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1、EPON 技术基础,FTTH市场技术组,EPON协议介绍,EPON基本接口介绍,Contents,EPON业务承载能力,EPON关键技术,PON系统介绍,EPON解决方案介绍,PON的基本概念,What is PON?PON技术比较技术标准化情况PON上下行复用技术,What is PON?,Passive Optical Network,OLT,ONU,Optical Line Terminal,Optical Network Unit,Passive Optical Splitter,PSTN,Internet,CATV,ONU,ONU,PON是以点到多点为特征的单纤双向无源光网络；PON
2、包括三个组件：Optical Line Terminal(OLT),Optical Network Unit(ONU)and Optical Distribution Network（ODN）；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,PON技术比较,TPON,APON/BPON,GPON,EPON,WDM PON,国际标准,IEEE 802.3ah,国际标准,国际标准,国际标准,国际标准,ITU-T G.982,国家标准,YD/T 1077-2000,国家标准,YD/T 1090-2000,国家标准,国家标准,国家标准,技术标准
3、化情况,EPON产业链状况,EPON芯片厂家,中国电信CTC 1.3标准情况,MPCP补充Tripchurning加密算法Eth OAM扩展产品的部分特性规格要求,下行信号：OLT连续广播发送，ONU选择性接收：GPON根据VPI/VCI(ATM)或者GEM PORTID（GEM）EPON根据LLID,PON基本技术下行,PON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 EPON：OLT时钟恢复时间400ns，ONU开关时间512ns GPON：OLT时钟恢复时间60.8ns，ONU开关时间12.8ns,OLT,ONT,ONU,ONU,Splitter,EPON协
4、议的主要内容,EPON参考结构EPON系统的保护方式EPON协议栈PMD层PMA层PCS层RS层多点MAC控制层OAM层,EPON参考结构及基本指标,点到多点的光纤传输；在单模光纤上，以1000Mbps速率，分路比为1:32，传输距离达到10km；在单模光纤上，以1000Mbps速率，分路比为1:16，传输距离达到20km；符合ITU-T G.652要求的单模光纤；上行应使用1260nm1360nm波长；下行应使用1480nm1500nm波长；使用1540nm1560nm波长实现CATV业务（可选）；,华为指标1:32/20km,EPON保护方式(一),IFpon,IFpon,IFpon,2：
5、N分光器,OLT,ONU#1,ONU#N,EPON系统骨干光纤保护倒换方式,IFpon,OLT设备上有两个EPON接口。此种保护方式仅限于主干光纤出现故障时，系统会自动切换到备用系统，实现了对骨干光纤的保护。保护对象仅限于OLT与ODN之间的光纤故障和OLT单板硬件故障，对其他类型的故障没有涉及，可能存在严重完全隐患，无法满足客户需求。无法定位故障。,保护范围,IFpon,IFpon,IFpon,1：N分光器,OLT,ONU#1,ONU#N,EPON系统全保护光纤倒换方式,IFpon,IFpon,IFpon,1：N分光器,EPON保护方式(二),OLT和ONT上均有两个EPON接口。OLT的G
6、PON接口要工作在1:1模式下。此种保护方式是一种全网保护光纤倒换方式，OLT与ONU之间有完全不同的两条通路，可以保证各种故障都得到恢复。当ONU的主用PON口或用户线路故障时，ONU会自动将业务倒换到备用PON口上，业务通过备用线路和OLT的备份端口上行。业务基本不会中断。实现难度较大，成本较高。其中一个端口试种处于空闲状态，造成系统带宽利用率低。,全网保护,EPON标准的基本内容,在以太网架构中实现P2MP拓扑结构的机制和控制协议多点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RS子层为EPON扩展了字节定义PMD子层定义了EPON兼容器件的指标O
7、AM定义了EPON各种告警事件和控制处理,EPON协议栈,OAM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；多点MAC控制：使用MPCP（多点控制协议），实现点对多点的MAC控制；MAC：实现对Media的控制；RS：调和多种数据链路层能够使用统一的物理层接口；PCS：支持在点对多点物理介质中的突发模式 支持FEC算法；FEC：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；PMA：支持P2MP功能，实现PMD的扩展；PMD：PMD（使用1000BASE-PX 接口）实现PMD服务接口和MDI接口之间的数据收发功能。,EPON与E
8、thernet帧比较,OLT,ONU,ONU,ONU,1000Basex,IPG,Preamble,DA,SA,FCS,.,IPG,IPG,LLID,DA,SA,FCS,.,IPG,SLD,CRC,EPON,Ethernet,PMD层,在物理层业务接口上，误码率小于等于10-12；FEC增加光功率预算2.5db；PMD Physical Medium Dependent 物理媒质相关（子层）,PMA层,增加了一个PMA子层的接口；要求ONU的发送时钟必须跟踪ONU接收时钟；对PMA的同步时间，做了更严格的要求（相对于Ethernet而言）；要求信号通过RS/PCS/PMA层的延迟时间不能超过1
9、6个比特的传输时间。PMA：Physical Medium Attachment 物理媒质附加子层,PMA,PMD,PCS,层间控制原语,层间控制原语,发送数据流,接收数据流,接收数据流,发送数据流,PMD、PMA、PCS交互关系图,PCS层(FEC),PCS:physical code sublayer物理编码子层：支持在点对多点物理介质中的突发模式 支持FEC算法；FEC具有以下基本特性：保证帧格式符合1000BASE-X PCS；FEC功能可选；向后兼容1000BASE-X设备；支持PCS子层10-12误码特性；支持FEC子层10-4误码特性。Note：FEC增加光功率预算2.5db；P
10、CS:Physical Code Sublayer物理编码子层。,PMA,PMD,PCS,层间控制原语,发送数据流,接收数据流,接收数据流,发送数据流,RS,GMII,MAC,接收数据流,发送数据流,层间控制原语,接收数据流,发送数据流,PCS层的位置,数据链路层,物理层,层间控制原语,层间控制原语,层间控制原语,层间控制原语,PCS层(FEC),FEC编码的规范、属性和技术性能应满足ITU-T G.975的规范；FEC编码使用的线性循环分组码是基于GF(28)的Reed-Solomon码(255,239,8)，这种编码包含239个信息码和16个奇偶码。,S_FEC,FRAME,PREAMBL
11、E/SLC,T_FEC,FCS,T_FEC,PARITY,FEC编码的以太网帧,RS层,发送方向：RS层用MAC MODE和LLID变量值代替GMII中的前导码；接收方向：RS层把前导码中的MODE和LLID值解映射为GMII信号。Note:Reconciliation Sublayer(RS)调和子层,PMA,PMD,PCS,层间控制原语,发送数据流,接收数据流,接收数据流,发送数据流,RS,GMII,MAC,接收数据流,发送数据流,层间控制原语,接收数据流,发送数据流,RS调和子层的位置,数据链路层,物理层,层间控制原语,层间控制原语,层间控制原语,层间控制原语,多点MAC控制层,协调数据
12、的有效发送和接收；ONU自动注册；DBA；测距和定时。其中：DBA、测距和定时在“关键技术”中描述。,MAC,接收数据流,发送数据流,多点MAC控制层的位置,数据链路层,物理层,层间控制原语,层间控制原语,多点MAC控制层,物理层,OAM层,多点MAC控制层,MAC,接收数据流,发送数据流,数据链路层,物理层,层间控制原语,层间控制原语,多点MAC控制层,物理层,MAC,接收数据流,发送数据流,数据链路层,物理层,层间控制原语,层间控制原语,多点MAC控制层,物理层,MPCP协议,OLT,ONU_i,OLT和多个ONU通过MPCP协议对话，实现：控制MAC帧的发送和接收；Gate Proces
13、sing；Discovery Processing；Report Processing。从而完成“多点MAC控制层”的功能。,多点MAC控制层,MPCP消息格式,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；源地址(SA)：MPCPDU中的SA是和发送MPCPDU的端口相关联的单独的MAC地址；Length/Type：MPCPDU都进行类型编码，并且承载MAC_Control_Type域值；Opcode：操作码指示所封装的特定MPCPDU；Timestamp：在MPCPDU发送时刻，时间戳域传递localTime寄存器中的内容；D
14、ata/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；FCS：该域为帧校验序列，一般由下层MAC产生。,多点MAC控制层,MPCP定义的5种控制帧：GATE（Opcode 0002）（OLT发出）允许接收到GATE帧的ONU立即或者在指定的时间段发送数据。REPORT（Opcode 0003）（ONU发出）向OLT报告ONU的状态，包括该ONU同步于哪一个时间戳、以及是否有数据需要发送。REGISTER_REQ（Opcode 0004）（ONU发出）在注册规程处理过程中请求注册。REGISTER（Opcode 000
15、5）（OLT发出）在注册规程处理过程中通知ONU已经识别了注册请求。REGISTER_ACK（Opcode 0006）（ONU发出）在注册规程处理过程中表示注册确认。,ONU自动注册流程见右图：OLT可以要求ONU重新执行发现进程并重新注册。ONU也可以通知OLT请求注销，然后通过发现进程进行重注册。认证机制：基于MAC认证,多点MAC控制层（ONU自动注册）,OLT,ONU,Gate,界面要求,配置管理故障管理性能管理安全管理,功能要求,访问控制，防止非授权访问,CONSOLE口SNMP v2cTELNETWEB方式,访问方式,中文界面,访问控制,OAM层,国标对OAM层的要求,OAM层,O
16、AM层的主要功能：远端故障指示：1)指示对端本地接收通道处于不工作状态；2)支持单向操作的物理层设备在故障期间可支持OAM远端故障指示；3)用户接入物理层设备在故障期间可支持OLT至ONU的单向OAM远端故障指示操作；4)除上面列出的物理层设备外，其他设备在故障期间不支持OAM远端故障指示 单向操作，一些设备在物理层有专门的远端故障指示机制。链路监控：1)支持包括诊断信息的事件通知；2)支持轮询MIB变量。远端环回：提供了一种支持数据链路层帧一级环回模式的机制。,MAC,接收数据流,发送数据流,OAM层的位置,数据链路层,物理层,层间控制原语,层间控制原语,多点MAC控制层,物理层,OAM层,
17、OAM层,a)Destination Address(DA)：OAMPDU 中的DA 是Slow_Protocols_Multicast地址，b)Source Address(SA)：OAMPDU中的SA是独立的MAC地址，该地址与发送OAMPDU的端口相关联；c)Length/Type：OAMPDU采用Type编码，并且承载Slow_Protocols_Type域值，d)Subtype：Subtype 域标识封装的特定的Slow Protocol，OAMPDUSubtype域值为0 x03；e)Flags：Flags域包含状态比特；f)Code：Code域标识特定的OAMPDU；g)Data
18、/Pad：包含OAMPDU数据和任何必需的pad，应至少支持最小帧长（minFrameSize）OAMPDU的实现；h)FCS：Frame Check Sequence。,OAM层,OAM事件:严重链路事件（由OAMPDU中的Flags域承载）：链路事件：链路事件通过Link Event TLV（在Event Notification OAMPDU的DATA域中）来通知，包括Errored Symbol Period Event（统计一定时间段内的错误符号数目）和Errored Frame Event统计一定时间段内检测到的误帧数目。OAM事件用于链路监控和远端故障指示。,OAM层,OAM远端
19、环回（数据链路级）的用途：故障定位和链路性能测试。OAM远端环回流程：1、DTE_A Enable OAM Remote Loopback命令 DTE_B;2、DTE_A Information OAMPDUDTE_B;,OAM远端环回示意图,EPON系统基本接口介绍,EPON业务承载能力和对外接口的要求,EPON关键技术,测距和突发控制EPON的突发技术EPON测距技术DBA技术,测距和突发控制,OLT根据DBA算法向ONU发布授权时间窗口。测量OLT下行发送到上行接收的数据信号环路时延，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。测距方式：定时自动、初始测距、自动
20、相位补偿。,突发发射,0#ONT,0#ONU,1#ONU,0#ONT,连续模块,0#ONU,1#ONU,突发模块,0#ONU,1#ONU,0#ONT,有快速AGC,无快速AGC,阈值线,突发接收,测距技术,补偿因ONU距离不同而产生的时延差异：RTT（Round Trip Time）在注册过程中，ONU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MPCP PDU的时候启动测距功能。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。,RTT=(T3-T1)-(T2-T1)=T3-T2,DBA概念,什么是DBA?-DBA
21、,Dynamically Bandwidth Assignment(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,DBA的工作原理,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。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。OLT根据业务和SLA及ONU的实际情况进行带宽
22、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,DBA的实现过程,OLT的MPCP会下发Gate消息给ONU，允许ONU可以进行发现消息的发送和正常数据的发送。在正常发送窗口内，ONU可以报告针对每个802.1Q优先级队列所需的上行带宽。,DBA算法过程,ONU report,OLT计算,OLT-ONU实施,DBA架构,SLA 管理模块 Minimal bandwidth(committed bit rate serv
23、ice)(MIN)Maximal bandwidth(variable bit rate service)(MAX)Requested service delay(DELAY)Constant-bit-rate service(CBR)Delay variation(JITTER)Flow class(CLASS)Algorithm specific parameters(EXTEND)支持多种DBA算法支持硬件加速器。OLT上可提供：1.Interpretation of REPORT messages in MPCP protocol 2.Generation of GATE messag
24、es in MPCP protocol(protocol element for granting)3.Quick response for algorithms requiring micro-second response 4.Statistics collection ONU上可提供：1.Interpretation of GATE messages in MPCP protocol 2.Generation of REPORT messages in MPCP protocol 3.Smart queue management 4.Statistics collection,DBA举例
25、(a),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.。OLT送出一个grant给ONU1,允许发送数据长度6000bytes。,DBA举例(b),ONU1发送数据6000 bytes。发送完数据,ONU1发出request信号,表明buffer还有550bytes。OLT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。,DBA举例(c),OLT收到ONU1的请求后,更新polling table。ONU2发送数据,并请求下一次的带宽(5700bytes)。,DBA举例(d
26、),OLT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。ONU3发送数据,并请求下一次带宽(4400bytes),OLT更新polling table中ONU2的数据。,EPON解决方案,QoS数据业务的承载TDM over EthernetTripleplay解决方案ONU业务发放CATV解决方案,多业务下的QoS保证,EPON系统中对于多业务QoS保证的手段和以太网交换机基本一致，整体策略是利用802.1p优先级进行业务区分，给予不同的QoS服务。在各个可能产生流量拥塞的处理点应用优先级队列调度（PQ或WRR等），可以保证基本的业务QoS。在
27、PQ和WRR调度算法的选择上，应该根据业务不同要求进行选择。,带宽控制 拥塞控制 拥塞管理 队列调度 流量整形,Qos处理,Triple-Play业务接入方案业务Qos保证,1、根据对应表完成端口与VLAN的绑定和设定VLAN优先级；2、根据VLAN的优先级进行Qos调度；,1、根据VLANID和802.1P完成Qos处理；2、在上行接口完成802.1P优先级的映射或重置；,ONT,1、根据VLANID和802.1P完成Qos调度;2、将VLAN数据转发到指定的端口；,1、根据VLANID和802.1P完成Qos处理；2、完成上行VLAN到用户VLAN的802.1P优先级拷贝;,1,1,1,1
28、,1,IP城域网,1,1,2,1,1,2,2,1,2,1,2,2,1,1,2,2,1,2,语音,视频,数据,1,2,2,1,2,2,1,1,2,OLT,数据业务的承载,上网业务,作为用户上网的二层通道，EPON支持VBAS、PPPOE+、Option82和StackVlan等所有用户唯一性识别机制；,大客户专线业务,IP城域网,VLAN1,VLAN2,OLT,OLT,部门1,部门2,VLAN2,VLAN1,部门2,部门1,VLAN1,VLAN1,VLAN2,VLAN2,VLAN1,VLAN2,1000,1000,VLAN1,VLAN2,2000,2000,VLAN1,VLAN2,1000,10
29、00,VLAN1,VLAN2,1000,1000,L2/L3,L2/L3,ONT,ONT,TDM over Ethernet,EPON系统承载数据专线业务（2048kbit/s或n64kibt/s数据业务）时，推荐采用TDMoverEthernet方式。由于EPON是一个点到多点（P2MP-Point to Multi-Point）的拓扑结构，上下行传输的都是符合IEEE 802.3标准的变长的以太网帧，并不能简单的借用点到点（P2P：Point to Point）的实现方式，必须采用特定的技术才能满足TDM业务的服务质量（QoS）要求。TDM业务对定时和同步的要求特别严格。而EPON本质上是
30、基于以太网技术的异步传送网络，没有全网同步的高精度电信时钟。TDM业务占用的带宽较小，但对诸如延时、抖动、漂移、误码率等指标都有很高的要求。TDM的QoS保证是EPON上传输TDM业务的技术难题。TDM业务还要求承载网络必须具有良好的生存性，在发生重大故障时，能在尽可能短的时间内实现业务的可靠倒换。,CESoP概念,CESoP的基本思想就是在分组交换网络上搭建一个“通道”，在其中实现TDM电路(如T1或E1)，从而使网络任一端的TDM设备不必关心其所连接的网络是否是一个TDM网络。分组交换网络被用来仿真TDM电路的行为，故而称为“电路仿真”。,CESoP承载业务类型,电路仿真要求在分组交换网络
31、的两端都要有交互连接功能。在分组交换网络入口 处，交互连接功能将TDM数据转换成一系列分组，而在分组交换网络出口处则利用这一系列分组再重新生成TDM电路。有两种基本方法来实现这种交互功能模块，包括结构化仿真和非结构化仿真或结构不可知(Structure-Agnostic)。,CESoP在FTTH中的应用内置网关方案,Fiber Links,OLT,PSTN,IP,T1/E1,GIGE OverFiber,Optical Splitter,Ethernet,CESoP,CESoP在FTTH中的应用外置网关方案,Fiber Links,OLT,PSTN,IP,T1/E1,GIGE OverFibe
32、r,Optical Splitter,Ethernet,CESoP,TDMGW,Ethernet,PWE3,EPON中CESoP的特点,a）可以透明传送语音、信令及时钟信息；b）同时支持E1、N64Kb/s数据专线业务和普通电话业务；c）不需要更换现有交换机和传输系统等设备；d）IETF、ITU-T、MEF和MPLS Forum等组织已经或正在制定相关技术标准，便于同类设备的互连互通；e）已有多款商用芯片可供选择；f)需要经济、高效的时钟恢复机制。,ASP/ISP,CPE,MSE,Ethernet,OLT,Softswitch,Internet,NMS,TL1/CORBA/API,BB ser
33、vice platform,Carriers OSS,Notification,EPON Triple Play 解决方案,IPTV,PC,ONU类型1,Phone,PC,ONU类型2,CPE,ONU类型3,VDSL,NSP,ODN,Splitter,ONU类型4,E1,FE,EPON,OLT,1490 nm,CATV,CATVBroadcast Network,Internet,1550nm,1:32,VoIP,ONT1,VoIP,ONT2,EPON CATV解决方案,DTV STB,1550TX,EDFA,1310 nm,Broadband MAN,DTV STB,RF,RF,WDMcoupler,WDMcoupler,1:32,FTTH CATV Receiver,UP:1310nmDn:1490nm,1550nm,UP:1310nmDn:1490nm,1550nm,Voice and Data1250Mbps,Voice and Data2500Mbps,Video,Analog TV,Digital TV,HD/VOD,42Mhz,550Mhz,860Mhz,Upstream,Downstream,1310nm,1490nm,1550nm,Thank You,
