IP技术及应用之二——epon技术与应用(4学时)

1、12x EPON EPON技术起源技术起源x EPONEPON技术特点技术特点x EPONEPON技术原理技术原理x EPONEPON技术应用技术应用34u从语音需求逐渐向数据、多媒体、综合业务需从语音需求逐渐向数据、多媒体、综合业务需求发展；求发展；u综合业务应用对带宽的要求越来越高；综合业务应用对带宽的要求越来越高；u不同的业务应用需要相应不同的业务应用需要相应QOS技术保证；技术保证；u综合业务的需求导致接入手段不断增加；综合业务的需求导致接入手段不断增加；接入网的发展特点接入网的发展特点5接入层业务需求分析接入层业务需求分析业务需求群体的差异化业务需求群体的差异化群体一方面以家庭、商业

2、、群体一方面以家庭、商业、大客户等分类，另一方面各大群体内部，如家庭内部，大客户等分类，另一方面各大群体内部，如家庭内部，对业务的需求也不同，如有人网络游戏、有人上网、对业务的需求也不同，如有人网络游戏、有人上网、有人打电话。有人打电话。业务需求种类的差异化业务需求种类的差异化业务种类对带宽要求的差异化业务种类对带宽要求的差异化67主要接入技术分析主要接入技术分析铜线接入铜线接入ADSLVDSLLAN接入接入HDSL HDSL 能够在两对双绞线上实现能够在两对双绞线上实现2Mbit/s 2Mbit/s 信号的对称传输；信号的对称传输；SDSL SDSL 能够在一对双绞线上实现能够在一对双绞线上

3、实现2Mbit/s 2Mbit/s 信号的对称传输；信号的对称传输；IDSL IDSL 类似于类似于ISDN ISDN 基本速率接口，可以沿用基本速率接口，可以沿用ISDN ISDN 的终端设的终端设备，提供双向备，提供双向128kbit/s 128kbit/s 的数据、话音综合传送能力；的数据、话音综合传送能力；VDSL VDSL 可以在可以在300m 300m 范围内提供下行高达范围内提供下行高达50Mbit/s50Mbit/s、上行在、上行在1.5Mbit/s 1.5Mbit/s 左右的传输速率；左右的传输速率；ADSL2+ADSL2+可以说是可以说是xDSL xDSL 技术系列中的杰出

4、代表，是目前宽带技术系列中的杰出代表，是目前宽带上网首选的上网首选的xDSL xDSL 技术。技术。8如何实现用户需求如何实现用户需求光纤接入光纤接入P2PP2MP有线接入的未来与发展趋势光接入有线接入的未来与发展趋势光接入9光纤到家庭用户光纤到家庭用户FTTHFTTH（Fiber To The HomeFiber To The Home） 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。入光纤由单个家庭住宅独享。光纤到公司光纤到公司/ /办公室办公室FTTOFTTO（Fiber To The OfficeF

5、iber To The Office） 仅利用光纤传输媒质连接通信局端和公司或办公室用户的接仅利用光纤传输媒质连接通信局端和公司或办公室用户的接入方式，引入光纤由单个公司或办公室用户独享，入方式，引入光纤由单个公司或办公室用户独享，ONU/ONTONU/ONT之之后的设备或网络由用户管理。后的设备或网络由用户管理。 光纤到楼宇光纤到楼宇/ /分线盒分线盒FTTB/CFTTB/C（Fiber To The Building Fiber To The Building /Fiber To The Curb/Fiber To The Curb） 以光纤替换用户引入点之前的铜线电缆，以光纤替换用户引入

6、点之前的铜线电缆，ONUONU部署在传统的分部署在传统的分线盒（用户引入点）即线盒（用户引入点）即DPDP点（点（DP distribution pointDP distribution point分配分配点），点），ONUONU下采用其他介质接入用户下采用其他介质接入用户光纤到交接箱光纤到交接箱FTTCabFTTCab（Fiber To The CabinetFiber To The Cabinet） 以光纤替换传统馈线电缆，以光纤替换传统馈线电缆，ONUONU部署在交接箱即部署在交接箱即FPFP点处，点处，ONUONU下采用其他介质接入到用户下采用其他介质接入到用户如何实现用户需求如何实现

7、用户需求光纤接入的应用模式（光纤接入的应用模式（FTTxFTTx）10全程以光纤作为传输媒质，或者光纤作为主干传输全程以光纤作为传输媒质，或者光纤作为主干传输媒质，以铜线或无线作为用户末端传输媒质；媒质，以铜线或无线作为用户末端传输媒质；11点到点光接入（点到点光接入（MCMC）方式）方式点到多点光接入方式点到多点光接入方式 点到点以太接入点到点以太接入APON APON EPON EPON GPON GPON 小区交换机接入小区交换机接入12x EPON EPON技术的起源技术的起源x EPONEPON技术特点技术特点x EPONEPON技术原理技术原理x EPONEPON技术应用技术应用1

8、3 有源光网络有源光网络(AON(AON，Active Optical Network)Active Optical Network) 无源光网络无源光网络(PON(PON，Passive Optical Network)Passive Optical Network) PONPON是一种纯介质网络，消除了局端与客户端之间的有是一种纯介质网络，消除了局端与客户端之间的有源设备，避免外部设备的电磁干扰和雷电影响，减少源设备，避免外部设备的电磁干扰和雷电影响，减少线路和外部设备的故障率，提高系统可靠性，同时可线路和外部设备的故障率，提高系统可靠性，同时可节省维护成本。节省维护成本。 PONPON的

9、业务透明性较好，原则上可适用于任何制式和速的业务透明性较好，原则上可适用于任何制式和速率的信号。率的信号。 目前基于目前基于PONPON的实用技术主要有的实用技术主要有APON/BPONAPON/BPON、GPONGPON、EPON/GEPONEPON/GEPON等几种，其主要差异在于采用了不同的二等几种，其主要差异在于采用了不同的二层技术。层技术。1415 1998 1998 年，年，ITU-T ITU-T 以以155Mbps 155Mbps 的的ATM ATM 技术为基础，发布了技术为基础，发布了G.983 G.983 系列系列APON(ATM PON)APON(ATM PON)标准。这种

10、标准目前在北美、日本和欧洲应标准。这种标准目前在北美、日本和欧洲应用较多，但在中国，用较多，但在中国，APON APON 几乎没有什么应用。几乎没有什么应用。 2000 2000 年底，一些设备制造商成立了第一英里以太网联盟年底，一些设备制造商成立了第一英里以太网联盟(EFMA)(EFMA)，提出基于以太网的提出基于以太网的PON PON 概念概念EPON(Ethernet Passive EPON(Ethernet Passive Optical Network)Optical Network)。EPON EPON 标准标准IEEE 802.3ah IEEE 802.3ah 在在200420

11、04年年6 6 月正式月正式颁布。颁布。 由于网络由于网络IP IP 化进程加速和化进程加速和ATM ATM 技术的逐步萎缩导致之前基于技术的逐步萎缩导致之前基于ATM ATM 技术的技术的APON/BPON APON/BPON 技术在商用化和实用化方面严重受阻，迫切需技术在商用化和实用化方面严重受阻，迫切需要一种高传输速率、适宜要一种高传输速率、适宜IP IP 业务承载同时具有综合业务接入能业务承载同时具有综合业务接入能力的光接入技术出现。在这样的背景下，力的光接入技术出现。在这样的背景下，FSAN/ITU FSAN/ITU 以以APON APON 标准标准为基本框架，重新设计了新的物理层传

12、输速率和为基本框架，重新设计了新的物理层传输速率和TC TC 层，推出了层，推出了新的新的GPON GPON 技术和标准。技术和标准。2003 2003 年年3 3 月月ITU-T ITU-T 颁布了描述颁布了描述GPON GPON 总总体特性的体特性的G.984.1 G.984.1 和和ODN ODN 物理媒质相关物理媒质相关(PMD)(PMD)子层的子层的G.984.2GPON G.984.2GPON 标准，标准，20042004年年3 3 月和月和6 6 月发布了规范传输汇聚月发布了规范传输汇聚(TC)(TC)层的层的G.984.3 G.984.3 和运行管理通信接口的和运行管理通信接口

13、的G.984.4G.984.4标准。标准。16 PONPON的定义的定义 无源光网络：无源光网络：P Passive assive O Optical ptical N Networketwork 是一种基于是一种基于P2MPP2MP拓朴的技术拓朴的技术 是一种应用于接入网，局端设备（是一种应用于接入网，局端设备（OLTOLT）与多个用户端设备）与多个用户端设备（ONU/ONTONU/ONT）之间通过无源的光缆、光分）之间通过无源的光缆、光分/ /合路器等组成的合路器等组成的光分配网（光分配网（ODNODN）连接的网络。）连接的网络。 无源光网络的构成无源光网络的构成 OLTOLT（Optic

14、al Line TerminalOptical Line Terminal） 光线路终端光线路终端 ONUONU（Optical Network UnitOptical Network Unit） 光网络单元光网络单元 ONTONT（ Optical Network TerminalOptical Network Terminal） 光网络终端光网络终端 ODNODN（Optical Distribution NetworkOptical Distribution Network）光分配网）光分配网17EPONEPON的网络位置的网络位置最大分光比最大分光比32/6432/6418 EPONE

15、PON系统采用系统采用WDMWDM技术，实现单纤双向传输技术，实现单纤双向传输为了分离同一根光纤上多个用户的来去方向的信为了分离同一根光纤上多个用户的来去方向的信号，采用以下两种复用技术：号，采用以下两种复用技术：下行数据流采用广播技术；下行数据流采用广播技术；上行数据流采用上行数据流采用TDMATDMA技术。技术。1490nm1310nmPON PON 使用波分复用（使用波分复用（WDMWDM）技术，同时处理双向信号传输，上、下）技术，同时处理双向信号传输，上、下行信号分别用不同的波长，但在同一根光纤中传送。行信号分别用不同的波长，但在同一根光纤中传送。OLT OLT 到到ONU/ONT O

16、NU/ONT 的方向为下行方向，反之为上行方向。下行方向采用的方向为下行方向，反之为上行方向。下行方向采用1490nm1490nm，上行方向采用，上行方向采用1310nm1310nm。19EPON vs MCEPON vs MC技术比较技术比较vMCMC技术的两种使用方式：技术的两种使用方式： 点到点以太接入点到点以太接入 N N根光纤，根光纤，2 2N N个光收发器个光收发器 管理独立管理独立 小区交换机小区交换机接入接入 只需铺设只需铺设1 1或或2 2根光纤到小区根光纤到小区 2 2N+2N+2个光收发器个光收发器 设备占用局端机房空间小设备占用局端机房空间小 在传输过程中需要有源设备在

17、传输过程中需要有源设备 设备分级管理设备分级管理vEPONEPON的接入方式：的接入方式： 只需铺设只需铺设1 1或或2 2根光纤到小区根光纤到小区 需需N+1N+1个光收发器个光收发器 设备占用局端机房空间最小设备占用局端机房空间最小 传输中不需有源设备传输中不需有源设备 设备集中管理设备集中管理局端局端用户用户局端局端用户用户小区交换机小区交换机以以3232个结点为例个结点为例32/6432/64根光纤根光纤6464个收发器个收发器P2PP2PP2PP2P1/21/2根光纤根光纤6666个收发器个收发器局端局端用户用户分光器分光器P2MPP2MP1 1根光纤根光纤3333个收发器个收发器2

18、01 2 3 4 5 67 8 9 101112AB12x6x8x2x9x3x10 x4x11x5x7x1xEthernetA12x6x8x2x9x3x10 x4x11x5x7x1xC1 2 3 4 5 67 8 9 101112AB12x6x8x2x9x3x10 x4x11x5x7x1xEthernetA12x6x8x2x9x3x10 x4x11x5x7x1xC1 2 3 4 5 67 8 9 101112AB12x6x8x2x9x3x10 x4x11x5x7x1xEthernetA12x6x8x2x9x3x10 x4x11x5x7x1xC1 2 3 4 5 67 8 9 101112AB1

19、2x6x8x2x9x3x10 x4x11x5x7x1xEthernetA12x6x8x2x9x3x10 x4x11x5x7x1xC无源分光器无源分光器ONUONUIP数据网数据网光电收发器光电收发器OLTONUIP数据网数据网MC接入接入EPON接入接入PSTNCATV100M带宽带宽1.25G带宽带宽收发器运维收发器运维盲点、故障盲点、故障率高率高无源网络，无源网络，无需维护无需维护单一单一业务业务全业全业务务EPON vs MCEPON vs MC网络和业务比较网络和业务比较 2122x EPON EPON技术起源技术起源x EPONEPON技术特点技术特点x EPONEPON技术原理技术

20、原理x EPONEPON技术应用技术应用2324 与现有以太网的兼容性与现有以太网的兼容性：OLTOLT与与ONUONU之间信号传输基之间信号传输基于于IEEE IEEE 802.3802.3以太网帧；以太网帧； 高带宽高带宽：传输线路速率对称下行传输线路速率对称下行/ /上行：上行：1 1250250 Mbit/sMbit/s / 1 / 1250250 Mbit/s Mbit/s； 以以MACMAC控制子层的控制子层的MPCPMPCP（multi point control multi point control protocolprotocol）机制为基础，）机制为基础，MPCPMPCP

21、通过通过消息、状态机和消息、状态机和定时器定时器来控制访问来控制访问P2MPP2MP的拓扑结构；的拓扑结构；P2PP2P仿真子层仿真子层是是EPON/MPCPEPON/MPCP协议中的关键组件；逻辑分光比协议中的关键组件；逻辑分光比1 1：3232（1 1：6464）；支持）；支持A A、B B类类ODNODN网络；网络； 低成本：采用低成本：采用PON PON 的结构，的结构，EPON EPON 网络中减少了大量网络中减少了大量的光纤和光器件以及维护的成本。以太网本身的价的光纤和光器件以及维护的成本。以太网本身的价格优势，如廉价的器件和安装维护使格优势，如廉价的器件和安装维护使EPON EP

22、ON 具有具有ATM ATM PON PON （APONAPON）所无法比拟的低成本。）所无法比拟的低成本。25uOLTEPON OLTEPON 的核心，应实现以下功能：的核心，应实现以下功能： 向向ONU ONU 以广播方式发送以太网数据；以广播方式发送以太网数据； 发起并控制测距过程，并记录测距信息；发起并控制测距过程，并记录测距信息； 发起并控制发起并控制ONU ONU 功率控制；功率控制； 为为ONU ONU 分配带宽，即控制分配带宽，即控制ONU ONU 发送数据的起始时间和发送窗发送数据的起始时间和发送窗口大小；口大小； 其它相关的以太网功能。其它相关的以太网功能。uODNODN：

23、由无源光分路器和光纤构成：由无源光分路器和光纤构成uONU/ONTONU/ONT为用户提供为用户提供EPON EPON 接入的功能：接入的功能：- 选择接收选择接收OLT OLT 发送的广播数据；发送的广播数据；- 响应响应OLT OLT 发出的测距及功率控制命令，并作相应的调整；发出的测距及功率控制命令，并作相应的调整；- 对用户的以太网数据进行缓存，并在对用户的以太网数据进行缓存，并在OLT OLT 分配的发送窗口中分配的发送窗口中向上行方向发送；向上行方向发送；- 其它相关的以太网功能。其它相关的以太网功能。 从从EPON EPON 中功能划分可以看出，中功能划分可以看出，EPON EP

24、ON 中较为复杂的功能主要集中中较为复杂的功能主要集中于于OLTOLT，而，而ONU/ONT ONU/ONT 的功能较为简单以降低用户端设备的成本。的功能较为简单以降低用户端设备的成本。26PCSPCS：物理编码子层，支持在点：物理编码子层，支持在点对多点物理介质中的突发模式对多点物理介质中的突发模式 支持支持FECFEC算法；算法；PMAPMA：物理媒质附加子层，支持：物理媒质附加子层，支持P2MPP2MP功能，实现功能，实现PMDPMD的扩展；的扩展；RSRS：调和子层，为：调和子层，为EPONEPON扩展字扩展字节定义，调和多种数据链路层节定义，调和多种数据链路层能够使用统一的物理层接口

25、；能够使用统一的物理层接口；PMDPMD：物理媒质相关子层：物理媒质相关子层, ,实现实现PMDPMD服务接服务接口和口和MDIMDI接口之间的数据收发功能。接口之间的数据收发功能。MACMAC：实现对：实现对MediaMedia的控制；的控制；OAMOAM层：使用层：使用OAMOAM协议数据单元，管理、协议数据单元，管理、测试和诊断已激活测试和诊断已激活OAMOAM功能的链路；功能的链路；定义了定义了EPONEPON各种告警事件和控制处理各种告警事件和控制处理FECFEC：使用二进制运算（例：使用二进制运算（例如如GaloisGalois算法），附加一算法），附加一定的纠错码用于在接收端定的

26、纠错码用于在接收端进行数据校验和纠错；进行数据校验和纠错；多点多点MACMAC控制：使用控制：使用MPCPMPCP（多点控制协（多点控制协议），实现点对多点的议），实现点对多点的MACMAC控制；实现控制；实现在不同的在不同的ONUONU中分配上行资源、在网络中分配上行资源、在网络中发现和注册中发现和注册ONUONU、允许、允许DBADBA调度调度27 LLID 突发光收发技术突发光收发技术 MPCP 注册注册 DBA 定时与同步定时与同步 测距测距 OAM管理管理 业务业务QoS处理处理 安全问题安全问题28 对对802.3802.3标准的扩展标准的扩展修改前导码完成修改前导码完成用于对用于

27、对ONUONU进行唯一标识进行唯一标识（多点标识）（多点标识） 定义：定义：广播：广播： MODE=1MODE=1或者或者 LLID=0 x7FFFLLID=0 x7FFF单播：单播： MODE=0MODE=0且且 LLID!=0 x7FFFLLID!=0 x7FFF29 在在ONUONU注册成功后分配一个唯一的注册成功后分配一个唯一的LLIDLLID； 在每一个分组开始之前添加一个在每一个分组开始之前添加一个LLIDLLID，替代以太网前导符的最，替代以太网前导符的最后两个字节；后两个字节； OLTOLT接收数据时比较接收数据时比较LLIDLLID注册列表，注册列表，ONUONU接收数据时，

28、仅接收符接收数据时，仅接收符合自己的合自己的LLIDLLID的帧或者广播帧。的帧或者广播帧。广播方式广播方式30前导码前导码7Bytes7Bytes帧定界符帧定界符1Bytes1BytesDADA6Bytes6BytesSASA6Bytes6Bytes长度长度/ /类型类型2Bytes2Bytes数据数据461500Bytes461500Bytes填充填充不定不定FCSFCS4Bytes4Bytes前导码前导码8BytesDA6BytesSA6Bytes长度长度/类型类型2Bytes数据数据461500Bytes填充填充不定不定FCS4Bytes5555SPD5555 LLID LLIDCRC

29、8以太网以太网MACMAC帧帧EPON MACEPON MAC帧帧SPD:SPD指示指示LLID和和CRC位置位置31 所有的所有的ONUONU接入的时候，系统可以对接入的时候，系统可以对ONUONU进行认证，认证进行认证，认证信息，可以是信息，可以是ONUONU的一个唯一标识（如的一个唯一标识（如MACMAC地址或者是预地址或者是预先写入先写入ONUONU的一个序列号），只有通过认证的的一个序列号），只有通过认证的ONUONU，系统，系统才允许其接入。才允许其接入。 对于某对于某ONUONU的数据帧，其它的的数据帧，其它的ONUONU在物理层也会收到数据，在物理层也会收到数据，在收到数据帧后

30、，首先会比较在收到数据帧后，首先会比较LLIDLLID（处于数据帧的头部）（处于数据帧的头部）是不是自己的，如果不是，就直接丢弃，对于是不是自己的，如果不是，就直接丢弃，对于ONUONU的上的上层用户，如果想窃听到其它层用户，如果想窃听到其它ONUONU的信息，除非自己去修的信息，除非自己去修改芯片的实现。改芯片的实现。32 PONPON所有的下行数据都会被广播到所有的下行数据都会被广播到PONPON系统中所有的系统中所有的ONUONU上。如果有一个匿名用户将它的上。如果有一个匿名用户将它的ONUONU接收限制功能去掉，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，这在那么它就可以监

31、听到所有用户的下行数据，这在PONPON系系统中称为统中称为“监听威胁监听威胁”，但网络中，但网络中ONUONU不可能监测到其不可能监测到其它它ONUONU的上行数据。的上行数据。 对于每一对对于每一对ONUONU与与OLTOLT之间，可以启用之间，可以启用128128位的位的AESAES加密。加密。各个各个ONUONU的密钥是不同的。的密钥是不同的。OLTOLT使用该密钥对下行信息加使用该密钥对下行信息加密，因为其它密，因为其它ONUONU无法获知该密钥，接收到下行广播数无法获知该密钥，接收到下行广播数据后，仍然无法解密获得原始数据。据后，仍然无法解密获得原始数据。 VLANVLAN隔离：通

32、过隔离：通过VLANVLAN方式，将不同的用户群、或者不同方式，将不同的用户群、或者不同的业务限制在不同的的业务限制在不同的VLANVLAN，保障相互之间的信息隔离。，保障相互之间的信息隔离。33 OLTOLT接收数据前比较接收数据前比较LLIDLLID注册列表；注册列表； 每个每个ONUONU在由局方设备统一分配的时隙中发送数据帧；每个在由局方设备统一分配的时隙中发送数据帧；每个ONUONU有一个有一个TDMTDM控制器，它与控制器，它与OLTOLT的定时信息一起控制上行数据包的的定时信息一起控制上行数据包的发送时刻，避免复合时数据发生碰撞和冲突。发送时刻，避免复合时数据发生碰撞和冲突。 各

33、个各个ONUONU发送的上行数据流通过光分路器耦合进共用光纤，以发送的上行数据流通过光分路器耦合进共用光纤，以TDMTDM的方式复合成一个连续的数据流。的方式复合成一个连续的数据流。 当当ONUONU没有数据发送时，也需要填充没有数据发送时，也需要填充OLTOLT分配给自己的时隙分配给自己的时隙TDMATDMA方式方式34上行信号：分时突发发送，采用测距技术保证上行信号：分时突发发送，采用测距技术保证上行数据不发生冲突上行数据不发生冲突上行帧由突发的以太网帧上行帧由突发的以太网帧MPCPMPCP上行控制帧上行控制帧物理层的突发开销组成物理层的突发开销组成M PC P controlM PC P

34、 controlM A C controlBurst O HBurst O HD ow nstreamU pstreamB Bu ur rs st t O O N N U U 2 2B Bu ur rs st t O O N N U U 3 3B Bu ur rs st t O O N N U U 1 1IPG / i dl e code 10b sym bol sEthernet Fram e (w i th Eth. pream bl e)EPO N control Fram eBurst O H35 在各在各ONUONU向向OLTOLT发送数据的时候，得到授权的发送数据的时候，得到授权的

35、ONUONU在规定在规定时隙里发送数据包，没有得到授权的时隙里发送数据包，没有得到授权的ONUONU处于休息状态。处于休息状态。这种在上行时这种在上行时不是连续发送数据不是连续发送数据的通信模式叫的通信模式叫突发通信突发通信。 在在OLTOLT侧，物理编码子层侧，物理编码子层 PCSPCS的发送和接收都处于连续的发送和接收都处于连续的工作模式；而在的工作模式；而在ONUONU侧的侧的PCSPCS子层子层接收接收方向是连续接收方向是连续接收OLTOLT侧来的广播数据，而在侧来的广播数据，而在发送发送方向，却是在方向，却是在断断续续断断续续地工作。地工作。 因此因此EPONEPON的的PCSPCS

36、子层在面对突发发送和突发接收时也要子层在面对突发发送和突发接收时也要保持稳定。其中保持稳定。其中OLTOLT侧的突发同步和突发接收是实现侧的突发同步和突发接收是实现EPONEPON系统系统PCSPCS子层技术的关键。子层技术的关键。36 OLTOLT光接收机的快速功率恢复光接收机的快速功率恢复 要求要求OLTOLT在每个接收时隙的开始处迅速调整在每个接收时隙的开始处迅速调整0-10-1判决门限判决门限 ONUONU光发射机的突发发射和关断光发射机的突发发射和关断 为抑制自发散射噪声，要求为抑制自发散射噪声，要求ONUONU的激光器能够的激光器能够快速的冷却和回暖快速的冷却和回暖 OLTOLT光

37、接收机的突发同步技术光接收机的突发同步技术 上行接收数据相位的突变要求上行接收数据相位的突变要求OLTOLT的接收机工的接收机工作在突发模式接收状态作在突发模式接收状态 OLTOLT的接收机和的接收机和ONUONU的发射器工作在突发模式的发射器工作在突发模式37特点特点 对对IEEE802.3IEEE802.3标准的重要扩展标准的重要扩展MPCPMPCP（Muti-Point Control ProtocolMuti-Point Control Protocol多点控制协议）多点控制协议）是是MAC controlMAC control 子层的一项功能。子层的一项功能。作为作为EPON/MPC

38、PEPON/MPCP的基础，的基础，EPONEPON实现了一个实现了一个P2PP2P仿真子层仿真子层，该子层使得该子层使得P2MPP2MP网络拓扑对于高层来说就是多个点对点网络拓扑对于高层来说就是多个点对点链路的集合。该子层是通过在每个数据报的前面加上一链路的集合。该子层是通过在每个数据报的前面加上一个个LLDLLD来实现的。来实现的。MPCPMPCP使用使用消息消息，状态机状态机，定时器定时器来控制访问来控制访问P2MPP2MP（点到（点到多点）的拓扑结构。多点）的拓扑结构。38 规定了规定了OLTOLT和和ONUONU之间的控制机制之间的控制机制 PONPON将拓扑结构中的根结点认为是主设

39、备，即将拓扑结构中的根结点认为是主设备，即OLTOLT；将位于边缘部分的多个节点认为是从设；将位于边缘部分的多个节点认为是从设备，即备，即ONUONU。 MPCPMPCP在点对多点的主从设备之间规定了一种在点对多点的主从设备之间规定了一种控控制机制制机制以协调数据有效的发送和接收。提供以协调数据有效的发送和接收。提供ONUONU控制管理信息。控制管理信息。39提供提供ONUONU带宽管理信息带宽管理信息 系统运行过程中系统运行过程中上行方向在一个时刻只允许一上行方向在一个时刻只允许一个个ONUONU发送发送，位于，位于OLTOLT的高层负责处理发送的的高层负责处理发送的定定时时、不同、不同ON

40、UONU的的拥塞报告拥塞报告、以便优化、以便优化PONPON系统内系统内部的部的带宽分配带宽分配。EPONEPON系统通过系统通过MPC PDUMPC PDU来实现来实现OLTOLT与与ONUONU之间的带宽请求、带宽授权、测距等。之间的带宽请求、带宽授权、测距等。提供业务监控信息控制提供业务监控信息控制40MODE: MODE: 标记标记P2PP2P模式还是广播模式；模式还是广播模式；LLIDLLID：max nummax num3276732767；目的地址目的地址(DA)(DA)：MPCPDUMPCPDU中的中的DADA为为MACMAC控制组播地址，或者是控制组播地址，或者是MPCPDU

41、MPCPDU的目的目的端口关联的单独的端口关联的单独MACMAC地址；地址；源地址源地址(SA)(SA)：与上类似；：与上类似；Length/TypeLength/Type：MPCPDUMPCPDU进行类型编码，进行类型编码，并且承载并且承载MAC_Control_TypeMAC_Control_Type域值；域值；OpcodeOpcode：操作码指示所封装的特定：操作码指示所封装的特定MPCPDUMPCPDU；TimestampTimestamp：在：在MPCPDUMPCPDU发送时刻，时发送时刻，时间戳域传递间戳域传递localTimelocalTime寄存器中的内寄存器中的内容；容；Da

42、ta/Reserved/PADData/Reserved/PAD：这：这4040个字节用个字节用于于MPCPDUMPCPDU的有效载荷。不使用这些的有效载荷。不使用这些字节时发送时填充字节时发送时填充0 0，接收时忽略；，接收时忽略；FCSFCS：该域为帧校验序列，一般由下：该域为帧校验序列，一般由下层层MACMAC产生。产生。41 GATEGATE（OLTOLT发出）发出）opcode=0002opcode=0002 允许接收到允许接收到GATEGATE帧的帧的ONUONU立即或者在指定的时间段发立即或者在指定的时间段发送数据。送数据。 REPORTREPORT（ONUONU发出）发出）op

43、code=0003opcode=0003 向向OLTOLT报告报告ONUONU的状态，包括该的状态，包括该ONUONU同步于哪一个时间同步于哪一个时间戳、以及是否有数据需要发送。戳、以及是否有数据需要发送。 REGISTER_REQ REGISTER_REQ （ONUONU发出）发出）opcode=0004opcode=0004 在注册规程处理过程中请求注册。在注册规程处理过程中请求注册。 REGISTER REGISTER （OLTOLT发出）发出）opcode=0005opcode=0005 在注册规程处理过程中通知在注册规程处理过程中通知ONUONU已经识别了注册请求。已经识别了注册请求

44、。 REGISTER_ACK REGISTER_ACK （ONUONU发出）发出）opcode=0006opcode=0006 在注册规程处理过程中表示注册确认。在注册规程处理过程中表示注册确认。42 GATEGATE消息指示消息指示ONUONU的发送窗口的发送窗口，包，包括窗口的开始时间和长度。当括窗口的开始时间和长度。当ONUONU的的LocalTimeLocalTime计数器和计数器和GATEGATE消息中消息中的的StartTimeStartTime相同时，相同时，ONUONU开始发开始发送。送。ONUONU将给结束发送留有足够的将给结束发送留有足够的余量，从而保证在授权长度间隔余量，

45、从而保证在授权长度间隔用完前关闭激光器。用完前关闭激光器。 REPORTREPORT用于上报带宽的需求用于上报带宽的需求，也，也可用来为可用来为OLTOLT安装看门狗定时器安装看门狗定时器（watchdog Timerwatchdog Timer）。即使没有）。即使没有带宽请求，也应该周期性的产生带宽请求，也应该周期性的产生报告，这将保证报告，这将保证OLTOLT的看门狗定时的看门狗定时器不会因超时注销器不会因超时注销ONUONU。为了保证。为了保证该机制正常运转，该机制正常运转，OLTOLT将周期性地将周期性地向向ONUONU授权。授权。43指指OLTOLT对系统中的对系统中的ONUONU进

46、行注册进行注册 用于系统增加用于系统增加ONUONU或或ONUONU重新启重新启动时动时注册过程注册过程 ONUONU的执行动作：的执行动作： 在上电启动或复位时，在上电启动或复位时，ONUONU进入进入DiscoveryDiscovery状态。等待状态。等待来自来自OLTOLT的的“Discovery Discovery Gate”Gate”消息。消息。 如果所收到的消息类型为如果所收到的消息类型为 DiscoveryDiscovery，且消息中的逻，且消息中的逻辑辑PHY IDPHY ID与自己相同或为与自己相同或为缺省值时，就对此消息做缺省值时，就对此消息做出应答。出应答。 OLTOLT

47、的执行动作：的执行动作： OLTOLT以广播方式周期性的发以广播方式周期性的发送送DiscoveryDiscovery检测帧。检测帧。 响应响应ONUONU的注册请求并分配的注册请求并分配LLIDLLID44 第一个第一个gategate广播帧有注册窗广播帧有注册窗口的起始时间、窗口大小和口的起始时间、窗口大小和同步时间；同步时间； 第二个第二个gategate普通帧有请求普通帧有请求ONUONU回送回送ackack的的grantgrant信息；信息； OLT OLT可以要求可以要求ONUONU重新执行发重新执行发现进程并重新注册；现进程并重新注册； ONU ONU也可以通知也可以通知OLTO

48、LT请求注销，请求注销，然后通过发现进程进行重注然后通过发现进程进行重注册。册。 认证机制：基于认证机制：基于MACMAC认证认证45 上行方向信道中的传输是采用时分复用接入方式来共享光上行方向信道中的传输是采用时分复用接入方式来共享光纤的，各个纤的，各个ONUONU收集来自用户的信息并以收集来自用户的信息并以 1.25Gbps1.25Gbps以上的以上的高速向高速向OLTOLT发送数据，不同的发送数据，不同的ONUONU发送的数据发送的数据占用不同的时占用不同的时隙隙。 随着各种宽带业务的发展，随着各种宽带业务的发展，用户对带宽的需求肯定越来越用户对带宽的需求肯定越来越大大，如何根据不同用户

49、的，如何根据不同用户的业务类型和业务特点合理分配信业务类型和业务特点合理分配信道带宽道带宽，使网络提供者以一套最有效的手段利用网络资源，使网络提供者以一套最有效的手段利用网络资源，是决定是决定EPONEPON系统性能的关键技术之一。系统性能的关键技术之一。 EPONEPON中如果用中如果用带宽静态分配带宽静态分配，对数据通信这样的变速率业，对数据通信这样的变速率业务非常不适合，如按峰值速率静态分配带宽，则整个系统务非常不适合，如按峰值速率静态分配带宽，则整个系统带宽非常快就被耗尽，带宽利用率非常低，而动态带宽分带宽非常快就被耗尽，带宽利用率非常低，而动态带宽分配使系统带宽利用率大幅度提高。配使

50、系统带宽利用率大幅度提高。 46 什么是什么是DBA?DBA?- DBA, Dynamically Bandwidth Assignment(- DBA, Dynamically Bandwidth Assignment(动态带宽分配动态带宽分配) )- DBA- DBA相对于静态带宽分配（相对于静态带宽分配（SBASBA），是指实时地在微秒或毫秒级），是指实时地在微秒或毫秒级的时间间隔改变的时间间隔改变PONPON中各中各ONUONU上行带宽的机制或根据带宽状态和上行带宽的机制或根据带宽状态和ONUONU需求动态（合理）分配需求动态（合理）分配ONUONU的上行带宽。使终端用户享有更好的上行

51、带宽。使终端用户享有更好的服务。的服务。 为什么需要为什么需要DBADBA？- - 可以提高可以提高PONPON端口的上行线路带宽利用率；端口的上行线路带宽利用率；- - 可以在可以在PONPON口上增加更多的用户；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；比较大的业务；- - 实现高效的实现高效的上行带宽利用率上行带宽利用率和和服务质量保证。服务质量保证。 由于直接关系到上行信道的利用率和数据时延，由于直接关系到上行信道的利用率和数据时延，DBADBA技术是技术是MACMAC层层技术的关键。

52、技术的关键。 47 基于基于轮询的带宽分配轮询的带宽分配方案方案先由先由OLTOLT对已注册的对已注册的ONUONU进行轮询，进行轮询，发信发信ONUONU通过上行信道向通过上行信道向OLTOLT提出带宽申请，再由提出带宽申请，再由OLTOLT进行调度，进行调度，决定决定ONUONU发送数据帧，并将调度信息通过下行信道发送给发送数据帧，并将调度信息通过下行信道发送给ONUONU，这，这样就可以从逻辑上解决共享信道带宽分配的问题。样就可以从逻辑上解决共享信道带宽分配的问题。 根据业务的优先级，系统对每个根据业务的优先级，系统对每个ONUONU设置设置SLASLA，对业务的带宽，对业务的带宽进行限

53、制。进行限制。 最大带宽和最小带宽是对每个最大带宽和最小带宽是对每个ONUONU的带宽进行极限限制，保证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。最高，视频业务优先级次之，数据业务的优先级最低。 ONUONU实时地向实时地向OLTOLT汇报当前的汇报当前的业务需求，业务需求，OLTOLT根据业务和根据业务和SLASLA及及ONUONU的实际情况进行带宽许可，给的实际情况进行带宽许可，给ONUONU一个或多个时隙，优先一个或多个时隙，优先级高的可以得到更高的带宽，

54、满足业务需求。级高的可以得到更高的带宽，满足业务需求。48 基于基于集中控制方式方案集中控制方式方案- -所有的所有的ONUONU的上行信息发送，都要向的上行信息发送，都要向OLTOLT申请带宽申请带宽-OLT-OLT根据根据ONUONU的请求按照一定的算法给予带宽（时隙）占用的请求按照一定的算法给予带宽（时隙）占用授权；授权；- -分配准许算法的基本思想是：各分配准许算法的基本思想是：各ONUONU利用上行可分割时隙反利用上行可分割时隙反映信元到达的时间分布并请求带宽，映信元到达的时间分布并请求带宽，OLTOLT根据各根据各ONUONU的请求的请求公平合理地分配带宽，并同时考虑处理超载、信道

55、有误码、公平合理地分配带宽，并同时考虑处理超载、信道有误码、有信元丢失等情况的处理。有信元丢失等情况的处理。49EPONEPON中各中各ONUONU采用时分方式，所以采用时分方式，所以OLTOLT和和ONUONU在开始通信之前必须在开始通信之前必须达到同步，否则同一达到同步，否则同一OLTOLT下面的不同下面的不同ONUONU发送的信息会发生碰撞。发送的信息会发生碰撞。要使整个系统达到同步，必须有一个共同的参考时钟，在要使整个系统达到同步，必须有一个共同的参考时钟，在EPONEPON中以中以OLTOLT时钟为参考时钟时钟为参考时钟，各个，各个ONUONU时钟和时钟和OLTOLT时钟同步。时钟同

56、步。OLTOLT周期性的周期性的广播发送同步信息广播发送同步信息给各个给各个ONUONU，使其调整自己的时，使其调整自己的时钟。钟。EPONEPON同步的要求是在某一同步的要求是在某一ONUONU的时刻的时刻T(ONUT(ONU时钟时钟) )发送的信息比特，发送的信息比特，OLTOLT必须在时刻必须在时刻T(OLTT(OLT时钟时钟) )接收他。接收他。在在EPONEPON中由于各个中由于各个ONUONU到到OLT OLT 的距离不同，所以传输时延各不相的距离不同，所以传输时延各不相同，要达到系统同步，同，要达到系统同步，ONUONU的时钟必须比的时钟必须比OLTOLT的时钟有一个时间提的时钟

57、有一个时间提前量，这个时间提前量就是上行传输时延，也就是如果前量，这个时间提前量就是上行传输时延，也就是如果OLTOLT在时刻在时刻0 0发送一个比特，发送一个比特，ONUONU必须在他的时刻必须在他的时刻RTT(RTT(往返传输时延往返传输时延) )接收。接收。RTTRTT等于下行传输时延加上上行传输时延，这个等于下行传输时延加上上行传输时延，这个RTTRTT必须知道并传必须知道并传递给递给ONUONU。获得获得RTTRTT的过程即为的过程即为测距测距(ranging)(ranging)。50定时方法：定时方法：所有所有ONUONU都与都与OLTOLT的唯一时钟同步的唯一时钟同步主要是用主要

58、是用时间戳时间戳域来完成的。域来完成的。时间戳定义：时间戳定义：时间戳域使用个字节。时间戳域使用个字节。时间戳所标识的是在时间戳所标识的是在MACMAC控制帧上传到控制帧上传到MACMAC层时层时OLTOLT的的计数值。计数值。计数值宽度为计数值宽度为1616位或位或3232位，计数单位为位，计数单位为16ns16ns 定时过程：定时过程： OLTOLT以自己本地的计数器插入以自己本地的计数器插入timestamptimestamp域中域中 ONUONU以本地计数值插入以本地计数值插入timestamptimestamp域中域中 ONUONU根据收到的根据收到的OLTOLT的的timestam

59、ptimestamp更新自己的计数器更新自己的计数器 OLTOLT根据收到的根据收到的ONUONU的的timestamptimestamp计算差值计算差值（测距）（测距）51OLTOLT与各与各ONUONU间的环路时延不同：间的环路时延不同：各各ONUONU距距 OLTOLT的光纤路径不同；的光纤路径不同；各各ONUONU元器件的不一致性；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的变化准确测量各个准确测量各个ONUONU到到OLTOLT的距离，并精确调整的距离，并精确调整ONUONU的发送的发送时延，可以减小时延，可以

60、减小ONUONU发送窗口间的间隔，从而提高上行发送窗口间的间隔，从而提高上行信道的利用率并减小时延信道的利用率并减小时延 测距包括静态测距和动态测距：测距包括静态测距和动态测距：在新在新ONUONU的注册阶段进行静态粗测，这是对物理距离的注册阶段进行静态粗测，这是对物理距离差异进行的时延补偿；差异进行的时延补偿；在通信过程中实时进行动态精测，以校正由于环境温在通信过程中实时进行动态精测，以校正由于环境温度变化和器件老化等因素引起的时延漂移。度变化和器件老化等因素引起的时延漂移。52 测距要求测距要求 补偿因补偿因ONUONU距离不同而产生的时延差异：距离不同而产生的时延差异：RTTRTT（Ro