EPON原理及相关协议介绍

有快速AGC
阈值线
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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
BPON
155/1310 622/1490 NRZ/DSS ATM AAL5 TDM/VoIP/AAL2 AAL5 -- IPTV
EPON
1250/1310 1250/1490 NRZ, 8B/10B Ethernet Transparent Transfer VoIP IPTV
GPON
2488/1310 2488/1490 NRZ/FSS ATM/GEM GFP TDM/VoIP GEM -- IPTV
– 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
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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
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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
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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 -
上一层 MAC Client OAM 可选 多点MAC控制 MAC RS GMII PHY MDI ONU
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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
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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
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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
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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
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PON技术比较
Tech.
Bandwidth/ Wave length (Mbps/nm)
Protocol US DS Line Link Data Voice Service Supporting Video
WDM-PON
125~1250/125~1250/Any Any Transparent Transfer Transparent Transfer Transparent Transfer
TDM Bandwidth Efficiency
Reach/Splitter Standard Committee
•
整个发现处理的消息流程如下页图示：
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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
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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
km
Curb switch
N
subscribers
(c) Passive optical network 1 fiber N transceivers CO L
km
Passive optical splitter
N
subscribers
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PON 及其网络结构

接入网的光纤化
光纤接入网中P2P vs P2MP 比较
(a) Point-to-point network N fibers 2N transceivers CO N L
km subscribers
(b) Curb-switched network 1 fiber 2N+2 transceivers CO L
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MPCP－发现处理
• 在Discovery过程中，OLT下发Register消息给ONU， 消息包含OLT的一个TimeStamp。ONU收到此消 息后，将一个内部的32位计数器初始化为这个 TimeStamp的值。 • 这样，ONU和OLT就取得了时间同步。实际上， 我们可以发现，ONU的计数器时间比OLT慢－－ 慢了RTT/2的时间。 • 此后OLT发出的所有Gate消息中的StartTime就是 基于这个同步时间的偏移。 • 可以想像，Gate消息中的StartTime也会针对RTT 作相应补偿和调整。
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/GPON是目前应用最广、成熟度最高 的一种PON技术
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测距方式：定时自动、初始测距、自动相位补偿
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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
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MPCP——报告处理
• • • •
发现处理 报告处理 门限处理 MPCPDU的结构和编码
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P2P拓扑下的协议架构
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P2MP拓扑下的协议架构
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• 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
0# ONU 1# ONU 0# ONT
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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
EPON原理及相关协议介绍
OFA5920产品 高海 g_hai@huawei.com 华为技术有限公司
Huawei Technologies Co., Ltd.
http://www.huawei.com
EPON技术背景介绍 • EPON协议内容简介 • EPON关键技术介绍
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• EPON技术背景介绍 EPON协议内容简介 • EPON关键技术介绍
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• 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
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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
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百度文库
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
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• 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
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MPCP——发现处理
• • • •
发现处理 报告处理 门限处理 MPCPDU的结构和编码
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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
国际标准
国家标准
YD/T 1090-2000
国家标准
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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）
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PON基本技术－上行
ONU
OLT
Splitter
ONT
ONU

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