《HFC及EPON技术(1).ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《HFC及EPON技术(1).ppt（125页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、1,HFC与EPON技术,中国传媒大学宽带网络研究所金立标 博士,2,3,CMTS系统,4,一、网络结构,5,二、CMTS,1.局端系统CMTS作为前端路由器/交换集线器和CATV网络之间的连接设备，CMTS一般在有线电视的前端或者在管理中心的机房；完成数据到射频RF转换，并与有线电视的视频信号混合，送入HFC网络中。除了与高速网络连接外，也可以作为业务接入设备，通过Ethernet网口挂接本地服务器提供本地业务。,6,二、CMTS,CMTS与 CM的通信过程为：在下行方向，来自路由器的数据包在CMTS中被封装成MPEG2-TS帧的形式，经过64QAM调制后与有线电视模拟信号混合输出RF信号到
2、HFC网络，下载给各CM；在上行方向，CMTS将接收到的经QPSK调制的数据进行解调，转换成以太网帧的形式传送给路由器。同时，CMTS负责处理不同的MAC程序，这些程序包括下行时隙信息的传输、测距管理以及给各CM分配TDMA时隙。,7,三、Cablemodem,Cable Modem工作在物理层和数据链路层，下面介绍Cable Modem在这两层的工作原理。（1）物理层 下行采用是64/256QAM(正交振幅调制)，调制速率可达36Mbit/s。上行调制采用QPSK(四相移键控调制)，抗干扰性能好，速率可达10Mbit/s。另一个上行协议是S-CDMA(同步码分复用)。,8,三、Cablemo
3、dem,（2）媒体通路控制层媒体通路控制层（MAC）和逻辑链接控制层（LLC），即OSI七层组织中的数据链路层。这两个协议层规定了不同信号和用户怎样共享公共带宽。在上行方向，Cable Modem从计算机接收数据包，把它们转换成模拟信号，传给网络前端设备。该设备负责分离出数据信号，把信号转换为数据包，并传给因特网服务器。同时该设备还可以剥离出语音（电话）信号并传给交换机。,9,四、系统参数,10,五、CMTS输出特性,11,六、CM输入特性,12,七、CM输出特性,13,八、CM的接入,1.接入业务对带宽的要求在HFC有线电视网上，不同的业务运行会有不同的带宽需求，致使每个CM对网络有不同的接
4、入要求。（1）网上浏览业务倾向于非对称的带宽要求，致使每个CM要求有一个上行和一个下行信道的支持，这正好与HFC有线电视网的非对称带宽特性相适应。（2）IP电话业务倾向于对称的带宽要求，致使每个CM要求有多个上行信道的支持。在一个地区有大量的CM通过同一个光节点接入时，为了提供足够的带宽和防止呼叫阻塞，需要提供CM能接入到多个上行中的一个信道的支持。,14,八、CM的接入,（3）IP流媒体视频业务倾向于非常大的下行带宽的要求，致使每个CM要求有多个下行信道的支持。在一个地区有大量的CM通过同一个光节点接入时，为了提供足够的带宽和把多路IP视频流传送到多个CM，就需要提供CM能接入到多个下行中的
5、一个信道的支持。（4）上述业务的组合应用业务带宽需求的情况就相当复杂，就可能需要有多个上行和下行信道的支持。该情况下，CM要能在多个上行之间和多个下行之间移动，CMTS的作用是管理与其相连接的所有CM的流量负载，即根据各CM的带宽资源需求和可用的资源，通过动态地移动CM，在多个上行和下行之间平衡流量。,15,八、CM的接入,2.CM接入单个下行信道和单个上行信道示例 假设CMTS有1个下行输出和4个上行输入端口，即有1个下行信道和4个上行信道；1个下行信道为共享信道，4个上行信道则分别位于独立的4根光纤上，并分别为4个社区的CM提供服务。CMTS接入到一个下行光发射机和4个上行光接收机，而每个
6、CM则经电缆分配系统接入各自所在社区的光节点（双向光发射/光接收机），即每个CM共享一个下行信道和惟一的一个上行信道。前端CMTS与社区光节点之间采用了空间分隔的两根光纤（上/下行各一芯）连接，而社区光节点以下则是树枝型结构的同轴电缆分配系统连接各CM。如下图：,16,17,八、CM的接入,3.CM接入多个下行信道和多个上行信道示例 每个CMTS均有2个下行输出端口（fD0/fD1）和4个上行输入端口（fU0fU3）；结构见下图：,18,（1）结构1将CMTS的两个下行输出端口混合后接入到一个下行光发射机；将每两个上行输入端口也混合分别接入上行光接收机。这样，每个CM都可查看2个下行信道。（2
7、）结构2将CMTS的2个下行输出端口和4个上行输入端口混合后分别接入下行光发射机和上行光接收机。这样，每个CM都可查看2个下行信道并使用与2个下行信道相关的全部4个上行信道。（3）结构3CMTS的下行输出和上行输入端口的混合方式类似方案1，但CMTS的上行输入端口采用了交叉连接，即每个上行光接收机分别与不同的下行信道相关。这样每个CM都可查看2个下行信道及每个下行信道相关的一个上行信道。,19,九、DOCSIS2.0,1.DOCSIS2.0体系DOCSIS 2.0技术规范，对之前发布的DOCSIS1.1规范进行了扩充，引入了对服务质量(QoS)应用给以优先的技术。通过使用更高达128QAM的正
8、交幅度调制做上行，DOCSIS 2.0将上行信道的容量提高了3倍。64QAM调制方式，在6.4MHz的信道带宽上，DOCSIS 2.0的上行信道可以传输的数据率为30.7Mbps，而DOCSIS1.0上行传输典型的应用采用 QPSK，在1.6MHz的信道带宽上可以达到的数据率只有2.56Mbps。,20,九、DOCSIS2.0,21,九、DOCSIS2.0,2.DOCSIS2.0回传噪声抑制技术DOCSIS 2.0是专门针对有线电视网络产业所关注的受容量限制和易受噪声侵害的上行而设计的。它基本上是建立在DOCSIS1.1的基础之上，通过实现对两种物理层(PHY)技术的支持而完成的，这两种技术分
9、别是同步码分复用(S-CDMA)和高级时分复用(ATDMA)。S-CDMA和ATDMA都提供大体上相同的数据速率，但是它们在处理数据的方式和降低噪声干扰方面采用了不同的方法。,22,九、DOCSIS2.0,(1)S-CDMAS-CDMA是直接序列扩频(DSSS)通信的一种，专门设计用于在电缆网络上提供更强的抗干扰能力。DSSS的每一个数据符号在发射机端与伪随机序列码(码片序列)相乘，从而“扩展”到较宽的频谱之上，在接收端，同样的伪随机序列码被用来检取出原始信号。在多个数据流同时传输时，每个数据流分别用它们各自的伪随机序列码相乘。由于许多个用户共享同一频谱，各用户通过不同的伪随机序列码区分并使干
10、扰最小，DSSS被称做码分复用(CDMA)。S-CDMA带来的一个优势是每个数据符号在时间上被展宽了，因此每个发送符号抗脉冲噪声的能力也增强了。,23,九、DOCSIS2.0,(2)A-TDMA由早先的DOCSIS标准演变而来的A-TDMA是一种“一次一个”的突发通信技术多址接入协议。通过严格的时间分配控制实现多个用户的访问，其中每个时隙由CMTS中的调度管理器分配给每个Modem，控制多个用户对共享信道的接入使用。这种方式可提供的调制阶次可达到64QAM。A-TDMA有增强的FEC，更高的调制(原最高为16QAM)，信道带宽增加了一倍(6.4MHz)，Reed-Solomon 码字交织提高了
11、对突发错误的纠错，以及更多的对多径信号反射干扰的抵抗能力。,24,十 DOCSIS3.0,随着宽带网的迅猛发展，用户对大带宽和高速率传输需求进一步的增强，其他电信运营商正在大力建设光纤到户（FTTH）和光纤到路边（FTTC）的网络，为用户提供百兆级的传输速率。所以电视运营商极需要达到100M的速率与之抗衡。另一方面，各种新型业务，如IPTV、视频点播、电视会议等也如饥似渴地需要更高的数据传输速度，正是基于此种情况，CableLabs在2006年完成了DOCSIS3.0版本标准的制定工作。,25,1、基于多个上、下行通道的绑定技术 a）DOCSIS 3.0采用四个或四个以上的有线电视频道带宽绑定
12、在一起的方式进行数据传输，当然这种绑定并不是简单的组合。如图所示，120Mbps的数据被使用“信息包绑定（Packetbonding）”技术分成四个30Mbps的数据流（不能大于30Mbps），通过四个绑定在一起的电视频道进行传输，在接收端通过使用“信息包绑定（Packetbonding）”技术把四个30Mbps的数据流整合还原成120Mbps的数据。这样它的传输能力将是原来使用单一电视频道传输的4倍以上。,26,27,DOCSIS 3.0标准规定绑定在一起的频道不能低于4个，DOCSIS 3.0的下行速率起点规定为160Mbps，而上行速率为120Mbps，并且还可以通过增加绑定的频道数量来
13、提高上、下行的传输速率。DOCSIS3.0标准在传输通道中采用的多个频道的绑定技术，在数据传输中则采用的信息包的绑定技术，这些新技术无疑为DOCSIS3.0标准的传输速率带来了飞跃的发展。,28,2、采用了先进的IPv6技术：目前随着互联网的飞速发展，原有的IPv4技术已经不能满足应用的需要，所以采用了更新的IPv6技术。DOCSIS3.0标准也顺应时代发展的需要，将IPv6技术融合到标准之中。DOCSIS3.0标准不仅支持原有的IPv4技术，而且还能支持新一代的IPv6技术，在前不久进行的相关测试中，DOCSIS3.0标准的设备在这方面的测试结果是令人满意的。,29,3、采用组播技术并提供Q
14、oS保证 DOCSIS3.0标准中对于组播技术有了很多的支持，如在DOCSIS3.0标准中制定了一个基于DOCSIS特有的2层组播控制协议，另外在组播的QoS保证方面也引进了“组业务流”的概念，以业务分类名定义业务流的QoS参数，这些举措使得DOCSIS3.0标准在未来的IP组播的应用得到了加强。,30,HFC网络,31,1、前端系统CMTS,CMTS设计考虑问题：CMTS调制方式：64QAM、256QAM提供给用户的带宽，是否高于ADSL上网用户比例（同时上网）；网络使用比例（同时下载）,32,1、前端系统CMTS,举例：下行每信道8M带宽，采用64QAM调制方式，每个下行信道实际数据率36
15、Mbps；预计提供给用户的最低并发数据速率BW在1Mbps以上；使用情况以高峰期上网用户比例RB为50%，网络使用比例UF为20%预计。按照1000户计算：1000*50%*20%*1Mbps/36Mbps 2.7,即需要3台CMTS；若提供400kbps的速率，则需1台CMTS。,33,2、HFC回传链路损耗,34,A块：CM至楼放输出口，反向损耗一般设定为255db。B块：电缆干线网部分（包括干放、延放与楼放）至光站（具有双向传输功能的光节点）的输出端口，反向损耗设定0db（采用单位增益设计）。,35,C块：光站至光接收机部分，损耗与光设备的选择有关，一但光设备选定了，损耗也就确定了。D块
16、：光接收机输出端至CMTS的输入端口部分，这块的作用是将多条光链路输出的信号混合成一路输入CMTS，此块的插入损耗按下公式计算：插入损耗（业务带宽上行通道的每Hz功率）CMTS要求的输入电平值,36,假设CM的工作带宽为3.2MHz，并且接收机输出口的总功率为108dBuV。根据每Hz功率法的公式，此时CM的实际工作电平应该为108dBuV 10 log(60MHz/3.2MHz)=95dBuV一般将CMTS的端口接收电平设为0dBmV即60dBuV。这样从上行接收机的输出到CMTS上行端口的总衰减应控制为精确等于 95dBuV 60dBuV=35dB,37,目前，CM的最大输出电平为118d
17、bV，为了保证系统有较高的CNR值，将CM的发射电平范围设定为100-115dbV，动态范围15db作为CMTS的测距AGC控制余量（CMTS的输入电平通过AGC控制被钳定在601dbV）。动态范围15dB分配如下：分配网：由于各CM的路由差别所造成的汇集电平差较大，分配余量为10db，所以，在楼放的输出端口处分配网的汇集电平均差不超过5db。电缆干线网部分：在调试中按单位增益的概念调试。通过调试使网络中的每一级放大器间的增益均为0db，从而实现图中B块总增益为0db的目的。这块只需分配3db的余量作为温度所造成电缆损耗的变化和放大器增益变化的补偿。光纤链路：由于采用了归一化的调试，只需考虑设
18、备增益变化的影响，分配2db的补偿余量。,38,举例：CM的最大发射电平为：CM的最大发射电平=CMTS的输入电平 D块损耗 B块损耗C块损耗分配网A块的标称损耗=60+350-15+30=110dbV CM的最小发射电平=CMTS的输入电平 D块损耗 B块损耗C块损耗分配网A块的标称损耗=60+35+0-15+20=100dbV 式中20是A块的最小损耗值。,39,从上可知：光设备型号一旦确定后，B、C、D三块的损耗就确定了。由于CMTS测距AGC的控制作用，此时CM的发射电平将取决于分配网的损耗值和附加损耗值。当分配网的损耗过大时，将导致CM即使工作在最大的发射状态也满足不了CMTS的接收
19、电平需要。当分配网损耗过小时，将使CM发射电平过低而达不到信道所要求的CNR值而导致通信不正常。所以，必须严格分配网的设计与施工，使之达到要求的损耗值。,40,3、上行信号调整,用户回传上行信号时，由于路由各不相同，各路由的上行传输损耗各不相同，必然出现不同用户信号上行到各级汇聚点的电平不一致。如果其电平差异过大，即使管理CM的CMTS发出电平调整指令试图使CM受控调整输出电平，也难以达到各用户电平上行到中心一致的目的。这就要求对上行信号电平进行汇聚均衡。,41,传统有线电视系统是按下向需求设计的。下行信号电平：A 100dBVB 73dBV：73=100-27（27为分支损耗）C 75dBV
20、：75=100-5-20D 74dBV：74=100-5-7-14E 73dBV：73=100-5-7-11-4 结论:下行设计合理,42,对于上行信号，如果每个CM输出电平为100dBV。上行频率的衰减分别为1.2、1.6和2.5dB。则：B A 100-27=73 dBV C A 100-20-1.2=78.8 dBV D A 100-14-1.6-1.2=83.2 dBV E A 100-4-2.5-1.6-1.2=90.7 dBV 结果:B、C、D、E到达A的电平差最大为17.7dB,43,考虑CMTS-CM测距自动确定CM发射电平，假设A点汇聚电平均衡为75dB，则有:B A 75+
21、27=102 dBV C A 75+1.2+20=96.2 dBV D A 75+1.2+1.6+14=91.8dBV E A 75+1.2+1.6+2.5+4=84.3dBVCM发射电平差有17.7dB，那么E点到达A点的CNR将会下降17.7dB,44,上行均衡,离A越远，上行损耗越低。按正向电缆损耗值各分支端加衰减器，称为汇聚均衡或各分支端口路径损耗归一化。B A 75+27=102 dBV C A 75+1.2+206=102.2 dBV D A 75+1.2+1.6+14+10=101.8dBV E A 75+1.2+1.6+2.5+4+18=102.3dBV 结论:汇聚电平差仅0.
22、5dB,45,上行均衡的实现,电缆分配网络的分配器、终端器的损耗是固定的，可变的因素只剩下不同长度的电缆损耗和各终端的分配差异；如果实际损耗均差超出了要求（5db），则需要重新微调楼放的位置和分配方案，寻找新的损耗平衡点。从而使损耗均差电平控制在设计范围内。通过使用单位增益的调试方法，使网络中每一级放大器到其上一级放大器间及任何放大器到光站的输出端口间的增益为0db。,46,树型分配结构,优点：1、楼栋电缆出线少.2、节省入户电缆.缺点:1、接头太多，器材管理困难.2、回传电平差大,不易均衡,系统CNR低,47,集中分配高通,采用大小分配器搭配，可以有效地堵塞用户噪声，大量节省高通滤波器,48
23、,集中分配,集中分配方式有以下优点：1、减少了大量的接头，提高了网络的可靠性，减少从接头引入的噪声干扰。2、分配器的接头集中在一个金属箱内，既容易做到高质量的屏蔽，又方便管理和维护。3、每个终端到双向放大器的反向链路损耗大致相等，从而提高整个系统的CNR。,49,可寻址系统,通过计算机及软件及一系列相应配套产品控制在集中分配箱内的高低通滤波器开关通断实现上行及下行信号的集中分配（一次性投入大、开关的隔离度、设备的指标、系统的带宽及可管理性）。,50,EPON技术,51,概述,光纤的理论带宽几乎是无限的单个波长上的传输速率可以达到10Gbps；若采用WDM技术，在一根光纤上承载64个波长，传输速
24、率可以达到6410Gbps；若采用DWDM技术，40个波长和1Tbps的DWDM已经商用；实验室最高水平目前可以做到256个波长，传输速率可以达到10Tbps。光纤中信号传输时衰减很小。,52,一、FTTX,光纤通信最先用于核心网：长途网和城域网；直到现在发展到接入网。接入光纤需要用到光网络单元ONU来完成光电转换和分接功能。FTTX是指光纤在接入网中的推进程度或使用策略，不是具体的接入技术。根据ONU（光网络单元）的具体位置，可以分成四种基本类型：,53,1.FTTC（光纤到路边）点到点或点到多点结构：一个ONU可以为一个或多个用户提供接入；ONU设置在路边交接箱或配线盒处：ONU到用户之间
25、仍为电缆（双绞线或同轴电缆）。2.FTTB（光纤到楼）点到多点结构：一个ONU为多个用户提供接入。ONU放置在居民住宅公寓或单位办公楼内。3.FTTO（光纤到办公室）全程光纤接入，主要用于大型企事业单位；一般采用环形或点到点结构。ONU放置在办公室。4.FTTH（光纤到户）全程光纤接入，ONU放在家中。一般采用点到多点结构。,54,二、光接入网基础,组成：由一个光线路终端（OLT）、至少一个光分配网（ODN）、至少一个光网络单元（ONU）及适配设施（AF）组成。光分配网：由光缆、光分/合路器、光纤连接器等无源器件构成的ONU与OLT之间的光通路连接。根据OLT到ONU之间是否存在有源设备，光接
26、入网分为：无源光网络（PON）：无源光分路器有源光网络（AON）：有源电复用器,55,ITUT G.982规范的ODN光通道损耗特性,56,ODN的保护配置：在网络的某部分建立备用光通道，且备用光通道往往靠近OLT，以便保护尽可能多的用户：主用和备用光纤同缆不同纤方式：简单经济，不能保护光缆切断故障；主用和备用光纤在不同光缆内，单同管道或同路由：可以防止普通的光缆切断故障，不能防止大型故障。主用和备用光纤不仅不同光缆，且管道和路由也不同:提供最大程度的保护，但经济代价高。,57,通信方式下行通信：OLT将信号时分复用成时隙流，经光分路器广播至ONU。各ONU在规定的时隙接收信息。上行通信：各O
27、NU共享一根光纤，任意时刻只能有一个ONU发送信号。复用方式：空分复用、时分复用、波分复用。,58,（1）.空分复用上下行双向通信各使用一根光纤。性能最佳，设计简单。光传输设备和线缆双倍，成本高。,59,（2）.时分复用在同一光载波波长上，把时间分成周期性的帧，每一个帧再分成若干时隙。每个ONU分配一个固定时隙。每个ONU在每帧内只能在所分配的固定时隙内向OLT上传数据。,60,61,（3）.波分复用不同波长的光信号复用到一根光纤中进行传送，每个波长作为一个独立的通道传输一种预定波长的光信号。WDM：不同窗口的光波进行复用。DWDM：同一窗口的光波进行复用。,62,三、GPON,1.GPON特
28、点上下行速率不对称下行1.244Gbps2.488Gbps上行155.520Mbps1.244Gbps传输距离至少达20KM。系统分路比可以为1:16、1:32,1:64乃至1:128。,63,2.系统结构OLT位于中心机房，向上提供广域网接口，包括GE、ATM、DS-3等；ONU放在用户端，提供10/100BaseT等接口；WDM和网络单元NE为可选项，用于在OLT和ONU之间采用另外的工作波长传输业务。,64,4、基于GPON的FTTH/FTTB（中国传媒大学家属区案例）概况：为1#楼实现FTTH，共64户；2#楼9#楼共8栋楼实现FTTB。1#楼共64户，则需64个ONU，每个OLT按照
29、32分路比，则需2台OLT。2#9#楼8栋楼，根据ONU输出电平为90dB，计算出每个楼需4台ONU，则共32个，需1台OLT。,65,（1）设备规范型号:flexlightONU/ONT输入光功率：62dBONU/ONT输出射频电平：8096dBuv，典型值90dBuv。（2）波长分配TV信号：1550nm数据信号:上行1310nm,下行1490nm,66,（3）光链路损耗光纤损耗：0.2dB/km（1550nm），5km为1dB。光分损耗：17.5dB（1:32）OLT损耗：3.5dB总的损耗为22dB对于FTTH的ONU输入光功率为6dB（输出电平为80dB），则OLT的输入光功率为16
30、dB。对于FTTB的ONU输入光功率为2dB（输出电平96dB），则输入OLT的输入光功率为24dB。,67,（4）光发射机选用1550nm的光发射机；输出光功率为010dB；输出经二光分送往两台EDFA。（5）光放大（EDFA）需两台EDFA一台输出光功率为24dB，供FTTB的OLT使用。另一台输出光功率为20dB，然后进行二光分（输出16.5dB），供FTTH的2台OLT使用。,68,69,四、EPON概述,1.发展背景由APON技术思路发展而来；2004年4月通过了IEEE 802.3ah标准。两种EPON光接口1000BasePX10-U/D1000BasePX20-U/D分别工作在
31、10KM范围和20KM范围的光接口。,70,一套典型的EPON系统由硬件和软件两大部分构成：硬件部分主要包括有源网络设备和无源光分配网两大部分。有源设备包括：光线路终端OLT，光网络单元/光网络终端ONU/ONT。由局端到用户端的光纤和无源光分配器的无源光分配网：无源光网络/光分配网PON/ODN。,71,ONU的类型（1）SFU（单住户单元）型ONU主要用于单独家庭用户，仅支持宽带接入终端功能；有1 或4 个以太网接口，提供以太网/IP 业务，可以支持VoIP 业务或CATV 业务；主要应用于FTTH 的场合。根据ONU 的业务种类和端口数量上的区别，SFU 型ONU 的4 种具体形态见下表
32、,72,73,（2）HGU（家庭网关单元）型ONU主要用于单独家庭用户，具有家庭网关功能；具有4 个以太网接口、1 个WLAN 接口和至少1 个USB 接口，提供以太网/IP 业务，可以支持CATV 业务。主要应用于FTTH 的场合。,74,（3）MDU（多住户单元）型ONU主要用于多个住宅用户，具有宽带接入终端功能；具有多个用户侧接口（包括以太网接口（至少8 个）、ADSL接口或VDSL接口（至少24 个；主要应用于FTTB/FTTC的场合。,75,3.传输距离两个因素影响无源光网络的传输距离：第一、由光线路终端（OLT）的发射光功率和ODN的损耗决定。第二、光网络单元ONU同时发射的风险。
33、因为光网络终端共享光纤馈线和光线路终端的端口，所以，所有的设备都必须避免一个以上的ONU同时发射。如果发生了同时发射的情况，就会导致业务流发生碰撞，影响大多数业务无法继续。,76,4.EPON特点兼容现有以太网传输距离和ODN：两种格式OLT和ONU之间最大传输距离10KM，支持的最大分路比至少为1:32;OLT和ONU之间最大传输距离20KM，支持的最大分路比至少为1:16;传输速率：上下行速率均为1.25Gbps单纤双向系统：上行使用12601360nm波长；下行使用14801500nm波长；如果实现CATV，应使用15401560nm波长。,77,5.EPON网络结构,（1）树型拓扑结构
34、（采用1N分路器）,（2）总线型拓扑结构（采用12分接耦合器）,78,（3）环型拓扑结构（采用22分接耦合器）,79,五、EPON工作原理,1.以太网技术1.1 10BASET据统计，目前世界上90以上的局域网是以太网。以太网采用CSMA/CD访问协议，即载波监听多路访问/冲突检测协议。以太网的标称速率为10Mb/s，但由于冲突和重发，多数普通以太网的实际速率很少超过2.5Mb/s。,80,1.2 快速以太网100BaseT快速以太网也采用CSMA/CD协议，因而在以太网和快速以太网之间传输数据时不需要进行协议转换或更换应用软件。可以提供100Mb/s的传输速率；1.3千兆以太网（1）1000
35、BaseSX工作波长：850nm或1300nm的多模光纤；传输距离分别为260m和525m。适合同一建筑物中同一层的短距离主干网。,81,（2）1000BaseLX工作波长：1300的多模、单模光纤；传输距离分别为550m和310km，主要用于校园主干网。（3）1000BaseCX使用双绞线；传输速率1.25Gbps传输距离25m，主要用于机房内的设备连接。（4）1000BaseT使用五类双绞线；传输距离100m；主要用于同一建筑中的设备通信。,82,2.基本原理下行方向ONU位于网络侧，连接路由器或交换机。采用以太网协议；提供网络接入，完成光电转换、带宽分配等功能。OLT将数据以可变长度的数
36、据包广播传输给所有在EPON上的ONU；每个包携带一个具有传输到目的地ONU标识的信头。数据到达ONU时，由ONU进行地址解析，提取出自己的数据包，丢弃其他的数据包。,83,2.基本原理上行方向ONU位于用户侧，采用以太网协议实现第二层和第三层的交换路由功能。上行为点到点结构，ONU发送的信息只会到达OLT，不会到达其他的ONU。为避免数据冲突并提高网络利用率，上行采用TDMA多址接入方式。多个ONU的上行信息组成一个TDM信息流传送到OLT。,84,3.EPON帧结构帧格式与以太数据帧格式兼容。下行帧每帧固定时长2ms，传输速率为1.25Gbps。每帧携带多个可变长度的数据包（时隙）。每帧的
37、开头是同步标识符，占1个字节，携带时钟信息，用于ONU和OLT的同步，每2ms发送一次。数据包格式遵循IEEE802.3协议，长度可变，每个ONU分配一个数据包，每个数据包由信头、可变长度净荷和误码检测域组成。,85,上行帧各个ONU发出的上行信息通过光耦合器进入共用光纤，以TDM的方式复合成一个连续的数据流。该数据流以帧的形式组成，帧长同下行帧（2ms）。每帧一个帧头，表示该帧的 开始。每帧进一步分割成可变长度的时隙，每个时隙分配一个ONU，用于发送OLT的上行数据。,86,4.每用户带宽 在EPON中，因为所有用户终端共享OLT和光纤，所以每个用户终端的可用带宽也是共享的。可共享的总带宽取
38、决于分光器的分光比。例如，EPON的分路比为1:32时，每个ONU的平均可用带宽是32Mb/s。EPON能以较低的分路比来提高每用户的带宽，但这又增加了每用户的成本。例如，EPON的分路比从1:32降到1:16，可使每用户的带宽增至64Mb/s，但是每用户均摊的OLT的成本也翻番了。,87,5.系统同步上行为多点到一点的拓扑结构，每个ONU发送时隙必须与OLT的系统时钟分配的时隙保持一致，以防止各个ONU上行数据发生碰撞；ONU的时钟应与OLT的时钟同步：采用时间标签方式。OLT侧有一个全局计数器，下行方向OLT根据本地的计数器插入时钟标签；ONU根据收到的时钟标签修生本地计数器，完成系统同步
39、。上行方向ONU根据本地计数器插入时钟标签，OLT根据接收到的时钟标签完成测距。,88,6.ONU的自动发现系统自动完成对新ONU的发现和注册，不需要人工干预；新ONU的加入不影响运行中的ONU；能够在短时间内（60s）完成新ONU的自动加入；根据ONU距OLT最远距离优化ONU自动加入参数，支持最远距离为30km的ONU的自动加入。（1）ONU的自动发现加入过程如下：,89,OLT周期的向系统各个ONU广播发送目的地址为广播LLID（全零）的注册授权帧，并根据系统内距离最远的ONU确定授权大小。新的ONU收到注册受权后，在授权分配的时间内向OLT发送注册请求帧，并等待接收OLT发送的注册帧。
40、如果ONU在发送注册请求帧一段时间后（比如100ms）还没有收到OLT发出的注册帧，则认为注册冲突，自动延迟一段时间后，等待新的注册授权信息。OLT接受到ONU发出的注册请求帧后，为该ONU分配ONU ID，然后以广播LLID向该ONU发送注册帧，目的MAC地址指向该ONU。当OLU在同一个注册窗内收到多个ONU的没有混叠的注册请求帧时，OLT不做任何处理。只有收到唯一一个注册请求帧时，才进行处理。,90,在发送注册帧后，OLT给该ONU发送授权以使该ONU发送注册确认帧，并等待改ONU发出的注册确认帧，该授权在OLT认为ONU注册失败前始终有效。新ONU收到注册帧后，用新分配的ONU ID覆
41、盖原来的ID，同时等待OLT的注册确认帧授权以发送注册确认帧，通知OLT新ONU ID刷新成功，同时等待带宽授权。OLT在发送注册确认帧授权后一段时间内收到ONU的注册确认帧，那么OLT认为该ONU注册成功。,91,（2）两个或两个以上ONU同时注册造成的冲突。有两种解决方案：随机延迟时间：发生注册冲突时，发生冲突的ONU仍然每次都响应注册授权，但是在响应开窗时随机延迟一定时间。该方法可以缩短ONU加入系统的时间，但是需要增大注册开窗的长度。随机跳过开窗：发生注册冲突时，发生冲突的ONU随机跳过若干个注册授权后才重新响应。如果授权周期为1s，那么发生冲突的ONU可随机延时1s8s（系统可配置）
42、，然后等待注册授权。,92,7.多点控制协议MPCP多点控制协议是EPON所特有的为支持点对对点结构而提出的，通过它对ONU进行测距、注册，使ONU自动加入EPON系统；完成多个ONU接入OLT的控制，并提供动态带宽分配机制。基本工作原理：1)采用TDMA方式在共享媒质上某段时间内只允许一个MAC客户（ONU）发送以太网帧，OLT处于主地位控制ONU的发送时间，ONU处于从地位在OLT的授权下才能发送帧。,93,2)新设备（ONU）被发现注册后进入PON网络，然后被运行发送帧；3)通过反馈机制以更好的利用PON带宽，即ONU上报、向OLT反馈其带宽需求；4)多点MAC控制子层产生MAC控制帧，
43、以进行“授权处理、发现处理和报告处理”。,94,8.关键技术8.1 EPON 带 宽 分 配 技 术。由 于 多 个ONU 共享带宽，因此系统需要有一个公平、高效的带宽分配机制。带宽分配是 MAC 层关键技术，它直接关系到上行信道的利用率和数据时延，因此该关键技术是目前 EPON 研究的重要课题。EPON 一般采用 TDMA 的上行多址接入，而各个 ONU 到 OLT 的距离不同，因此需要一种测距技术对各 ONU 采取时延补偿，使它们在逻辑上相对于 OLT 有相同的距离，从而可以避免各 ONU 发送数据的冲突。,95,带宽分配有动态带宽分配和静态带宽分配两种。（1）静态带宽分配对带宽采取固定配
44、置的方式，系统按照各 ONU 预定的带宽进行初始配置，运行期间其值保持不变。静态分配时若以各 ONU 的峰值速率为基准分配带宽，因各 ONU 的数据流往往不是同时处于峰值速率而导致整个系统带宽没有充分利用，系统资源利用率大大降低。若以数据的平均速率为基准分配带宽，常常会出现当某些 ONU 有大的突发数据分组到来时，数据不能及时发送出去，从而导致数据的丢包率和时延增加，而另外一些 ONU 的数据流量却小于平均速率，系统资源没有被充分利用。由此可见当 EPON 承载突发性很强的数据业务时，静态带宽分配的效率是比较低的。,96,（2）动态带宽分配（DBA，Dynamic Bandwidth Assi
45、gnment）：根据ONU的需求情况，OLT实时的改变授权给ONU的时隙大小（带宽多少）。具体功能包括4部分：OLT和ONU检测带宽需求情况或者说拥塞状况；报告带宽请求/拥塞状况给OLT；OLT根据带宽请求和合约情况更新带宽分配；OLT根据更新后的带宽发布授权。带宽需求检测有两种方式：状态报告方式：各ONU向OLT报告其带宽需求，OLT根据所有ONU的请求和合约决定授权；非状态报告方式：ONU不报告其请求，OLT根据合约和检测ONU的流量情况进行带宽分配授权。常采用方式1:报告方式。,97,EPON系统应采用动态带宽分配机制（DBA）来提高系统上行带宽利用率以及保证业务公平性和QoS，应能根据
46、LLID报告的队列状态信息分配带宽授权。DBA应支持如下三种分配带宽类型：1）固定带宽（Fixed Bandwidth）：由OLT周期性给ONU发送固定数量的授权。建议以较小的轮询周期和较高的频率进行带宽分配。固定带宽是完全预留给特定ONU或者ONU的特定业务的，即使在ONU没有上行固定带宽业务流的情况下，OLT仍然为该ONU发送对应于该固定带宽的授权，这部分带宽也不能为其他ONU使用。固定带宽主要用于有TDM业务的ONU以确保该业务较小的传输时延。,98,2）保证带宽（Assured Bandwidth）保证带宽是保证ONU可获得的带宽，由OLT根据ONU的REPORT信息进行授权。当ONU
47、的实际业务流量未达到保证带宽时，OLT的DBA机制应能够将其剩余带宽分配给其他ONU的业务。3）尽力而为带宽（Best Effort Bandwidth）当EPON接口上的带宽没有被其他高优先级的业务占用时，ONU可以使用的这部分带宽。尽力而为带宽由OLT根据PON系统中全部在线ONU的REPORT信息以及PON接口上的带宽占用情况为ONU分配授权，系统不保证该ONU或者ONU的特定业务获得带宽的数量。属于优先级最低的业务类型。,99,8.2测距技术PON系统上行为多点到点结构，为正确安排ONU上行发送起止时刻，把各ONU的发送时隙通过ODN合路后互不重叠的复用，必须首先知道各ONU到OLT的
48、时隙，即距离。否则各个ONU到OLT的上行传输时延差可能造成各个ONU时隙重叠，发生碰撞。所以必须进行测距，对由于物理传输机制引发的时延差异进行补偿，以确保不同ONU所发出的信号能够在OLT处准确的复用在一起。下面举例说明：,100,一般OLT到ONU的之间最远距离20km，最近0km，将导致环路时延。下行方向：OLT连续发送，ONU选择接收，不存在问题；上行方向：不同ONU的上行时隙可能同时到达，就会发生冲突，那么OLT无法进行判断和提取，引发误码和同步丢失。由于环境温度的变化和器件老化等原因，光纤的传输时延也会发生变化，如果得不到及时纠正，也会引起上行冲突。,101,测距的基本思路：测量出
49、各个ONU到OLT的信号环路延迟时间；然后为每个ONU插入一个特定的均衡时延t，使所有ONU在插入时延t后的环路延迟时间都相等使每个ONU都移到与OLT相同的逻辑距离处。测距的最终目的：为每个ONU提供一个合适的t值。一般有两个步骤，第一个步骤是当 ONU 加入系统时的静态粗测，这是用来补偿物理距离不同造成的差异；第二步是系统在通信过程中对 ONU 周期性的进行动态精测，用来补偿光纤和器件由温度变化或者老化而引起的时延变化。,102,一般PON的标准采用开窗测距法：当有ONU需要测距时，OLT发出指令使所有运行中的ONU在某段时间内暂停上行业务，相当于在上行时隙内打开一个测距窗口；同时命令被测
50、距的ONU向上发送一个特殊的时隙信号。OLT记录从发出命令到收到ONU的响应信号的时延，即可得到此ONU的环路时延值。将测量到的环路时延值与预先设定的均衡环路时延进行比较，即可得到此ONU的插入时延t。此后，ONU接收到OLT的发送信息命令时，不是立即响应，而是延时t后再发送信息，此时ONU的上行信息不会与相邻的ONU的信息发生冲突，完成测距功能。,103,六、EPON系统及组网方案,1.传输方式 系统采用单光纤3个波长来传输全业务，EPON中OLT两个上/下行波（1310/1490nm）通过波分复用，用于传输数据、语音和IP交换的数字视频（IP-SDV），第三个波长（1550nm）用于下行C
