第5章光纤接入网技术-副本

1、第第 5 5 章章 光纤接入网技术光纤接入网技术 本章介绍光纤接入网技术，主要内容包括：本章介绍光纤接入网技术，主要内容包括： 光纤接入网概述光纤接入网概述 ATM无源光网络（无源光网络（APON）接入技术）接入技术 以太网无源光网络（以太网无源光网络（EPON）接入技术）接入技术 吉比特无源光网络（吉比特无源光网络（GPON）接入技术）接入技术 有源光网络（有源光网络（AON）接入技术）接入技术光纤接入网概述光纤接入网概述5.15.1ATMATM无源光网络（无源光网络（APONAPON）接入）接入技术技术5.25.2以太网无源光网络（以太网无源光网络（EPONEPON）接入技术）接入技术5.

2、35.3吉比特无源光网络（吉比特无源光网络（GPONGPON）接入技术）接入技术5.45.4有源光网络（有源光网络（AONAON）接入技术）接入技术5.55.5 5.1.1 光纤接入网的定义及优点光纤接入网的定义及优点 1、光纤接入网的定义、光纤接入网的定义 光纤接入网光纤接入网(OAN)是指在是指在接入网中用光纤作为接入网中用光纤作为主要传输媒介来实现信息传送的网络形式，主要传输媒介来实现信息传送的网络形式，或者或者说是业务节点与用户之间采用光纤通信或部分采说是业务节点与用户之间采用光纤通信或部分采用光纤通信的接入方式。用光纤通信的接入方式。（1）支持更高速率的宽带业务；）支持更高速率的宽带

3、业务；（2）有效解决接入网的）有效解决接入网的“瓶颈效应瓶颈效应”问题；问题；（3）传输距离长；）传输距离长；（4）质量高、可靠性好；）质量高、可靠性好；（5）易于扩容和维护。）易于扩容和维护。 5.1.2 光纤接入网的功能参考配置光纤接入网的功能参考配置 AON主要包含如下配置。主要包含如下配置。 四种基本功能模块：四种基本功能模块： 光线路终端光线路终端(OLT) 光分配网络光分配网络(ODN)/光远程终端光远程终端(ODT) 光网络单元光网络单元(ONU) AN系统管理功能块系统管理功能块 五个参考点：五个参考点： 光发送参考点光发送参考点S 光接收参考点光接收参考点R 与业务节点间的参

4、考点与业务节点间的参考点V 与用户终端间的参考点与用户终端间的参考点T AF与与ONU间的参考点间的参考点a 三个接口：三个接口： 网络维护接口网络维护接口Q3， 用户网络接口用户网络接口UNI 业务节点接口业务节点接口SNI。 OLT OLT，是光接入网的核心部件，相当于传统，是光接入网的核心部件，相当于传统通信网中的交换机或路由器，同时也是一个多业通信网中的交换机或路由器，同时也是一个多业务提供平台。务提供平台。 一般放置在局端，提供面向用户的无源光纤一般放置在局端，提供面向用户的无源光纤网络的光纤接口网络的光纤接口 OLT的作用是为光接入网提供网络侧与本地的作用是为光接入网提供网络侧与本

5、地交换机之间的接口，并经过一个或多个交换机之间的接口，并经过一个或多个ODN与用与用户侧的户侧的ONU通信。通信。 OLT与与ONU的关系为主从通信关系。的关系为主从通信关系。 OLT对来自对来自ONU的信令和监控信息进行管理的信令和监控信息进行管理，从而为从而为ONU和自身提供维护与供给功能。和自身提供维护与供给功能。有有OLT的典型组网方式的典型组网方式业务部分：业务部分：提供业务接口功能，包括接口适配、提供业务接口功能，包括接口适配、接口保护等，以及在需要时具有特定业务的信令接口保护等，以及在需要时具有特定业务的信令处理和媒质传输制式的转换功能处理和媒质传输制式的转换功能核心部分：核心部

6、分：包括汇聚分发、业务处理和包括汇聚分发、业务处理和ODN适配适配功能功能公共部分：公共部分：包括供电与包括供电与OAM功能功能 是光网络中的用户端设备，放置在用户端，是光网络中的用户端设备，放置在用户端，与与OLT配合使用，实现以太网二层、三层功能，配合使用，实现以太网二层、三层功能，为用户提供语音、数据和多媒体业务。为用户提供语音、数据和多媒体业务。ONU位于位于ODN和用户之间，和用户之间，ONU的网络侧具的网络侧具有光接口，而用户侧为电接口，因此需要有光接口，而用户侧为电接口，因此需要具有光具有光/电和电电和电/光变换功能光变换功能，并能实现对各种电信号的，并能实现对各种电信号的处理与

7、维护管理功能。处理与维护管理功能。ONU主要实现的功能是主要实现的功能是： 选择接收选择接收OLT发送的数据。发送的数据。 响应响应OLT发出的管理命令，并作相应的调发出的管理命令，并作相应的调整。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分配的发送窗口中向上行方向发送。分配的发送窗口中向上行方向发送。 其他用户管理功能。其他用户管理功能。 ODN（Optical Distribution Network , 光分配光分配网络）网络） ODN/ODT为为ONU和和OLT提供光传输媒介作为提供光传输媒介作为其间的物理连接其间的物理连接，即传输设施。，即传输设施。

8、 根据传输设施中是否采用有源器件，光纤接根据传输设施中是否采用有源器件，光纤接入网分为入网分为有源光网络（有源光网络（AON）和和无源光网络无源光网络（PON）。）。 有源光网络（有源光网络（AON则指的是则指的是OAN的传输设施中含有源器的传输设施中含有源器件，件，即为光远程终端（即为光远程终端（ODT）；）； 而而无源光网络（无源光网络（PON）指的是指的是OAN中的传输设施全部由无源中的传输设施全部由无源器件组成，器件组成，即为光分配网络（即为光分配网络（ODN）。）。 AN系统管理功能块是系统管理功能块是对光纤接入网进行维对光纤接入网进行维护管理护管理的功能模块，其管理功能包括配置管理

9、、的功能模块，其管理功能包括配置管理、性能管理、故障管理、安全管理及计费管理。性能管理、故障管理、安全管理及计费管理。 1 1、有源光网络、有源光网络 （AONAON） 有源光网络有源光网络 （AON）是）是传输设施中采用有源传输设施中采用有源器件。器件。 有源光网络由有源光网络由OLT、ONU、光远程终端光远程终端（ODT）和和光纤传输线路光纤传输线路构成。构成。 AON通常用于电话接入网，通常用于电话接入网，其传输体制有其传输体制有PDH和和SDH，一般采用，一般采用SDH（或（或MSTP（Multi-Service Transfer Platform） 技术）。技术）。 网络结构大多为环

10、形，网络结构大多为环形，ONU兼有兼有SDH环形环形网中网中ADM（分插复用器）（分插复用器）设备的功能。设备的功能。 在数字传输系统中，有两种数字传输系列，在数字传输系统中，有两种数字传输系列，一种叫一种叫“准同步数字系列准同步数字系列”（Plesiochronous Digital Hierarchy），简称），简称PDH； 另一种叫另一种叫“同步数字系列同步数字系列”（Synchronous Digital Hierarchy），简称），简称SDH。 PDH是指是指在数字通信网的每个节点上都分别在数字通信网的每个节点上都分别设置高精度的时钟，设置高精度的时钟，这些时钟的信号都具有统一这些

11、时钟的信号都具有统一的标准速率。的标准速率。 尽管每个时钟的精度都很高，但总还是有一尽管每个时钟的精度都很高，但总还是有一些微小的差别。为了保证通信的质量，些微小的差别。为了保证通信的质量，要求这些要求这些时钟的差别不能超过规定的范围。时钟的差别不能超过规定的范围。 因此，这种同步方式严格来说不是真正的同因此，这种同步方式严格来说不是真正的同步，所以叫做步，所以叫做“准同步准同步”。 在以往的电信网中，多使用在以往的电信网中，多使用PDH设备。设备。这种这种系列对传统的点到点通信有较好的适应性。系列对传统的点到点通信有较好的适应性。 而随着数字通信的迅速发展，点到点的直而随着数字通信的迅速发展

12、，点到点的直接传输越来越少，而大部分数字传输都要经过转接传输越来越少，而大部分数字传输都要经过转接，因而接，因而PDH系列便不能适合现代电信业务开发系列便不能适合现代电信业务开发的需要，以及现代化电信网管理的需要。的需要，以及现代化电信网管理的需要。 SDH就是适应这种新的需要而出现的传输就是适应这种新的需要而出现的传输体系。体系。 最早提出最早提出SDH概念的是美国贝尔通信研究概念的是美国贝尔通信研究所，称为所，称为光同步网络（光同步网络（SONET）。）。 它是高速、大容量光纤传输技术和高度灵它是高速、大容量光纤传输技术和高度灵活、又便于管理控制的智能网技术的有机结合。活、又便于管理控制的

13、智能网技术的有机结合。 最初的目的是在光路上实现标准化最初的目的是在光路上实现标准化，便于，便于不同厂家的产品能在光路上互通，从而提高网络不同厂家的产品能在光路上互通，从而提高网络的灵活性。的灵活性。 1988年，国际电报电话咨询委员会（年，国际电报电话咨询委员会（CCITT）接受了）接受了SONET的概念，重新命名为的概念，重新命名为“同步数同步数字系列（字系列（SDH）”，使它，使它不仅适用于光纤，也适不仅适用于光纤，也适用于微波和卫星传输的技术体制，用于微波和卫星传输的技术体制，并且使其网络并且使其网络管理功能大大增强。管理功能大大增强。 它它有统一的比特率有统一的比特率，统一的接口标准

14、，为，统一的接口标准，为不同厂家设备间的互联提供了可能。不同厂家设备间的互联提供了可能。 无源光网络（无源光网络（PON）中传输设施）中传输设施ODN是由是由无源光元件组成的无源光分配网，主要的无源光无源光元件组成的无源光分配网，主要的无源光元件有：元件有：光纤光纤、光连接器光连接器、无源光分路器无源光分路器OBD（分光器分光器）和）和光纤接头光纤接头等。等。 根据采用的技术不同，无源光网络（根据采用的技术不同，无源光网络（PON）又可以分为以下几类。又可以分为以下几类。 APON基于基于ATM的无源光网络（在的无源光网络（在PON中采用中采用ATM技术），技术），后更名为宽带后更名为宽带PO

15、N（BPON）； EPON基于以太网的无源光网络（基于以太网的无源光网络（采用采用PON的拓扑结构实现以太网帧的接入的拓扑结构实现以太网帧的接入）；）； GPONGPON 业务是业务是BPON 的一种的一种扩展。扩展。 1、无源光网络（、无源光网络（PON）的拓扑结构）的拓扑结构 无源光网络（无源光网络（PON）的拓扑结构一般采）的拓扑结构一般采用用星形星形、树形树形和和总线形总线形。 星形结构包括单星形结构包括单星形结构星形结构和和双星形结构双星形结构。 单星形结构单星形结构 单星形结构是指单星形结构是指用户端的每一个光网络单元用户端的每一个光网络单元(ONU)分别通过一根或一对光纤与分别通

16、过一根或一对光纤与OLT相连，相连，形成形成以光线路终端以光线路终端(OLT)为中心向四周辐射的星型连接为中心向四周辐射的星型连接结构。结构。单星型结构特点：单星型结构特点： 光纤连接中不使用光纤连接中不使用OBD，不存在由分路器引，不存在由分路器引入的光信号衰减，入的光信号衰减，网络覆盖的范围大网络覆盖的范围大；线路中没；线路中没有有源电子设备，是一个纯无源网络，有有源电子设备，是一个纯无源网络，线路维护线路维护简单简单；采用相互独立的光纤信道，；采用相互独立的光纤信道，ONU之间互不之间互不影响且影响且保密性好保密性好，易于升级易于升级。 但是光缆需要量大，光纤需要量大，光线和但是光缆需要

17、量大，光纤需要量大，光线和光源无法共享，光源无法共享，成本较高成本较高。 双星形结构单星形结构的改进，双星形结构单星形结构的改进，多个光网多个光网络单元络单元(ONU)均连接到无源光分路器均连接到无源光分路器OBD（分光（分光器），然后通过一根或一对光纤再与器），然后通过一根或一对光纤再与OLT相连相连，如图如图5-6所示。所示。 双星型结构适合网径更大的范围双星型结构适合网径更大的范围，且维护费，且维护费用低、易于扩容升级、业务变化灵活。用低、易于扩容升级、业务变化灵活。 是目前采用比较广泛的一种结构。是目前采用比较广泛的一种结构。 树形结构树形结构是光纤接入网星形结构的扩展，是光纤接入网星

18、形结构的扩展，如图如图5-7所示。所示。 连接连接OLT的第的第1个光分路器个光分路器(OBD)将光分成将光分成n路，下一级连接第路，下一级连接第2级级OBD或直接连接或直接连接ONU，最，最后一级的后一级的OBD连接连接n个个ONU。树形结构的特点：树形结构的特点： 线路维护容易，不存在雷电及电磁干扰，线路维护容易，不存在雷电及电磁干扰，可靠性高。可靠性高。 但是由于但是由于OLT的一个光源提供给所有的一个光源提供给所有ONU的的光功率，光源的功率有限，光功率，光源的功率有限，限制了所连接限制了所连接ONU的的数量及光信号的传输距离数量及光信号的传输距离。适合于沿街道、公路线状分布的用户环境

19、。适合于沿街道、公路线状分布的用户环境。采用非均匀分光的分光器沿线状排列。采用非均匀分光的分光器沿线状排列。总线型结构特点：总线型结构特点： 非均匀的分光器只引入少量的损耗给总线，非均匀的分光器只引入少量的损耗给总线，并且只从光总线中分出少量的光功率。并且只从光总线中分出少量的光功率。 但是由于光纤线路存在损耗，使在靠近但是由于光纤线路存在损耗，使在靠近OLT和远离和远离OLT处接收到的光信号强度有较大的差别处接收到的光信号强度有较大的差别，因此对，因此对ONU中光接收机的动态范围要求较高。中光接收机的动态范围要求较高。 有源光网络（有源光网络（AON）的拓扑结构一般）的拓扑结构一般采用采用双

20、星形双星形、链形链形和和环形环形结构。结构。（1）有源双星形结构）有源双星形结构 引入了远端节点引入了远端节点RN/RT。通过向新设的远。通过向新设的远端节点分配一些服用功能，或者附加一些有限的端节点分配一些服用功能，或者附加一些有限的交换功能，来减少馈线段光纤的数量，以克服星交换功能，来减少馈线段光纤的数量，以克服星形结构成本高的缺点。形结构成本高的缺点。 适于传输距离较远，用户密度较高的企事适于传输距离较远，用户密度较高的企事业用户区和住宅居民用户区。业用户区和住宅居民用户区。 远端节点可以采用远端节点可以采用SDH复用器。复用器。 当当涉及通信的所有点串联起来并使首末两个点涉及通信的所有

21、点串联起来并使首末两个点开放开放时就形成了链形结构（线形结构）。时就形成了链形结构（线形结构）。 图中的图中的远端节点远端节点RN可以采用可以采用SDH分插复用器分插复用器（ADM），ADM具有十分经济灵活的上下低速业具有十分经济灵活的上下低速业务的能力，可以节省光纤并简化设备（务的能力，可以节省光纤并简化设备（ADM兼有兼有ONU的功能）。的功能）。 环形结构是指环形结构是指所有节点共用一条光纤链路，所有节点共用一条光纤链路，光纤链路首尾相接组成封闭回路光纤链路首尾相接组成封闭回路的网络结构。的网络结构。 这种结构的这种结构的突出优点突出优点是可实现是可实现自愈自愈。缺点缺点是是单环所挂用户

22、有限单环所挂用户有限。 自愈自愈无需外界干扰，网络就可以在较短无需外界干扰，网络就可以在较短的时间内自动从失效故障中恢复所传业务。的时间内自动从失效故障中恢复所传业务。 有源光网络和无源光网络的区别：有源光网络和无源光网络的区别： 有源光网络中有源光网络中，ONU设备串联在光纤网络中设备串联在光纤网络中，每个，每个ONU收到的信号是经上级收到的信号是经上级ONU光光-电电-光变光变换后的信号。换后的信号。 而在而在无源光网络中无源光网络中，ONU设备是通过光分路设备是通过光分路器并接在光纤网络上，各器并接在光纤网络上，各ONU收到的信号都由收到的信号都由OLT直接发送下来。直接发送下来。 当网

23、络需要增加支路时当网络需要增加支路时，有源光网络有源光网络系统系统必须在支路节点增加光接口板以实现光方向的必须在支路节点增加光接口板以实现光方向的增加，而增加，而无源光网络无源光网络系统则只需更换光分路器系统则只需更换光分路器，采用分路数更多的光分路器即可增加光方向，采用分路数更多的光分路器即可增加光方向，因此无源光网络系统扩充比有源光网络系统，因此无源光网络系统扩充比有源光网络系统更方便，且投资成本更低。更方便，且投资成本更低。 按照光纤接入网的参考配置，根据光网络单元按照光纤接入网的参考配置，根据光网络单元(ONU)设置的位置不同，光纤接入网可分成不同种设置的位置不同，光纤接入网可分成不同

24、种应用类型，主要包括：应用类型，主要包括： 光纤到路边光纤到路边(FTTC) 光纤到大楼光纤到大楼(FTTB) 光纤到家光纤到家(FTTH)或光纤到办公室或光纤到办公室(FTTO)FTTB（Fiber To The Building）: 是是FTTX+LAN的一种网络连接模式，主要是将的一种网络连接模式，主要是将光信号接入办公大楼或者公寓大厦的总配线箱内部光信号接入办公大楼或者公寓大厦的总配线箱内部，实现光纤信号的接入，而在办公室大楼或公寓大，实现光纤信号的接入，而在办公室大楼或公寓大厦的内部，则仍然是利用同轴电缆、双绞线或光纤厦的内部，则仍然是利用同轴电缆、双绞线或光纤实现信号的分拨输入，以

25、实现高速数据的应用。实现信号的分拨输入，以实现高速数据的应用。 我们称为我们称为FTTX+LAN的宽带接入网（简称的宽带接入网（简称FTTB），这是一种最合理、最实用、最经济有效的），这是一种最合理、最实用、最经济有效的宽带接入方法。宽带接入方法。 1 1、双向传输技术（复用技术）、双向传输技术（复用技术） 双向传输技术（复用技术）是上行信道双向传输技术（复用技术）是上行信道(ONU到到OLT)和下行信道和下行信道(OLT到到ONU)的区分。的区分。 OSDM就是双向通信的每一方向各使用一根就是双向通信的每一方向各使用一根光纤的通信方式，即光纤的通信方式，即单工方式单工方式，如图，如图5-13

26、所示。所示。 只需只需将两个方向的信号分别调制在不同波将两个方向的信号分别调制在不同波长上长上即可实现单纤双向传输的目的。即可实现单纤双向传输的目的。 时间压缩复用（时间压缩复用（TCM）又称）又称“光乒乓传输光乒乓传输”。 在一根光纤上在一根光纤上以脉冲串形式的时分复用以脉冲串形式的时分复用技术，技术，每个方向传送的信息，首先放在发送缓存中，然每个方向传送的信息，首先放在发送缓存中，然后后每个方向在不同的时间间隔内发送到单根光纤每个方向在不同的时间间隔内发送到单根光纤上上。 接收端收到时间上压缩的信息在接收缓存中接收端收到时间上压缩的信息在接收缓存中解除压缩。解除压缩。 在在OSCM中，中，

27、首先将两个方向的信号分别调首先将两个方向的信号分别调制到不同频率的射频波上制到不同频率的射频波上，然后，然后两个方向的信号两个方向的信号再各自调制一个光载波（可以使用一个波长）再各自调制一个光载波（可以使用一个波长）。 在接收端同样也需要在接收端同样也需要二步解调二步解调，首先利用光，首先利用光/电探测器从光信号中得到两个方向各自的射频信电探测器从光信号中得到两个方向各自的射频信号，然后再将各射频波解调恢复出两个方向各自号，然后再将各射频波解调恢复出两个方向各自的信号。的信号。 OLT与与ONU的连接方式采用点到多点的连的连接方式采用点到多点的连接方式时，为了使每个接方式时，为了使每个ONU都

28、能正确无误地与都能正确无误地与OLT进行通信，反向的用户接入，即进行通信，反向的用户接入，即多点用户的多点用户的上行接入需要采用多址接入技术上行接入需要采用多址接入技术。 多址接入技术主要有：多址接入技术主要有： 光时分多址（光时分多址（OTDMA） 光波分多址（光波分多址（OWDMA） 光码分多址（光码分多址（OCDMA） 光副载波多址（光副载波多址（OSCMA） OTDMA方式是指方式是指将上行传输时间分为若干将上行传输时间分为若干时隙，在每个时隙只安排一个时隙，在每个时隙只安排一个ONU发送的信息，发送的信息，各各ONU按按OLT规定的时间顺序依次以分组的方式规定的时间顺序依次以分组的方

29、式向向OLT发送。发送。 为了避免与为了避免与OLT距离不同的距离不同的ONU所发送的上所发送的上行信号在行信号在OLT处合成时发生重叠，处合成时发生重叠，OLT需要有测需要有测距功能，距功能，不断测量每一个不断测量每一个ONU与与OLT之间的传输之间的传输时延时延(与传输距离有关与传输距离有关)，指挥每一个，指挥每一个ONU调整发调整发送时间使之不致产生信号重叠。送时间使之不致产生信号重叠。 光波分多址光波分多址(OWDMA)方式方式是每个是每个ONU使使用不同的工作波长，用不同的工作波长，OLT接收端通过分波器来接收端通过分波器来区分来自不同区分来自不同ONU的信号。的信号。 OWDMA方

30、式的原理如图方式的原理如图5-18所示。所示。 光码分多址光码分多址(CDMA)方式是方式是给每个给每个ONU分配分配一个唯一的多址码一个唯一的多址码，将各将各ONU的上行信号码元与的上行信号码元与自己的多址码进行模二加，再调制相同波长的激自己的多址码进行模二加，再调制相同波长的激光器，光器，在在OLT用各用各ONU的多址码恢复各的多址码恢复各ONU的的信号。信号。 光纤码分多址（光纤码分多址（OCDMA）是利用光纤的丰是利用光纤的丰富带宽和高速的光信息处理技术，将数据信号扩富带宽和高速的光信息处理技术，将数据信号扩频成光脉冲序列，经光纤传输后，再利用光学相频成光脉冲序列，经光纤传输后，再利用

31、光学相关技术实现解码的技术；是将扩频多址射频同轴关技术实现解码的技术；是将扩频多址射频同轴连接与大容量的光纤通信技术相结合的通信方式连接与大容量的光纤通信技术相结合的通信方式，能更有效地弥补微波通讯带宽不足的缺陷。，能更有效地弥补微波通讯带宽不足的缺陷。 SCMA方式方式采用模拟调制技术采用模拟调制技术，将各个将各个ONU的上行信号分别用不同的调制频率调制到不同的射的上行信号分别用不同的调制频率调制到不同的射频段，频段，然后用此模拟射频信号分别调制各然后用此模拟射频信号分别调制各ONU的激的激光器光器，把波长相同的各模拟光信号传输至把波长相同的各模拟光信号传输至OBD合路合路点后再耦合到同一馈

32、线光纤到达点后再耦合到同一馈线光纤到达OLT。 在在OLT端经光端经光/电探测器后输出的电信号通过不电探测器后输出的电信号通过不同的滤波器和鉴相器分别得到各同的滤波器和鉴相器分别得到各ONU的上行信号的上行信号。 目前光纤接入网主要采用的多址接入目前光纤接入网主要采用的多址接入技术是技术是OTDMA。1 1、APONAPON的概念的概念 APON(ATM-PON) APON(ATM-PON)是是PONPON技术和技术和ATMATM信元相结合信元相结合的的产物，即在产物，即在PONPON上实现基于上实现基于ATMATM信元的传输。信元的传输。 APON APON是在是在2020世纪世纪9090年

33、代中期由全业务接入网年代中期由全业务接入网络组织（络组织（FSANFSAN）最初运作开发的。）最初运作开发的。 经过经过FSAN集团的不懈努力，集团的不懈努力，1998年年10月月通过通过了全业务接入网采用的了全业务接入网采用的APON格式标准：格式标准：ITU-T G.985.1； 2000年年4月月批准其控制通道规范的标准：批准其控制通道规范的标准：ITU-T G.985.2； 2001年年又发布了关于波长分配的标准：又发布了关于波长分配的标准：ITU-T G.985.3，利用波长分配增加业务能力的宽带光，利用波长分配增加业务能力的宽带光接入系统。接入系统。 （1 1）综合接入能力）综合接

34、入能力 （2 2）高可靠性）高可靠性 （3 3）接入成本低）接入成本低 （4 4）资源利用率高）资源利用率高 （5 5）技术复杂）技术复杂APON工作原理工作原理OLT(光线路终端光线路终端)将到达各个将到达各个ONU(光网络单元光网络单元)的的下下行业行业务组装成帧，以广播的方式发送到下行信道上，务组装成帧，以广播的方式发送到下行信道上，各个各个ONU收到所有的下行信元后，根据信元头信息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；在从中取出属于自己的信元；在上行方向上行方向上，由上，由OLT轮轮询各个询各个ONU，得到，得到ONU的上行带宽要求，的上行带宽要求，OLT合理合理

35、分配带宽后，以上行授权的形式允许分配带宽后，以上行授权的形式允许ONU发送上行发送上行信元，即只有收到有效上行授权的信元，即只有收到有效上行授权的ONU才有权利在才有权利在上行帧中占有指定的时隙。上行帧中占有指定的时隙。实现实现APON的关键技术有：的关键技术有： 多址和接入控制技术多址和接入控制技术(在使用在使用TDMA上行接上行接入时包括测距、带宽分配等入时包括测距、带宽分配等) 突发信号的发送和接收技术突发信号的发送和接收技术 快速比特同步技术快速比特同步技术 安全保密等安全保密等 实用的实用的PON系统主要是窄带系统主要是窄带PON，由窄带，由窄带PON升级到宽带的升级到宽带的APON

36、，终端设备和控制协议都，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设备和媒质访问控制(MAC)协议都有新的要求。协议都有新的要求。 只要宽带只要宽带PON的成本可以控制在窄带的成本可以控制在窄带PON的的1.5倍以下，还是可以接受的。虽然宽带倍以下，还是可以接受的。虽然宽带PON的技的技术细节还需要在其实际的发展和使用中继续研究和术细节还需要在其实际的发展和使用中继续研究和完善，但完善，但ITU-T在在APON实用系统出现之前就确定实用系统出现之前就确定了了G.983建议建议，对，对APON进行了规范。进行了规

37、范。985 到了本世纪初，随着互联网技术发展和其他通讯到了本世纪初，随着互联网技术发展和其他通讯技术发展，技术发展，APON也暴露了带宽比较低的弱点；在也暴露了带宽比较低的弱点；在APON技术基础上发展了技术基础上发展了BPON技术技术，带宽从，带宽从155 M提提升到升到622 M。BPON在北美等很多地区得到了部署。在北美等很多地区得到了部署。 BPON经过发展，又形成了经过发展，又形成了GPON技术。技术。GPON可以支持可以支持2.5 G下行，下行，1.25 G上行。底层封装技术扩展上行。底层封装技术扩展支持支持GEM（General Encapsulation Method）封装，封

38、装，同时兼容支持同时兼容支持ATM封装。但从各个厂家实现来看，基封装。但从各个厂家实现来看，基本上抛弃了本上抛弃了ATM封装。封装。5.3.1 EPON5.3.1 EPON的网络结构及设备功能的网络结构及设备功能（Ethernet Passive Optical Network，以太网无源光，以太网无源光网络）网络） EPON EPON是基于以太网的无源光网络，即采用是基于以太网的无源光网络，即采用PONPON的的拓扑结构实现以太网帧的接入，拓扑结构实现以太网帧的接入， EPON技术由技术由IEEE802.3 EFM工作组工作组进行标准化。进行标准化。 EPONEPON的标准为的标准为IEEE

39、 802.3ahIEEE 802.3ah。 EPON，顾名思义，是，顾名思义，是基于以太网的基于以太网的PON技术技术。它采用点到多点结构、无源光纤传输，在以太网。它采用点到多点结构、无源光纤传输，在以太网之上提供多种业务。之上提供多种业务。 在物理层采用在物理层采用PON技术，在数据链路层使用以技术，在数据链路层使用以太网协议，太网协议，利用利用PON的拓扑结构实现以太网接入。的拓扑结构实现以太网接入。 因此，它综合了因此，它综合了PON技术和以太网技术的优技术和以太网技术的优点：低成本、高带宽、扩展性强、与现有以太网兼点：低成本、高带宽、扩展性强、与现有以太网兼容、方便管理等。容、方便管理

40、等。 EPON的网络结构的网络结构一般采用双星形或树形一般采用双星形或树形，其示意图如图其示意图如图5-28所示。所示。 EPON中包括中包括无源网络设备无源网络设备和和有源网络设备有源网络设备。 无源网络设备无源网络设备无源网络设备指的是无源网络设备指的是光光分配网络分配网络(ODN)，包括光纤、无源分光器、连接，包括光纤、无源分光器、连接器和光纤接头等。器和光纤接头等。 它一般放置于局外，称为它一般放置于局外，称为局外设备局外设备。 有源网络设备有源网络设备包括光线路终端包括光线路终端（OLT）、光网络单元）、光网络单元(ONU)和设备管理系统和设备管理系统(EMS)。（1）光线路终端（）

41、光线路终端（OLT） OLT的具体功能为：的具体功能为： 提供提供EPON与服务提供商核心网的数据、与服务提供商核心网的数据、视频和话音网络的接口，具有复用视频和话音网络的接口，具有复用/节复用功能；节复用功能； 光光/电转换、电电转换、电/光转换。光转换。 分配和控制信道的连接，并有实时监控、分配和控制信道的连接，并有实时监控、管理及维护功能；管理及维护功能； 具有以太网交换机或路由器的功能具有以太网交换机或路由器的功能 OLT布放位置布放位置一般有一般有3种方式：种方式： OLT放置于局端中心机房放置于局端中心机房(交换机房、交换机房、数据机房等数据机房等) OLT放置于远端中心机房放置于

42、远端中心机房 户外机房或小区机房户外机房或小区机房 分光器的作用分光器的作用是将是将1路光信号分为路光信号分为N路光信号。路光信号。 其其具体功能具体功能为分发下行数据，并集中上行数为分发下行数据，并集中上行数据据。 分光器带有一个分光器带有一个上行光接口上行光接口，若干，若干下行光接下行光接口口。 从上行光接口过来的光信号被分配到所有从上行光接口过来的光信号被分配到所有的下行光接口传输出去，从下行光接口过来的光的下行光接口传输出去，从下行光接口过来的光信号被分配到唯一的上行光接口传输出去。信号被分配到唯一的上行光接口传输出去。 EPON中，中，分光器的分光比分光器的分光比一般为：一般为： 1

43、:8 / 1:16 / 1:32 / 1:64。 分光器的分光器的布放方式布放方式有三种：有三种： 一级分光：应用于需求密集的城镇一级分光：应用于需求密集的城镇 二级分光：应用于需求分散的城镇二级分光：应用于需求分散的城镇 多级分光：应用于成带状分布的农村或商业街多级分光：应用于成带状分布的农村或商业街 ONU的功能的功能 给用户提供数据、视频和语音与给用户提供数据、视频和语音与PON之间的接之间的接口（若用户业务为模拟信号，口（若用户业务为模拟信号，ONU应具有模应具有模/数、数数、数/模转换功能）模转换功能） 光光/电电(以太网帧格式）转换、电以太网帧格式）转换、电/光转换光转换 提供以太

44、网二层、三层交换功能提供以太网二层、三层交换功能 根据根据ONU布放的位置，可将布放的位置，可将EPON分为以下分为以下几种情况：几种情况： 光纤到户光纤到户(FTTH) 光纤到大楼光纤到大楼(FTTB) 光纤到路边光纤到路边(FTTC) EPON中的中的OLT和所有的和所有的ONU被被设备管理系设备管理系统统(EMS)管理，设备管理系统管理，设备管理系统(EMS)提供与业务提供与业务提供者核心网络运行的接口。提供者核心网络运行的接口。 管理功能有管理功能有故障管理故障管理、配置管理配置管理、计费管理计费管理、性能管理性能管理和和安全管理安全管理。 EPON系统采用系统采用WDM技术，实现技术

45、，实现单纤双向单纤双向传输传输。 使用二个波长时使用二个波长时，下行（，下行（OLT到到ONU）使用）使用1510nm，上行（，上行（ONU到到OLT）使用）使用1310nm，用，用于分配数据、语音和于分配数据、语音和IP交换式数字视频（交换式数字视频（SDV）业务。业务。 使用三个波长时使用三个波长时 下行使用下行使用1510nm 上行使用上行使用1310nm 增加一个下行增加一个下行1550nm波长，携带下行波长，携带下行CATV业务业务 EPON下行采用下行采用时分复用时分复用（TDM）+广播广播的的传输方式。传输方式。 EPON下行传输原理如图下行传输原理如图5-30所示。所示。 EP

46、ON下行传输的数据流被组成固定长度的下行传输的数据流被组成固定长度的帧，其帧结构如图帧，其帧结构如图5-31所示。所示。 EPON下行传输速率为下行传输速率为1.25Gbit/s，每帧，每帧帧长帧长为为2ms，携带多个可变长度的数据包。，携带多个可变长度的数据包。 含有同步标识符的时钟信息位于每帧的开头含有同步标识符的时钟信息位于每帧的开头，用于用于ONU与与OLT的同步，的同步，同步标识符占同步标识符占1个字节个字节。 EPON包头（包头（Header）：包含：包含LLID 逻辑链接标识（逻辑链接标识（LLID， （Logical Link Logical Link Identifier I

47、dentifier ）是是EPON系统分配给通过点到点仿真子系统分配给通过点到点仿真子层（层（P2PE Sublayer）建立起来的逻辑链接的一种数）建立起来的逻辑链接的一种数字标识，每一个逻辑链接都会分配到不同的字标识，每一个逻辑链接都会分配到不同的LLID。 在在EPONEPON系统中，系统中，LLIDLLID是由网管通过是由网管通过OLTOLT分配的。分配的。 OLTOLT可以通过可以通过LLIDLLID辨别帧是由哪个辨别帧是由哪个ONUONU发来的发来的，或者通过修改帧中的或者通过修改帧中的LLIDLLID将帧转发到相应的将帧转发到相应的ONUONU处。处。 于是，我们就能够建立起于是

48、，我们就能够建立起OLTOLT到到ONUONU、ONUONU到到OLTOLT的通路，完成的通路，完成OLTOLT与与ONUONU之间，以及之间，以及ONUONU与与ONUONU之间的通信。之间的通信。 每个每个ONUONU的的LLIDLLID的数目是可以通过设置选择的数目是可以通过设置选择的。每个的。每个LLIDLLID可以支持一个或者多个队列收发用可以支持一个或者多个队列收发用户的数据。户的数据。 在上行方向，在上行方向，EPON采用时分多址接入采用时分多址接入（TDMA）方式。）方式。 具体来说，就是具体来说，就是每个每个ONU只能在只能在OLT已分已分配的特定时隙中发送数据帧，配的特定时

49、隙中发送数据帧，每个特定时刻只能每个特定时刻只能有一个有一个ONU发送数据帧，否则，发送数据帧，否则，ONU间将产生时间将产生时隙冲突，导致隙冲突，导致OLT无法正确接收各个无法正确接收各个ONU的数据。的数据。 连接于分光器的各连接于分光器的各ONU发送上行信息流，经发送上行信息流，经过分光器耦合到共用光纤，过分光器耦合到共用光纤，以以TDM方式复合方式复合成成一个连续的数据流。一个连续的数据流。 此数据流组成帧，其此数据流组成帧，其帧长也是帧长也是2ms，每帧有，每帧有一个帧头，表示该帧的开始。一个帧头，表示该帧的开始。 每帧进一步分割成可变长度的时隙，每帧进一步分割成可变长度的时隙，每个

50、每个时隙分配给一个时隙分配给一个ONU。 EPON上行帧结构如图上行帧结构如图5-33所示。所示。 EPON的关键技术包括时分多址接入的控制的关键技术包括时分多址接入的控制（测距技术测距技术）、）、快速比特同步快速比特同步、突发信号的收发突发信号的收发和和动态带宽分配动态带宽分配(DBA)、EPON 的安全性及可靠性的安全性及可靠性等。等。 下面重点介绍下面重点介绍多点控制协议（多点控制协议（MPCP）、）、EPON的测距技术的测距技术、动态带宽分配动态带宽分配(DBA)、安全性安全性及可靠性及可靠性。 MPCPMPCP（Multi-Point Control ProtocolMulti-Po

51、int Control Protocol，多点，多点控制协议）控制协议）是解决是解决EPONEPON系统技术难点的关键协议。系统技术难点的关键协议。是整个是整个EPONEPON系统正常工作的核心，是对系统正常工作的核心，是对IEEE802.3IEEE802.3标标准的重要扩展。准的重要扩展。 它通过定义特定的控制帧消息结构，解决上行它通过定义特定的控制帧消息结构，解决上行信道复用、测距及时延补偿等信道复用、测距及时延补偿等EPONEPON的难点问题。采的难点问题。采用用MPCPMPCP，可以，可以实现一个可控制的网络配置实现一个可控制的网络配置，如，如ONUONU的的自动发现、终端站点的带宽分

52、配及查询和监控等。自动发现、终端站点的带宽分配及查询和监控等。 MPCP（Multi-Point Control Protocol多点控多点控制协议），该协议是制协议），该协议是MAC control 子层的一项功子层的一项功能。能。MPCP使用消息、状态机、定时器来控制访使用消息、状态机、定时器来控制访问问P2MP（点到多点）的拓扑结构。（点到多点）的拓扑结构。 在在P2MP拓扑中的每个拓扑中的每个ONU都包含一个都包含一个MPCP的实体，用以和的实体，用以和OLT中的中的MPCP的一个实的一个实体相互通信。体相互通信。 作为作为EPON/MPCP的基础，的基础，EPON实现了一实现了一个个

53、P2P仿真子层，该子层使得仿真子层，该子层使得P2MP网络拓扑对于网络拓扑对于高层来说就是多个点对点链路的集合。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个该子层是通过在每个数据报的前面加上一个LLID（Logical Link Identification）逻辑链路标）逻辑链路标识来实现的。该识来实现的。该LLID将替换前导码中的两个字节将替换前导码中的两个字节。 PON将拓扑结构中的根结点认为是将拓扑结构中的根结点认为是主设备主设备，即即OLT；将位于边缘部分的多个节点认为是；将位于边缘部分的多个节点认为是从设备从设备，即，即ONU。 MPCP在点对多点的主从

54、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制机制以协调数据有效的发送和接收。控制机制以协调数据有效的发送和接收。 系统运行过程中上行方向在一个时刻只允许一系统运行过程中上行方向在一个时刻只允许一个个ONU发送，位于发送，位于OLT的高层负责处理发送的定时的高层负责处理发送的定时、不同、不同ONU的拥塞报告、以便优化的拥塞报告、以便优化PON系统内部的系统内部的带宽分配。带宽分配。 EPON系统通过系统通过MPC PDU来实现来实现OLT与与ONU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。MPCP涉及涉及的内容包括的内容包括ONU发送时隙的分配，发送时隙的分

55、配，ONU的自动发的自动发现和加入，向高层报告拥塞情况以便动态分配带宽现和加入，向高层报告拥塞情况以便动态分配带宽。 MPCP多点控制协议位于多点控制协议位于MAC Control子层。子层。MAC Control向向MAC子层的操作提供实时的控制子层的操作提供实时的控制和处理。和处理。 测距具体过程测距具体过程为：为：OLT发出一个测距信息，发出一个测距信息，此信息经过此信息经过OLT内的电子电路和光电转换延时后，内的电子电路和光电转换延时后，光信号进入光纤传输并产生延时到达光信号进入光纤传输并产生延时到达ONU，经过，经过ONU内的光电转换和电子电路延时后，又发送光内的光电转换和电子电路延

56、时后，又发送光信号到光纤并再次产生延时，最后到达信号到光纤并再次产生延时，最后到达OLT，OLT把收到的传输延时信号和它发出去的信号相把收到的传输延时信号和它发出去的信号相位进行比较，位进行比较，从而获得传输延时值。从而获得传输延时值。 OLT以距离最远的以距离最远的ONU的延时为基准，算出的延时为基准，算出每个每个ONU的的延时补偿值延时补偿值Td，并通知，并通知ONU。 该该ONU在收到在收到OLT允许它发送信息的授权后，允许它发送信息的授权后，延时延时Td补偿值后再发送自己的信息，这样补偿值后再发送自己的信息，这样各个各个ONU采用不同的采用不同的Td补偿时延进行调整自己的发补偿时延进行

57、调整自己的发送时刻，送时刻，以便使所有以便使所有ONU到达到达OLT的时间都相同。的时间都相同。 G.983.1建议要求建议要求测距精度为测距精度为1bit。 测距原理测距原理 简化公式：简化公式： L=3.75*RTT 通过通过DBA功能，功能，OLT可以对每个可以对每个ONU的上的上下行带宽进行动态管理，下行带宽进行动态管理，按照按照ONU的业务类型和的业务类型和带宽需求进行带宽需求进行，依据网络带宽使用状态来灵活分，依据网络带宽使用状态来灵活分配配ONU的带宽，试行的带宽，试行按需分配按需分配，既可以保证相关，既可以保证相关业务的业务的QoS，又可以方便用户管理，可以实现按，又可以方便用

58、户管理，可以实现按流量和业务类型的管理。流量和业务类型的管理。 EPON系统系统可以对上下行的数据进行加密可以对上下行的数据进行加密，每，每个个ONU可采用专用密钥以保证其安全性，而且对可采用专用密钥以保证其安全性，而且对密钥可以定期更新。密钥可以定期更新。 在在IEEE 802.3ah有关有关EPON的定义中，专门定的定义中，专门定义了有关义了有关EPON系统的维护功能，以利于系统运行系统的维护功能，以利于系统运行时的维护和故障分析。时的维护和故障分析。 而且而且G.983.1建议建议采用双采用双PON系统，保证系统，保证EPON系统的可靠性，即用备用的系统的可靠性，即用备用的PON保护工作

59、保护工作的的PON，一旦工作的，一旦工作的PON发生故障，就切换到备发生故障，就切换到备用的用的PON上。上。 1 1、EPONEPON的优点的优点 （1 1）相对成本低，维护简单，容易扩展，易于升）相对成本低，维护简单，容易扩展，易于升级级 （2 2）提供非常高的带宽）提供非常高的带宽EPONEPON目前可以提供目前可以提供上下行对称的上下行对称的1.25Gbit/s1.25Gbit/s的带宽的带宽 （3 3）服务范围大）服务范围大 （4 4）带宽分配灵活，服务有保证）带宽分配灵活，服务有保证 （1 1）受政策制约及运营商之间竞争的影响，）受政策制约及运营商之间竞争的影响，小区信息化接入的开

60、展存在较多的变数。小区信息化接入的开展存在较多的变数。 （2 2）设备需要一次性投入，在建设初期如果）设备需要一次性投入，在建设初期如果用户数较少时相对成本较高。用户数较少时相对成本较高。1、EPON单独组网单独组网 FTTB FTTH/FTTO2、EPON混合组网混合组网 FTTB+LAN/WLAN/DSL FTTC+DSL 5.4.1 GPON的概念与技术特点的概念与技术特点 1、GPON的概念的概念 GPON 业务是业务是BPON 的一种扩展，相对于其他的一种扩展，相对于其他的的PON标准而言，标准而言，GPON 标准标准提供了前所未有的高提供了前所未有的高带宽带宽（下行速率近（下行速率