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1、xPON原理介绍,Page 2,对比到现网的接入“瓶颈”，光纤是今为止最好的传输媒介。本胶片主要分析PON技术的产生背景、应用、基本概念和特点，并分别介绍GPON、EPON基本原理及差异。,前 言,Page 3,学习完此课程，您将会： 掌握PON的概念及发展背景 理解光接入网络架构 掌握PON的关键技术 掌握GPON的主要协议 掌握EPON的主要协议 了解GPON、EPON提供的基本业务,目 标,Page 4,第1章光接入网概述 第2章 PON基本概念 第3章 PON关键技术 第4章 GPON协议分析 第5章 EPON协议分析 第6章 PON承载的基本业务 第7章 GPON PK EPON,内
2、容介绍,Page 5,Service,Access,Core,X.25,ADSL,Ethernet,PSTN,IP,ATM,FR,GSM/GPRS,CDMA,Cable,PDH,SDH,Wireless Voice,Wireless Data,High Speed Internet,Voice,Streaming,Dial-up,VoIP,Message,FTTH GPON,DSL,Wireless,Eth/IP/MPLS Aggregation Network,Location & Presence,Message,Online Gaming,Voice,Data,Video,Storage
3、,Directory,接入网的发展趋势All over IP,Page 6,如何解决“距离与带宽”的矛盾,ISDN,HDSL,ADSL,ADSL2+,VDSL 2,xDSL技术,?,xDSL技术很难解决距离与带宽的矛盾,问：怎么办？ 答：“光进铜退”！采用光纤接入网是不错的方案！,Page 7,光纤接入网的接入方案,(a) 点到点的网络,(b) 路边交换网络,(c) 无源光网络 即: PON,Page 8,ADSL2+,PON,ADSL2+ VDSL2,Centre office,Home,VDSL2,ONT,ADSL2+,10/100Base-T,1 km,2 km,IP DSLAM,GE,
4、Curb,Building,GE,FTTC,FTTB,FTTB,FTTH,ADSL2+ VDSL2,GE,FTTB,DSL,FTTX场景分析,Page 9,第1章光接入网概述 第2章 PON基本概念 第3章 PON关键技术 第4章 GPON协议分析 第5章 EPON协议分析 第5章 PON承载的基本业务 第6章 GPON PK EPON,内容介绍,Page 10,Passive Optical Network 无源光网络,OLT,ONU,Optical Line Terminal 光线路终端,Optical Network Unit 光网络单元,Passive Optical Splitter
5、 无源分光器,PSTN,Internet,CATV,ONU,ONU,PON是一种点到多点（P2MP）结构的无源光网络； PON由光线路终端OLT（Optical Line Terminal）、光网络单元 ONU（ Optical Network Unit） 和无源分光器POS（Passive Optical Splitter）组成；,Passive Optical Splitter 无源分光器,什么是PON?,Page 11,ONU/ONT,OLT,Service node,分光器,T参考点,V参考点,R/S,S/R,ODN,UNI,SNI,IFpon,IFpon,ONU Optical Ne
6、twork Unit 光网络单元 ONT Optical Network Terminal 光网络终端 ODN Optical Distribution Network 光分配网络 OLT Optical Line Terminal 光线路终端 SNI Service Node Interface 业务节点 UNI User Network Interface 用户网络接口,PON网络参考模型,Page 12,PON的三大优势： 1、更远的传输距离，采用光纤传输，覆盖半径20KM； 2、更高的带宽，达1.25G或2.5G. 3、分光特性,，节省光纤资源。,为什么选择PON?,Page 13,A
7、PON: ATM Passive Optical Networks EPON: Ethernet Passive Optical Networks GE-PON: Giga-bit Ethernet Passive Optical Networks GPON: Gigabit-capable Passive Optical Networks,EPON,GEPON,GPON,ATM,APON,BPON,Ethernet,EPON,GPON,几种PON标准,Page 14,APON/ BPON,GPON,EPON,ITU-T G.983.x,ITU-T G.984.x,IEEE 802.3ah,国
8、际标准,国际标准,国际标准,国家标准,Q3/2000,国家标准,国家标准,Q4/2004,Q3/2004,PON技术标准化进展,Page 15,PON系统采用WDM技术，实现单纤双向传输（强制）。 采用不同光波分别传上、下行数据； 下行数据流采用广播技术（分光器上物理层复制）； 上行数据流采用TDMA技术。,PON原理-数据复用,Page 16,第1章光接入网概述 第2章 PON基本概念 第3章 PON关键技术 第4章 GPON协议分析 第5章 EPON协议分析 第5章 PON承载的基本业务 第6章 GPON PK EPON,内容介绍,Page 17,什么是DBA? - DBA, Dynami
9、cally 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,PON关键技术-DBA,DBA概念,Page 18,提高最大带宽利用率 无DBA,利用率40% 有DBA,利用率达到80% 减小突发时延 无DBA:100ms 有DBA:10ms,DBA带来的优势,Page 19,End User 1,End User 3,ONT,End User 2
10、,3,3,1,1,2,ONT,ONT,OLT,加密,解密,解密,解密,1,由于下行数据在分光器上为广播复制，每个ONU都可以收到同样的数据。在OLT上需要采用加密处理，提高线路数据的可靠性。 GPON与EPON支持的加密算不同，GPON采用AES128加密处理，EPON采用三重搅动算法。,PON系统的数据安全,Page 20,IFpon,IFpon,IFpon,1：N分光器,OLT,ONU#1,ONU#N,备用光纤,Type A 光纤备份,IFpon,IFpon,IFpon,2：N分光器,OLT,ONU#1,ONU#N,Type B OLT端口备份,IFpon,设备没有任何备份措施. 主干光纤
11、故障后，由人工切换至备用光纤. 业务肯定中断，中断时间取决于线路恢复时间. 如果到用户的线路故障，业务就会中断，无法备份。,OLT设备上有两个PON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，可能存在严重安全隐患，无法满足客户需求。,PON网络基本保护方式,Page 21,第1章光接入网概述 第2章 PON基本概念 第3章 PON关键技术 第4章 GPON协议分析 第5章 EPON协议分析 第5章 PON承载的基本业务 第6章 GPON PK EPON
12、,内容介绍,Page 22,ITU-T G.984.3 GPON TC层规格要求 GTC复用结构及协议栈介绍 GTC帧结构介绍 ONU注册激活流程 DBA规格要求 告警和性能,ITU-T G-984.1/2/3/4,产品开发简单 产品兼容性强,ITU-T G.984.1 GPON网络参数说明 保护倒换组网要求,ITU-T G.984.4 OMCI消息结构介绍 OMCI设备管理框架 OMCI实现原理简述,ITU-T G.984.2 PMD层规格要求 2.488Gbps下行光接口参数规格要求 1.244Gbps上行光接口参数规格要求 物理层开销分配,GPON标准协议,Page 23,GPON提供以
13、下几种异步传输速率： 1.24416 Gbit/s up, 2.48832 Gbit/s down（目前的主流支持速率） 支持最大逻辑距离为：60km 支持最大物理距离为：20km 支持最大距离差为：20km 分光比为1：64，可升级为1：128,GPON网络基本性能参数,Page 24,广播方式：GPON的下行帧长为固定的125us，下行为广播方式，所有的ONU都能收到相同的数据，但是通过GEMPORT ID来区分不同的业务的数据，ONU 通过过滤来接收属于自己的数据。,GPON原理-下行数据,Page 25,TDMA方式：GPON的上行是通过TDMA（时分复用）的方式传输数据，上行链路被分
14、成不同的时隙，根据下行帧的upstream bandwidth map字段来给每个ONU分配上行时隙，这样所有的ONU就可以按照一定的秩序发送自己的数据了，不会产生为了争夺时隙而冲突。每帧共有9120个时隙。,GPON原理-上行数据,Page 26,GPON 协议栈,IP,DATA,DATA,MAC,GEM,GTC,01010111010101000010101,Page 27,一个OLT与多个ONT,O N U,O N U,O N U,T-CONT,GEM Port,T-CONT,GEM Port,GEM Port,T-CONT,T-CONT,GEM Port,GEM Port,GEM Po
15、rt,GEM Port,GEM Port,不同的ONU用ONU-ID标识,不同的T-CONT用Alloc-ID标识,不同的GEM-PORT用Port-ID标识,PON光口,每个GPON 端口，支持1：64 分光比，即可提供64路ONT 接入。 每个ONU上可以有多个T-CONT,每个TCONT可以绑多个GEMPORT. T-CONT就相当于一个物理的缓存，只有绑定了DBA模板才能限速。,DBA,1,2,3,OLT,我司简化做法： Alloc ID = T-CONT ID *256+ONU ID,Page 28,Physical Control Block Downstream (PCBd),P
16、ayload,AllocID,Start,End,AllocID,Start,End,1,100,200,x,300,500,T-CONT1 (ONT 1),T-CONT x (ONT 2),Slot 100,Slot 200,Slot 300,Slot 500,PLOu,PLOAMu,PLSu,DBRu x,Payload x,DBRu Y,Payload y,Upstream Bandwidth Map,125us,Downstream Framing,Upstream Framing,GPON帧结构,AllocID,Start,End,y,501,650,1,x,y,T-CONT y (
17、ONT 2),Slot 650,Slot 501,T-CONT x,T-CONT y,Page 29,GPON系统对以太网帧进行解析，将数据部分直接映射到GEM Payload中去进行传输。 GEM帧会自动封装头信息。 映射的格式清晰，设备很好实现，兼容性好。,以太网业务在GPON中的映射方式,Page 30,TDM,TDM data,Payload TDM fragment,HEC,PTI,Port ID,PLI,GEM Frame,Ingress buffer,TDM Buffer,TDM业务先导入缓存中进行排队，并且按照固定的字节数复用到GEM帧中进行传输。 这种方式不对具体的TDM业务
18、进行感知，只进行透传处理。,TDM业务在GPON中的映射方式,Page 31,OLT通过Ranging测距过程获取ONU的往返延迟RTD（Round Trip Delay），从而指定合适的均衡延时参数EqD（Equalization Delay），保证每个ONU发送数据时不会在分光器上产生冲突。 Ranging的过程需要开窗，即Quiet Zone，暂停其他ONU的上行发送通道。OLT开窗通过将BWmap设置为空，不授权任何时隙来实现。,GPON测距方式,ONT,OLT (in CO),20 km,3 km,12 km,Page 32,OLT内部DBA模块不断收集DBA报告信息，进行相关计算，
19、并将计算结果以BW Map的形式下发给各ONU。 各ONU根据BW Map信息在各自的时隙内发送上行突发数据，占用上行带宽。,GPON DBA的实现过程,Page 33,OLT根据上次计算的结果在下行帧头中下发BW Map。 ONU根据带宽分配信息在规定的时隙上发送目前T-CONT中等待发送的数据状态报告 。 OLT收到ONU的状态报告后，经过DBA计算并更新BW Map，在下一帧进行下发。 ONU收到OLT下发的BW Map消息后，在指定的时隙上发送数据。,DBA的实现,Page 34,T-CONTs (Transmission Containers)：动态接收OLT下发的授权 ，用于管理P
20、ON系统传输汇聚层的上行带宽分配，改善PON系统中的上行带宽。 T-CONT的带宽类型分为FB,AB,NAB,BE。 T-CONT的5种类型，Type1,Type2,Type3,Type4,Type5。,T-CONT带宽术语,Page 35,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许可，优先级高的可以得到更高的带宽，满足业务需求。,T-CONT类型和带宽类型之间
21、的关系,Page 36,GTC PON系统架构是下行方向为广播方式，上行方向为TDMA方式，所以只对上行方向的业务流提供QoS处理。 QoS处理的最小单元是T-CONT，T-CONT可以看作是ONU业务流的承载容器，调度机制是DBA（动态带宽分配）。 DBA的算法是GTC的QoS处理性能的关键。 GEM 在GEM层主要是针对每个GEM Port进行业务流分类，类似于DSLAM的单PVC多业务的处理方式。 针对流分类后的业务分别进行优先级修改、流量监管和转发处理。 ETH/TDM TDM业务（非电路仿真方式）为面向连接，系统可以通过静态配置带宽严格保证面向连接的QoS。 ETH业务（包括电路仿真
22、方式的TDM业务）主要是基于二层VLAN、COS等标识进行业务的QoS处理， QoS主要处理机制分为流分类、监管、队列调度、拥塞处理、整形，它们的实现复杂度是影响QoS处理性能的关键,GPON中的QoS处理,Page 37,第1章光接入网概述 第2章 PON基本概念 第3章 PON关键技术 第4章 GPON协议分析 第5章 EPON协议分析 第5章 PON承载的基本业务 第6章 GPON PK EPON,内容介绍,Page 38,广播方式：EPON下行为广播方式，所有的ONU都能收到相同的数据，但是通过 LL ID来区分不同的业务的数据，ONU 通过过滤来接收属于自己的数据。 这里需要注意：E
23、PON数据包是变长的。GPON下行帧是定长的。,EPON原理-下行数据,EPON是基于以太网方式的无源光网络，EPON在传送过程中不处进原有以太网帧结构，所以相对较简单。,Page 39,TDMA方式：EPON的上行是通过TDMA（时分复用）的方式传输数据，每个ONU收到数据报文后都还会收到OLT发给它的grant消息，每个ONU按OLT告知的时间点发送OLT指定的报文数量，这样所有的ONU就可以按照一定的秩序发送自己的数据了，不会在上行光路上冲突了。,EPON原理-上行数据,Page 40,EPON与Ethernet帧比较,IPG,DA,SA,FCS,. . .,IPG,CRC,EPON,I
24、PG,Preamble,DA,SA,FCS,. . .,IPG,Ethernet,SLD,LLID,Page 41,EPON协议栈,应用层,传输,IP,链路层,物理层,RS子层,物理层,IP,DATA,DATA,MAC,01010111010101000010101,MAC,LLID,前导码,业务数据流,Page 42,多点MAC控制层功能,MAC,数据链路层,物理层,多点MAC控制层,物理层,MAC,数据链路层,物理层,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 Processing； Di
25、scovery Processing； Report Processing。 从而完成“多点MAC控制层”的功能。,Page 43,多点MAC控制层,MPCP消息格式,MODE: 标记是P2P模式还是Broadcast模式； LLID：逻辑链路标记，max num32767； 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； 长度/类型：MPCPDU都进行类型编码，并且承载MAC_Control_Type域值； 操作码：操作码指示所封装的特定M
26、PCPDU； 时间戳：在MPCPDU发送时刻，时间戳域传递localTime寄存器中的内容； 数据/填充：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； 校验码：该域为帧校验序列，一般由下层MAC产生。,Page 44,控制消息,MPCP在MAC控制层实现，引入了5条新的控制消息 GATE（Opcode0002）（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（Opcode0003）（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_R
27、EQ（Opcode0004）（ONU发出）：在注册规程处理过程中请求注册； REGISTER（Opcode0005）（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（Opcode0006）（ONU发出）：在注册规程处理过程中表示注册确认。,Page 45,EPON协议栈-业务数据流转发(下行),OLT,链路层,物理层,RS子层,多点MAC控制,MAC,物理层,链路层,物理层,RS子层,多点MAC控制,MAC,物理层,ONT,LLID,OAM,OAM,EPON系统中OLT、ONT可以被视为二层转发设备。,Page 46,EPON协议栈-控制数据流转发(
28、下行),OLT,链路层,物理层,RS子层,多点MAC控制,MAC,物理层,链路层,物理层,RS子层,多点MAC控制,MAC,物理层,ONT,OAM,OAM,控制流,业务流,LLID,MPCP,MPCP,Page 47,EPON协议栈-业务数据流转发(上行),OLT,链路层,物理层,RS子层,多点MAC控制,MAC,物理层,链路层,物理层,RS子层,多点MAC控制,MAC,物理层,ONT,OAM,OAM,上行数据不能立即发送，必必须先放到缓存里，何时发送由多点MAC控制决定,等我收到了OLT发给我的“授权”，数据才能向OLT发送,800字节Go ！,LLID,最后，我还要报告一下：我仓库里还有1
29、100呢 ！,关断上行光,Page 48,发现 时间 窗口,广 播 通 道,单 播 通 道,OLT,ONT,ONU注册,步骤1：OLT通过广播一个发现GATE消息来通知ONU发现窗口的周期。 步骤2：ONU发送含MAC地址的注册请求消息。 步骤3：注册ONU，分配和制定LLID。绑定MAC和LLID,目的MAC: 组播MAC 授权内容：如果你是已注册的，不要发数据，如果你还没注册，请在某时间内注册！,目的MAC: OLT的MAC 源MAC: ONT的MAC 内容：我要注册 _！,我要注册 ！,我要注册 ！,我已经注册 过！我会保持沉默的。,OLT学到ONT的MAC,分配一个LLID,并做相关绑
30、定后给ONT发送LLID,目的MAC:组播MAC 源MAC: OLT的MAC 内容： MACA: LLID=10 MACB: LLID=11 MACC: LLID=12,我LLID=10 ！ 存起来！,我LLID=11 ！ 存起来！,目的MAC:ONTA的MAC 源MAC: OLT的MAC 内容： MACA的 LLID=10，如果正确，收到请回答。,我是MACA LLID=10 ！ 我来回答！,目的MAC:OLT的MAC 源MAC: ONTA的MAC 内容： 我是MACA，我的 LLID=10，完全正确,Over !,A,B,Page 49,GATE和REPORT交互过程,GATE消息指示ON
31、U的发送窗口，包括窗口的开始时间和长度。当ONU的LocalTime计数器和GATE消息中的StartTime相同时，ONU开始发送。ONU将给结束发送留有足够的余量，从而保证在授权长度间隔用完前关闭激光器。 REPORT用于上报带宽的需求，也可用来为OLT安装看门狗定时器（watchdog Timer）。即使没有带宽请求，也应该周期性的产生报告，这将保证OLT的看门狗定时器不会因超时注销ONU。为了保证该机制正常运转，OLT将周期性地向ONU授权。,Page 50,EPON 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
32、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。,Page 51,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。,Page 52,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) 。,Page 53,DBA举例(d),OLT根据表中的RTT计算出ONU2发送
33、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。,Page 54,第1章光接入网概述 第2章 PON基本概念 第3章 PON关键技术 第4章 GPON协议分析 第5章 EPON协议分析 第6章 PON承载的基本业务 第7章 GPON PK EPON,内容介绍,Page 55,PON Triple-Play 端到端解决方案,Page 56,xDSL线路改造，有利于原来的铜缆资源的利用,GPON + xDSL 解决方案,Page 57,第1章光接入网概述 第2章 PON基本概念 第3章 PON关键技术 第4章 GPON协议分析 第5章 EPON协议分析 第6章 PON承载的基本业务 第7章 GPON PK EPON,内容介绍,Page 58,GPON与EPON应用的比较,Page 59,GPON与EPON应用的比较,