第2章第3节EPON技术原理和实际系统(陈柏年)

1、第第2章第章第3节节 EPON技术原理和实际系统技术原理和实际系统 （摘要）（摘要）陈陈 柏柏 年年 浙江传媒学院浙江传媒学院2一、预备知识一、预备知识（一）光纤的工作窗口（可用工作波长区）（一）光纤的工作窗口（可用工作波长区）光纤的三个工作窗口光纤的三个工作窗口： 850nm窗口窗口 （780nm850nm）常用于多模光纤通信，未得到很好使用 1310nm窗口窗口（1260nm1360nm）应用广泛，主要用于中距离、中容量的传输 1550nm窗口窗口 （1480nm1580nm）用于长距离、大容量的传输现已打开了第四个工作窗口：1625nm 3（二）（二）光纤在接入网中的延伸光纤在接入网中的

2、延伸ONUOBD中中心心局局ONUONUBuildingOBDOBD FTTC FTTB FTTH homeOLTOAN的应用示意图的应用示意图 根据ONU位置（光纤向用户端延伸的程度光纤向用户端延伸的程度），OAN可分为三种应用类型三种应用类型 1、光纤到路边 FTTC 2、光纤到楼 FTTB 3、光纤到家/办公室 FTTH/O 4（三）目前有线电视双向网主要接入技术（三）目前有线电视双向网主要接入技术 （1）HFC接入，也即CMTS+ Cable Modem接入， （2）EPON+LAN， （3）EPON +EOC（C- DOCSIS、HINOC、C- Home plug AV等）， （4

3、）FTTH等。5二、光纤接入网二、光纤接入网 （一）（一）光接入网光接入网OAN （Optical Access Network） 1、什么是光接入网、什么是光接入网? 以光纤为传输介质，并利用光波作为光载波传送信号以光纤为传输介质，并利用光波作为光载波传送信号的接入网。的接入网。 2、光接入网概念、光接入网概念： 采用基带数字光纤传输技术、传输双向交互式业务的接入网络。 由一个共享同样网络侧接口且由光接入传输系统支持的一系列接入链路组成。63 3、光纤接入网的定义、光纤接入网的定义 光纤接入网是共享同样网络侧接口且由光接入传光纤接入网是共享同样网络侧接口且由光接入传输系统支持的一系列接入链路

4、输系统支持的一系列接入链路，它由一个光线路光线路终端终端OLT （Optical Line Terminal）、至少一个光光配线网配线网ODN （Optical Distribution Network）、至少一个光网络单元光网络单元ONU （Optical Network Unit）以及适配设施适配设施AF （Adaptation Function）所组成，它可能包含若干与同一OLT相连的ODN，它还包括光接入网的系统管理单元光接入网的系统管理单元OAN-OAM （Optical Access Network-Optical Administration Maintenance）。 74、光

5、纤接入网系统的基本配置、光纤接入网系统的基本配置8（二）光接入网组成（二）光接入网组成1. 光线路终端光线路终端OLT（Optical Line Termination）：提提供网络侧与本地交换机之间的接口并经一个或多供网络侧与本地交换机之间的接口并经一个或多个个ODN与用户侧的与用户侧的ONU通信通信。2. 光配线网光配线网ODN（Optical Distribution Network）：为为OLT与与ONU之间提供光传输手段，完成光信号之间提供光传输手段，完成光信号功率的分配功率的分配。3. 光网络单元光网络单元ONU（Optical Network Unit） ：提供提供直接的或远端的

6、用户侧接口直接的或远端的用户侧接口。4. 适配功能适配功能AF（Adapter Function） ：为为ONU和用和用户设备提供适配功能户设备提供适配功能，具体物理实现则既可以包含在ONU内，也可以完全独立。9ITU-T G.982建议提出光接入网（建议提出光接入网（OAN）功）功能参考配置能参考配置10（三）光接入网的分类（三）光接入网的分类 根据光分配网是采用有源或无源设备，OAN分AON和PON 1、有源光网络、有源光网络AON（Active Optical Network） ODN中含有光放大器等有源器件，中含有光放大器等有源器件，也称为光配线终端ODT （Optical Distr

7、ibuting Terminal ） 特点： 传输容量大：155Mb/s或622Mb/s的接入速率 传输距离远：不加中继器，距离为几十或上百公里 技术成熟：无论PDH设备还是SDH设备，都已广泛应用 给有源设备供电是一件麻烦事 2、无源光网络、无源光网络PON （Passive Optical Network ） ODN全部由光分路器等无源器件组成，且不含任何有源全部由光分路器等无源器件组成，且不含任何有源节点的光接入网节点的光接入网。 APON、EPON和GPON11三、无源光网络三、无源光网络PON （一）（一） PON简介简介 1、什么是、什么是PON? PON是无源光网络无源光网络（P

8、assive Optical Networks）的缩写。 PON有APON（BPON）、GPON、EPON（GEPON）之分。其中，APON （BPON）、 GPON是由ITU制定的标准，EPON是由IEEE制定的标准。 APON、GPON、EPON的网络拓扑结构相似，其主要差异在于不同的二层技术主要差异在于不同的二层技术。APON、GPON采用的是ATM技术，EPON基于以太网技术。12（二）（二）PON的两个标准体系的两个标准体系13（三）（三）PON的基本概念的基本概念 1、无源光网络、无源光网络PON：基于点到多点（基于点到多点（P2MP）拓扑结构、利用光纤和光无源器件进行物理层传拓扑

9、结构、利用光纤和光无源器件进行物理层传输的光网络。输的光网络。 ODN全部由无源器件组成全部由无源器件组成（无源光分路器等） 信号在传输过程中无再生放大 信号由光分路器、无源光功率分配器等传至用户 实现透明传输，信号处理全由局端和用户端设备完成 2、与有源光网络比的优势、与有源光网络比的优势： 覆盖范围和传输距离更小 可靠性更高（户外无有源设备，提高抗干扰能力） 价格更低、安装维护更方便 是光接入网有发展潜力的技术（价格、维护等优势）143、PON的系统结构的系统结构OLTONU1ONU2ONUnPON用户用户用户用户用户用户OBD业业务务网网络络UNISNIODN 组成组成：OLT、ODN、

10、ONU，且ODN中全是光缆、光连接器和光分路器光分路器OBD （Optical Branching device）等无源光器件 共享介质 逻辑上是点到多点结构，物理拓扑可有多种形式15（四）（四）PON的数据传输的数据传输 1、下行、下行：OLT向各ONU采用广播通信方式，传输连续时隙流（下行帧） 局端数据 OLT 封装成连续时隙流下行帧 以广播方式传送 各ONU收到信元流，取出属于自己的数据用户终端 2、上行、上行：采用TDMA技术（动态分配），突发传送时隙流（上行帧） 各ONU共享上行信道，且数据突发性强。 各ONU向OLT申请带宽OLT授权ONU发送（上行的发送时隙、带宽分配等） 获得授

11、权的ONU在指定时隙发送16（五）（五） PON的拓扑结构的拓扑结构17四、以太无源光网络四、以太无源光网络EPON （Ethernet Passive Optical Network） （一）（一） EPON基本概念基本概念 1、以太无源光网络、以太无源光网络EPON：采用采用PON的拓扑结构实现以太的拓扑结构实现以太网的接入的网络。网的接入的网络。 EPON采用点到多点结构，无源光纤传输方式，在以太网上采用点到多点结构，无源光纤传输方式，在以太网上提供多种业务提供多种业务。 EPON不需任何复杂的协议，光信号就能精确传送到终端用户，来自终端用户的数据也能被集中传送到中心网络。182、EPO

12、N标准标准 EPON标准标准： IEEE 802.3ah 定义内容定义内容：EPON的物理层、MPCP（多点控制协议）、OAM（运行管理维护）等相关内容。 EPON的OLT和ONU之间的连接要通过逻辑链路的控制，即LLID技术。19IEEE 802.3ah内容内容 两种两种EPON的光接口的光接口：1000BASE-PX10-U/D和1000BASE-PX20-U/D，分别工作在10km范围和20km范围的EPON光接口； 多点控制协议（多点控制协议（MPCP）：使EPON系统具备了下行广播发送，上行TDMA（时分多址接入）的工作机制； 可选的可选的OAM层功能层功能：为EPON系统提供了一种

13、运营、维护、管理的机制。203、 EPON的基本描述的基本描述 基于Ethernet和PON技术 在PON上传送Ethernet帧，长度可变 网络结构与APON类似 MAC协议与APON不同 速率速率：下行 百兆/千兆，广播方式 上行 百兆/千兆，共享 传输技术传输技术： 下行数据采用广播方式的时分复用TDM 上行数据采用时分多址TDMA，以突发的方式由各ONU依次向OLT发送请求，需要注意的是在某一时刻只能有一个ONU处于活动状态21 （1）高带宽高带宽：从目前的技术上看，EPON的下行信道为几百/几千Mbit/s的广播方式；上行信道为用户共享的几百/几千Mbit/s信道。 （2）低成本低成

14、本：EPON提供较大的带宽和较低的用户设备成本，它采用PON结构，使EPON网络中减少了大量的光纤和光器件以及维护的成本，降低了预先支付的设备资金和与SDH及ATM有关的运行成本。 （3）易兼容易兼容：EPON互连互通容易，各个厂家生产的网卡都能互连互通。以太网技术是目前最成熟的局域网技术。4、EPON的优点的优点22（二）（二）EPON接入网结构接入网结构232、EPON的的3个部件个部件 （1）OLT放在中心机房，既是一个交换机或路由器，又是一个多业务提供平台，它提供面向无源光纤网络的光纤接口。根据IEEE 802.3协议，将数据封装为可变长度的数据包，以广播方式传输给所有ONU。 （2）

15、 POS （Passive Optical Splitter）是无源光纤分路器，是一个连接OLT和ONU的无源设备，它的功能是分发下行数据并集中上行数据。 （3） ONU放在网络接口单元附近或与其合为一体。主要功能是选择接收OLT发送的广播数据；响应OLT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OLT分配的发送窗口中向上行方向发送；实现其他相关的以太网功能。24 一般一个POS（Passive Optical Splitter）的分光数分光数为为8、16、32、64，并可以多级连接，一个OLT PON端口下最多可以连接的ONU数量与设备密切相关，一般是固定的。

16、在EPON中系统，OLT到到ONU间的距离最大可达间的距离最大可达20km。 在下行方向下行方向，IP数据、语音、视频等多种业务由位于中心局的OLT，采用广播方式采用广播方式，通过ODN中的1：N无源分光器分配到PON上的所有ONU单元。 在上行方向上行方向，来自各个ONU的多种业务信息互不多种业务信息互不干扰地通过干扰地通过ODN中的中的1：N无源分光器耦合到同无源分光器耦合到同一根光纤，一根光纤，最终送到位于局端OLT接收端。25（三）（三）EPON光路波长分配光路波长分配 EPON光路可以使用2个波长，也可以使用3个波长。 （1）使用）使用2个波长时个波长时，下行使用1490nm波长，上

17、行使用1310nm波长，这种系统可用于分配数据、语音和IP交换式数字视频（SDV）业务给用户。 （2）使用三个波长）使用三个波长1490nm、1310nm和1550nm时，其中的1550nm专门用于传送CATV业务，或者DWDM业务；1490nm和1310nm两个波长传送数据业务，1490nm传送下行数据，1310nm携带上行数据。目前普遍使用的是三波长的光路分配。26（四）（四）EPON的的信号复用信号复用 EPON的上、下行均采用时分复用的上、下行均采用时分复用 下行方向下行方向采用广播方式广播方式，每一个ONU将接收到所有下行信息，根据其MAC地址提取有用信号。 上行方向上行方向采用时分

18、方式时分方式共享系统。为了避免数据碰撞和公平的信道共享，采用OLT分配静态或者分配静态或者动态带宽动态带宽的方式，给每个ONU分配一个时间没有重叠、时隙可变的传输窗口，用于ONU数据的传递。上、下行信息速率均为1 Gb/s 其物理层编码方式为8B/10B码，所以其线路码速率为1.25Gb/s 由一根光纤采用波分复用实现全双工通信27EPON的的信号复用信号复用28（五）（五）EPON的协议模型的协议模型29EPON增加了多点控制协议增加了多点控制协议MPCP MPCP协议功能：MAC控制子层MAC-C的一部分内容，是MAC控制层的组件，主要完成两种功能两种功能：ONU自动发现、注册和测距。 Physical Network LLCMACPhysical Network LLCMACMAC-CEthernetEPON30测距和测距和ONU数据发送时刻控制数据发送时刻控制 “测距测距”：测量每个ONU与OLT之间的传输距离。在信号传输速度一定的情况下，传输距离等效于传输时延。 测距的实质测距的实质：测量测量ONU与与OLT之间的传输时延之间的传输时延。 测距的原因测距的原因：在TDMA系统中，为了避免各ONU信号在共享馈线光纤中发生碰撞，OLT必须采用测距技术，精确测出每个ONU