EPON原理及相关协议介绍
21
多点MAC控制——在IEEE802.3中的层次
OSI参考模型 APP Presentation Session TS Network DL PHY
GMII PHY MDI 无源光介质 图1-1 多点MAC控制在OSI参考模型中的位置
22
上一层 MAC Client MAC Client MAC Client OAM 可选 OAM 可选 多点MAC控制 MAC MAC RS MAC OLT OAM 可选
WDM-PON
125~1250/125~1250/Any Any Transparent Transfer Transparent Transfer Transparent Transfer
TDM Bandwidth Efficiency
Reach/Splitter Standard Committee
0# ONU 1# ONU 0# ONT
11
PON基本技术－突发接收
快速AGC（光模块）(动态范围 >20dB) 快速时钟恢复（B-CDR SERDES)
恢复出来的数据 到达OLT的信号及阈 值建立 ONT/ONU发出的信号
无快速AGC
0# ONU 1# ONU 0# ONT
5
AAL1
稍高 20km/16 10km/32 ITU-T(FSAN)
TDM Over IP (future PWE3)
稍低 20km/16 10km/32 IEEE
GEM
高 20km/32 20km/64 ITU-T(FSAN)
Transparent Transfer
－ Above 20km/32 -
23
• EPON技术背景介绍 EPON协议内容简介
• • • EPON协议总体介绍 多MAC控制简介 MPCP协议介绍 RS、PCS、PMA子层简介
• EPON关键技术介绍
24
MPCP——发现处理
• • • •
发现处理 报告处理 门限处理 MPCPDU的结构和编码
km
Curb switch
N
subscribers
(c) Passive optical network 1 fiber N transceivers CO L
km
Passive optical splitter
N
subscribers
3
PON 及其网络结构
– EPON：OLT恢复时间400ns，ONU开关时间512ns – GPON：OLT恢复时间60.8ns，ONU开关时间12.8ns
10
PON基本技术－突发发射
1. 快速开启和关断能力 2. 消光比大（>10dB）
0# ONU
连续模块
1# ONU 0# ONT
突发模块
无源：没有室外有源设备 由有源OLT和ONT、以及无源ODN（光分配网络组成） ODN：由光纤、光分路器（Splitter）和其他无源器件组成 非常低的生命周期费用，无室外有源设备维护费用 能够很容易承载语音（Voice）, 视频（Video）和数据（ Data） 相对P2P方式的光纤接入，成本低一半左右
16
标准的基本内容
• 在以太网架构中实现P2MP拓扑结构的机制 和控制协议 • 多点MAC控制实现在不同的ONU中分配上 行资源、在网络中发现和注册ONU、允许 DBA调度 • RS子层为EPON扩展了字节定义 • PMD子层定义了EPON兼容器件的指标 • OAM定义了EPON各种告警事件和控制处理
有快速AGC
阈值线
12
EPON基本特征
• 单纤双向，上行1310nm，下行1490nm • 下行广播发送，选择接收 • 上行TDM方式发送，分享带宽
• 直接基于以太网包传输，数据业务不需映 射或处理，与IP网络紧密结合 • TDM等异质协议数据包需要映射，关键特性 能够保证 • 传输距离≤20 Km，分支比1:32 • IEEE 802.3ah,2004年7月定稿
上行信号： TDMA突发发送，采用测距技术保证 上行数据不发生冲突
8
PON基本技术－测距和突发控制
无测距及控制
有测距及控制
OLT根据DBA算法向ONU发布授权时间窗口
测量OLT下行发送到上行接收的数据信号环路时延，并据此对 ONU授权时间窗口进行延时补偿，从而保证上行数据不会发生冲突
ONT 1 or 2 fibers OLT (in CO) Splitter(s) up to 1:32 up to 32 subscribers
up to 20 km
4
PON技术比较
Tech.
Bandwidth/ Wave length (Mbps/nm)
Protocol US DS Line Link Data Voice Service Supporting Video
测距方式：定时自动、初始测距、自动相位补偿
9
PON基本技术－突发发送和接收
• ONU
– 上行为TDMA方式 – OLT指定时隙 – 有数据时发送，无数据时断开
• OLT
– – – – 多个ONU数据源 ONU距离、功率不同 突发接收 AGC
• 突发技术都时在光模块上实现的 • 时间要求
PON技术标准化状况
PON
TPON
APON/ BPON
GPON
EPON
WDM PON
国际标准 ITU-T G.982 国家标准
YD/T 1077-2000
国际标准 ITU-T G.983.x
国际标准 ITU-T G.984.x 国家标准
国际标准 IEEE 802.3ah 国家标准
上一层 MAC Client OAM 可选 多点MAC控制 MAC RS GMII PHY MDI ONU
多点MAC控制——在IEEE802.3中的层次
• 代替了MAC控制子层的位置，位于DLL的底层，支持多个 客户和其他的MAC控制功能 • 通过特定的协议实现实时控制多个MAC的机制，并实现 对MAC子层的操作 • MPCP是一种管理P2MP 的协议。目前还没有制定管理 P2MP的标准 • 多个MAC共用一个物理层。每一个独立的MAC给OLT和 ONU提供P2PE,附加的一个MAC提供SCB功能 • ONU的RS层完成了帧过滤，所以只要一个MAC • EPON终端在注册过程中分配的LLID唯一标识了MAC
EPON原理及相关协议介绍
OFA5920产品 高海 g_hai@ 华为技术有限公司
Huawei Technologies Co., Ltd.
EPON技术背景介绍 • EPON协议内容简介 • EPON关键技术介绍
1
国际标准
国家标准
YD/T 1090-2000
国家标准
6
PON基本技术－下行
ONU
OLT Splitter
ONT
ONU
下行信号：OLT连续广播发送，ONU选择性接收（根据LLID）
7
PON基本技术－上行
ONU
OLT
Splitter
ONT
ONU
•
整个发现处理的消息流程如下页图示：
26
MPCP——发现处理
OLT
发现 时间 窗口
GATE
开始
ONU
随机 延迟 广 时间 播 通 道
REGISTER_REQ REGISTER GATE
REGISTER_ACK
发现握手操作完成
图1-11 发现处理的握手消息流程
单 播 通 道
15
EPON协议简介（一）
• • • • • •
EPON协议由IEEE 802.3ah定义，主要参考章节如 下： 56-EPON介绍 57-OAM定义 60-EPON PMD子层定义 64-Multi-Point MAC Control子层定义 65-EPON对于RS/PCS/PMA子层的扩展和FEC 67-EPON系统建议
28
MPCP——报告处理
• • • •
发现处理 报告处理 门限处理 MPCPDU的结构和编码
20
多点MAC控制——多点MAC控制的实现目标 • • • • • • • • •
支持P2PE这种特例 OLT支持多个LLID和MAC客户端 ONU支持单个LLID 支持单拷贝广播机制 允许动态带宽分配的灵活架构 使用32位时间戳 使用基于MAC控制的结构 对发现的设备进行测距以改进网络性能 用持续测距的方式实现对RTT补偿
25
MPCP——发现处理
• • 发现处理为新添加的的或离线的ONU提供PON接入。 发现处理的过程
1. 2. 3. 4. 5. OLT广播一个发现GATE消息，该消息包括开始时间和发现时间 窗的长度 未注册ONU等待一个随机时间后发送REGISTER_REQ消息， ONU采用竞争算法和测量来避免碰撞。REGISTER_REQ中包括 ONU的MAC地址和最大等待时间。 OLT接收到一个可用的REGISTER_REQ消息后，注册该ONU， 分配一个LLID并绑定正确的MAC地址到LLID上。 OLT发送Register消息(包括ONU的LLID和OLT的同步时间)到 ONU。OLT现在可以发送标准的GATE消息允许ONU发送 REGISTER_ACK消息。 发现处理完成，OLT和已注册的ONU开始正常的通讯
17
P2P拓扑下的协议架构
18
P2MP拓扑下的协议架构
19
• EPON技术背景介绍 EPON协议内容简介
• • • EPON协议总体介绍 多MAC控制简介 MPCP协议介绍 RS、PCS、PMA子层简介
EPON技术原理及案例分析
220 Kb/s 220 Kb/s
3 Mb/s 512 Kb/s
20 Mb/s 1 Mb/s
Page 5
光进铜退－接入网发展趋势
<1Mbps 3M
8M
25M
100M
带宽
接入技术
ADSL/ADSL2+ Copper Based
覆盖半径 <3km
<2km
VDSL / ADSL2+ Copper Based
Page 6
宽带光接方式
光纤
ONT
光纤
ONT
OLT
光纤
ONU 金属线/无线 NT
光纤 ONU
金属线/无线
NT
接入网
FTTH FTTO FTTB/C FTTCab
Page 7
缩略语
FTTH：Fiber To The Home ——光纤到户 FTTO ：Fiber To The Office ——光纤到办公室 FTTB/C ：Fiber To The Building/ Curb ——光纤到楼宇/分线盒 FTTCab ：Fiber To The Cabinet ——光纤到交接箱 ONU ：Optical Network Unit——光网络单元 ONT：Optical Network Terminal ——光网络终端
SD Digital TV（标清电视）
HD Digital TV （高清电视） Additional TV channels (i.e. 2 HD DTV)
带宽需求 2 Mbps 1 Mbps 2 Mbps 1 Mbps 3 Mbps 10 Mbps 20 Mbps
Page 4
住宅业务需求预测
由单业务向多业务甚至全业务模式转化 要求高带宽、高速率 良好的上网体验 用户数据安全保证
EPON基本原理
EPON基本原理EPON宽带接入技术探讨一、EPON简介EPON（Ethernet Passive Optical Network）是PON技术中最新的一种，由IEEE802.3 EFM （Ethernet for the First Mile）提出。
EPON是一种采用点到多点网络结构、无源光纤传输方式、基于高速以太网平台和TDM时分MAC（Media Access Control）媒体访问控制方式、提供多种综合业务的宽带接入技术。
EPON在标准方面处于正在完善阶段。
IEEE 802.3ah工作小组从2000年11月就开始进行EPON的标准化工作。
大约有70个公司加入了这个工作小组，包括Cisco、Nortel、Worldcom、SBC、Verizon、Salira、Broadcom、Agere、Intel、BroadLight、Alcatel等。
估计需要8个月的时间才能有EPON的第一版标准出现。
在PON家族中还有一位早期的成员APON（ATM Passive Optical Network）。
在1995年ATM技术的全盛时期，ITU（the International Telecommunications Union）和FSAN（Full Service Access Network）联盟采纳了A TM标准，把它作为在PON之的第二层的帧封装标准，能为商业用户、家庭用户提供包括IP数据、视频、音频等综合业务，形成了APON的标准（文档号ITU-T Rec G.983）。
但是APON存在着一系列的问题，比如带宽有限、带宽损失大、数据包开销大、协议转换麻烦、技术复杂、设备昂贵、多厂家互操作性差等。
随着以太网技术的异军突起，APON技术一直没有得到大规模应用。
EPON是一种结合了Ethernet和PON的宽带接入技术。
众所周知，Ethernet简单易用，安装方便，运用广泛，但是一直也存在一些问题，特别是在大规模使用时这些问题更加明显。
EPON技术的特点和原理
– 点到点以太接入 • N根光纤，2N个光收发器 • 管理独立
以32个结点为例
P2P
– 小区交换机接入 • 只需铺设1或2根光纤到小 局端
32/64根光纤 64个收发器
用户
区
• 2N+2个光收发器
• 设备占用局端机房空间小
• 在传输过程中需要有源设 备
P2P
1/2根光纤
局端 66个收发器务需求的不断增加对接入层 带宽要求越来越高已是事实。
1.3主要接入技术分析
• 铜线接入
– ADSL – VDSL – LAN接入
• 光纤接入
– P2P – P2MP
1.4 光纤接入的应用模式（FTTx）
• 光纤到家庭用户FTTH 仅利用光纤传输媒质连接通信局端和家庭住宅的接入方式，引 入光纤由单个家庭住宅独享。
以太网MAC帧
前导码
7Bytes
帧定界符 DA SA 长度/类型
1Bytes
6Bytes 6Bytes
2Bytes
数据
46—1500Bytes
前导码
8Bytes
EPON MAC帧
DA SA 长度/类型
6Bytes 6Bytes
2Bytes
数据
46—1500Bytes
填充 FCS
不定 4Bytes
填充 FCS
Burst OH MACcontrol
Burst ONU 1
Burst ONU 2
Burst OH
Burst ONU 3
IPG/ idlecode10bsymbols EPONcontrol Frame Ethernet Frame(withEth. preamble) Burst OH
EPON基本原理与产品介绍(培训专用)
内容概述
• EPON基本原理
▪ 什么是PON ▪ EPON基本原理
• EPON产品介绍
▪ OLT产品介绍 ▪ ONU产品介绍 ▪ ODN介绍
• EPON组网应用案例介绍
Page 7
OLT在网络中位置
• 处于网络接入层
• 支持P2P和P2MP
• 支持FTTH和FTTB/FTTC
–OLT＋ONT
室内型机柜 N63-22 600mm×300mm×2200mm
典型配置
Page 9
MA5680T－机框
MA5600T机框 530mm×275.8mm×447.2mm
业务框最大功耗是1425W，2框配置最大2850W
•20 个业务插槽 •21” ETSI 机柜（机架） •直流电源冗余备份 •主控板冗余备份
CPU
Local BUS
GMII
MAC
PCI
交换芯片
GMII
MAC
SC/PC光接口
Serdes
Optic Module
Serdes
Optic Module
背板上行4GE
GMII
MAC
Serdes
Optic Module
Page 10
MA5680T－配置描述
P
R
G
T
I
A
C
PEEEEEEEESSEEEEEEEED
RPPPPPPPPCCPPPPPPPP
TBBBBBBBBUUBBBBBBBB
AAAAAAAAA L LAAAAAAAAX
C
1
I
C
T
A
A
SCUL: 主控板 EPBA: 4PON口的EPON业务板 GICF: 2GE 光接口上行板 GICG: 2GE 电接口上行板 X1CA: 10GE 光接口上行板 X2CA: 2 10GE光接口上行板 PRTA: 电源板 CITA: 通用接口板
EPON组播原理及应用
EPON组播原理及应用一、组播原理1、组播定义大家都知道单播、组播、广播是计算机网络上三种基本的通信方式。
单播是相互感兴趣的主机双方进行通信的方式,主机不能接收对其不感兴趣的其它主机发送的信息,属于点对点通信。
广播是主机向子网内所有主机发送信息,子网内所有主机都能收到来自某台主机的广播信息,属于点对所有点的通信。
组播则介于两者之间,是主机向一组主机发送信息,存在于某个组的所有主机都可以接收到信息,属于点对多点通信。
从这个意义上讲,广播可以认为是组范围最大化的组播。
当然,二者还是存在显著区别的:首先,广播被限制在子网内,不会被路由器转发。
其次,主机被默认为是接收者,而组播方式则需要主机主动加入。
(如下图所示:)2 、组播的特点组播是一种点到多点的技术,解决点到多点的通信,可以通过单播和组播方式实现。
单播可以通过建立多个点对点的连接来达到点对多点的传输。
这种方式将在源点(服务器)与各个接收点建立连接,从服务器开始,就将有多份数据流分别流向分散的接收点。
这种方式将加重服务器的负荷,增大对服务器性能的要求;同时还在网络中造成大流量,从而增加网络的负载,导致网络拥塞。
组播则不然,发送方仅发一份数据包,此后数据包只是在需要复制分发的地方才会被复制分发,每一网段中都将保持只有一份数据流。
这样就可以减轻服务器的负担,节省网络带宽。
总之组播技术有效地解决了单点发送多点接收、多点发送多点接收的问题,实现了IP网络中点到多点的高效数据传送,能够有效地节约网络带宽、减轻服务器及网络的负载。
因此具有增强效率,优化性能,分布式应用等优点。
(单播和组播的区别如下图)3、组播的应用组播最早的应用是音频/视频会议。
但音频/视频会议只是众多IP组播应用之一。
除此之外,还包括数据分发,实时数据组播,以及游戏和仿真应用等。
目前特别是视频业务电信级的视频业务(IPTV)都是基于组播实现的。
4、组播的体系结构组播协议分为主机-路由器之间的组成员关系协议和路由器-路由器之间的组播路由协议。
EPON原理及相关协议介绍
1
Why EPON？ ？
• HD TV、VoD、IPTV、P2P等高带宽应用的 出现使基于铜线技术的DSL接入网成为带宽 瓶颈。 • 接入网从上而下的光纤化是不可避免的大 趋势。 • 光纤接入技术中P2MP的PON技术最受瞩目 • EPON是目前应用最广、成熟度最高的一种 PON技术
• EPON关键技术介绍
20
多点MAC控制 控制——多点 多点MAC控制的实现目标 多点 控制 多点 控制的实现目标
• • • • • • • • •
支持P2PE这种特例 OLT支持多个LLID和MAC客户端 ONU支持单个LLID 支持单拷贝广播机制 允许动态带宽分配的灵活架构 使用32位时间戳 使用基于MAC控制的结构 对发现的设备进行测距以改进网络性能 用持续测距的方式实现对RTT补偿
GPON
2488/1310 2488/1490 NRZ/FSS ATM/GEM GFP TDM/VoIP GEM -- IPTV GEM 高 20km/32 20km/64 ITU-T(FSAN)
WDM-PON
125~1250/125~1250/Any Any Transparent Transfer Transparent Transfer Transparent Transfer Transparent Transfer － Above 20km/32 -
EPON原理及相关协议介绍 原理及相关协议介绍
OFA5920产品 高海 产品 g_hai@ 华为技术有限公司
Huawei Technologies Co., Ltd.
EPON技术背景介绍 • EPON协议内容简介 • EPON关键技术介绍
17
P2P拓扑下的协议架构 拓扑下的协议架构
EPON技术基础(原理)
localTime寄存器中的内容；
Data/Reserved/PAD：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；
EPON 技术基础
－FTTH市场技术组
Contents
PON系统介绍 EPON协议介绍 EPON基本接口介绍 EPON关键技术 EPON业务承载能力 EPON解决方案介绍
PON的基本概念
What is PON?
PON技术比较 技术标准化情况 PON上下行复用技术
What is PON?
接收灵敏度（dbm）
-24（1000BASE-PX10-D）
-27（1000BASE-PX20-D）
-24（1000BASE-PX10-U）
-24（1000BASE-PX20-U）
在物理层业务接口上，误码率小于等于10-12； FEC增加光功率预算2.5db； PMD Physical Medium Dependent 物理媒质相关（子层）
EPON系统全保护光纤倒换方式
EPON标准的基本内容
在以太网架构中实现P2MP拓扑结构的机制和控制协议
多点MAC控制实现在不同的ONU中分配上行资源、在网络中发现和注册ONU、允许
DBA调度 RS子层为EPON扩展了字节定义 PMD子层定义了EPON兼容器件的指标
OAM定义了EPON各种告警事件和控制处理
ONU
OLT Splitter
ONT
ONU
下行信号：OLT连续广播发送，ONU选择性接收：
GPON根据VPI/VCI(ATM)或者GEM PORTID（GEM） EPON根据LLID
EPON
EPON技术1.E PON产生背景PON指在光线路终端(opticallinetermination,OLT)和光网络单元(opticalnetworkunit,ONU)之间的光分配网(opticaldistributionnetwork,ODN)没有任何有源电子设备.主要采用光无源器件进行连接和交换.它是一种点到多点的光纤传输和接入技术,下行一般采用广播方式,上行一般采用时分多址方式,可以灵活地组成树型、星型和总线型等拓朴结构,在光分支点不需要节点设备,只需要安装一个简单的光分支器即可.具有节省光缆资源、带宽资源共享、节省机房投资、设备安全性高、建网速度快和综合建网成本低等优点.以PON技术为依托,根据在数据链路层所采用的不同技术,PON又可分为:基于SONET的SPON;基于ATM的APON;基于Ethernet的EPON.其中E2PON技术最为人们所看好.EPON的概念于2000年底提出.IEEE在2000年底成立了EFM工作组,试图引入一种新的接入技术标准-EthernetPON,它的提出主要是人们对接入网低价格和高带宽的追求,而EPON技术恰恰可以满足这方面的要求.因为它不仅可以提供1G的带宽,且不需使用像ATM交换机那样昂贵的设备,还可与以太网兼容.随着QOS技术如多协议标签交换(MPLS)技术的出炉,它能较好的满足传输实时性数据的要求.因此,EPON技术被认为是目前解决接入网“瓶颈”的较佳方案.2.E PON简介和基本原理EPON简单的说，就是无源光网络。
以太网无源光网络（EthernetPassiveOpticalNetwork，EPON）是一种新型的光纤接入网技术，它采用点到多点结构、无源光纤传输，在以太网之上提供多种业务。
它在物理层采用了PON技术，在链路层使用以太网协议，利用PON的拓扑结构实现了以太网的接入。
因此，它综合了PON技术和以太网技术的优点：低成本；高带宽；扩展性强，灵活快速的服务重组；与现有以太网的兼容性；方便的管理等等。
EPON原理介绍分-光器介绍
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
分光器在工业自动化中的应用
分光器在工业自动化中用于实现设备的远程控制和监测。
通过分光器将光信号传输到各种工业传感器和执行器，实现设备的自动化控制和数 据采集。
分光器在工业自动化中还可以用于构建工业物联网系统，提高生产效率和设备可靠 性。
05 分光器的市场前景和发展 趋势
分光器市场的现状和前景
分光器市场现状
分光器采用光学原理中的分束技术，将输入的光信号分成多路等功率的 光信号，分别传送到不同的用户端设备，实现多用户共享同一根光缆资 源。
分光器不需要电源供电，因此被称为无源光网络中的无源器件。
分光器的技术指标
分光比
分光器将输入光信号分 成个输出光信号的比 例，通常以1:N表示，N
为分路数。
插入损耗
分光器插入到光路中引 起的光功率损失，越小
智能化
随着物联网、云计算等技术的发展，分光器将与智能化技术结合， 实现远程监控、自动调整等功能，提高网络运维效率。
04 分光器的实际应用案例
分光器在宽带接入中的应用
分光器在宽带接入中起到将光 信号分路的作用，实现多用户 共享同一光路。
在光纤入户场景中，分光器可 以将光信号按需分配给各个用 户，提高网络覆盖率和接入速 度。
特点
EPON具有高带宽、长距离传输、低成本、高可靠性、易扩展和维护等优点，是 实现FTTH（光纤到户）的主要技术之一。
EPON的工作原理
01
03
数据传输
02
树形拓扑结构
04
EPON采用单纤双向传输方式， 上行使用1310nm波长，下行使 用1490nm波长。OLT（光线路 终端）通过合波器将CATV信号 和数据信号合在一起传输到ONU （光网络单元），ONU再将 CATV信号和数据信号分离，分 别输出给电视和电脑。
EPON原理及相关协议介绍
ONU
2
作为EPON网络的中央控制单元，负 责转发和管理数据。
Optical Network Unit（光网络光信号的接收和发送。
3
Passive Optical Splitter
被动光分配器将光信号分割给多个 ONU，使得一个OLT可以服务多个终 端用户。
1 传输技术
EPON使用光纤传输数据，而传统网络通常使用电缆传输。
2 网络结构
EPON采用基于以太网的分布式网络结构，传统网络通常采用集中式结构。
3 拓扑结构
EPON网络常用的拓扑结构包括星型和树状，传统网络则有更多不同的拓扑结构。
EPON的优点和缺点
1
优点
EPON具有高带宽、灵活性高、成本较低等优点，适用于大规模宽带接入。
3 支持新技术
EPON将持续支持新技术的发展，如5G、云计算和物联网等，满足未来网络的需求。
EPON商业模式和成本分析
EPON的商业模式可以包括设备供应商、网络运营商、互联网服务提供商等不同参与方，成本分析涉及 设备投入、维护费用等。
EPON的推广策略
推广EPON可以结合行业需求，加大市场推广力度，提供完善的解决方案， 增加宣传和培训等手段。
2
缺点
EPON存在距离限制、光纤依赖性强等缺点，需要综合考虑使用场景和需求。
IEEE 802.3 ah标准
IEEE 802.3ah是用于以太网在PON上的扩展标准，规定了EPON网络的物理 层和MAC层协议。
IEEE 802.1 Q和802 .1 ad标准
IEEE 802.1Q是虚拟局域网（VLAN）标准，而802.1ad是在以太网上实现多级VLAN的标准。
FTTx
EPON是实现光纤到用户 （Fiber-to-the-X）的重要技术 之一，可以为家庭和企业提供 高速接入。