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1、接入网技术,第4章 光纤接入技术,第4章 光纤接入技术,主要内容光纤介质的优势光接入网的结构、类型、应用模式等两种典型的无源光网络APON和EPON要求熟悉光纤介质的特点，FTTX的含义掌握光接入网的结构、特点、关键技术（特别是测距）；APON与EPON的异同,第4章 光纤接入技术,4.1 引言4.2 光纤在接入网中的延伸4.3 光接入网基础知识4.4 无源光网络4.5 APON4.6 EPON4.7 小结,4.1 引言,光纤接入前途无限,用户业务量的日益增长,业务种类的不断变化,新业务的高性能要求,与之适应的高性能接入技术,从介质考虑，哪种介质能满足？,4.1 引言,光纤的优越性高带宽、高数
2、据率单波：10Gb/s,40Gb/s多波复用：可达Tb/s信号衰减很小，无中继传输距离远单段光传输距离：100200km多段光传输距离：30004000km其他性能抗电磁干扰、保密性好安全性好，不易盗听绝大多数运营商断言：“理想的宽带接入网将是基于光纤的网络”,4.1 引言,光纤分类多模光纤MMF:Multi-Mode Fiber常见规格：62.5/125、50/125系统价格低，传输距离短、容量相对小一些用于计算机网络的短距离传输单模光纤SMF:Single-Mode Fiber常见规格：9.5/125系统价格较高，性能很高用于通信系统和高要求计算机网络,4.1 引言,光接入网络在主干网上，
3、光纤通信已经成为高性能的主流在接入网上，光纤通信前景光明，光接入网正在成长用于高性能接入领域直接采用主干传输技术典型例子：SDH环用于PSTN网的大客户用于接入大客户专门的光接入技术典型例子：EPON/EFM的技术开发用于高性能的多业务接入客户,4.2 光纤在接入网中的延伸,在接入网中应用光纤，是逐渐从运营商向用户延伸的根据光纤深入用户的程度，有三种基本应用类型：光纤到路边 FTTC 光纤到楼 FTTB 光纤到家/办公室 FTTH/O,光纤到路边 FTTC,FTTC：Fiber To The Curb/Cab光纤到路边、光纤到配线箱,设在交接箱处,电话双绞铜线或同轴电缆,特点：通常为点到点和点
4、到多点结构 一个OUN可为一个或多个用户提供接入 是一种介质混合结构 通常采用FTTC+xDSL技术或FTTC+Cable Modem技术,光纤到楼 FTTB,FTTB：Fiber To The Building光纤到大楼,设在办公楼或居民住宅楼内的某个公共地方,用UTP5类线（或更高等级）,特点：通常点到多点结构一个OUN为多个用户提供接入通常采用FTTB+Ethernet技术,光纤到家/办公室 FTTH/O,FTTH：Fiber To The Home/Office光纤到家（光纤入户、光纤到办公室）,直接放在用户家里,特点：中心局到用户之间全部为光连接和光传输接入网无任何有源设备，是一个真
5、正的透明网络是一种真正意义上的宽带接入技术是用户接入网的长远目标,4.3 光接入网基础知识,光纤的传输窗口光纤的传输性能，有几段性能好，成为传输窗口,1310nm窗口（1260nm1360nm）,850nm窗口（780nm850nm）,1550nm窗口（1480nm1580nm）,常用于多模光纤通信未得到很好使用,应用广泛主要用于提供2Mb/s及以下的业务,用于异波长双工的下行通信以及宽带的新业务,4.3 光接入网基础知识,光接入网的基本结构OAN：Optical Access Network，光接入网光接入网概念：接入网中部分或全部使用光纤作为传输介质来实现信息传输的网络形式光接入网基本结构
6、由ITU-T G.982 定义,光接入网的基本结构,ITU-T提出的光接入网的基本结构,ODN,OLT,AF,中心局,终端设备,用户侧,网络侧,UNI,SNI,光接入网(OAN),光接入网是G.902标准的一个典型实例,光接入网的基本结构,组成：光网络单元ONU（Optical Network Unit）提供用户到接入网的接口（光电转换、物理接口）提供用户业务适配功能（速率适配、信令转换）光分配网 ODN（Optical Distribution Network）为OLT和OUN之间提供光传输技术由光连接器和光分路器OBD(Optical Branching device)组成完成光信号功率的
7、分配及光信号的分、复接功能光线路终端OLT（Optical Line Terminal）提供与中心局设备的接口（光电转换、物理接口）提供与ODN的光接口分离不同的业务,光接入网的基本结构,光接入网的特点点到多点传输系统，介质共享下行：OLT向各个ONU采用广播通信方式上行：ONU向OLT通信时需要某种分配信道的策略面临的问题需解决OLT和多个ONU之间上下行信号的正确传输关键是解决上行信道的占用问题下行传输：时分复用传送信元流，各ONU在规定时隙接收自己的信息上行传输：各种多址技术（时分、波分等）,光接入网的传输技术,空分复用 SDM上下行双向通信各使用一根光纤两个方向的通信单独进行，互不影响
8、性能最佳，设计最简单光传输设备和线缆双倍，成本高,t,保护时间,光接入网的传输技术,时分复用TDM每个ONU动态或固定分配一个时隙每个ONU在分配的时隙内上传数据固有问题每个ONU与OLT距离不等 传输时延不同到达OLT的相位不同对OTL要求完善的测距技术，实现定时调整 和同步快速的同步技术快速、动态的门限判决技术,光接入网的传输技术,波分复用WDM用不同的光载波传输不同的信息不同波长的信号共享一根光纤传输，彼此不干扰要求每个ONU在指定波长上发射对激光二极管要求高（温度、环境影响大）OLT设备复杂，成本高（每个波长都需光发射器和检测器）,光接入网的分类,根据光分配网是采用有源或无源设备，OA
9、N分：AON和PONAON：Active Optical Network，有源光网络ODN全部由有源器件组成（光放大器等）是主干网技术的延伸SDH、PDH、ATM、等等现通常是基于SDH的AON特点：传输容量大：155Mb/s或622Mb/s的接入速率 传输距离远：不加中继器，距离为70多公里技术成熟：无论PDH设备还是SDH设备，都已广泛应用给有源设备供电是一件麻烦事,光接入网的分类,PON：Passive Optical Network，无源光网络PON内不含有源器件是专门为接入网发展的技术无源：大大简化了接入途中的机房条件包括：APON、EPON和GPON,4.4 无源光网络,基本概念系
10、统结构数据传输关键技术,PON的基本概念,ODN全部由无源器件组成（无源光分路器等）信号在传输过程中无再生放大信号由光分路器、无源光功率分配器等传至用户实现透明传输，信号处理全由局端和用户端设备完成与有源光网络比：覆盖范围和传输距离更小可靠性更高（户外无有源设备，提高抗干扰能力）价格更低、安装维护更方便是光接入网有发展潜力的技术（价格、维护等优势）,PON的系统结构,组成：OLT、ODN、ONU，且ODN中全是无源器件共享介质逻辑上是点到多点结构，物理拓扑可有多种形式,PON的数据传输,下行：OLT向各ONU采用广播通信方式，传输连续时隙流（下行帧）局端数据 OLT 封装成连续时隙流下行帧 以
11、广播方式传送 各ONU收到信元流，取出属于自己的数据用户终端上行：采用TDMA技术（动态分配），突发传送时隙流（上行帧）各ONU共享ODN，且数据突发性强。各ONU向OLT申请带宽OLT授权ONU发送（上行的发送时隙、带宽分配等）获得授权的ONU在指定时隙发送,PON的数据传输,PON的帧都是定时长帧，分上行帧和下行帧为了实现TDMA接入，在上行时隙中传输的数据要求附加开销。上行时隙格式如下：,用于OLT同步、标识信元开始,OAM信元为管理信元，如带宽申请、测距等,PON的关键技术,测距技术快速比特传送技术突发信号的收发搅码技术（扰码）媒质接入控制（MAC）技术,测距技术,原因采用TDMA，必
12、须保证每个时隙的数据彼此独立，互不干扰PON结构中，各ONU到OLT物理距离不等，则各ONU到OLT的传输时延不同，如不进行时延补偿，会出现时隙重叠，造成数据干扰为确保多个ONU到OLT之间的正确传输，必须引入测距机制，精确测量OLT到ONU的端到端时延，使各ONU到OLT的逻辑距离相等，使ONU发出的帧准确落在所分配的上行帧时隙之内基本策略：静态测距+动态测距相结合静态测距在ONU初装联网时进行动态测距在数据传输过程中进行,测距技术,测距的基本原理OLT向ONU发送测距允许消息，消息中指明ONU的上行应答的时隙ONU在指定的上行时隙中用测距PLOAM信元应答OLT计算往返时延，并与理想时延比
13、较，计算出差值，发送一个测距时间给ONUONU根据测距时间调整均衡时延,快速比特传送技术,测距精度有限，各ONU到OLT的上行比特流存在相位差异需要采用某种技术实现快速同步基本策略先实现位同步、再进行信元同步普通的滑动技术不能满足快速同步要求，需采用其他技术,突发信号的收发,需要快速开启和关闭光电路，以适应上行的突发数据传输接收端，需要快速调整接收门限，以适应不同距离用户的信号衰减,搅码技术（扰码）,为了保证共享介质传输的安全性，引入搅码技术在发送端：通过一个随机码对信息进行异或运算后传送在接收端：采用相同的随机码再进行一次异或运算，得到原始数据,信元的时隙分配接入请求/允许带宽的动态分配带宽
14、管理由OLT完成为不同的业务提供优先级和带宽上行带宽的占用由媒质接入控制MAC协议实现,媒质接入控制（MAC）技术,4.5 APON,APON：ATM Passive optical network，ATM无源光网络 在PON上传送ATM信元，即在ONU与OLT之间传送ATM信元物理层采用PON，链路层采用ATM存在PON中同样的技术问题标准规范：ITU-T的G.983,G.983基本特点,基于ATM信元（ONU与OLT之间）支持对称和非对称工作方式对称方式：双向 155.520Mb/s非对称方式：上、下行分别为155.520Mb/s、622.080Mb/s双向通信：可用两条光纤，波长1310
15、nm区或一条光纤，异波长双工(上行：1310nm区,下行：1550nm区)无放大器最大距离：20km最高32个用户光分支利用波长分配增加业务能力传输技术：上、下行均采用时分复用,APON的系统结构,接入的主干网为ATM网传输的数据流为ATM信元流拓扑：无源双星结构一个ODN（即1个OBD）最多支持32个ONU（用户数）当ONU大于32时，要求一个OLT提供多个ODN接口,APON的数据传输,APON在PON上传送ATM信元APON帧传输的基本原理同PON，只是APON帧中封装的是ATM信元APON帧中上行信元格式如下：,上下行速率为155.520Mb/s的帧结构,定时长帧下行速率为155.52
16、Mb/s时，每帧56个信元下行速率为622.08Mb/s时，每帧224个信元,APON的帧格式,APON的延续GPON,弱化ATM保留了APON的许多优点，与APON有很多相同之处，但更高效、高速支持上、下行不对称速率：下行2.488Gb/s，上行1.244Gb/s适配协议采用ITU-T G.7041：GFP（通用成帧协议）支持多业务、多承载（包括ATM业务、TDM业务以及IP/Ethernet业务），提供明确的服务质量保证和服务级别，具有电信级的网络监测和业务管理能力。GPON成为目前最为理想的宽带光纤接入网技术,4.6 EPON,EPON的发展背景如下：APON概览技术思路：90年代中期的
17、黄金组合物理层：PON，技术很精致链路层：信元，基于ATM技术机制受ATM在全球受挫的牵连，未能迅速发展EPON概要技术思路物理层仍然使用现成的PON技术，链路层换成以太帧EFM研究组IEEE 802.3ah：改换APON的MAC协议，使用以太帧,4.6 EPON,EPON：Ethernet Passive optical network在PON上传送Ethernet帧基于Ethernet技术和PON技术网络结构与APON类似MAC协议与APON不同速率：下行：百兆/千兆，广播方式上行：百兆/千兆，共享传输技术：上、下行均采用时分复用存在PON中同样的技术问题,EPON的系统结构,网络结构与A
18、PON相似，但：接入的主干网为以太网传输的数据流为以太帧流,EPON的数据传输,EPON承载可变长Ethernet帧（641518字节）EPON物理帧为定时长帧下行：固定长度帧的连续数据流（2ms），内含多个不同长度的以太帧（时隙）头部校验部分，其中：信息头部含ONU标识符和同步头上行：采用TDM技术，每个ONU在授权给定的时隙内发送数据帧，不会发生碰撞（注：申请带宽时可能发生碰撞）。帧长度也为2ms,APON与EPON的技术差别,EPON和APON最主要的区别：帧结构和分组大小EPON和APON的帧格式帧周期长度封装方式EPON承载的数据单元长度可变：641518 ByteAPON承载的数据
19、单元长度固定：53 Byte,4.7 小结,光纤是当前最高性能的传输介质，已经普遍用于主干网“理想的宽带接入网将是基于光纤的网络”有源光网络已经用于大型用户无源光网络正在发展APON/GPON基于ATM技术，物理层十分精致未能推广应用EPON用以太技术使用PON前景十分看好,参考资料,参考资料APON:ITU-T G.983-1998基于PON的宽带光接入系统EPON:IEEE 802.3ah-2004综合宽带接入网陶智勇，周芳，胡先志北京邮电大学出版社，2002.1宽带接入技术Albert Azzam，Niel Ransom著，文爱军等译电子工业出版社，2001.7,本章思考复习题,1、理解光网络的概念、光接入网的结构。2、理解FTTB、FTTC、FTTH的含义。3、PON为何需要采用测距协议？测距协议的基本思想是什么？4、APON和EPON有哪些相同点？哪些不同点？,
