《xPON技术介绍》PPT课件.ppt

《《xPON技术介绍》PPT课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《xPON技术介绍》PPT课件.ppt（60页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

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,内容介绍,Page 5,S

2、ervice,Access,Core,X.25,ADSL,Ethernet,PSTN,IP,ATM,FR,GSM/GPRS,CDMA,Cable,PDH,SDH,Wireless Voice,Wireless Data,High SpeedInternet,Voice,Streaming,Dial-up,VoIP,Message,FTTH GPON,DSL,Wireless,Eth/IP/MPLSAggregation Network,Location&Presence,Message,Online Gaming,Voice,Data,Video,Storage,Directory,接入网的发

3、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,Curb,Building,GE,FTTC,F

4、TTB,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 无源分光器,PSTN,Internet,CATV,ONU,

5、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 Network Unit 光网络单元ONT Optical Netwo

6、rk 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,APON:ATM Passive Optical Networks EPON:Eth

7、ernet Passive Optical NetworksGE-PON:Giga-bit Ethernet Passive Optical NetworksGPON: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/

8、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,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

9、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 User1,End User3,ONT,End User2,3,3,1,1,2,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

10、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

11、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,内容介绍,Page 22,ITU-T G.984.3GPON 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

12、-984.1/2/3/4,产品开发简单产品兼容性强,ITU-T G.984.1GPON网络参数说明保护倒换组网要求,ITU-T G.984.4OMCI消息结构介绍OMCI设备管理框架OMCI实现原理简述,ITU-T G.984.2PMD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

13、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。,GPO

14、N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,ONU,ONU,ONU,T-CONT,GEM Port,T-CONT,GEM Port,GEM Port,T-CONT,T-CONT,GEM Port,GEM Port,GEM Port,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

15、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),Payload,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,

16、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(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

17、容性好。,以太网业务在GPON中的映射方式,Page 30,TDM,TDM data,PayloadTDM 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

18、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，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

19、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PON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

20、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

21、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 G

22、PON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：EPON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gr

23、ant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,IPG,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

24、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；Discovery 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

25、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MPCPDU；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（Opcod

26、e0002）（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_REQ（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

27、,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(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

28、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1100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

29、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,并做相关绑定后给ONT发送LLID,目的MAC:组播MAC源MAC:OLT的MAC内容：MACA:LLID=10MACB:LLID=11MACC: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MACALLID=10！我来回答！,目的MAC:OLT的MAC源MAC:ONTA

30、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ONU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。

31、,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。ONU

32、2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,