某EPON原理介绍课件.ppt

1、EPON EPON 原理介原理介绍绍接入网接入网产产品技品技术术部部ISSUE 1.0ISSUE 1.0E P O N 原理介绍接入网产品技术部Contents接入网发展趋势和接入网发展趋势和xPON接入网发展趋势宽带光接入方式PON系统介绍EPON原理介绍原理介绍基本原理协议关键技术EPON解决方案解决方案Triplyplay解决方案CATV解决方案数据安全解决方案C o n t e n t s 接入网发展趋势和x P O N接入网发展趋势和接入网发展趋势和xPON 接入网发展趋势 宽带光接入方式 PON系统介绍系统介绍接入网发展趋势和x P O N高带宽、全业务未来接入网趋势高带宽、全业务

2、未来接入网趋势业务带宽需求数据下载数据下载2 MbpsVoIP,videotelephony and VoIP,videotelephony and videoconferencevideoconference1 MbpsMusic on demand,multimedia contentsMusic on demand,multimedia contents2 MbpsOn-line GamingOn-line Gaming1 MbpsSD Digital TVSD Digital TV（标清电视）（标清电视）3 MbpsHD Digital TV HD Digital TV（高清电视）（高

3、清电视）Additional TV channels(i.e.2 HD DTV)Additional TV channels(i.e.2 HD DTV)10 Mbps 20 Mbps高带宽、全业务未来接入网趋势业务带宽需求数据下载2 Mb p住宅业务需求预测住宅业务需求预测客户需求客户需求 由单业务向多业务甚至全业务模式转化 要求高带宽、高速率 良好的上网体验 用户数据安全保证DownstreamUpstream1 HDTV,2 SDTV simultaneously among 200+channels16 Mb/s50 Kb/s1 Gaming channel256 Kb/s256 Kb/

4、s2 Voice calls&Visio220 Kb/s220 Kb/sHigh Speed Internet3 Mb/s512 Kb/sTotal20 Mb/s1 Mb/s住宅业务需求预测客户需求 D o w n s t r e a m U p s t r e a光进铜退接入网发展趋势光进铜退接入网发展趋势解决双绞线接入的带宽瓶颈，满足用户对高带宽业务的需求，如高清电视、实况转播等解决双绞线接入长距离覆盖的问题，减少网络节点1Mbps3M8M25M100MADSL/ADSL2+Copper BasedVDSL/ADSL2+Copper BasedPONFiber Based200220032

5、0062010时间时间带宽带宽互联网互联网视频会议视频会议远程控制远程控制接入技术接入技术业务需求业务需求VoDVoD标清电视标清电视视频会议视频会议GameGame实况实况TVTVVoDVoDHDTVHDTV3km2km1km5km覆盖半径覆盖半径光进铜退接入网发展趋势解决双绞线接入的带宽瓶颈，满足用户对宽带光接入方式宽带光接入方式OLTONTONTONUONU光纤光纤NTNT光纤金属线/无线金属线/无线光纤接入网FTTHFTTOFTTB/CFTTCab宽带光接入方式O L T O N T O N T O N U O N U 光纤光纤N T N T缩略语缩略语FTTH：Fiber To Th

6、e Home 光纤到户光纤到户FTTO：Fiber To The Office 光纤到办公室光纤到办公室FTTB/C：Fiber To The Building/Curb 光纤到楼宇光纤到楼宇/分线盒分线盒FTTCab：Fiber To The Cabinet 光纤到交接箱光纤到交接箱ONU：Optical Network Unit光网络单元光网络单元ONT：Optical Network Terminal 光网络终端光网络终端狭义的狭义的FTTH指光纤向用户侧的进一步延伸，这时光纤已经进入用户住宅或办公室的室内，指光纤向用户侧的进一步延伸，这时光纤已经进入用户住宅或办公室的室内，接入网内的分

7、支段的光纤只连接一个用户。接入网内的分支段的光纤只连接一个用户。ITU认为认为FTTH从光纤端头的光电转换器到用从光纤端头的光电转换器到用户桌面不超过户桌面不超过100m，从而无需再在金属线上安装电子接入系统，但不排除光电转换器和，从而无需再在金属线上安装电子接入系统，但不排除光电转换器和桌面终端之间使用宽带无线系统。狭义的桌面终端之间使用宽带无线系统。狭义的FTTH对于商业用户还可以称为对于商业用户还可以称为FTTO(fiber to the office)，当然，最极端的，当然，最极端的FTTH可以是可以是FTTD(fiber to the desk)。广义的广义的FTTH还可以是还可以是

8、FTTP(fiber to the premise，光纤到用户所在地，光纤到用户所在地)，北美就一直采，北美就一直采用这个术语，它包括用这个术语，它包括FTTB(fiber to the building)、FTTC(fiber to the curb)以及狭义的以及狭义的FTTH。缩略语F T T H：F i b e r T o T h e H o m e 光纤What is PON?Passive Optical NetworkOLTONUOptical Line Terminal Optical Network Unit Passive Optical Splitter PSTNInte

9、rnetCATVONUONUl PON是以点到多点为特征的单纤双向无源光网络；l PON包括三个组件：Optical Line Terminal(OLT),Optical Network Unit(ONU)and Optical Distribution Network（ODN）.l ODN中的无源光分路器可以是一个或多个光分路器的级联。Passive Optical Splitter Wh a t i s P O N?P a s s i v e O p t i c a l N ePON技术比较技术比较Tech.BPONEPONGPONWDM-PONBandwidth/Wave length(

10、Mbps/nm)US155/13101250/13101244/13101251250/-DS622/14901250/14902488/14901251250/-ProtocolLineNRZ8B/10B NRZAnyLinkATMEthernetATM/GEMAnyService SupportingDataAAL5Transparent TransferGFPTransparentTransferVoiceTDM/VoIP/AAL2VoIPTDM/VoIPTransparentTransferVideoAAL5-IPTVIPTVGEM-IPTVTransparentTransferTDM

11、AAL1TDM Over IP(future PWE3)GEMTransparentTransferBandwidth Efficiency稍高稍低稍低高高Reach/Splitter20km/1610km/3220km/1610km/3220km/3220km/64Above20km/32Standard CommitteeITU-T(FSAN)IEEEITU-T(FSAN)-P O N 技术比较T e c h.B P O N E P O N G P O N WD M-P OPONTPONAPON/BPONGPONEPONWDM PON国际标准国际标准ITU-T G.983.xITU-T G

12、.984.xIEEE 802.3ah国际标准国际标准国际标准国际标准国际标准国际标准国际标准国际标准ITU-T G.982国家标准国家标准YD/T 1077-2000国家标准国家标准YD/T 1475-2006 国家标准国家标准国家标准国家标准国家标准国家标准技术标准化情况技术标准化情况YD/T 1090-2000P O N T P O N A P O N/G P O N E P O N WD M P O N 国际标EPON原理介绍原理介绍 基本原理基本原理 协议协议 关键技术关键技术E P O N 原理介绍EPON基本原理基本原理EPON的标准是IEEE802.3ah，标准中定义了EPON的

13、物理层、MPCP(多点控制协议)、OAM(运行管理维护)等相关内容。IEEE制定EPON标准的基本原则是尽量在802.3体系结构内进行EPON的标准化工作，最小程度地扩充标准以太网的MAC协议。这就最大程度地继承了以太网经过长期、大规模实践检验积累下来的宝贵技术经验。中国电信中国电信CTC 1.3标准标准MPCP补充Triplechurning加密算法Eth OAM扩展产品的部分特性规格要求E P O N 基本原理E P O N 的标准是I E E E 8 0 2.3 a h，标准EPON基本指标基本指标l点到多点的光纤传输；l在单模光纤上，以1000Mbps速率，分路比为1:32，传输距离达

14、到10km；l在单模光纤上，以1000Mbps速率，分路比为1:16，传输距离达到20km；l符合ITU-T G.652要求的单模光纤；l上行应使用1260nm1360nm波长；l下行应使用1480nm1500nm波长；l使用1540nm1560nm波长实现CATV业务（可选）；重要指标接口类型1000BASE-PX101000BASE-PX20传输距离（km）1020分光比1:321:16过载光功率（dbm）4（1000BASE-PX10-D）2（1000BASE-PX10-U）4（1000BASE-PX20-D）7（1000BASE-PX20-U）接收灵敏度（dbm）-24（1000BAS

15、E-PX10-D）-24（1000BASE-PX10-U）-27（1000BASE-PX20-D）-24（1000BASE-PX20-U）E P O N 基本指标点到多点的光纤传输；重要指标 接口类型1 0 0下行信号：OLT连续广播发送，ONU选择性接收：l GPON根据VPI/VCI(ATM)或者GEM PORTID（GEM）l EPON根据LLIDOLTSplitterONUONTONUPON基本技术下行基本技术下行下行信号：O L T 连续广播发送，O N U 选择性接收：O L T S p lPON基本技术上行基本技术上行 上行信号：分时突发发送，采用测距技术保证上行数据不发生冲突l

16、 EPON：OLT时钟恢复时间400ns，ONU开关时间512nsl GPON：OLT时钟恢复时间60.8ns，ONU开关时间12.8nsOLTONTONUONUSplitterP O N 基本技术上行 上行信号：分时突发发送，采用测距技术保EPON标准的基本内容标准的基本内容l在以太网架构中实现P2MP拓扑结构的机制和控制协议l多点MAC控制实现在不同的ONU中分配上行资源、在网络中发现和注册ONU、允许DBA调度lRS子层为EPON扩展了字节定义lPMD子层定义了EPON兼容器件的指标lOAM定义了EPON各种告警事件和控制处理E P O N 标准的基本内容在以太网架构中实现P 2 MP

17、拓扑结构的机EPON协议栈协议栈lOAMOAM层：层：使用OAM协议数据单元，管理、测试和诊断已激活OAM功能的链路；l多点多点MACMAC控制：控制：使用MPCP（多点控制协议），实现点对多点的MAC控制；lMACMAC：实现对Media的控制；lRSRS：调和多种数据链路层能够使用统一的物理层接口；lPCSPCS：支持在点对多点物理介质中的突发模式 支持FEC算法；lFECFEC：使用二进制运算（例如Galois算法），附加一定的纠错码用于在接收端进行数据校验和纠错；lPMAPMA：支持P2MP功能，实现PMD的扩展；lPMDPMD：PMD（使用1000BASE-PX 接口）实现PMD服务

18、接口和MDI接口之间的数据收发功能。E P O N 协议栈O A M层：使用O A M协议数据单元，管理、测试和EPON与与Ethernet帧比较帧比较OLTONUONUONU1000BasexIPGPreambleDASAFCS.IPGIPGLLIDDASAFCS.IPGSLDCRCEPONEthernetE P O N 与E t h e r n e t 帧比较O L T O N U O N U O N U 1 0多点多点MAC控制层控制层l协调数据的有效发送和接收；lONU自动注册；lDBA；l测距和定时。其中：其中：DBADBA、测距和定时在、测距和定时在“关键技术关键技术”中描述中描述

19、。MACMAC接收数据流发送数据流多点多点MACMAC控制层的位置控制层的位置数据链路层数据链路层物理层物理层层间控制原语层间控制原语多点多点MACMAC控制层控制层物理层物理层OAMOAM层层多点MA C 控制层MA C 接收数据流发送数据流多点MA C 控制层的多点多点MAC控制层控制层MACMAC接收数据流发送数据流数据链路层数据链路层物理层物理层层间控制原语层间控制原语多点多点MACMAC控制层控制层物理层物理层MACMAC接收数据流发送数据流数据链路层数据链路层物理层物理层层间控制原语层间控制原语多点多点MACMAC控制层控制层物理层物理层MPCPMPCP协议协议OLTOLTONU_

20、iONU_iOLT和多个ONU通过MPCP协议对话，实现：l 控制MAC帧的发送和接收；l Gate Processing；l Discovery Processing；l Report Processing。从而完成“多点MAC控制层”的功能。多点MA C 控制层MA C 接收数据流发送数据流数据链路层物理层层多点多点MAC控制层控制层MPCP消息格式l MODE:标记是P2P模式还是Broadcast模式；l LLID：逻辑链路标记，max num32767；l 目的地址(DA)：MPCPDU中的DA为MAC控制组播地址，或者是MPCPDU的目的端口关联的单独MAC地址；l 源地址(SA)

21、：MPCPDU中的SA是和发送MPCPDU的端口相关联的单独的MAC地址；l Length/Type：MPCPDU都进行类型编码，并且承载MAC_Control_Type域值；l Opcode：操作码指示所封装的特定MPCPDU；l Timestamp：在MPCPDU发送时刻，时间戳域传递localTime寄存器中的内容；l Data/Reserved/PAD：这40个八位字节用于MPCPDU的有效载荷。当不使用这些字节时，在发送时填充为0，并在接收时忽略；l FCS：该域为帧校验序列，一般由下层MAC产生。多点MA C 控制层MP C P 消息格式 MO D E:标记是P 2 Pl ONU自

22、动注册流程见右图：l OLT可以要求ONU重新执行发现进程并重新注册。l ONU也可以通知OLT请求注销，然后通过发现进程进行重注册。l 认证机制：基于MAC认证多点多点MAC控制层（控制层（ONU自动注册自动注册）发现握手操作完成发现时间窗口随机延迟时间开始REGISTER_REQREGISTERGATEREGISTER_ACK广播通道单播通道发现处理的握手消息流程OLTONUGate O N U 自动注册流程见右图：多点MA C 控制层（O N U 自动注测距和突发控制测距和突发控制无测距及控制有测距及控制lOLT根据DBA算法向ONU发布授权时间窗口。l测量OLT下行发送到上行接收的数据

23、信号环路时延，并据此对ONU授权时间窗口进行延时补偿，从而保证上行数据不会发生冲突。l测距方式：定时自动、初始测距、自动相位补偿。测距和突发控制无测距及控制有测距及控制O L T 根据D B A 算法向突发发射突发发射0#ONT0#ONU1#ONU0#ONT连续模块0#ONU1#ONU突发模块突发发射0#O N T 0#O N U 1#O N U 0#O N T 连续0#ONU1#ONU0#ONT有快速有快速AGC无快速无快速AGC阈值线阈值线恢复出来的数据恢复出来的数据到达到达OLT的信号及阈值建立的信号及阈值建立ONT/ONU发出的信号发出的信号突发接收突发接收0#O N U 1#O N

24、U 0#O N T 有快速A G C 无快速A G C测距技术测距技术补偿因补偿因ONU距离不同而产生的时延差异：距离不同而产生的时延差异：RTT（Round Trip Time）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：使用注册冲突避让：在EPON系统中，解决ONU的注册冲突的方案：随机延迟时间法。测距技术补偿因O N U 距离不同而产生的时延差异：R T T（R o uDBA概念概念什么是什么是DBA?-DBA,Dynamically Bandwidth Assignm

25、ent(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D B A 概念什么是D B A?DBA的工作原理的工作原理l根据业务的优先级，系统对每个ONU设置SLA，对业务的带宽进行限制。l最大带宽和最小带宽是对每个ONU的带宽进行极限限制，保证带宽根据业务的优先级不同而不同，一般语音业务的优先级最高，视频业务优先级次之，数据业务的优先级最低。lOLT根据业务和SLA及ONU的实际情况进行带宽

26、许可，优先级高的可以得到更高的带宽，满足业务需求。SLA:ServiceLevel AgreementBW:Bandwidth Maximum：最大带宽Guaranteed：保证带宽Minimum：最小带宽DBA工作原理工作原理D B A 的工作原理根据业务的优先级，系统对每个O N U 设置S L ADBA算法过程算法过程ONU reportOLT计算OLT-ONU实施D B A 算法过程O N U r e p o r t O L T 计算O L T-O N U 实DBA举例举例(a)l先假设OLT开始时知道了各ONU的buffer量和RTT时间,并建立了Polling table.。lOL

27、T送出一个grant给ONU1,允许发送数据长度6000bytes。D B A 举例(a)先假设O L T 开始时知道了各O N U 的b u f f eDBA举例举例(b)lONU1发送数据6000 bytes。l发送完数据,ONU1发出request信号,表明buffer还有550bytes。lOLT根据RTT时间,计算出ONU1的发送完成时间,并提前给ONU2发送grant信号,允许ONU2发送3200bytes。D B A 举例(b)O N U 1 发送数据6 0 0 0 b y t e s 。DBA举例举例(c)(1)lOLT收到ONU1的请求后,更新polling table。lO

28、NU2发送数据,并请求下一次的带宽(5700bytes)。D B A 举例(c)(1)O L T 收到O N U 1 的请求后,更新p o lDBA举例举例(d)lOLT根据表中的RTT计算出ONU2发送完的时间,并在适当的时刻发送grant允许ONU3发送数据。lONU3发送数据,并请求下一次带宽(4400bytes),OLT更新polling table中ONU2的数据。D B A 举例(d)O L T 根据表中的R T T 计算出O N U 2 发送完的EPON解决方案解决方案 Triplyplay解决方案解决方案 CATV解决方案解决方案 数据安全解决方案数据安全解决方案E P O N

29、 解决方案BRASAAA ServerIP Core ASP/ISP CPEMSEEthernetOLTSoftswitchInternetVoD ServerMiddlewareNMSTL1/CORBA/APIBBserviceplatformCarriers OSSNotificationEPONEPON Triple Play Triple Play 解决方案解决方案IPTVPCONU类型类型1PhonePCONU类型类型2CPEONU类型类型3VDSL NSP ODNSplitterONU类型类型4E1FEEPONB R A S A A A S e r v e r I P C o r

30、e A S P/I S P OLT1490 nmCATVCATVBroadcast Network Internet1550nm1:32VoIPONT1VoIPONT2EPON CATVEPON CATV解决方案解决方案DTV STB1550TXEDFA1310 nmBroadband MANDTV STBRFRFWDMcouplerWDMcoupler1:32FTTH CATV ReceiverUP:1310nmDn:1490nm1550nmUP:1310nmDn:1490nm1550nmVoice and Data1250MbpsVoice and Data2500MbpsVideoAna

31、log TVDigital TVHD/VOD42Mhz550Mhz860MhzUpstreamDownstream1310nm1490nm1550nmO L T 1 4 9 0 n m C A T V C A T V I n t e r n e t 1 5 5 0EPON数据安全数据安全EPON采用的是点到多点的无源光网络。下行帧采用的是点到多点的无源光网络。下行帧 是广播方式的，每个是广播方式的，每个ONU收到收到全部的数据流，然后根据全部的数据流，然后根据ONU提取出特定的数据包。正是由于这种下行方式，提取出特定的数据包。正是由于这种下行方式，存在以下几种安全威胁：存在以下几种安全威胁：窃

32、听：每个ONU都可以一天24小时不间断地监听所有的下行流量而且不会被发现，需要的只是一个标准的检漏头。黑客可以获得相邻ONU的MAC地址，然后通过监视MAC地址推断相邻ONU流量的数量和类型；假冒：黑客可以利用获得的相邻ONU的MAC地址，假装成相邻的用户，使防线守卫者相信它是一个合法的用户，这是侵入某个安全防线的最为普通的方法，通过假冒获取只有特定权限才能访问的数据和资源，或者可能以其他用户的名义发送数据到网络上，达到偷窃服务等目的。认证、扰码加密、AES加密 E P O N 数据安全E P O N 采用的是点到多点的无源光网络。下行帧Thank YT h a n k Y o u w w w.h u a w e i.c o m