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1、光纤接入及PON技术简介,中国电信北京研究院2008-01,内容提要,概述FTTH技术简介PON技术原理EPON技术及进展GPON技术及进展EPON与GPON技术比较,光纤接入的概念,光纤接入利用光纤作为传输媒质，具有传输容量大、质量好、可靠性高、传输距离远、抗干扰能力强等优点，是固定宽带接入的发展方向。光纤越来越靠近用户是接入网的必然选择，FTTH是最终目标,FTTH技术的发展演进,上世纪九十年代中后期，BPON国际标准G.983发布，BPON曾经成为一个热点，但由于需求不足、ATM技术本身的衰落，BPON技术未成为发展方向；2004年，EPON的国际标准IEEE802.3ah定稿，GPON
2、国际标准ITU-T G.984基本定稿，以EPON/GPON为代表的FTTH技术迎来了第三次浪潮，发展迅速，已成为电信领域的热点技术点到点光纤以太网标准IEEE802.3ah和G.985也已定稿，P2P光纤以太网技术标准化完成，但目前成熟产品还较少,国际FTTH应用情况,日本2007年6月底，FTTH用户达966万2006年6月起，DSL用户负增长2005年起EPON开始规模商用美国2007年9月底，FTTH/FTTP覆盖955万家庭/企业，连通214万家庭/企业Verizon、AT&T目前采用BPON，下一步采用GPON。Verizon制定2010年达到1800万线的FTTP/H发展规划欧洲
3、2006年底，FTTH覆盖300万家庭，有80万家庭开展FTTH业务法国电信、西班牙电信、意大利电信等均开始试点和试商用：FT最新的计划是今年实施10万线。,FTTH技术发展状况,成本降低光缆成本的不断降低 FTTH设备成本逐步降低光纤接入运维成本较低技术逐渐成熟EPON技术的发展成熟GPON标准的制定，设备不断成熟市场需求高质量的IPTV业务对接入带宽的要求竞争需求(各大电信运营商及广电运营商都在作相关研究与建设)高性能接入网络、差异化服务的需求业务捆绑带来潜在的利润,FTTx/FTTH已经具备了商用的基本条件,内容提要,概述FTTH技术简介PON技术原理EPON技术及进展GPON技术及进展
4、EPON与GPON技术比较,FTTx系统,FTTx系统的基本组成：光线路终端（OLT，局端设备）光分配网（ODN，包含光分路器、光纤光缆及光缆分线盒、光缆交接箱等一系列无源器件）光网络单元（ONU/ONT）,OLT、ONU/ONT功能模块框图,ONU/ONT功能模块,OLT功能模块,FTTx相关技术,FTTx主要包括有源与无源两种技术：P2P、PON点对多点/无源光网络PON，逐渐成为FTTx的主要实现技术，BPON(APON)、EPONGPON点对点（P2P）媒质转换器（MC）/光纤收发器，应用比较普遍；标准化光接口，增加了OAM等内容，改善了传统MC方式存在的缺陷,内容提要,概述FTTH技
5、术简介PON技术原理EPON技术及进展GPON技术及进展EPON与GPON技术比较,PON系统原理下行方向,系统结构：OLT、ODN、ONU下行数据广播发送，每个ONU根据下行数据的标识信息接收属于自己的数据，丢弃其他用户的数据下行工作波长范围：14801500nm,PON）系统原理上行方向,(a)PON系统中的上行方向工作原理,上行数据通过TDMA方式分时发送，各ONU的发送时间与长度由OLT集中控制上行工作波长范围：1260-1360nm,PON技术体制,BPON业务适配复杂，业务提供能力有限，传送速率不高，IP业务映射效率低且成本较高等原因，不宜再采用；EPON技术由IEEE标准化。其核
6、心是在保留传统以太网体系结构基础上定义了一种新的应用于PON系统的物理层规范、一种新的MAC层多点控制层协议（MPCP），以实现在点到多点无源光网络中的以太网帧的时分多址接入GPON由FSAN/ITU标准化（G.984）。其目标是形成传输速率更高、更大分路比、能高效承载多种业务并具有更强大的OAM功能的宽带PON技术。GPON引入了一个全新的传输汇聚（TC）子层，并规定TC子层可以采用ATM和GEM两种封装方式。EPON和GPON已成为近期研究的热点,PON vs.点到点光纤以太网,无源光网络PON：点到多点的树形分支结构局端设备和用户端设备之间为全无源结构可以节约主干光纤和局端设备的光接口可
7、扩展性好，便于维护管理,Splitter,Fiber,CO,Business/Residence,P2P光纤以太网：点到点结构局端设备和用户端设备之间采用独立的一对或者一根光纤，用户独享，保密性好，局端和用户端各需要1个光收发器业务透明性好，带宽高，每个用户的上下行带宽都可以达到100Mbit/s甚至1000Mbit/s。消耗较多的主干光纤,适合于用户比较分散的场合,FTTH的主要实现技术,PON vs.点到点光纤以太网,基于MC的点到点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
8、要有源设备设备分级管理PON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,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,PON vs.点到点光纤以太网,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,PON接入,PSTN,CATV,内容提要,概述FTTH技术简介PON技术原理EPON技术及进展GPON技术及进展EPON与GPON技术比较,EPON,Ethernet Passive Optical Network标准 IEEE802.3-2005（
9、原IEEE802.3ah-2004）GEPON？部分厂商的叫法在日本用于区别于非标准化的100Mb/s速率的EPON我国行标和中国电信企标均采用“EPON”,EPON,传送能力1000BASE-PX10：以太网速率1Gb/s对称（线路速率1.25Gb/s，8B/10B编码），10km、至少1:16（功率预算上行5-23dB、下行5-21dB）1000BASE-PX20：以太网速率1Gb/s对称（线路速率1.25Gb/s，8B/10B编码），20km、至少1:16（功率预算10-26 dB）目前主流设备可实现20km、1:32工作波长（单纤双向）上行：12601360nm（常用1310nm）下行
10、：14801500nm（常用1490nm）下行CATV：15501560nm,EPON下行数据传送,802.3MAC帧、8B/10B线路编码下行TDM广播ONU根据接收到的以太网帧的preamble中的LLID过滤出属于自己的以太网帧,EPON上行数据传送,802.3MAC帧、8B/10B线路编码上行TDMAONU上行方向的TDM完全由OLT静态或者动态控制OLT给每个ONU发布授权，ONU仅在属于自己的grant window中向OLT发送上行业务,EPON,EPON是以太网技术与无源光网络（PON）的结合，是运行于点对多点环境下的千兆以太网定义了专门的PMD子层（光接口），多点MAC控制协
11、议（MPCP协议），专门的OAMMAC层相同对RS（协调子层）、PCS（物理编码子层）、PMA（物理煤质接入）子层做了少量扩展,物理媒质相关（PMD）子层,规定了1000BASE-PX10和1000BASE-PX20两种光模块：目前的PX10/20光模块分别可以达到1:32的分路比和10/20公里的传输距离；在物理层业务接口上，误码率小于等于10e-12,EPON点对多点控制,MPCP（Multi-Point Control Protocol）轮流检测用户端的带宽请求，并分配带宽和控制网络启动过程主要机制ONU的发现和注册测距和定时上行动态带宽分配（DBA）,EPON-MPCP协议的主要特点,
12、支持规范定义的点到点仿真（P2PE）OLT支持多个LLID和MAC客户端每个ONU至少支持一个LLID支持单拷贝广播机制支持动态带宽分配的灵活体系结构使用32比特时间戳来发布定时信息基于MAC控制的体系结构对已发现设备进行测距来提高网络性能进行连续测距以补偿往返时间的变化,MPCP发现过程ONU的发现、注册和认证,OLT以一定间隔发送一个发现窗口（如1秒）。新上线的ONU可以利用这个窗口进行注册和认证，进而被OLT接纳。OLT基于MPCP消息中的timestamp字段进行测距OLT基于ONU的MAC地址对ONU进行认证,EPON-带宽分配和QoS,上下行采用分组网络通用QoS 机制（ITU-T
13、 Y.1291）支持IEEE802.1p支持端口限速流分类、标记、排队、调度、流量整形/监管队列调度算法：SP、WRR、SP+WRR上行 DBA算法的基本要求固定带宽保证带宽尽力而为带宽,EPON上行带宽分配,上行动态带宽分配（DBA）ONU定期报告带宽需求（Report）OLT运行DBA算法OLT为不同ONU动态分配上行带宽（Gate）保持OLT与ONU之间的连接状态（Report）,EPON安全性,下行PON下行为广播方式采用三重搅动（Triple Churning）方式提高数据安全性,上行某一用户干扰其它用户通信（例如，持续发强光）TDM PON难以避免的问题,在PON上解决安全性的措施
14、是OLT对下行信息加密（包括所有的数据帧和OAM帧）：针对每个LLID进行搅动，每个LLID有独立的密钥。,EPON可控组播,要求组播流复制组播权限控制（允许、预览、禁止）机制SCB（单拷贝广播）IGMP snooping/proxy组播VLANOLT维护组播控制表OLT 通过IGMP report消息中的VID识别 ONUOLT通过OAM扩展向 ONU 下发组播控制信息,EPON-单拷贝广播,充分发挥EPON网络点到多点结构的特点，实现在EPON系统中高效视频组播，使同一个组播组的用户共享一条流，从而提高下行带宽的利用率。,EPON-多业务承载能力,语音VoIPONU内置IAD SIPTDM
15、仿真PWE3IPTVCATV独立波长：1550nm,EPON光纤保护,三种类型主干光纤保护主干光纤及PON接口保护全保护,光纤保护倒换主干光纤保护,OLT：采用单个PON端口，PON口处内置12光开关，由OLT检测线路状态光分路器：使用2:N光分路器；ONU：无特殊要求。,光纤保护倒换主干光纤及OLT PON接口保护,OLT：备用的OLT PON端口处于冷备用状态，由OLT检测线路状态、OLT PON端口状态，倒换应由OLT完成。光分路器：使用2:N光分路器；ONU：无特殊要求。,光纤保护倒换全保护,OLT：主、备用的OLT PON端口均处于工作状态；光分路器：使用2个1:N光分路器；ONU：
16、在PON端口前内置光开关装置，由ONU检测线路状态，并决定决定主用线路，倒换应由ONU完成。,EPON维护管理,链路级管理基本架构基本链路级管理功能远端故障指示远端OAM层环回链路监视MIB变量查询,OLT管理及EMS要求PON接口链路级管理ONU 的远程管理OAM扩展对MDU型ONU采用SNMP对集成HGW功能的ONU采用TR-069,EPON维护管理,OAM 扩展,搅动（Churning）,DBA,组播,QoS,VLAN,端口,EPON企业标准及互通性推进,IEEE 802.3-2005,点对多点控制,DBA和QoS,维护管理,安全性,可控组播,光纤保护,二层功能,多业务承载,EPON企业
17、标准,EPON企业标准制订及互通性推进,2005.6 试验设备筛选测试2005.7-8 芯片级互通测试2006.2发布企业标准 V1.02006.4-5（第二轮）芯片级互通测试2006.9发布企业标准 V1.22006.12 系统级互通测试2007.1发布企业标准 V1.32007.3-4 设备评估测试2007.12发布企业标准V2.0,EPON企业标准制订及互通性推进,大规模3个主要芯片厂商(PMC-S、Teknovus、Cortina)14个系统厂商12种OLT设备23种ONU设备,全面在物理层、MAC层、OAM及其扩展、业务支持功能等方面均实现互通，达到了运营级的要求,在国际上首次实现了
18、EPON设备的全面的、大规模的、芯片级和系统级互通,EPON发展过程中的三个里程碑,2004年：IEEE 802.3ah标准发布,2005-2006年:EPON 在日本大规模商用,2006-2007年:中国电信实现EPON的芯片级和系统级互通,EPON的总体评估,EPON技术和设备已经成熟，达到了规模商用水平技术简单、易实现，经过企业标准的完善，已达到运营级要求商用芯片和设备均较多并已比较成熟芯片级和系统级互通已全面和大规模实现在国外已得到百万量级的规模商用（日本、韩国）在中国电信现场试验中设备已稳定运行一年半以上成本在不断下降,EPON设备成本的下降,EPON互通的实现为促进了不同厂商竞争格
19、局的形成集中采购成本明显下降,近期FTTx及PON的应用策略,FTTH尚未达到大规模商用阶段建设成本、业务需求、技术成熟度、竞争形势目前EPON设备已经成熟，为宽带接入网的建设提供了新的手段，在某些场景下具备现有接入技术不可替代的优势在“有需求、有效益”的条件下，可以考虑应用EPON FTTH技术,近期EPON技术的应用场景,在中小企业客户比较集中的写字楼、网吧集中区和工业园区等与点对点方式相比，可以节省主干光缆，增强维护管理能力对上行带宽要求较高业务（如“全球眼”等）DSL技术上行带宽有限新建高档住宅小区特别是在房地产商愿意承担一定的建设投资时,内容提要,概述FTTH技术简介PON技术原理E
20、PON技术及进展GPON技术及进展EPON与GPON技术比较,GPON,Gigabit-capable Passive Optical Networks 标准：ITU-T G.984.xG.984.1：总体要求G.984.2：PMD子层G.984.3：TC子层G.984.4：管理控制接口（OMCI）,GPON,速率：标准规定了7种对称、非对称速率组合下行2.5Gb/s、1.25Gb/s上行2.5Gb/s、1.25Gb/s、622Mb/s和155Mb/s目前多数设备实现 2.5G/1.25G距离：20km，10km（可选）分路比：1:16，1:32，1:64功率预算：5-21dB、10-26dB
21、、10-28dB,GPON工作波长,单纤下行：1480-1500 nm上行：1260-1360 nm双纤（上下行相同）1260-1360 nm,GPON数据传送,下行TDM广播上行TDMA定长时隙,GPON封装方式,GEM（GPON Encapsulation Method）实现：GFP可承载Ethernet、TDM可以方便地扩展到其它格式的业务（如SAN）ATM（目前多数设备实现只实现GEM）,GPON关键技术,系统级（应用）关键技术：带宽分配和QoS维护管理安全性可控组播光纤保护多业务承载,GPON带宽分配和QoS,DBA四种类型带宽固定带宽保证带宽非保证带宽尽力而为带宽两种方式SR（St
22、atus Reporting）NSR（Non Status Reporting）带宽控制单位是T-CONT（Transmission Containers）,GPON带宽分配和QoS,QoS5种T-CONT类型,GPON维护管理,OAM功能嵌入式OAMPLOAMOMCI：ONU远程管理告警和性能监视规定详细,GPON安全性,下行PON下行为广播方式采用AES-128对下行数据加密,上行某一用户干扰其它用户通信（例如，持续发强光）TDM PON难以避免的问题,GPON多业务承载能力,语音VoIPONU内置IAD TDMPWE3Native TDMIPTVCATV独立波长：1550nm,GPON光
23、纤保护,四种类型主干光纤保护主干光纤及PON接口保护全保护部分保护,GPON相关工作,2006.7-8 GPON设备评估测试4个主流厂商不够成熟，尚未达到规模商用水平（第二轮）GPON设备评估测试2007年7-9月10个厂商GPON互通性推进2007Q4开始,GPON技术和设备最新进展,GPON技术有了明显进步，参测设备均基本实现了GPON的主要功能，但还有待于进一步成熟GPON光收发模块技术上已经基本成熟GPON标准进展基本定稿，对于物理层、TC层的规范均已定稿，但针对G.984.4（OMCI）部分仍然在不断的修改中片进展仍然缓慢，尚未形成完善的芯片供应链。市场上刚刚出现完整的GPON的芯片
24、解决方案，尚未正式商用总体上，GPON设备的互通性有了较大改善，但距离全面的、大范围的芯片级和系统级互通还有一段距离,2007年7月9月组织了最近一次GPON互通测试，总体上要实现全面的、大范围的GPON互通性还需要一段较长的时间。,GPON技术和设备最新进展,目前GPON设备支持的主要技术指标：普遍可以支持1：64的分路比（采用Class B+光模块），下行吞吐量较高，传输时延较小各厂商均采用GEM封装方式，GEM封装是市场上的主流。ATM封装方式已经被摒弃部分厂商的GPON系统能够提供TDM业务接入能力网管功能和OMCI功能普遍有待进一步完善,内容提要,概述FTTH技术简介PON技术原理E
25、PON技术及进展GPON技术及进展EPON与GPON技术比较,EPON与GPON的比较（1）,EPON与GPON的比较（2）,EPON与GPON的比较（3）,EPON与GPON的比较（4）,EPON与GPON的比较：小结,同一代PON技术相似的技术特点和应用场景同样的缺陷：上行方向安全性两种技术的目标和理念EPON：以简单的方式满足主要的业务需求（IP风格）GPON：以复杂的方式满足完备的业务需求（ATM风格）,EPON与GPON的比较：小结,GPON的PON接口速率更高、链路级的告警和性能监视能力更强，能够支持非以太网/IP业务，但目前的成熟度与EPON相比有一年半以上的差距经过企业标准的完
26、善，EPON已经能够满足运营要求，实现了大规模的芯片级和系统级互通EPON设备与GPON设备（成熟后）均可满足近期的主要业务需求,EPON/GPON技术选择,技术能力成本成熟度/产业链市场及业务需求时机,引入PON技术后城域网目标架构,政企网络,BRAS/SR,BRAS/SR,OLT,ONUDSL,DSLAM,汇聚层,光接入层,ONU,客户网关,以太汇聚,城域网,ONU,路由器,Wi-Fi（公共热点）,DSLAM,ONULAN,DSLAM,OLT,ONU,客户网关,家庭/政企接入,FTTH,AP,路由器(AGW),DSL/LAN接入,CPE,家庭网络,资源及接纳控制子系统,用户认证及管理子系统
27、,WiMAX接入,移动终端,FTTB,客户网关,客户网关,客户网关,客户网关,客户网关,引入PON技术后城域网目标架构,随着FTTB（EPON)+DSL/LAN逐步成为城市新建区域的主要建设模式，PON技术将越来越多在城域网中应用，有利于减少城域网网络层次，促使城域网络结构加速向扁平化方向迈进。近期，EPON与DSL或LAN结合使用时，OLT取代了原有FTTN（P2P)DSL建设模式中与DSLAM直连的汇聚交换机层次远期，随着FTTB（EPON)+DSL/LAN和FTTH的不断规模应用，PON OLT可能通过10GE端口直接与BRAS/SR连接FTTB/FTTH的发展促使用户使用带宽增加，一方
28、面必然会加快城域网引入大容量、高处理能力的设备（如BRAS或直链OLT的汇聚交换机），另一方面，对于城域网的业务感知和控制能力带来较大挑战，有必要提前考虑增加控制系统，或提高宽带设备的控制能力，逐步完善对用户流量的监控能力，构建差异化的网络能力。,适应城域网发展要求的EPON设备要求,FTTB（PON)+ONU内置DSL/LAN建设模式中，根据网发城域网指导意见，OLT和ONU应具备以下功能：OLT：选择性SVLAN、QoS（严格优先级队列和轮训队列）、组播、速率限制等功能ONU：QoS（严格优先级队列和轮训队列），VLAN、速率限制、IGMP SNOOPING等功能为了实现对重要客户、关键业
29、务的保护承载，EPON系统还应该提供电信级的保护机制EPON系统自身具备保护机制：OLT设备、OLT PON口保护、OLT到分光器间骨干光纤的保护、分光器保护、分光器到ON U间配线光纤的保护；OLT支持新型以太网技术，上行端口能够提供Mi-STP/Smart Link/FlexLink等快速倒换功能,中国电信股份有限公司北京研究院,75,光纤接入网语音提供IAD接入方案,IAD接入方式具有规模灵活、部署快速的特点，在新建区域解决超高楼语音覆盖，功能定位不能事先确定的商业楼宇，以及城郊结合部小容量语音、数据综合业务提供方面具有较大优势按照设备形式不同，可以分为三种情况：方案一：EPON ONU
30、内置IAD方案方案二：企业/家庭网关内置IAD方案方案三：外置终端（IAD、SIP视频终端、软终端）方案,75,中国电信股份有限公司北京研究院,76,76,三种方案对比,中国电信股份有限公司北京研究院,77,77,IAD接入方案建议,对于城市新建区域高端客户，可以结合e8套餐的发展，采用网关内置IAD方式综合考虑统一维护管理的方便性，以及家庭网关的部署和使用是一个逐渐的过程，所以对于目前不使用家庭网关的用户，在城市新建区域和写字楼优先选择通过ONU内置IAD功能提供语音业务解决方案农村地区出于语音用户相对集中原因，可以优先选择外置多端口IAD的方式,中国电信股份有限公司北京研究院,78,78,
31、IAD供电解决方案,普通市电断电时候IAD会马上停止工作，用户可以采用手机、小灵通等其他通讯手段电梯电备用IAD与楼宇电梯共用一路电力线电梯用电相对普通市电来说，有一定的保证，一般情况下不会停电蓄电池备用为楼道设备间内的内置IAD ONU配置蓄电池或UPS设备机房远供备用从小区机房额外布设电力线到设备所在位置（一般为楼道），从机房给IAD供电根据设备和电力线长度情况，灵活选择交流或直流方式机房相应增加备用电容量，以满足断电时机房本身和IAD设备供电,中国电信股份有限公司北京研究院,79,79,IAD供电方案建议,对固定语音业务保障要求高的用户（政企客户及农村唯一通信手段客户），提供IAD断电保障方案高层住宅的电梯电引入可以提供一定程度的备用电力对于高密度住宅区、写字楼用户，推荐采用蓄电池或机房远供方式解决，由机房给IAD供电，需要额外增加供电线路投资对于农村等偏远地区以及工业园区，该类用户特点是用户分散，单位面积用户密度低，推荐采用蓄电池方案，可统一解决多个用户端设备（ONU、光收发器）的供电问题对普通家庭用户，有其他通信手段客户，可以不提供IAD断电保障方案借鉴国内外VOIP的发展经验，可以通过资费差异和事先告知、一号双机等营销手段逐步引导用户接受IAD不提供备用电源,Thank You,感谢各位领导、专家指导敬请提出意见和建议,
