王华斌_11120156_无源光网络

无源光网络工作原理及应用 无源光网络（PON）概述 无源光网络是一种纯介质网络，避免了外部设备的电磁干扰和雷电影响，减少了咸宁路和外部设备的故障率，提高了系统可靠性，同时节省了维护成本，是电信维护部门长期期待的技术。OLT为光线路终端，它为ODN提供网络接口并连至一个或者多个ODN。ODN是光配线网，它为OLT和ONU提供传输手段。ONU为光网络单元，它为OAN提供用户侧接口和ODN相连。如果ODN全部由光分路器等无源器件组成，不包含任何有源节点，那么这种光接入网就是PON，即无源光网络。 无源光网络是一种很有吸引力的纯介质网络，避免了外部设备的电磁干扰和雷电影响，减少了线路和外部设备的故障率，提高了系统可靠性，同时节省了维护成本，是电信维护部门长期期待的技术。无源光网络（PON）一直被认为是光接入网中颇

具应用前景的技术，它打破了传统的点到点解决方法，在解决宽带接入问题上是一种经济的、面向未来多业务的用户接入技术。

无源光网络发展历程： 1982年英国电信实验室发明PON（Passive Optical Network） 1987年在英国进行了早期试验 1993年在德国电信在东德安装PON 1998年日本NTT开始安装PON 1998年国际电信联盟（ITU）公布APON标准：ITU-T G.983 1999年美国Bellsouth完成400户PON试验设备的安装测试 2003年国际电信联盟（ITU）公布GPON标准：ITU-T G.984 2000年IEEE 成立EFM研究组（Ethernet in First Mile Study Group）专门研究EPON标准 2004年IEEE公布EPON标准：IEEE Std 802.3ah-2004 无源光网络结构体系： OLT (光线路终端) ：PON光纤在服务提供商设施处的终端。 ONT(光网络终端) 在用户位置的终端。 OAS(光接人交换机) 位于服务提供商处的交换机,它聚合来自所有用户的信元/数据分组并提供向因特网和PSTN的连接。 POS(无源光分路器) 或“分路器”在沿着进入多点树状拓扑的路径的任意点分离中继线和光信号。 ONU(光网络单元) 提供对用户的扇出连接。每条PON中继线最多可支持32次分路和64个0NU。用户与ONU的连接可以使用同轴电缆、双绞线、光缆,甚至是无线连接。 PON中继线的带宽范围从l55Mbit/s到622Mbit/s。每一次分路都会减少带宽,因此用户可用的带宽取决于在他和头端设备之间的分路次数。例如,对622Mbit/s的中继线,如果对其分路以支持32个0NU,则与0NU相连的用户最多可获得19.5Mbit/s的带宽。该带宽由所有用户分享。为了组织此缆路上的通信,可以采用许多技术,包括ATM、以太网、FDM(频分复用)以及WDM(波分复用)。 PON网络的分类 PON主要有以下几种：APON（ATM PON），EPON（Ethernet Pon），GPON（Gigabit-Capable PON)，BPON（Broadband PON）等。 APON介绍： ITU_T在G.982的同步光计入网的基础上对基于ATM的PON系统进行规范，形成了G.983规范。基于ATM的PON接入网主要由光线路终端OLT（局端设备)、光分路器、光网络单元以及光纤传输媒质组成，一般采用TDMA控制的几代传输方式。局端到用户端的下行方向上，由OLT通过分路器以广播的方式发送ATM信元给各个ONU，各个ONU则遵循一定的上行接入规则将上行信息同样的以信元方式发送给OLT，其关键技术在于突发模式的光收发机、快速比特同步和上行的接入协议。 其体系图为：

APON体系图 OLT(光线路终端)将到达各个ONU(光网络单元)的下行业务组装成帧，以广播的方式发送到下行信道上，各 个ONU收到所有的下行信元后，根据信元头信息从中取出属于自己的信元；在上行方向上，由OLT轮询各个ONU，得到ONU的上行带宽要求，OLT合理分配带宽后，以上行授权的形式允许ONU发送上行信元，即只有收到有效上行授权的ONU才有权利在上行帧中占有指定的时隙。实现APON的关键技术有多址和接入控制技术(在使用TDMA上行接入时包括测距、带宽分配等)、突发信号的发送和接收技术、快速比特同步技术以及安全保密等方面的技术。实用的PON系统主要是窄带PON，由窄带PON升级到宽带的APON，终端设备和控制协议都需要进行大幅度的改动，传输速率的提高对物理层设备和媒质访问控制(MAC)协议都有新的要求。只要宽带PON的成本可以控制在窄带PON的1.5倍以下，还是可以接受的。虽然宽带PON的技术细节还需要在其实际的发展和使用中继续研究和完善，但ITU-T在APON实用系统出现之前就确定了G.983建议，对APON进行了规范，它进入实用的步伐将会更加顺利。

APON APON是一种基于ATM信元的TDM／TDMA技术，由于ATM在实现不同业务的复用以及适应不同带宽方面的灵活性，使APON成为一种结合ATM多业务多比特率支持能力和无源光网络透明宽带传送能力的比较理想的长远解 决方案，是未来宽带接入技术的发展方向，其标准遵循ITU－TG.983建议，最高速率为622Mbit/s。因为APON二层采用的是ATM封装和传送技术，因此存在带宽不足、技术复杂、价格高、承载IP业务效率低等问题。 EPON介绍： 无源光以太网，是由IEEE（美国电气与电子工程师协会）定义的一种接入标准，就是将信息封装成以太网帧进行传输。传输码型是8B/10B码；它的上、下行速率都是1.25Gbps；上行光波长是1310nm；下行光波长是1490nm；1550nm波长作为传输视频信号用。 EPON的标准：IEEE Std 802.3ah-2004；在2000 年12月,成立第一英里以太网(EFM)研究组，包括3Com、Alloptic、Aura Networks CDT/Mohawk、Cisco、DomiNet Systems、Intel、WorldCom和World Wide Packets等69家公司加入了这个研究组(IEEE 802.3ah EFM Study Group ) EPON是设备供应商所推动的,但是现在运营商已经越来越积极地推行EPON。EPON与现有以太网的兼容性因而容易被市场接受：以太网技术，是迄今为止最成功和成熟的局域网技术。EPON只是对现有IEEE802.3协议作一定的补充，基本上是与其兼容的。考虑到以太网的市场优势，EPON与以太网的兼容性是其最大的优势之一。以太网技术也是不断更新和发展的。百兆/千兆以太网是继承原来以太网的核心遗传因子，使得以太网的速率提高了一两个数量级。EPON的思想也是继承以太网的核心遗传因子，将以太网最核心的最本质部分保存下来，添加多址接入和远距离传送的成分，使得传输距离和接入拓扑上取得突破。 EPON结构图 EPON下行采用广播方式：在ONU注册成动后分配一个唯一的LLID；在每一个分组开始之前添加一个LLID，替代以太网前导符的最后两个字节；OLT接收数据时比较LLID注册列表，ONU接收数据时，仅接收符合自己的LLID的帧或者广播帧。因为PON的多点广播特性，所有的下行数据都会被广播到PON系统中所有的ONU上。如果有一个匿名用户将它的ONU接收限制功能去掉，那么它就可以监听到所有用户的下行数据，这在PON系统中称为“监听威胁”。PON网络的另一个特点是，网络中ONU不可能监测到其它ONU的上行数据。在PON上解决安全性的措施是ONU通过上行信道传送一些保密信息（如数据加密密钥），OLT使用该密钥对下行信息加密，因为其它ONU无法获知该密钥，接收到下行广播数据后，仍然无法解密获得原始数据。 EPON接入系统的特点： （1）局端（OLT）与用户（ONU）之间仅有光纤、光分路器等光无源器件。无需租用机房、无需配备电源、无需有源设备维护人员，因此，可有效节省建设和运营维护成本； （2）采用单纤波分复用技术。（下行1490nm，上行1310nm），仅需一根主干光纤和一个OLT，传输距离可达20公里。在ONU侧通过光分路器分送给最多32个用户，因此可大大降低OLT和主干光纤的成本压力； （3）上下行均为千兆速率。下行采用针对不同用户加密广播传输的方式共享带宽；上行利用时分复用（TDMA）共享带宽。高速宽带，充分满足接入网客户的带宽需求，并可方便灵活的根据用户需求的变化动态分配带宽； （4）点对多点的结构。只需增加ONU数量和少量用户侧光纤即可方便地对系统进行扩容升级，充分保护运营商的投资 EPON的组网方式： EPON中的关键技术： 一：逻辑链路标记-LLID 对802.3标准的扩展，修改前导码完成，用于对ONU进行唯一标识。 定义： 广播： MODE=1或者 LLID=0x7FFF 单播： MODE=0且LLID!=0x7FFFF

环 形 树 形 总线形 二：MPCP协议 MPCP协议是整个系统正常工作的核心，是对IEEE802.3标准的重要扩展，规定了OLT和ONU之间的控制机制，提供ONU控制管理信息，提供ONU带宽管理信息，提供业务监控信息控制。 三：定时和同步 定时方法： 所有ONU都与OLT的唯一时钟同步； 主要是用时间戳域来完成的。 时间戳定义: 时间戳域使用4个字节 时间戳所标识的是在MAC控制帧上传到MAC层时OLT的计数值。 计数值宽度为16位或32位，计数单位为16ns 定时过程： OLT以自己本地的计数器插入timestamp域中 ONU以本地计数值插入timestamp域中 ONU根据收到的OLT的timestamp更新自己的计数器 OLT根据收到的ONU的timestamp计算差值（测距）

同步过程 四：测距 OLT与各ONU间的环路时延不同：各 ONU距 OLT的光纤路径不同；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，测距包括静态测距和