EPON技术基础(原理)
《EPON技术培训》课件
2
ODN
光分配器(ODN, Optical Distribution Network)，传输OLT信号到ONU，同时把 ONU信号返回OLT。
3
ONU
光网络单元(ONU, Optical Netwo rk Unit)，是用户的终端设备，链接家庭或企业 计算机网络。
光纤接入网络的优势
1 高速连接
2 稳定可靠
光衰与光功率控制
EPON中的光模块通过控制光衰 来实现信号的调节，保证传输 质量，同时通过光功率控制算 法，实现光模块和ONU之间的 能量互补。
数据帧格式
EPON的数据封装采用GEM协议， 通过PON层协议，实现OLT和 ONU之间的通讯。
ONU 的功能及其实现
1
ONU的认证方式
2
OLT通过单向消息协商，向ONU发出出示
EPON的发展历程
1980年代，由于以太网的快速发展，人们开始思考 如何将以太网技术应用于光纤接入网。
1995年，IEEE发布了第一个EPON标准，SC/PC连接 器成为标准接口。
2004年，IEEE进一步完善了EPON协议，性能大幅 提升，应用范围扩大。
EPON系统的基本构成
1
பைடு நூலகம்
OLT
光线路终端(OLT, Optical Line Terminal)，是EPON系统中的核心设备，负责光纤 的光电转换。
EPON技术培训
本次EPON技术培训PPT课件将介绍EPON的发展历程、系统构成、技术原理及 应用场景，让你深入了解这种高速光纤接入网络技术。
什么是EPON技术
定义
EPON，即乙太网(Passive Op tical Netwo rk)，是一种基于光纤接入的局域网技术。
EPON技术原理及案例分析
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20 Mb/s 1 Mb/s
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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
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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
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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
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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关键技术及实现原理
以32个结点为例
P2P
局端
32/64根光纤 64个收发器
P2P
1/2根光纤
局端 66个收发器
小区交换机
局端
P2MP
1根光纤 33个收发器
分光器
用户 用户 用户
OLT功能模块示意图
ODN 接 口功能
ODN 接 口功能
复用 / 解复用 功能
交换 功能
供电
OAM
千兆以 太接口
千兆以 太接口 TDM 接口
核心 网络
ONU功能模块示意图
业务部分
核心部分
用户端 口功能
用户
交换功能
复用/ 解复用 功能
ODN 接口 功能
用户端 口功能
供电
OAM 公共部分
ODN
FTTx的实现技术
丢弃其他用户的数据
PON技术体制
BPON业务适配复杂，业务提供能力有限，传送速率不高，成本较高，IP业务映射效 率低等原因，已经被舍弃，不宜再采用 ；
EPON技术由IEEE标准化。其核心是在保留传统以太网体系结构基础上定义了一种新 的应用于PON系统的物理层（主要是光接口）规范、一种新的MAC多点控制层协议 （MPCP），以实现在点到多点无源光网络中的以太网帧的时分多址接入、一种运行 维护和管理（OAM）机制。
EPON技术研究－MAC帧结构
传统以太网MAC帧
前导码
7Bytes
帧定界符 DA SA 长度/类型
1Bytes
6Bytes 6Bytes
2Bytes
gpon和epon的工作原理和上下行速率
GPON和EPON是目前广泛应用的光纤接入技术，它们分别代表了Gigabit Passive Optical Network和Ethernet Passive Optical Network。
在全面评估和深度探讨这两种接入技术的工作原理和上下行速率之前，我们先来了解一下光纤接入技术的基本原理。
1. 光纤接入技术光纤接入技术是指利用光纤作为传输介质，实现用户与运营商网络之间的宽带接入。
相比传统的铜线接入技术，光纤接入具有传输速率高、带宽大、抗干扰能力强等优点。
其中，GPON和EPON作为光纤接入技术的两种代表，各自有着独特的工作原理和上下行速率。
2. GPON的工作原理和上下行速率GPON采用了全光分布式传输的技术，主要由OLT（Optical Line Terminal）、ODN（Optical Distribution Network）、ONT （Optical Network Terminal）三个部分组成。
在GPON网络中，OLT作为核心设备，负责向下级设备发送光信号，而ONT则负责将光信号转换为电信号，与用户终端相连。
在上行方向上，OLT向ONT发送激光光束，用户终端接收光信号后将其转换为电信号发送至OLT，因此上行速率受用户终端设备的限制。
而在下行方向上，OLT向ONT发送光信号，ONT再将光信号发送至用户终端，下行速率受OLT的光信号发送速率限制。
3. EPON的工作原理和上下行速率EPON同样采用了全光分布式传输的技术，由OLT、ODN、ONU （Optical Network Unit）三个部分组成。
与GPON不同的是，EPON网络中的用户终端设备为ONU。
在EPON网络中，OLT向ONU发送光信号，用户终端接收光信号后将其转换为电信号发送至ONU。
在上行方向上，ONU向OLT发送光信号，上行速率受用户终端设备的限制。
而在下行方向上，OLT向ONU发送光信号，ONU再将光信号发送至用户终端，下行速率受OLT的光信号发送速率限制。
10G EPON解决方案
10G EPON解决方案一、引言随着互联网的快速发展和用户对高速宽带的需求不断增长，传统的以太网技术已经无法满足大规模用户的需求。
因此，10G EPON（Ethernet Passive Optical Network）解决方案应运而生。
本文将详细介绍10G EPON解决方案的技术原理、优势以及应用场景。
二、技术原理1. EPON概述EPON是一种基于光纤传输的以太网接入技术，它采用了分布式光纤网络架构，将光纤作为传输介质，通过光纤传输数据。
EPON主要由OLT（Optical Line Terminal）和ONU（Optical Network Unit）两部份组成。
2. 10G EPON的特点10G EPON是一种高速的EPON技术，它的主要特点包括：- 高带宽：10G EPON提供了10Gbps的传输速率，比传统的EPON技术提升了数倍。
- 高密度：10G EPON支持更多的用户接入，可以满足大规模用户的需求。
- 高可靠性：10G EPON采用了冗余设计和光纤传输技术，提供了更高的网络可靠性。
3. 技术原理10G EPON的技术原理主要包括以下几个方面：- 光模块：10G EPON使用了高速光模块，能够实现高速数据的传输。
- 光纤传输：10G EPON通过光纤传输数据，光纤具有低损耗、高带宽的特点。
- OLT和ONU通信：OLT和ONU之间通过光纤进行通信，实现数据的传输和交换。
三、优势1. 高速传输：10G EPON提供了10Gbps的传输速率，比传统的EPON技术提升了数倍，可以满足用户对高速宽带的需求。
2. 高带宽：10G EPON支持更多的用户接入，可以满足大规模用户的需求，提供更好的用户体验。
3. 高可靠性：10G EPON采用了冗余设计和光纤传输技术，提供了更高的网络可靠性，减少了网络故障的发生。
4. 灵便性：10G EPON支持灵便的网络拓扑结构，可以根据实际需求进行扩展和调整。
EPON的关键技术及实现原理
EPON的关键技术及实现原理EPON（Ethernet Passive Optical Network）是一种基于以太网技术的无源光网络，它使用光纤作为传输介质，在光线从中心局传入用户终端的过程中不需要中继节点的参与。
EPON将以太网和光纤接入技术结合，实现了大带宽、高可靠性和低成本的宽带接入。
一、光传输技术光传输技术是EPON中最基础的技术之一，它包括了光纤的选择和光纤传输的参数设计。
在EPON中，一般采用单模光纤进行传输，因为它具有更低的衰减和更高的带宽。
此外，还需要考虑光纤的长度、连接等参数的设计，以实现光信号的高速传输。
二、光分配技术光分配技术是EPON中的关键技术之一，它主要包括了光发送和接收的技术。
EPON使用了一种被称为比例脉冲宽度调制（PON）的技术，它通过在一个周期内改变光脉冲的宽度来传输数字信号。
在EPON中，光发送端使用激光器将数字信号转换为光信号，并通过光纤传输到用户终端，光接收端再将光信号转换为数字信号，实现数据的传输。
三、以太网技术以太网技术是EPON的核心技术之一，EPON使用以太网协议作为数据的传输协议，这使得EPON可以兼容现有的以太网设备和系统。
EPON将以太网帧封装在光信号中进行传输，用户终端上的以太网设备可以直接接入EPON，无需进行额外的协议转换。
四、调度控制技术调度控制技术是EPON中的关键技术之一，它主要用于实现共享信道的调度和管理。
EPON中采用了一种被称为动态带宽分配（DBA）的技术，它可以根据不同的用户需求和网络负载情况动态地分配带宽资源。
DBA技术通过控制ONU（光网络单元）的发送速率和发送时隙来实现带宽的分配，从而提高网络的效率和性能。
EPON的实现原理主要是基于光纤传输和以太网技术的结合。
当用户需要接入宽带网络时，光纤连接到用户终端设备的光接收端口，光信号经过光分配器进入光纤传输中。
同时，用户终端设备上的以太网设备通过以太网接口与EPON网络相连，可以直接发送和接收数据。
EPON技术原理和应用分析
信息技术—L U I U—N U．Z．’C h i n a N ew Tec h no l og i es a n d Produel。
嗣囡团圈涩阉■嵋L卫■‘■■i■饵■ⅢEPO N技术原理和应用分析张晓凤(中国电信淮安分公司。
江苏淮安223001)摘要：本文阐述基于以太网技术的无源光网络EPO N接入技术原理，技术组成单元和工作原理，以及基于以太网技术的无源光网络的组网应用场景和注意事项，供大家参考。
关健词：宽带；EPO N；光网络单元；分光器l前青我阔宽带接入网发展十分迅速．高带宽、全业务足未来接入嘲的发展趋势。
改造以及多业务转型，要求接人设备具有基于统一网络承载多业务的能力，并满足不断增长的带宽需求。
D SI。
技术由于带宽和接人距离限制．已逐渐无法满足需求。
PO N(无源光网络)觉带技术j0有高带宽、广覆盖、单纤接入、接口丰富以及综合业务接入能力。
PO N系统的引入，不但可以大大提升商业用户接人速度以及综合业务能力。
并且能够提供足够的业务质量保证。
对r家庭用户而占，除了_速度的提升．一根光纤可以提供包括语音、视频和数据业务的需求。
同时由f光纤本身的高度稳定性，有效降低运行维护成本。
I O N 技术以其天然具有的高带宽、全业务接入能力成为发展FrI T x的主流技术。
随着IP技术的不断完善，大多数运营商已经将IP技术作为数据蚓络的主要承载技术．由此衍生出大量以以太|蜘技术为檗础的接入技术。
把简单经济的以太网技术与PO N的传输结构结合起来的E t he m e t O ver PO N概念．引起网络运营商的广泛霞视。
EP O N技术于2003年由IEE E完成标准化工作。
它以下．兆以太网技术为基础，通过M A C层之上的点到多点控制协议PC P)来实现P O N的点列多点传输方式，协议实现简单。
但O A M作管理维护)能力稍弱。
EPO N 技术是目前比较成熟、可规模应J{{的P O N技术，商片j芯片和设备均较多，产品成熟度较高，成本不断下降。
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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
PON基本技术－上行
ONU
OLT Splitter
ONT
ONU
上行信号：分时突发发送，采用测距技术保证上行数据不发生冲突 EPON：OLT时钟恢复时间400ns，ONU开关时间512ns GPON：OLT时钟恢复时间60.8ns，ONU开关时间12.8ns
发送方向：RS层用MAC MODE和
LLID变量值代替GMII中的前导码； 接收方向：RS层把前导码中的
物理层
GMII
RS
层间控制原语 层间控制原语 发送数据流 接收数据流
MODE和LLID值解映射为GMII信号。
层间控制原语 发送数据流
PCS
层间控制原语 接收数据流
Note: Reconciliation Sublayer (RS) 调和子层
DS
622/1490
1250/1490
2488/1490
125~1250/-
Protocol
Link Data
Reach/Splitter
Standard Committee
20km/16
10km/32 ITU-T(FSAN)
20km/16
10km/32 IEEE
20km/32
20km/64 ITU-T(FSAN)
EPON协议的主要内容
EPON参考结构 EPON系统的保护方式 EPON协议栈 PMD层 PMA层 PCS层 RS层 多点MAC控制层 OAM层
EPON参考结构及基本指标
点到多点的光纤传输； 在单模光纤上，以1000Mbps速率，分路比为1:32，传输距离达到10km； 在单模光纤上，以1000Mbps速率，分路比为1:16，传输距离达到20km； 符合ITU-T G.652要求的单模光纤； 上行应使用1260nm～1360nm波长； 下行应使用1480nm～1500nm波长； 使用1540nm～1560nm波长实现CATV业务（可选）；
Passive Optical Network
Passive Optical Splitter Optical Line Terminal
ONU
ONU
PSTN
Internet
OLT
Passive Optical Splitter ONU
CATV
Optical Network Unit
PON是以点到多点为特征的单纤双向无源光网络； PON包括三个组件：Optical Line Terminal (OLT), Optical Network Unit (ONU) and Optical Distribution Network（ODN）； ODN中的无源光分路器可以是一个或多个光分路器的级联。
EPON与Ethernet帧比较
ONU ONU
EPON
OLT
IPG SLD LLID CRC DA SA
IPG
Preamble
DA
SA
. . . . . .
ONU FCS IPG
FCS
IPG Ethernet
1000Base－x
PMD层
重要指标\接口类型 传输距离（km） 分光比 过载光功率（dbm） 1000BASE-PX10 10 1:32 4（1000BASE-PX10-D） 2（1000BASE-PX10-U） 1000BASE-PX20 20 1:16 4（1000BASE-PX20-D） 7（1000BASE-PX20-U）
EPON协议栈
OAM层：使用OAM协议数据单元，管理、测 试和诊断已激活OAM功能的链路； 多点MAC控制：使用MPCP（多点控制协议）， 实现点对多点的MAC控制； MAC：实现对Media的控制； RS：调和多种数据链路层能够使用统一的 物理层接口； PCS：支持在点对多点物理介质中的突发模 式 ＋ 支持FEC算法； FEC：使用二进制运算（例如Galois算法）， 附加一定的纠错码用于在接收端进行数据 校验和纠错； PMA：支持P2MP功能，实现PMD的扩展； PMD：PMD（使用1000BASE-PX 接口）实现 PMD服务接口和MDI接口之间的数据收发功 能。
PMA
发送数据流 接收数据流
支持FEC子层10-4误码特性。
Note：FEC增加光功率预算2.5db；
PCS :Physical Code Sublayer物理编码子层。
PMD
PCS层的位置
PCS层(FEC)
S_FEC PREAMBLE/SLC FRAME FCS
FEC编码的以太网帧
T_FEC PARITY
国际标准
国家标准
国家标准
EPON产业链状况
EPON芯片厂家
中兴 烽火 UT
华为
PMC
PMC,
Teknovus
Teknovus
Cortina
中国电信CTC 1.3标准情况
1) MPCP补充
2) Trip－churning加密算法 3) Eth OAM扩展 4) 产品的部分特性规格要求
PON基本技术－下行
IFpon IFpon
全网保护
1：N分光器
ONU#N
IFpon IFpon
当ONU的主用PON口或用户线路故 障时，ONU会自动将业务倒换到 备用PON口上，业务通过备用线 路和OLT的备份端口上行。业务 基本不会中断。
实现难度较大，成本较高。 其中一个端口试种处于空闲状态， 造成系统带宽利用率低。
PMA层
增加了一个PMA子层的接口；
要求ONU的发送时钟必须跟踪ONU接收时钟； 对PMA的同步时间，做了更严格的要求（相 对于Ethernet而言）；
发送数据流 层间控制原语
PCS
接收数据流 层间控制原语
PMA
发送数据流 接收数据流
要求信号通过RS/PCS/PMA层的延迟时间不能 超过16个比特的传输时间。
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；
Length/Type：MPCPDU都进行类型编码，并且承载
MAC_Control_Type域值；
Opcode：操作码指示所封装的特定MPCPDU； Timestamp：在MPCPDU发送时刻，时间戳域传递
多点MAC控制层
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。
MPCP协议
多点MAC控制层
MAC
接收数据 流
T_FEC
FEC编码的规范、属性和技术性能应满足ITU-T G.975的规范； FEC编码使用的线性循环分组码是基于GF(28)的Reed-Solomon码(255,239,8)，这种 编码包含239个信息码和16个奇偶码。
RS层
数据链路层
MAC
发送数据流 层间控制原语 接收数据流 层间控制原语
IFpon IFpon
ONU#N
IFpon EPON系统骨干光纤保护倒换方式
EPON保护方式(二)
ONU#1
IFpon IFpon
1：N分光器
OLT
OLT和ONT上均有两个EPON接口。 OLT的GPON接口要工作在1:1模式 下。
此种保护方式是一种全网保护光 纤倒换方式，OLT与ONU之间有完 全不同的两条通路，可以保证各 种故障都得到恢复 。
华为指标 1:32 / 20km
EPON保护方式(一)
ONU#1 OLT