全性、可靠性等方面与电信级的服务相比仍有差距。16GPON技术GPON技术针对1Gbit/s以上的PON标准，除了对更高速率的支持外，还是一种更佳、支持全业务、效率更高的解决方案。引入通用成帧协议(GFP)，能将任何类型和任何速率的业务进行原有格式封装后经由PON传输，而且GFP帧头包含帧长度指示字节，可用于可变长度数据包的传递，大大提高了传输效率。因此能更简单、通用、高效地支持全业务。GPON提供1.244和2.488Gbit/s的下行速率和所有标准的上行速率。传输距离可达20KM(逻辑60KM)。支持的光分路比在64-128之间。17GPON技术与EPON力求简单的原则相比，GPON更注重多业务和QoS保证；能够简单、通用、高效的透明传送各种业务；具有前所未有的高比特率、高带宽；非对称特性更能适应未来的FTTH宽带市场；传输距离更远、覆盖范围更广。但是GPON标准复杂且开发较晚，技术尚不成熟，其成本相对EPON仍显较高，目前未到达商品化阶段。18PON技术基本比较19PON应用环境APON适用于对带宽要求不高、对业务质量要求高或者需要运行混合业务的企事业单位的接入。EPON/GEPON主要面向对带宽要求高、对业务质量和网络安全要求不是太高、对成本敏感的以太网业务为主的中小型企事业单位的接入；如果成本进一步下降，也将作为FTTH的主要手段直接面向高端个人用户。GPON适合于少数对带宽要求高、需要提供电信级服务质量，且对成本不敏感的多业务需求的企事业单位的接入。20PON发展趋势APON最成熟，但业务提供能力有限、性价比低，无法满足长远的发展，不建议大力发展，仅满足某些特定区域的接入需求。EPON/GEPON简单、高速、成本低、用户面广，技术、产品相对GPON成熟，是中近期可以大力发展的无源技术。GPON透明传输、高速高效、电信级服务，是发展的趋势，但成本相对高，商业化程度低，是中远期大力发展的无源技术。GPON的市场定位与EPON不同，两者相互补充的。21提纲PON无源光网络概述EPON原理EPON在光进铜退中的应用模式22EPON工作原理—帧结构基于802.3帧格式新增LLID：用于在OLT上标识不同的ONU23LLID定义定义广播与单播实现a.广播：MODE=1或者LLID=0x7FFFb.单播：MODE=0且LLID!=0x7FFFF24EPON工作原理－下行在ONU注册成功后分配一个唯一的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；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25EPON工作原理－上行OLT接收数据前比较LLID注册列表，通过LLID辨别帧是由哪个ONU发来的；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26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27系统工作之关键技术LLID与仿真子层MPCP自动化注册和测距LLID是EPON系统分配给通过点到点仿真子层（P2PEmulationSublayer）建立起来的逻辑链接的一种数字标识，每一个逻辑链接都会分配到不同的LLID。需要说明的是，LLID只是用于辨别链路，当帧到达端口后，就会去掉该帧的LLID，并进入MAC层，所以MAC层是看不到LLID的。28LLID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。29MPCP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30MPCP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31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。