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1、第五章第五章 无源光网络无源光网络无源光网络概念无源光网络概念 无源光网无源光网(PON)一般指光传输段采用无源一般指光传输段采用无源器件，实现点对多点拓扑的光纤接入网器件，实现点对多点拓扑的光纤接入网 无源光器件无源光器件 无源光器件大致可分为连接用的部件和功能性无源光器件大致可分为连接用的部件和功能性部件两大类。连接用的部件有各种光连接器，部件两大类。连接用的部件有各种光连接器，它们不仅可用作光纤和光纤的连接，而且还可它们不仅可用作光纤和光纤的连接，而且还可以组成功能部件及设备的一部分，用于部件以组成功能部件及设备的一部分，用于部件(设设备备)和光纤、或部件和光纤、或部件(设备设备)和部件
2、和部件(设备设备)的连接；的连接；功能性部件有分路、耦合器、光分波合波器、功能性部件有分路、耦合器、光分波合波器、光衰减器、光开关和光隔离器等，它们主要用光衰减器、光开关和光隔离器等，它们主要用于光的分路、耦合、复用、衰减、开关、防反于光的分路、耦合、复用、衰减、开关、防反射等方面。射等方面。光纤的连接与光纤连接器光纤的连接与光纤连接器 光纤连接器的基本构成光纤连接器的基本构成 光纤连接器的对准方式光纤连接器的对准方式 光纤连接器的分类光纤连接器的分类 光纤分路器及耦合器光纤分路器及耦合器 光波分复用器光波分复用器 光波分复用技术是在一根光纤上同时传输光波分复用技术是在一根光纤上同时传输多个波
3、长光信号的一项技术。光波分复用多个波长光信号的一项技术。光波分复用器是器是WDM技术总的关键部件，将不同光技术总的关键部件，将不同光源波长的信号结合在一起经一根传输光纤源波长的信号结合在一起经一根传输光纤输出得器件称为复用器。反之，把多波长输出得器件称为复用器。反之，把多波长信号分解为个别波长分别输出的器件称为信号分解为个别波长分别输出的器件称为解复用器。解复用器。光隔离器光隔离器 永久磁铁轭铁起偏器入射光检偏器45法拉第旋转器反射光0信号光904545反射光起偏器检波器光开关光开关 光调制光开关光调制光开关 波导调制光开关波导调制光开关微机械技术微机械技术(MEMS)集成光开关集成光开关 光
4、可变衰减器光可变衰减器 光轴衰减片旋转轴衰减片A(可连续变化)衰减片B(阶跃变化)图5-3 光衰减器的基本构成PON的基本概念和结构的基本概念和结构在光纤用户网的研究中，为了满足用户对在光纤用户网的研究中，为了满足用户对于网络灵活性的要求，于网络灵活性的要求，1987年英国电信年英国电信公司的研究人员最早提出了公司的研究人员最早提出了PON的概念。的概念。后来由于后来由于ATM技术发展及其作为标准传递技术发展及其作为标准传递模式的地位，研究人员开始注意到把模式的地位，研究人员开始注意到把ATM技术运用到技术运用到PON的可能性，并于的可能性，并于90年代年代初提出了初提出了APON的建议。的建
5、议。基本概念和特点基本概念和特点 在光接入网在光接入网(OAN)(OAN)中若光配线网中若光配线网(ODN)(ODN)全部由无源器全部由无源器件组成，不包括任何有源节点，则这种光接入网就件组成，不包括任何有源节点，则这种光接入网就是是PONPON。OLTOLT为光线路终端，它为为光线路终端，它为ODNODN提供网络接口并提供网络接口并连至一个或多个连至一个或多个ODNODN。ODNODN为光配线网，它为为光配线网，它为OLTOLT和和ONUONU提供传输手段。提供传输手段。ONUONU为光网络单元，它为为光网络单元，它为OANOAN提供提供用户侧接口并和用户侧接口并和ODNODN相连。如果相连
6、。如果ODNODN全部由光分路器全部由光分路器(optical splitter)(optical splitter)等无源器件组成，不包含任何等无源器件组成，不包含任何有源节点，则这种光接入网就是有源节点，则这种光接入网就是PONPON，其中的光分路其中的光分路器也称为光分支器器也称为光分支器(OBD,Optical Branching(OBD,Optical Branching Device)Device)。PON的结构的结构单星形结构单星形结构 PON的结构的结构多星形多星形(树形树形)结构结构 均匀分光OBD构成的网络称为多星形非均匀分光OBD构成的网络则称为树形总线结构总线结构 它通
7、常采用非均匀分光的1X2或2X2型光分路器 沿线状排列。环形结构环形结构 其他的其他的PON技术技术 副载波复用副载波复用PON 这种副载波信号可方便地将激光器进行幅度调制，可传输模拟信号，也可传数字信号，而且扩容方便 以副载波复用技术为基础的无源光网络(SCM-PON)可方便地接人窄带信号和宽带信号，是向宽带接入网升级的方案之一 其他的其他的PON技术技术 波分复用波分复用PON WDM-PON采用多波长窄谱线光源提供下行通信，不同的波长可专用于不同的ONU具有良好的保密性、安全性和有效性，而且可将宽带业务逐渐引入，逐步升级 其他的其他的PON技术技术 超级超级PON 用多级串联的无源分路器
8、与光放大器相结合所组成的网络成为超级PON 普通PON：分路比一般为1632传输距离20km左右传输速率为155-622Mbs。超级PON：传输距离可达100km，分路比为2048下行速率为2.5Gbs PON的功能结构的功能结构 传输复用技术传输复用技术 在PON中传输复用技术主要完成OLT和ONU连接的功能。其连接可以是点对多点，也可以是点对点的方式。多点接入方式有多种：时分多址接人(TDMA)副载波多址接入(SCMA)双向传输方式有：空分复用(SDM)时间压缩复用(TCM)波分复用(WDM)副载波复用(SCM)。波长分配波长分配 1310nm波长区:波长分配范围是1260-1360nm；
9、1550nm波长区:波长分配范围是14801580nm；测试或监视信号的传输波长应采用其他波长，一般为1510nm。当采用光放大器时，以上波长范围可能变窄。ONU的功能结构的功能结构ONU提供通往ODN的光接口，用于实现OAN的用户接入。每个ONU由核心功能块、服务功能块及通用功能块组成。OLT的功能结构的功能结构OLT提供一个与ODN相连的光接口，在OAN的网络端提供至少一个网络业务接口。ODN的功能结构的功能结构 ONU1ODNOLTONU1S/RQmR/SQrQrQsPON的ODN全部由无源器件构成，它具有无源分配功能 操作维护管理功能操作维护管理功能 OAN子系统特有的OAM功能包括：
10、设备子系统传输子系统光的子系统业务子系统。设备子系统包括OLT和ONU的机箱、机框、机架、供电及光分路器外壳、光纤的配线盘和配线架。传输的子系统包括设备的电路和光电转换光的子系统包括光纤、光分支器、滤波器和光时域反射仪或光功率计。业务子系统包括各种业务与OAN核心功能适配的部分(如PSTN，ISDN)。PON的传输复用技术的传输复用技术 SDM：空分复用 TDM：时间压缩复用 FDM：频分复用 WDM：波分复用 SDM：空分复用对上行信号和下行信号用分开的两根光纤传输 TDM：时间压缩复用又称“光乒乓传输”。在一根光纤上以脉冲串形式的时分复用技术 FDM：频分复用在单根光纤上的上行和下行信号通
11、过调制，安排在不同的频谱位置。正在接收端解调器中的滤波器仅滤出所需的信号频谱。WDM：波分复用，一根光纤上的上行和下行信号用不同的波长，每个方向的信号传输由波分复用器分开 APON的关键技术的关键技术 基于ATM的PON接入网主要由光线路终端OLT(局端设备)、光分路器(Splitter)、光网络单元ONU(用户端设备)，以及光纤传输媒质组成一般采用TDMA控制的基带传输方式局端到用户端的下行方向上，由OLT通过分路器以广播方式发送ATM信元给各个ONU。APON系统结构系统结构 OLT往ONU传送下行信号采用TDM技术ONU传送OLT的上行信号采用TDMA技术在上行和下行时，ATM信元都是被
12、组装在一个包中。如果给每个包加入个开销比特，可以提供同步及其他与网络传输相关的功能 系统所采用的两种双向传输方式：1.单向双纤的空分复用方式即采用两根光纤，一根光纤上传输上行信号，另一根光纤上传输下行信号，工作波长限定在1310nm区。2.单纤粗波分复用方式采用单根光纤，异波长双工，上下行波长分别工作在1310nm区和1550nm区。在下行方向，由ATM交换机来的ATM信元先送给OLT，OLT将其变为155.52Mbits或62282Mbits的速率，并以广播方式，用1550nm波长区传送到所有与OLT相连的ONU，每一个ONU可以根据信元VCIVPI选出属于自己的信元传送给用户终端 在上行方
13、向，各个ONU收集来自用户的信息，并通过1310nm波长区以15552Mbits的速率，采用猝发模式发送数据。为了防止信元冲突，要有猝发信号的同步功能及时延调整功能。1光线路终端(OLT)OLT通过VB5接口与外部网络连接(为了能够与现存的各类交换机实现互连，系统也具有向外部网络提供现存窄带接口的能力，如V5接口等)。OLT和ONU通过ODN在业务网络接口(SNl)和用户网络接口(UNI)之间提供透明的ATM传输业务。OLT的组成部分(1)业务接口(2)ATM交叉连接(3)ODN接口(4)OAM模块和供电模块(1)业务接口业务接口实现系统和不同类型的业务节点的接入，如PSTN，ATM交换机，V
14、OD服务器，Internet服务器等。其主要通过VB5x或V5x接口实现。该功能模块将ATM信元插入上行的SDH净荷区，也能够从下行的SDH净荷区中提取ATM信元。VB5接口的速率可以是SDH的STM-1(155 Mbits)或者STM-4(622Mbits)。(2)ATM交叉连接ATM交叉连接模块是一个无阻塞的ATM信 元交换模块，它主要实现多个信道的交换、信元的路由、信元的复制、错误信元的丢弃等功能。(3)ODN接口该模块每个接口模块驱动一个PON 和ONU一起实现测距功能，并且将测得的定距数据存储，以便在电源或者光中断后重新启动ONU时可恢复正常工作；从电到光变换下行帧；从光到电变换上行
15、帧；从突发的上行光信号数据中恢复时钟；提取上行帧中的ATM信元和插入ATM信元至下行帧；给用户信息提供一定的加密保护措施；通过MAC协议给用户动态地分配带宽。(4)OAM模块和供电模块OAM模块对OLT的所有功能块提供操作、管理和维护的手段，如配置管理、故障管理、性能管理等；同时也提供标准接口(如Q3接口)与TMN相连。供电功能模块，将外部电源变换为所要求的机内各种电压。2光分配网络(ODN)ODN为OLT和ONU之间的物理连接提供光传输介质，它主要包括以下一些无源光器件：单模光纤和光缆、光连接器、无源光分支器件、无源光衰减器、光纤接头等。3光网络单元(ONU)ONU的组成部分(1)ODN接口
16、功能模块(2)用户端口功能模块(3)业务、传输复用解复用模块(4)供电功能模块(5)OAM功能模块(1)ODN接口功能模块实现光电、电光变换功能；实现从 下行的PON帧中抽取ATM信元和向上行的PON帧中插入ATM信元；和OLT一起完成测距功能；在OLT的控制下调整发送光功率；如果与OLT通信中断时，则切断ONU光发送，以减小该ONU对其他ONU通信的串扰。(2)用户端口功能模块提供各类用户接口，并且将其适配为ATM信元。用户接口单元采用模块化设计使系统既能够支持现存的各类业务；同时；通过添加新模块也可以方便地升级到将来的新业务。(3)业务、传输复用解复用模块将来自不同用户的信元进行组装、拆卸
17、以便和各种不同的业务接口端相连，并复用至ODN接口模块；以及将ODN接口模块的下行信元进行解复用至各个用户端。(4)供电功能模块提供ONU电源(如ACDC，DCDC)变换。供电方式可以是本地交流供电，也可以是直流远供。ONU在备用电池供电的情况下也能够正常工作。(5)OAM功能模块对ONU所有的功能块提供操作、管理和维护(如线路接口板和用户环路维护、测试和告警，告警报告送给OLT等)。系统所采用的传输复用技术为TDMTDMA，即下行信号采用TDM广播方式，各个ONU从下行信号中选出属于自己的信元，下行速率可以是15552Mhits或者62208Mbits。而上行信号采用TDMA方式，上行速率为
18、15552 Mbits。APON系统的技术难点系统的技术难点 测距突发模式同步技术 突发信号的收发 搅码技术 媒体接入控制(MAC)协议 APON的接入控制方案及帧结构的接入控制方案及帧结构 下行帧结构上行帧结构APON系统所需考虑的问题系统所需考虑的问题 经济性问题经济性问题 系统容量和覆盖范围问题系统容量和覆盖范围问题 系统升级问题系统升级问题 以太网无源光网络以太网无源光网络 EPON是是利用利用PON(无源光网络无源光网络)的拓扑结的拓扑结构实现以太网的接入构实现以太网的接入 EPON技术的优势技术的优势 1.与现有以太网的兼容性 2.高带宽 3.低成本 4.为灵活供应和快速的服务重组
19、提供了 方便 1.与现有以太网的兼容性以太网技术，是迄今为止最成功和成熟的局域网技术 2.高带宽EPON的下行信道为百兆千兆的广播方式，而上行信道为用户共享的百兆千兆信道。APON(下行622155Mbits，上行共享155Mbits)都要高得多。3.低成本EPON提供较大的带宽和较低的用户设备成本 4.为灵活供应和快速的服务重组提供了 方便 提供了多层安全可以通过在EPON体系结构上开发的广泛而灵活的服务来增加收人，例如管理防火墙、语音交易支持、VPN和Internet接入 EPON主要分成三部分OLTODNONU基本原理将数据以可变长度的数据包广播传输给所有在PON上的ONU，每个包携带一
20、个具有传输到目的地ONU标识符的信头。有些包可能要传输给所有的ONU，或者指定的一组ONU。当数据到达ONU时，它接收属于自己的数据包，丢弃其他的数据包。利用TDMA技术，多个ONU的上行信息组织成一个TDM信息流传送到OLT。在TDMA技术中将合路时隙分配给每个ONU，每个ONU的信号在经过不同长度的光纤(不同的时延)传输后，进入光分配器的共用光纤，正好占据分配给它的一个指定时隙，以避免发生相互碰撞干扰。1.OLT作为EPON的核心，OLT应实现以下功能：向ONU以广播方式发送以太网数据。发起并控制测距过程，并记录测距信息发起并控制ONU功率。为ONU分配带宽，即控制ONU发送数据的起始时间
21、和发送窗口大小。其他相关的以太网功能。2.ODN由无源光分路器和光纤构成。3.ONU为由户提供EPON接入的功能选择接收OLT发送的广播数据。响应OLT发出的测距及功率控制命令，并作相应的调整。对用户的以太网数据进行缓存，并在 OLT分配的发送窗口中向上行方向发送 其他相关的以太网功能。EPON技术的基本网络结构技术的基本网络结构 OLT231321Splitter/Combiner23123113ONT ONTONT2231 321123下行上行EPONUNISNI问答题：1.简单叙述PON的传输复用技术。2.简单叙述光接口分类。3.简单叙述光波分复用技术的优点。一.适合PON的4种双向光传
22、输复用技术有1.SDM：空分复用，对上行信号和下行信号用分开的两根光纤传输。2.TDM：时间压缩复用，在一根光纤上以脉冲串形式的时分复用技术，每个方向传送的信息，首先放在发送缓存中，然后每个方向在不同的时间间隔内发送到单根光纤上。接收端收到的时间上压缩的信息在接收缓存中解除压缩。3.FDM：频分复用，在单根光纤上的上行和下行信号通过调制，安排在不同的频谱位置。在接收端解调器中的滤波器仅滤出所需的信号频谱。4.WDM：波分复用，一根光纤上的上行和下行信号用不同的波长，每个方向的信号传输由波分复用器分开。二二.相应于互连距离小于约2km的局内应用(I)；相应于互连距离约15公里的短程局间应用(S)；相应于互连距离工作在1310nm波长区约40km，工作在1550nm波长区约60km的长途局间应用(L)。三.(1)利用光波分复用技术可以不增建光缆线路或不改动原有光缆线路而在原有容量的基础上扩大传输容量。(2)目前使用的光波分复用器主要是无源器件，结构简单，体积小，可靠性高，易与光纤耦合，成本低。(3)在光波分复用技术中，各个波长工作的系统是彼此独立的，各个系统互相兼容，本身是透明的。(4)波分复用器件(分波合波器)具有方向的可逆性，即同一个器件可用作合波也可用作分波，因此可以在同一光纤上实现双向传输。