EPON基于以太网的无源光网络

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1、单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,EPON,基于以太网的无源光网络,格林威尔,张仑,2006.,8,2024/10/5,APON,标准化过程（,FSAN,历史）,FSAN,成立,Announcement :,向,ITUT SG15,提交,ATMPON,线路标准,FSAN,的,APON,标准被,ITUT,认可 (,G.983.1),FSAN,的,APON,标准被,ITUT,正式批准(,G.983.1),1995,June 1996,Mar.1997,Mar.1998,Nov.1998,EPON,的标准化过程,EPON,由,IEEE802.3a

2、h,工作组定义,EPON,是,IEEE,给出的接入网部分的解决方案，,Ethernet in the First Mile,EPON,标准在几个月前已经正式完成,EPON,的特色：点到多点，,OAM,Nov.2000,Call for Interest(IEEE EFM),July 2001,IEEE 802.3ah,July 2002,提交草案,Sep.2003,标准化,Sep.2004,标准公布,EPON,发展情况,1987,年，英国电信提出,PON,的概念,1995,年，,FSAN,联盟,1998,年，,G.983 APON,2000,年，,EFMA,2001,年，成立第一英里以太网（,

3、EFM,）小组，,GPON,启动，,APON,改名,BPON,2001,年,6,月，北邮（格林威尔）成立,EPON,项目组，国内最早。,2002,年,1,月，北邮格林威尔承担国家,863,项目，三家申请，排名第一,2004,年,2,月，,863,有,56,个项目验收，,GW,的,EPON,评价最高,AAA,。,2004,年,5,月，,GW,的,EPON,试验局稳定运行。,2004,年,9,月，,GW,提出,EPON,网管标准被,ITU,采纳。,2005,年,6,月，,GW,参与国内,EPON,标准制定,2005,年,7,月，,GW,参与中国电信,EPON,芯片互通测试，三个厂家之一，唯一的国内

4、厂家。,2005,年,7,月，,GW,参与中国电信,EPON,设备标准制定，五个厂家之一。唯一参加芯片测试和设备标准制定的厂家。,6,项发明专利,全部的芯片级的自主知识产权,Q,EPON,在电信网络中的位置,EOPN,系统属于接入网,EPON,系统示意,EPON,系统：点到多点的时分复用系统,下行数据广播，上行分配时隙,EPON,工作原理,点到多点网络,二层采用802.3以太网帧承载业务,下行方向,广播方式,上行方向,TDMA,方式,类似点对点网络,OLT,Optical Line Terminal,光线路终端,局端设备,位于,CO,EPONEthernet PON,ONU,Optical N

5、etwork Unit,光网络单元,用户端设备,可位于路边、楼道、家庭等,ODN,Optical Distribution Network,光分配网,OLT,和,ONU,之间由无源的光纤、光分/合路器（,POS）,等构成的网络。,POS,可位于路边、楼道,EPON,系统的多种拓扑结构（,1,）,总线结构,树型结构,环型全保护结构,EPON,系统的多种拓扑结构（,2,）,干线带保护的树型结构,干线、支线都带保护的树型结构,广播模式,下行数据广播，各,ONU,根据包头,ID,取出自己的数据,可高效支持组播或广播业务,EPON,下行传输,TDMA,模式（时分多址,）,上行数据时分复用,各,ONU,定

6、时上报各自流量,OLT,根据各,ONU,业务流量进行动态带宽分配授权时隙,ONU,在授权时隙内突发传送数据,EPON,上行传输,Optical Design for Two-Wavelength EPON,1310,nm,上行方向,1510,nm,下行方向,Optical Design for Three-Wavelength EPON,1310,nm,上行方向,1510,nm,下行方向,1550,nmCATV,EPON,的工作机制,OLT,是整个,EPON,系统的核心,OLT,掌管着,EPON,系统所有的上下行数据的发送和传输,下行数据由,OLT,广播给各个,ONU,ONU,给,OLT,发,

7、REPORT,帧向,OLT,申请上传时段,OLT,通过发,GATE,帧给,ONU,分配上传时段,IEEE802.3ah,分层模型,关键技术,同步与测距,ONU,发送时隙与,OLT,分配时隙一致,时间标签方式,下行方向：,OLT,插入时钟标签，,ONU,修正，完成同步,上行方向：,ONU,插入时钟标签,，,OLT,完成测距,ONU,自动识别,自动完成新,ONU,的发现和注册,解决注册冲突,随机延迟时间,随机跳过开窗,带宽分配,保证多个,ONU,的发送时隙不碰撞,根据各,ONU,数据量分配带宽,保证各种业务的,QoS,要求,MPCP,多点控制协议,功能,ONU,注册,ONU,测距,根据,ONU,带

8、宽请求，动态分配带宽授权,实现手段,ONU,带宽请求,Report,OLT,带宽分配,Gate,MPCP,的实现要求,根据不同的,ONU,业务类型，保证其带宽和时延要求。,带宽分配的公平和效率,安全性，恶意,ONU,不能破坏或监听其他,ONU,的数据,健壮性，链路丢失某些,Gate,或,Report,信息后，,MPCP,系统不能崩溃,逻辑链路标志（,LLID,）,为了在,OLT,侧,区分不同,ONU,上传的数据包，定义了,LLID,LLID,相当于是,ONU,的逻辑编号,在,OLT,侧，每一个,LLID,对应着,MPCP,上层的一个,MAC,层,Preamble,SFD,Frame,Pream

9、ble,LLID,EPON,系统中以太网帧结构的变化,CRC,Frame,FCS(CRC),Data,Time Stamp,Opcode,EPON,控制帧结构,帧长,64,字节,帧类型,0 x8808,Opcode,代表控制帧用途,带时间标签以便随时测量系统延时,0 x8808,SA,DA,Preamble,LLID,CRC,Frame,4B,40B,4B,2B,2B,6B,6B,ONU,注册过程,Gate,帧和,Report,帧,GATE,帧,REPORT,帧,对,OLT,而言，各个不同的,ONU,到,OLT,的距离不相等；,OLT,与各,ONU,间的环路时延还会随时间和环境的变化而变化。因

10、此会引起上行信元的碰撞冲突,。,上行,OLT,ONU#1,ONU#3,ONU#2,冲突,测距的原因,防止上行信元的碰撞冲突。通过实时测量每个,ONU,和,OLT,间的环路时延,并插入相应的均衡延时,Td,值，使所有,ONU,到,OLT,的逻辑距离相同。,上行,OLT,ONU#1,ONU#3,ONU#2,2,Td1,Td3,Td2,测距保障,测距的目的,ONU,测距,静态测距,指测距时,ONU,没有传输用户业务静态测距对应的情况是系统初始安装，网络增加新的,ONU，,或由于故障而被停止业务的,ONU,重新恢复运行时,动态测距,动态测距是在,ONU,上有业务运行的情况下进行的，主要是为了补偿光纤线

11、路及器件的延时特性随环境和时间变化而发生的变化的,静态测距和动态测距,ONU,向,OLT,发射的信元以,TDMA,方式共享上行信道。测距保证不同,ONU,发送的信元在,OLT,端互不碰撞，但测距精度有限，,OLT,端接收到的数据流为近似连续的数据流，不同,ONU,发送的信元之间要有防护时间，不同,OUN,发送信元之间有相位突变。此外由于,ONU,激光器的离散性和距,OLT,距离的不同，,OLT,接收的不同,ONU,发送的信元的幅度有突变。,OLT,ONU#1,ONU#3,ONU#2,1,2,3,2,1,3,上行,突发模式接收,DBA(Dynamic Bandwidth Assignment),

12、是为了解决在共享媒质网络里如何最大限度的有效利用现有带宽而采取的一种媒质接入控制机制。,EPON,对,DBA/MAC,提出的要求,静态带宽分配,动态带宽分配,请求应答（,Request-Grant）,式,自适应式,动态带宽分配（,DBA）,算法的研究和实现,上行帧结构,EPON,系统信息传输安全保障技术,防止非法用户恶意侦听数据包,通过,P2PE，,不是本,ONU,的数据包用户无法监听,ONU,的数据保密性,通过,P2PE,，,可实现,ONU,级别的加密，可根据用户安全需求来定义安全性级别，从而采取相应的保密措施,针对每个,ONU,的数据进行加密/搅动,周期性发送密钥,PON,收发模块,CDR

13、,Postamp,Preamp,PD,WDM,WDM,Laser,Driver,LD,PD,CDR,Postamp,Preamp,LD,Laser,Driver,(,Burst Mode Transmitter),(,Burst Mode Receiver),Up to 16,ONUs,1.49,um,1.31,um,OLT,ONU,Burst Mode,Parts,PON,收发模块,ONU,PON,收发模块,OLT,光分/合路器,无源光器件,光耦合器,分路器：一个输入端口，把光信号（功率）从一根光纤分给多根光纤,合路器：一个输出端口，把光信号（功率）从多根光纤汇合到一根光纤,分路比：,通过融

14、合区长度控制,功率分配：,均匀,or,非均匀,位置,路边交接箱,架空,楼内/小区分线盒,分路器实例,分路器,1,分,2,（,22,）,熔锥前,熔锥后,耦合区,分路器,2,N,2,N,分路器在两个方向的衰减是一样的！,GPON Vs.EPON,（,1,）,带宽效率低,8B/10B,带来光收发器的低成本、高性能,在接入段，带宽效率并不是关键,EPON,的,TDM,承载不好，,GPON,的,TDM,处理简单,GPON,的,ATM,接口在国内并不实用,GW,的,TDM,业务承载已经经过长期稳定使用,管理差,EPON,的,OAM,功能扩展性很强,中国电信正在组织扩展,OAM,的定义，全面支持各种管理要求

15、,EPON,的“缺点”,GPON Vs.EPON,（,2,）,以太网是承载,IP,业务的最佳载体,几乎所有的上网设备都有以太网口,以太网漫长的发展历史中击败了所有的对手,以太网从局域走向城域,EPON,设备成熟可用,EPON,在亚洲已经铺设了数百万线,第三代商用芯片已经推出,相关光模块、芯片价格都有大幅下降,EPON,协议简单、实现成本低，设备成本低,EPON,协议简单，实现容易，设备成本低,在城域接入网需要最合适的技术，而不是最好的技术,更适合国内,城域网没有,ATM,或,BPON,的设备包袱,更适合未来,IP,承载所有业务,以太网承载,IP,业务,EPON,的优点,APON/GPON/EP

16、ON,对比,64,128,APON/BPON,GPON,EPON/GEPON,155/622,155/622/1244,/2488,1250,NRZ,NRZ,8,B/10B,20,60,20,TDM over ATM,TDM over ATM,或,TDM over Packet,TDM over Ethernet,155/622/1244,1244/2488,1250,下行线路速率,（,Mbps）,上行线路速率,（,Mbps）,线路编码,32,分路比,最大传输距离,（,km）,TDM,支持能力,500,（,上行622,Mbps,情况下）,1100,（,上行1.244,Gbps,情况下）,760,860,上行可用带宽（,Mbps）,（传输,IP,业务）,下行数据加密,搅动或,AES,加密,AES,加密,没有定义,ITU-T G.984,IEEE 802.3ah,标准,1998,年,2003年,2000年1.0草稿,2004年定稿,时间,ATM,信元,ATM,信元和,GFP,帧,802.3以太网帧,信号形式,32,64,ITU-T G.983,光纤的传输特性损耗特性,光纤的,-,曲线（损耗