1、EPON技术,中国电信接入网维护及装维技能竞赛教材编写小组编制,2,目录,第一章 EPON技术起源 第二章 EPON技术特点 第三章 EPON技术原理 第四章 EPON技术应用,3,从简单语音需求逐渐向数据、多媒体、综合业务需求发展 综合业务应用对带宽的要求越来越高 不同的业务应用需要相应QOS技术保证 综合业务的需求导致接入手段不断增加,1.1 接入网的发展特点,4,1.2 接入层业务需求分析,理想带宽（bps） 数字电视MPEG2 4M IPTV MPEG4 2.5M 电子银行 0.4M 远程游戏 0.6M Voice 0.1M 视频点播VOD 1.5-2M 视频电话 0.5M 视频会议
2、0.8M 高清电视 20M（经过压缩可达到6-8M） 。,业务需求群体的差异化 业务需求种类的差异化 业务种类对带宽要求的差异化,业务需求的不断增加对接入层 带宽要求越来越高已是事实。,如何提供高带宽的接入网 ？,5,1.3主要接入技术分析,有线接入的未来与发展趋势光接入,铜线接入 ADSL VDSL LAN接入 光纤接入 P2P P2MP,6,光纤到家庭用户FTTH仅利用光纤传输媒质连接通信局端和家庭住宅的接入方式，引入光纤由单个家庭住宅独享。 光纤到公司/办公室FTTO仅利用光纤传输媒质连接通信局端和公司或办公室用户的接入方式，引入光纤由单个公司或办公室用户独享，ONU/ONT之后的设备或
3、网络由用户管理。 光纤到楼宇/分线盒FTTB/C以光纤替换用户引入点之前的铜线电缆，ONU部署在传统的分线盒（用户引入点）即DP点（DP distribution point分配点），ONU下采用其他介质接入用户 光纤到交接箱FTTCab以光纤替换传统馈线电缆，ONU部署在交接箱即FP点处，ONU下采用其他介质接入到用户,1.4 光纤接入的应用模式（FTTx）,FTTH 应用是PON技术引入的主要源动力,7,1.5 FTTH的主要技术,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,APON,EPON,GPON,小区交换机接入,8,目录,第一章 EPON技术起源 第二章 EPON
4、技术特点 第三章 EPON技术原理 第四章 EPON技术应用,9,2.1 EPON的定义和组成,PON的定义 无源光网络：Passive Optical Network 是一种基于P2MP拓朴的技术 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。 无源光网络的构成 OLT（Optical Line Terminal）光线路终端 ONU（Optical Network Unit）光网络单元 ONT（ Optical Network Terminal）光网络终端 ODN（Optical Distribu
5、tion Network）光分配网,10,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。,2.2 EPON系统数据传输机制,1490nm,1310nm,11,2.3 EPON的网络位置,12,2.4 EPON系统组网方式,环 形,树 形,总线形,13,2.5 技术比较（EPON vs MC）,以32个结点为例,32/64根光纤 64个收发器,P2P,P2P,1/2根光纤 66个收发器,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
6、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 EPON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,14,无源分光器,ONU,ONU,IP数据网,光电收发器,OLT,ONU,IP数据网,MC接入,EPON接入,PSTN,CATV,2.6 网络和业务比较（EPON vs MC）,15,目录,第一章 EPON技术起源 第二章 EPON技术特点 第三章 EPON技术原理 第四章 EPON技术应用,16,3.1 EPON的基本特点,基本特点 OLT与ONU之间
7、信号传输基于IEEE 802.3以太网帧 传输线路速率下行/上行：1250 Mbit/s / 1250 Mbit/s 以MAC控制子层的MPCP（multi point control protocol）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 P2P仿真子层是EPON/MPCP协议中的关键组件 逻辑分光比1：32（1：64） 支持A、B类ODN网络,17,3.2 EPON系统中关键技术,LLID 突发光接收技术 MPCP 定时与同步 注册 测距 DBA OAM管理,18,3.3 EPON关键技术LLID,对802.3标准的扩展 修改前导码完成 用于对ONU进行
8、唯一标识 定义： 广播： MODE=1或者 LLID=0x7FFF 单播：MODE=0且LLID!=0x7FFFF,19,3.4 EPON工作原理下行,广播方式 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。,20,3.5 EPON工作原理下行数据帧结构,前导码 8Bytes,DA 6Bytes,SA 6Bytes,长度/类型 2Bytes,数据 461500Bytes,填充 不定,FCS 4Bytes,以太网MAC帧,EPON
9、MAC帧,21,3.6 下行数据的安全性,因为PON的多点广播特性，所有的下行数据都会被广播到PON系统中所有的ONU上。如果有一个匿名用户将它的ONU接收限制功能去掉，那么它就可以监听到所有用户的下行数据，这在PON系统中称为“监听威胁”。 PON网络的另一个特点是，网络中ONU不可能监测到其它ONU的上行数据。 在PON上解决安全性的措施是ONU通过上行信道传送一些保密信息（如数据加密密钥），OLT使用该密钥对下行信息加密，因为其它ONU无法获知该密钥，接收到下行广播数据后，仍然无法解密获得原始数据。,22,3.7 EPON工作原理上行,TDMA方式 OLT接收数据前比较LLID注册列表；
10、 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。,23,3.8EPON技术原理上行帧结构,上行帧由突发的以太网帧MPCP上行控制帧物理层的突发开销组成,24,3.9 EPON关键技术突发模式光收发技术,OLT光接收机的快速功率恢复 要求OLT在每个接收时隙的开始处迅速调整0-1判决门限 ONU光发射机的突发发射和关断 为抑制自发散射噪声，要求ONU的激光器能够快速的冷却和回暖 OLT光接收机的突发同步技术 上行接收数据相位的突变要求OLT的接收机工作在突发模式接收状态 OLT的接收机和ONU的发射器工作在突发模式,25,3
11、.10 EPON关键技术MPCP协议,对IEEE802.3标准的重要扩展规定了OLT和ONU之间的 控制机制提供ONU控制管理信息提供ONU带宽管理信息提供业务监控信息控制,是整个EPON系统正常工作的核心,26,3.11 EPON关键技术MPCP控制帧,五种类型的MPCP帧,GATE（OLT）00-02 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）00-03 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）00-04 在注册规程处理过程中请求注册。 REGISTER （OLT）00-
12、05 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）00-06 在注册规程处理过程中表示注册确认。,27,3.12 EPON关键技术定时与同步,定时方法： 所有ONU都与OLT的唯一时钟同步； 主要是用时间戳域来完成的。 时间戳定义 时间戳域使用个字节 时间戳所标识的是在MAC控制帧上传到MAC层时OLT的计数值。 计数值宽度为16位或32位，计数单位为16ns 定时过程 OLT以自己本地的计数器插入timestamp域中 ONU以本地计数值插入timestamp域中 ONU根据收到的OLT的timestamp更新自己的计数器 OLT根据收到的ONU的
13、timestamp计算差值（测距）,28,3.13 GATE 过程（OLT-ONU）,REPORT 过程（ONU-OLT）,EPON关键技术同步定时过程,29,3.14 EPON关键技术注册,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。 注册过程 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“Discovery Gate”消息。 如果所收到的消息类型为 Discovery，且消息中的逻辑PHY ID与自己相同或为缺省值是，就对此消息做出应答。 OLT的执行动作： OLT以广播方式周期性的发送Discovery检
14、测帧。 响应ONU的注册请求并分配LLID,30,3.15 EPON关键技术测距,OLT与各ONU间的环路时延不同： 各 ONU距 OLT的光纤路径不同 各ONU元器件的不一致性 环境温度的变化和器件老化，环路延时也会发生不断的变化 测距包括静态测距和动态测距： 测距要求 补偿因ONU距离不同而产生的时延差异：RTT（Round Trip Time） 在注册过程中，ONU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MPCP PDU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
15、跳过开窗法。,31,3.16 EPON关键技术测距过程,1. OLT在T1时刻发送 GATE； 2. ONU在T2时刻接收到GATE ,此时复位本地计数器，时间戳置为 T1； 3. ONU在T3时刻发送REPORT, 此时填入的时间戳为 T4； 4. OLT在T5时刻接收到REPORT。 最后RTT由下面的公式得出： RTT = T2-T1+T5-T3 = T5-T4 其中 ： T3-T2 = T4-T1,32,3.17 EPON关键技术RTT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 T0T1-
16、RTT。,33,3.18 EPON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,34,3.19 EPON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： Remote Failure Indication
17、（远端故障指示） Remote Loopbak（远端环回） Link Monitoring（链路监视） 扩展功能 ONU版本管理 ONU配置管理,35,3.20 EPON关键技术-业务QoS处理,采用IEEE802.1p 或IP TOS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,36,3.21 EPON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
18、，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,37,3.22 EPON保护,全保护方式,骨干光纤保护方式,38,目录,第一章 EPON技术起源 第二章 EPON技术特点 第三章 EPON技术原理 第四章 EPON技术应用,39,4.1 业务提供,业务类型 语音业务： VoIP方式提供 视频业务： IPTV CATV 数据业务： TDM业务：E1/T1STM-N等,40,4.2 EPON的安全机制,PON网络安全的基本要求： 数据的机密性：每一个下行数据帧只能对指定的ONU有效，其他ONU无法得到数据信息； 用户隔离： 每一个ONU上传的信息，其他ONU无法看到； 用
19、户接入控制： 无授权的非法用户，无法使用网络； 设备接入控制： 无授权的非法设备，无法接入网络；基本支持功能：,41,4.3 FTTH网络组网构架,OLT,IP Network,BAS,V5.2/H.248,FE/GE,PSTN/SS,CATV,CDN,PC,CATV,PHONE,IPTV,数字家庭 网关,合波器 （EDFA）,FE/GE,ONT,splitter,家庭网络,020KM,1550nm,1490nm,1310nm,FTTH是光接入的典型应用，真正满足了光纤到户的高带宽业务的 需求，真正意义上实现了三网合一的目标。FTTH加快了数字家庭 的产业化进程和信息化进程。,42,4.4 FTTB,ONU,43,4.5 FTTBLAN,机房,OLT,Internet,Voice,VOD,SS,PC,PHONE,PC,FE,Splitter 1:32,FTTO/B,FE,ONU,SW,IAD,PHONE,IAD,44,4.6 网吧应用,机房,C系列,Internet,Voice,。,VOD,splitter,45,课程结束，谢谢大家！,
