EPON基于以太網(wǎng)的無源光網(wǎng)絡(luò)

單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,EPON,基于以太網(wǎng)的無源光網(wǎng)絡(luò),格林威爾,張侖,2006.,8,2024/10/5,APON,標(biāo)準(zhǔn)化過程（,FSAN,歷史）,FSAN,成立,Announcement :,向,ITUT SG15,提交,ATMPON,線路標(biāo)準(zhǔn),FSAN,的,APON,標(biāo)準(zhǔn)被,ITUT,認(rèn)可 (,G.983.1),FSAN,的,APON,標(biāo)準(zhǔn)被,ITUT,正式批準(zhǔn)(,G.983.1),1995,June 1996,Mar.1997,Mar.1998,Nov.1998,EPON,的標(biāo)準(zhǔn)化過程,EPON,由,IEEE802.3ah,工作組定義,EPON,是,IEEE,給出的接入網(wǎng)部分的解決方案，,Ethernet in the First Mile,EPON,標(biāo)準(zhǔn)在幾個(gè)月前已經(jīng)正式完成,EPON,的特色：點(diǎn)到多點(diǎn)，,OAM,Nov.2000,Call for Interest(IEEE EFM),July 2001,IEEE 802.3ah,July 2002,提交草案,Sep.2003,標(biāo)準(zhǔn)化,Sep.2004,標(biāo)準(zhǔn)公布,EPON,發(fā)展情況,1987,年，英國電信提出,PON,的概念,1995,年，,FSAN,聯(lián)盟,1998,年，,G.983 APON,2000,年，,EFMA,2001,年，成立第一英里以太網(wǎng)（,EFM,）小組，,GPON,啟動(dòng)，,APON,改名,BPON,2001,年,6,月，北郵（格林威爾）成立,EPON,項(xiàng)目組，國內(nèi)最早。,2002,年,1,月，北郵格林威爾承擔(dān)國家,863,項(xiàng)目，三家申請(qǐng)，排名第一,2004,年,2,月，,863,有,56,個(gè)項(xiàng)目驗(yàn)收，,GW,的,EPON,評(píng)價(jià)最高,AAA,。,2004,年,5,月，,GW,的,EPON,試驗(yàn)局穩(wěn)定運(yùn)行。,2004,年,9,月，,GW,提出,EPON,網(wǎng)管標(biāo)準(zhǔn)被,ITU,采納。,2005,年,6,月，,GW,參與國內(nèi),EPON,標(biāo)準(zhǔn)制定,2005,年,7,月，,GW,參與中國電信,EPON,芯片互通測(cè)試，三個(gè)廠家之一，唯一的國內(nèi)廠家。,2005,年,7,月，,GW,參與中國電信,EPON,設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)制定，五個(gè)廠家之一。唯一參加芯片測(cè)試和設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)制定的廠家。,6,項(xiàng)發(fā)明專利,全部的芯片級(jí)的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán),Q,EPON,在電信網(wǎng)絡(luò)中的位置,EOPN,系統(tǒng)屬于接入網(wǎng),EPON,系統(tǒng)示意,EPON,系統(tǒng)：點(diǎn)到多點(diǎn)的時(shí)分復(fù)用系統(tǒng),下行數(shù)據(jù)廣播，上行分配時(shí)隙,EPON,工作原理,點(diǎn)到多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò),二層采用802.3以太網(wǎng)幀承載業(yè)務(wù),下行方向,廣播方式,上行方向,TDMA,方式,類似點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò),OLT,Optical Line Terminal,光線路終端,局端設(shè)備,位于,CO,EPONEthernet PON,ONU,Optical Network Unit,光網(wǎng)絡(luò)單元,用戶端設(shè)備,可位于路邊、樓道、家庭等,ODN,Optical Distribution Network,光分配網(wǎng),OLT,和,ONU,之間由無源的光纖、光分/合路器（,POS）,等構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。,POS,可位于路邊、樓道,EPON,系統(tǒng)的多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（,1,）,總線結(jié)構(gòu),樹型結(jié)構(gòu),環(huán)型全保護(hù)結(jié)構(gòu),EPON,系統(tǒng)的多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（,2,）,干線帶保護(hù)的樹型結(jié)構(gòu),干線、支線都帶保護(hù)的樹型結(jié)構(gòu),廣播模式,下行數(shù)據(jù)廣播，各,ONU,根據(jù)包頭,ID,取出自己的數(shù)據(jù),可高效支持組播或廣播業(yè)務(wù),EPON,下行傳輸,TDMA,模式（時(shí)分多址,）,上行數(shù)據(jù)時(shí)分復(fù)用,各,ONU,定時(shí)上報(bào)各自流量,OLT,根據(jù)各,ONU,業(yè)務(wù)流量進(jìn)行動(dòng)態(tài)帶寬分配授權(quán)時(shí)隙,ONU,在授權(quán)時(shí)隙內(nèi)突發(fā)傳送數(shù)據(jù),EPON,上行傳輸,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,的工作機(jī)制,OLT,是整個(gè),EPON,系統(tǒng)的核心,OLT,掌管著,EPON,系統(tǒng)所有的上下行數(shù)據(jù)的發(fā)送和傳輸,下行數(shù)據(jù)由,OLT,廣播給各個(gè),ONU,ONU,給,OLT,發(fā),REPORT,幀向,OLT,申請(qǐng)上傳時(shí)段,OLT,通過發(fā),GATE,幀給,ONU,分配上傳時(shí)段,IEEE802.3ah,分層模型,關(guān)鍵技術(shù),同步與測(cè)距,ONU,發(fā)送時(shí)隙與,OLT,分配時(shí)隙一致,時(shí)間標(biāo)簽方式,下行方向：,OLT,插入時(shí)鐘標(biāo)簽，,ONU,修正，完成同步,上行方向：,ONU,插入時(shí)鐘標(biāo)簽,，,OLT,完成測(cè)距,ONU,自動(dòng)識(shí)別,自動(dòng)完成新,ONU,的發(fā)現(xiàn)和注冊(cè),解決注冊(cè)沖突,隨機(jī)延遲時(shí)間,隨機(jī)跳過開窗,帶寬分配,保證多個(gè),ONU,的發(fā)送時(shí)隙不碰撞,根據(jù)各,ONU,數(shù)據(jù)量分配帶寬,保證各種業(yè)務(wù)的,QoS,要求,MPCP,多點(diǎn)控制協(xié)議,功能,ONU,注冊(cè),ONU,測(cè)距,根據(jù),ONU,帶寬請(qǐng)求，動(dòng)態(tài)分配帶寬授權(quán),實(shí)現(xiàn)手段,ONU,帶寬請(qǐng)求,Report,OLT,帶寬分配,Gate,MPCP,的實(shí)現(xiàn)要求,根據(jù)不同的,ONU,業(yè)務(wù)類型，保證其帶寬和時(shí)延要求。,帶寬分配的公平和效率,安全性，惡意,ONU,不能破壞或監(jiān)聽其他,ONU,的數(shù)據(jù),健壯性，鏈路丟失某些,Gate,或,Report,信息后，,MPCP,系統(tǒng)不能崩潰,邏輯鏈路標(biāo)志（,LLID,）,為了在,OLT,側(cè),區(qū)分不同,ONU,上傳的數(shù)據(jù)包，定義了,LLID,LLID,相當(dāng)于是,ONU,的邏輯編號(hào),在,OLT,側(cè)，每一個(gè),LLID,對(duì)應(yīng)著,MPCP,上層的一個(gè),MAC,層,Preamble,SFD,Frame,Preamble,LLID,EPON,系統(tǒng)中以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)的變化,CRC,Frame,FCS(CRC),Data,Time Stamp,Opcode,EPON,控制幀結(jié)構(gòu),幀長,64,字節(jié),幀類型,0 x8808,Opcode,代表控制幀用途,帶時(shí)間標(biāo)簽以便隨時(shí)測(cè)量系統(tǒng)延時(shí),0 x8808,SA,DA,Preamble,LLID,CRC,Frame,4B,40B,4B,2B,2B,6B,6B,ONU,注冊(cè)過程,Gate,幀和,Report,幀,GATE,幀,REPORT,幀,對(duì),OLT,而言，各個(gè)不同的,ONU,到,OLT,的距離不相等；,OLT,與各,ONU,間的環(huán)路時(shí)延還會(huì)隨時(shí)間和環(huán)境的變化而變化。因此會(huì)引起上行信元的碰撞沖突,。,上行,OLT,ONU#1,ONU#3,ONU#2,沖突,測(cè)距的原因,防止上行信元的碰撞沖突。通過實(shí)時(shí)測(cè)量每個(gè),ONU,和,OLT,間的環(huán)路時(shí)延,并插入相應(yīng)的均衡延時(shí),Td,值，使所有,ONU,到,OLT,的邏輯距離相同。,上行,OLT,ONU#1,ONU#3,ONU#2,2,Td1,Td3,Td2,測(cè)距保障,測(cè)距的目的,ONU,測(cè)距,靜態(tài)測(cè)距,指測(cè)距時(shí),ONU,沒有傳輸用戶業(yè)務(wù)靜態(tài)測(cè)距對(duì)應(yīng)的情況是系統(tǒng)初始安裝，網(wǎng)絡(luò)增加新的,ONU，,或由于故障而被停止業(yè)務(wù)的,ONU,重新恢復(fù)運(yùn)行時(shí),動(dòng)態(tài)測(cè)距,動(dòng)態(tài)測(cè)距是在,ONU,上有業(yè)務(wù)運(yùn)行的情況下進(jìn)行的，主要是為了補(bǔ)償光纖線路及器件的延時(shí)特性隨環(huán)境和時(shí)間變化而發(fā)生的變化的,靜態(tài)測(cè)距和動(dòng)態(tài)測(cè)距,ONU,向,OLT,發(fā)射的信元以,TDMA,方式共享上行信道。測(cè)距保證不同,ONU,發(fā)送的信元在,OLT,端互不碰撞，但測(cè)距精度有限，,OLT,端接收到的數(shù)據(jù)流為近似連續(xù)的數(shù)據(jù)流，不同,ONU,發(fā)送的信元之間要有防護(hù)時(shí)間，不同,OUN,發(fā)送信元之間有相位突變。此外由于,ONU,激光器的離散性和距,OLT,距離的不同，,OLT,接收的不同,ONU,發(fā)送的信元的幅度有突變。,OLT,ONU#1,ONU#3,ONU#2,1,2,3,2,1,3,上行,突發(fā)模式接收,DBA(Dynamic Bandwidth Assignment),是為了解決在共享媒質(zhì)網(wǎng)絡(luò)里如何最大限度的有效利用現(xiàn)有帶寬而采取的一種媒質(zhì)接入控制機(jī)制。,EPON,對(duì),DBA/MAC,提出的要求,靜態(tài)帶寬分配,動(dòng)態(tài)帶寬分配,請(qǐng)求應(yīng)答（,Request-Grant）,式,自適應(yīng)式,動(dòng)態(tài)帶寬分配（,DBA）,算法的研究和實(shí)現(xiàn),上行幀結(jié)構(gòu),EPON,系統(tǒng)信息傳輸安全保障技術(shù),防止非法用戶惡意偵聽數(shù)據(jù)包,通過,P2PE，,不是本,ONU,的數(shù)據(jù)包用戶無法監(jiān)聽,ONU,的數(shù)據(jù)保密性,通過,P2PE,，,可實(shí)現(xiàn),ONU,級(jí)別的加密，可根據(jù)用戶安全需求來定義安全性級(jí)別，從而采取相應(yīng)的保密措施,針對(duì)每個(gè),ONU,的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密/攪動(dòng),周期性發(fā)送密鑰,PON,收發(fā)模塊,CDR,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,收發(fā)模塊,ONU,PON,收發(fā)模塊,OLT,光分/合路器,無源光器件,光耦合器,分路器：一個(gè)輸入端口，把光信號(hào)（功率）從一根光纖分給多根光纖,合路器：一個(gè)輸出端口，把光信號(hào)（功率）從多根光纖匯合到一根光纖,分路比：,通過融合區(qū)長度控制,功率分配：,均勻,or,非均勻,位置,路邊交接箱,架空,樓內(nèi)/小區(qū)分線盒,分路器實(shí)例,分路器,1,分,2,（,22,）,熔錐前,熔錐后,耦合區(qū),分路器,2,N,2,N,分路器在兩個(gè)方向的衰減是一樣的！,GPON Vs.EPON,（,1,）,帶寬效率低,8B/10B,帶來光收發(fā)器的低成本、高性能,在接入段，帶寬效率并不是關(guān)鍵,EPON,的,TDM,承載不好，,GPON,的,TDM,處理簡單,GPON,的,ATM,接口在國內(nèi)并不實(shí)用,GW,的,TDM,業(yè)務(wù)承載已經(jīng)經(jīng)過長期穩(wěn)定使用,管理差,EPON,的,OAM,功能擴(kuò)展性很強(qiáng),中國電信正在組織擴(kuò)展,OAM,的定義，全面支持各種管理要求,EPON,的“缺點(diǎn)”,GPON Vs.EPON,（,2,）,以太網(wǎng)是承載,IP,業(yè)務(wù)的最佳載體,幾乎所有的上網(wǎng)設(shè)備都有以太網(wǎng)口,以太網(wǎng)漫長的發(fā)展歷史中擊敗了所有的對(duì)手,以太網(wǎng)從局域走向城域,EPON,設(shè)備成熟可用,EPON,在亞洲已經(jīng)鋪設(shè)了數(shù)百萬線,第三代商用芯片已經(jīng)推出,相關(guān)光模塊、芯片價(jià)格都有大幅下降,EPON,協(xié)議簡單、實(shí)現(xiàn)成本低，設(shè)備成本低,EPON,協(xié)議簡單，實(shí)現(xiàn)容易，設(shè)備成本低,在城域接入網(wǎng)需要最合適的技術(shù)，而不是最好的技術(shù),更適合國內(nèi),城域網(wǎng)沒有,ATM,或,BPON,的設(shè)備包袱,更適合未來,IP,承載所有業(yè)務(wù),以太網(wǎng)承載,IP,業(yè)務(wù),EPON,的優(yōu)點(diǎn),APON/GPON/EPON,對(duì)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,下行線路速率,（,Mbps）,上行線路速率,（,Mbps）,線路編碼,32,分路比,最大傳輸距離,（,km）,TDM,支持能力,500,（,上行622,Mbps,情況下）,1100,（,上行1.244,Gbps,情況下）,760,860,上行可用帶寬（,Mbps）,（傳輸,IP,業(yè)務(wù)）,下行數(shù)據(jù)加密,攪動(dòng)或,AES,加密,AES,加密,沒有定義,ITU-T G.984,IEEE 802.3ah,標(biāo)準(zhǔn),1998,年,2003年,2000年1.0草稿,2004年定稿,時(shí)間,ATM,信元,ATM,信元和,GFP,幀,802.3以太網(wǎng)幀,信號(hào)形式,32,64,ITU-T G.983,光纖的傳輸特性損耗特性,光纖的,-,曲線（損耗