01-EPON的关键技术及实现原理.ppt
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1、EPON关键技术和原理,FIBERHOME 2010-03,内容概要,(一)现代电信网络发展趋势(二)EPON技术与FTTX(三)接入网中的二层交换技术(四)烽火EPON 设备介绍,国内宽带接入网发展现状(1),中国已成为全球最大的DSL市场。截止2007.5,中国宽带用户为5824万,其中DSL用户4330万宽带接入技术以DSL为主,到2006年底,DSL所占比例为722006年底,中国电信宽带用户比例为60%,我国宽带用户发展情况(M),我国宽带发展概况,国内宽带接入网发展现状(2),中国电信宽带接入技术以DSL为主,约占70%,为全球最大的DSL运营商LAN接入作为DSL的重要补充,约占
2、30%热点地区有少量WLAN覆盖DSL接入主要为用户提供512k、1M、2M、4M、6M等下行带宽和512k上行带宽LAN接入通常是小区10M/100M共享,中国电信宽带用户发展情况(M),中国电信宽带发展现状,中国电信宽带用户每年增长约700万,VDSL2技术(5),VDSL2技术发展情况,VDSL2技术经过近一年发展已取得较大进展,目前部分设备商已经推出了基于VDSL2的测试版本的DSLAM设备;目前VDSL2技术不成熟,设备还处于研发和实验室测试阶段,无法达到电信商用要求;预计预计2007年下半年或2008年初,VDSL2技术会达到商用要求,设备传输性能不理想或不稳定,未能达到电信所期待
3、的效果多数厂商设备不能后向兼容ADSL2+、ADSL终端不同厂商芯片的局端和终端设备不能互通 VDSL2维护管理功能尚不成熟,我国FTTH发展战略,定位:推动FTTH时代早日到来,使我国由通信大国变为通信强国。目标:在2008-2017年的10年时间内,使我国FTTH用户达到6190万户。路线:国家和政府制定和实施推动FTTH的方针、法规和政策。积极推动、分步实施。,我国FTTH发展目标,高端居民用户FTTH,普通居民用户FTTB,网吧集中接入,商业楼宇接入,农村信息化接入,视频监控接入,FTTH的多种应用场合,小区干线段,多层公寓楼,联体别墅,北京通信FTTH宽HOUSE工程介绍,一期覆盖用
4、户4200户,长春电信德惠区FTTB(一期)项目,类型2用户,1FE,1POTS,机顶盒,Cable,1FE,FTTO是理想的商业楼宇接入解决方案,每个公司一个ONU,按需分配带宽ONU通过交换机或路由器与公司内部网络相连接在满足商住两用楼宇的需求时,尤其能够凸现技术优势,AN5116,Softswitch/PSTN,1:32,FE,ANM2000,STM-1,MSTP,Internet,GE,GE,IPTV Server,光纤分路器,类型3用户,2E1,路由器,机顶盒,Cable,1FE,类型1用户,1POTS,Cable,1FE,AN5006,AN5006,AN5006,AN5006,PO
5、N是网吧接入的理想方案,PON平台用于“全球眼”接入,PON在农村信息化中的应用,FTTH建设的全面考虑,全面详尽的网络规划经济适用的接入设备和无源器件选择适于应用环境的接入用光纤和光缆精湛熟练的施工技术烽火科技是唯一可以全套提供设备、器件、光缆和施工技术的企业,内容概要,(一)现代电信网络发展趋势(二)EPON技术与FTTX(三)接入网中的二层交换技术(四)烽火EPON 设备介绍,EPON技术(1),EPON技术原理,EPON:Ethernet Passive Optical NetworkEPON基于IEEE802.3-2005标准,是以太网技术与无源光网络(PON)的结合,是运行于点对多
6、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控制协议(MPCP协议),专门的OAMMAC层与以太网相同对RS、PCS、PMA子层做了少量扩展,EPON技术(2),EPON技术原理:下行数据传输方式,下行TDM广播方式传输、802.3MAC帧由于采用广播方式,需要通过加密解决数据安全问题:采用三重搅动(Triple Churning)方式提高数据安全性,EPON技术(3),EPON技术原理:上行数据传输方式,上行TDMA方式传输、802.3MAC帧,EPON技术(4),EPON技术特点,传送能力1000BASE-PX10:以太网速率1Gb/s对称(线路速率1.25Gb/s,8
7、B/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:14801500nm(常用1490nm)下行CATV:15501560nm,EPON技术(5),EPON总体发展情况,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
8、级和系统级互通已全面和大规模实现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在日本、韩国已得到百万量级的规模商用,GPON技术(1),GPON技术标准,GPON:Gigabit-capable Passive Optical Networks GPON基于ITU-T G.984.x标准G.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)ITU标准,比较详细、速率更高、PON接口的告警和性能监视能力更强,能够支持非以太网/IP业务,GPON技术(2),下行TDM广播方式,上行TDMA方式 对于TDM业务,支持定长时隙,G
9、PON技术原理,GPON技术(3),GPON技术特点,速率标准规定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、10-28dB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技术(4),GPON技术总体发展情况,GPON技术尚未达到规模商用水平,需进一步推动其发展成熟商用芯片少(尤其是O
10、LT),不够成熟不同厂商的互通性尚未解决设备的功能、性能、稳定性等尚未经规模商用检验欧美主要运营商的选择Verizon、AT&T、FT、DT(GPON+VDSL2)、Telefonica、TI(GPON+VDSL2)国际主要设备厂商看好的技术,EPON与GPON比较,同一代PON技术相似的技术特点和应用场景同样的缺陷:上下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)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
11、过企业标准的完善,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与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,EPON、GPON技术选择最终取决于,FTTx网络业务支持能力(1),网络业务带宽需求假设,FTTx网络业务支持能力(),FTTB(EPON+DSL/LAN)网络业务支持能力分析,1Gb/s,1:81:161:32,16/24/32/线DSL,带宽需求分析:直播:300M(100路标清)80M(10路高清)点播:n30%8M上 网:n33%2M话 音:n200k,n为一个PON口
12、下所带宽带用户数,结论:为保证各业务的服务质量,满配情况下,单个PON口下带的宽带用户不能超过190户随着高清电视频道数的增加,网络接入带宽需求会进一步增大,为保证各业务的服务质量,需要减少PON口下所代用户数(减少分光比或减少单个ONU所带用户数),380M+n30%8M+n33%2M+n200k1000Mn 190,FTTx网络业务支持能力(),FTTB(GPON+DSL/LAN)网络业务支持能力分析,2.5Gb/s,1:81:161:321:64,16/24/32/线DSL,带宽需求分析:直播:300M(100路标清)80M(10路高清)点播:n30%8M上 网:n33%2M话 音:n2
13、00k,n为一个PON口下所带宽带用户数,结论:为保证各业务的服务质量,满配情况下,单个PON口下带的宽带用户最多可支持650户,远超过EPON业务支持能力随着高清电视频道数的增加,网络接入带宽需求会进一步增大,为保证各业务的服务质量,需要减少PON口下所代用户数,380M+n30%8M+n33%2M+n200k2500Mn 650,FTTx网络业务支持能力(),EPON FTTH 网络业务支持能力分析,1Gb/s,1:32,1.带宽需求分析:直播业务:300M(100路标清)80M(10路高清)点播业务:3230%8M上 网:3233%2M话 音:32200k 2.FTTH网络环境下,最大可
14、提供的高清直播电视频道数:N8+3230%8M+3233%2M+32200k1000M N111,结论:FTTH组网模式下,EPON网络能完全满足各种业务的带宽需求。,485M,EPON FTTH网络可支持111个HDTV频道,平均每户可至少开展路HDTV业务,FTTx网络业务支持能力(),GPON FTTH 网络业务支持能力分析,2.5Gb/s,1:64,1.带宽需求分析:直播业务:300M(100路标清)80M(10路高清)点播业务:6430%8M上 网:6433%2M话 音:64200k 2.FTTH网络环境下,最大可提供的高清直播电视频道数:N8+6430%8M+6433%2M+642
15、00k2500M N286,结论:FTTH组网模式下,GPON网络能完全满足各种业务的带宽需求,且GPON网络业务能力强于EPON网络。,589M,GPON FTTH网络可支持286个HDTV频道,平均每户可至少开展4路HDTV业务,FTTP的发展预测,一定时间内ADSL、FTTB+LAN、FTTH共存;其中短时间内ADSL将持续占主流(固网运营商),但FTTB+LAN,FTTH市场容量将大量增加;在小区宽带接入方面,驻地运营商,新兴运营商将首选FTTB+LAN或FTTH方式组网;FTTH网络将为用户提供更加丰富的业务,满足不同用户需求。,FTTx系统,FTTx系统的基本组成:光线路终端(OL
16、T,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功能模块示意图,ONU功能模块示意图,FTTx的实现技术,EPON是当前最合理的FTTH选择,成本低,速率高,多业务能力强;业界已经有较为丰富和成熟的产品可选择;,分路器,尾纤型,连接器型,熔融拉锥型平面波导型,2023年2月,两种常见的分路器,熔锥型分路器优点:技术成熟,成本低。分光比可以根据需要制作,可制作不等分分路器。缺点:损耗对光波长敏感。均匀性较差,不能确保均匀分光,可能影响整体传输距离。插入损耗随温度变化变化量大(TDL)多路分路器(如116、132)
17、体积比较大,可靠性也会降低,安装空间受到限制。,平面光波导功率分路器(PLC)优点:损耗对传输光波长不敏感。分光均匀。结构紧凑,体积小。单只器件分路通道很多,可以达到32路以上。多路成本低,分路数越多,成本优势越明显。缺点:器件制作工艺复杂,技术门槛较高。相对于熔融拉锥式分路器成本较高,特别在低通道分路器方面更处于劣势。,2023年2月,两种分路器的比较,产品现状网络拓扑,EPON分层结构参考模型,(a)分层结构参考模型,(b)分层结构参考模型细化,EPON的关键技术,突发模式光收发器技术帧结构测距动态带宽分配(DBA)机制下行数据安全性技术业务QoS处理TDM业务的承载运行维护管理(OAM)
18、功能的实现,突发模式光收发器技术,OLT光接收机的快速功率恢复要求OLT在每个接收时隙的开始处迅速调整0-1判决门限ONU光发射机的突发发射和关断为抑制自发散射噪声,要求ONU的激光器能够快速的冷却和回暖OLT光接收机的突发同步技术上行接收数据相位的突变要求OLT的接收机工作在突发模式接收状态OLT的接收机和ONU的发射器工作在突发模式,小结EPON的突出优势,传输距离长传输距离最大20公里(与分路比有关)系统可靠性高无源光分路器(ODN)光纤实现了接入网带宽质的飞跃目前可以提供上下行对称的100Mb/s1Gb/s的带宽将来可以升级到10Gb/s的带宽,服务质量有保障OLT发挥对整个系统的主控
19、作用,彻底改变了以太网设备各自为政的局面EPON系统具有先进的测距、环回测试、断电告警以及端口状态监视等维护功能,克服了以太网缺乏OAM手段的缺陷EPON系统可以对每个用户进行带宽的静态/动态分配,并保证每个用户的QoS系统成本低EPON在一根光纤上实现双向传输,节省了光纤资源ODN放置在靠近用户的地方,节约了光纤资源节约了近50的光收发模块,EPON的OAM功能,EPON系统定义了一种全新的运行管理和维护协议,以支持:Remote Failure Indication(远端故障指示)Remote Loopbak(远端环回)Link Monitoring(链路监视)不支持功能和单条链路不相关的
20、管理功能,比如保护倒换和设备管理业务提供和协商功能,比如带宽分配,速率适配和速度/双工协商等功能OAM数据的安全性保证和OAM实体的认证不在标准定义的范畴不支持设置/写远端MIB变量的能力特点OAM的实现和使能是可选的。提供一种实现OAM能力发现的机制。提供一种机构扩展机制使高层管理功能的应用成为可能,EPON技术研究MAC帧结构,前导码8Bytes,DA6Bytes,SA6Bytes,长度/类型2Bytes,数据461500Bytes,填充不定,FCS4Bytes,传统以太网MAC帧,EPON MAC帧,GATE(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REPO
21、RT(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(ONU发出)在注册规程处理过程中请求注册。REGISTER(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(ONU发出)在注册规程处理过程中表示注册确认。,五种类型的MPCP帧,MPCP在OLT和ONU之间规定了一种控制机制来协调数据的发送和接收;MPCP功能是基于专门的协议数据报文完成的,即MPCPDU;目前定义了5中MPCPDU:,EPON的关键技术MPCP控制帧,测距,OLT与各ONU间的环路时延不同:各 ONU距 OLT的
22、光纤路径不同各ONU元器件的不一致性环境温度的变化和器件老化,环路延时也会发生不断的变化测距是保证PON系统内ONU上行方向不发生时隙冲突的基础测距包括静态测距和动态测距:静态测距:用在新的ONU安装调试阶段、停机的ONU重新投入运行时,通过开窗测距技术获得往返时延,并对时延差异进行补偿动态测距:应用于系统运行过程中,通过检测往返时延的变化对温度、光电器件老化等因素的影响进行补偿测距要求测距精度高,一般要求在全 12bit内测距过程对运行中的其它ONU的影响最小,保证运行业务的QOS测距范围大,即能提供的均衡延时大,EPON测距,RTT=Tdownstream+Tupstream=Trespo
23、nseTwait=(t2-t0)-(t1-t0)=t2-t1,动态带宽分配(DBA)机制,相对于静态带宽分配(SBA),DBA是指OLT基于用户的业务等级协议(SLA),结合ONU的本地队列状态的汇报(Report帧中的Queue n Report)或者业务预测动态的给ONU发布上行业务授权优点:实现高效的上行带宽利用率和服务质量保证DBA是采用轮询ONU的方式,例如每1ms给该PON下所有ONU各分配一次grant(每个ONU的grant的大小可能是不同的)。Cycle time对上行业务时延有一定影响DBA的具体要求:业务透明低时延和低时延抖动公平带宽分配健壮性好实时性强,TDM over
24、 EPON技术(1),IEEE802.3本身不关注如何在EPON中承载TDM业务,可以采用电路仿真CESOP提供TDM业务接入功能CESOP技术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,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。CESOP的技术难点:TDM信号与以太网之间高效合理的适配封装TDM信号的严格同步定时;电路业务的QoS的保证:分组丢失、分组包乱序、包抖动,TDM over EPON技术(2),CESoP标准化,TDM over EPON技术小结,EPON承载TDM的两种主要方式TDMoE(MEF)和TDMoIP(PWE3)在标
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