EPON网络技术

1、2022-6-182022-6-181基于基于EPON的光网络技术的光网络技术及光纤入户设计及光纤入户设计2022-6-181中国传媒大学中国传媒大学 信息工程学院信息工程学院 金立标金立标2022-6-182022-6-182授课内容授课内容三网融合的背景与现状三网融合的背景与现状无源光网络基础无源光网络基础EPON网络技术网络技术光纤入户网络设计光纤入户网络设计2022-6-1822022-6-182022-6-183第一部分第一部分 三网融合的背景与现状三网融合的背景与现状2022-6-1832022-6-182022-6-184三网融合的背景与现状三网融合的背景与现状 2001年年3月

2、，月，“十五十五”发展纲要：发展纲要：“大力促进电信、大力促进电信、电视和计算机三网融合电视和计算机三网融合”。 2006年年3月，月，“十一五十一五”发展纲要：发展纲要：“加强宽带通加强宽带通信网、数字电视网、下一代互联网等信息基础设信网、数字电视网、下一代互联网等信息基础设施建设，推进三网融合施建设，推进三网融合”。 2008年年1月月1号，号，国务院办公厅转发发展改革委国务院办公厅转发发展改革委等部门关于鼓励数字电视产业发展若干政策的通等部门关于鼓励数字电视产业发展若干政策的通知知（称（称“1 号文号文”）。）。 2009年年7月月31号，科技部、广电总局、上海市共同号，科技部、广电总局

3、、上海市共同进行中国下一代广播电视网启动仪式。进行中国下一代广播电视网启动仪式。2022-6-1842022-6-182022-6-185三网融合的背景与现状三网融合的背景与现状 2010年年1月月13日国务院常务会议决定加快推进电信日国务院常务会议决定加快推进电信网、广播电视网和互联网的三网融合，提出推进网、广播电视网和互联网的三网融合，提出推进三网融合的阶段性目标：三网融合的阶段性目标： 2010年至年至2012年重点开展广电和电信业务双向进入试年重点开展广电和电信业务双向进入试点。点。 2013年至年至2015年，总结推广试点经验，全面实现三网年，总结推广试点经验，全面实现三网融合发展。

4、融合发展。 2010年年6月月6日三网融合试点建议方案第六稿在国日三网融合试点建议方案第六稿在国家三网融合协调小组会议上最终通过，并于家三网融合协调小组会议上最终通过，并于6月月30日公布了第一批试点城市及地区：北京、上海，日公布了第一批试点城市及地区：北京、上海，大连、青岛、厦门、深圳，哈尔滨、南京、武汉、大连、青岛、厦门、深圳，哈尔滨、南京、武汉、杭州，绵阳，长株潭地区。杭州，绵阳，长株潭地区。2022-6-1852022-6-182022-6-186三网融合的背景与现状三网融合的背景与现状 2010年年11月月30日，上海市三网融合工作协调小组日，上海市三网融合工作协调小组提出城镇地区家

5、庭宽带接入能力提出城镇地区家庭宽带接入能力100Mbps。 2010年年11月底，四川电视台和四川电信签订月底，四川电视台和四川电信签订IPTV合作协议。合作协议。 2010年年12月底，上海电信和上海东方决定成立合月底，上海电信和上海东方决定成立合资公司，广电负责内容集成，电信负责传输接入资公司，广电负责内容集成，电信负责传输接入平台。平台。 2010年年12月月16日，武汉广电和武汉电信的三网融日，武汉广电和武汉电信的三网融合合资公司成立，股份各半，定期轮流担任董事合合资公司成立，股份各半，定期轮流担任董事长、总经理。计划长、总经理。计划2012年光纤到户年光纤到户80%，入户能，入户能力

6、力100Mbps以上。以上。2022-6-1862022-6-182022-6-187三网融合的背景与现状三网融合的背景与现状 2011年年2月，湖南电信宣布推行光纤到户：全省月，湖南电信宣布推行光纤到户：全省100万户，万户，（长株潭地区（长株潭地区44万户；长沙新建楼盘全部光纤到户，老城万户；长沙新建楼盘全部光纤到户，老城区区80%光纤到户改造。）光纤到户改造。） 2011年年2月月16日，中国电信在全国启动日，中国电信在全国启动“宽带中国，宽带中国，光网城市光网城市”工程：南方城市将全面实现光纤化，工程：南方城市将全面实现光纤化，核心城区全部实现光纤接入，最高接入带宽达到核心城区全部实现

7、光纤接入，最高接入带宽达到100Mbps，城市家庭接入带宽普遍达到，城市家庭接入带宽普遍达到20Mbps 以以上。上。 截止截止2011年年2月，月，12个试点城市的个试点城市的IPTV集成播控平集成播控平台基本完成，并审核批准了台基本完成，并审核批准了594家国内互联网视听家国内互联网视听节目服务机构。节目服务机构。2022-6-1872022-6-182022-6-188三网融合的背景与现状三网融合的背景与现状 2011年年3月月14日，我国的十二五规划纲要提出：日，我国的十二五规划纲要提出： 统筹布局新一代移动通信网、下一代互联网、统筹布局新一代移动通信网、下一代互联网、数字广播电视网、

8、卫星通信等设施建设，形成数字广播电视网、卫星通信等设施建设，形成超高速、大容量、高智能国家干线传输网络。超高速、大容量、高智能国家干线传输网络。引导建设宽带无线城市，引导建设宽带无线城市，推进城市光纤入户推进城市光纤入户，加快农村地区宽带网络建设，加快农村地区宽带网络建设，全面提高宽带普全面提高宽带普及率和接入带宽。及率和接入带宽。并并以广电和电信业务双向进以广电和电信业务双向进入为重点，入为重点，建立健全法律法规和标准，建立健全法律法规和标准，实现电实现电信网、广电网、互联网三网融合，促进网络互信网、广电网、互联网三网融合，促进网络互联互通和业务融合。联互通和业务融合。2022-6-1882

9、022-6-182022-6-189三网融合的背景与现状三网融合的背景与现状 2011年年12月月31日国务院公布第二阶段日国务院公布第二阶段42个试点地区个试点地区(城市城市)名单。名单。 直辖市直辖市(2个个)天津市、重庆市。天津市、重庆市。 计划单列市计划单列市(1个个)浙江省宁波市。浙江省宁波市。 省会、首府城市省会、首府城市(22个个)石家庄市、太原市、呼和浩特市、石家庄市、太原市、呼和浩特市、沈阳市、长春市、安合肥市、福州市、南昌市、济南沈阳市、长春市、安合肥市、福州市、南昌市、济南市、郑州市、广州市、南宁市、海口市、成都市、贵市、郑州市、广州市、南宁市、海口市、成都市、贵阳市、阳

10、市、 昆明市、拉萨市、西安市、兰州市、西宁市、昆明市、拉萨市、西安市、兰州市、西宁市、银川市、乌鲁木齐市。银川市、乌鲁木齐市。 其他城市其他城市(17个个)江苏省扬州市、泰州市、南通市、镇江江苏省扬州市、泰州市、南通市、镇江市、常州市、无锡市、苏州市，湖北省孝感市、黄冈市、常州市、无锡市、苏州市，湖北省孝感市、黄冈市、鄂州市、黄石市、咸宁市、仙桃市、天门市、潜市、鄂州市、黄石市、咸宁市、仙桃市、天门市、潜江市，广东省佛山市、云浮市。江市，广东省佛山市、云浮市。2022-6-1892022-6-182022-6-1810三网融合的背景与现状三网融合的背景与现状2012年年3月政府工作报告提出月政

11、府工作报告提出 原文原文“发展新一代信息技术，加强网络基础发展新一代信息技术，加强网络基础设施建设，推动三网融合取得实质性进展设施建设，推动三网融合取得实质性进展”国家级广电网络公司国家级广电网络公司“中国广播电中国广播电视网络公司视网络公司”有望今年上半年挂牌。有望今年上半年挂牌。2022-6-18102022-6-182022-6-1811第二部分第二部分无源光网络基础无源光网络基础2022-6-1811返回返回2022-6-182022-6-1812一、一、FTTX 光纤通信最先用于核心网：长途网和城域网；现光纤通信最先用于核心网：长途网和城域网；现在发展到接入网。在发展到接入网。 FT

12、TX是指光纤在接入网中的推进程度或使用策略，是指光纤在接入网中的推进程度或使用策略，不是具体的接入技术。不是具体的接入技术。 光纤接入需要用到光纤接入需要用到光网络单元光网络单元ONU来完成光电转来完成光电转换和分接功能。换和分接功能。 根据根据ONU（光网络单元）的具体位置，可以分成（光网络单元）的具体位置，可以分成四种基本类型：四种基本类型： FTTC、FTTB、FTTO、FTTH2022-6-18122022-6-182022-6-1813二、无源光网络二、无源光网络PON 无源光网络系统（无源光网络系统（Passive Optical Network，PON）是由光线路终端（是由光线路

13、终端（OLT）、光分配网（）、光分配网（ODN）、光）、光网络单元网络单元/终端（终端（ONU/ONT） 组成的信号传输系组成的信号传输系统，简称统，简称PON系统。系统。 ONT位于用户端，适用于位于用户端，适用于FTTH/O场景场景 ONU由多个用户共享，适用于由多个用户共享，适用于FTTB等场景。等场景。 有源和无源的划分是根据有源和无源的划分是根据OLT到到ONU之间是否存在之间是否存在有源设备：有源设备： 无源光网络（无源光网络（PON）：无源光分路器）：无源光分路器 有源光网络（有源光网络（AON）：有源电复用器）：有源电复用器2022-6-18132022-6-182022-6-

14、1814二、无源光网络二、无源光网络PON2022-6-1814系统结构系统结构2022-6-182022-6-1815二、无源光网络二、无源光网络PON空分复用空分复用 上下行双向通信各使用一根光纤。上下行双向通信各使用一根光纤。 性能最佳，设计简单。性能最佳，设计简单。 光传输设备和线缆双倍，成本高。光传输设备和线缆双倍，成本高。2022-6-18152022-6-182022-6-1816二、无源光网络二、无源光网络PON2022-6-1816分路器分路器User 1User 2User 322132213221322133221OLT局局 端端ONU 1ONU 2ONU 3下行传输主要

15、特征下行传输主要特征 点对多点广播式传输点对多点广播式传输 端口地址被用作数据包端口地址被用作数据包ID 用户只能获取属于自己的数据包用户只能获取属于自己的数据包时分复用：下行传输时分复用：下行传输2022-6-182022-6-18172022-6-1817二、无源光网络二、无源光网络PON分路器分路器User 1User 2User 3322121112 2 23112 2 2时隙时隙3OLT局局 端端ONU 2ONU 3ONU 1上行传输主要特征上行传输主要特征 时分复用时分复用(TDMA) 数据在属于自己的时隙里传输数据在属于自己的时隙里传输 光信号在分光器处进行耦合光信号在分光器处进

16、行耦合 冲突检测与避免冲突检测与避免时分复用：上行传输时分复用：上行传输2022-6-182022-6-1818二、无源光网络二、无源光网络PON2022-6-1818波分复用波分复用WDM：不同窗口的光波进行复用。：不同窗口的光波进行复用。DWDM：同一窗口的光波进行复用。：同一窗口的光波进行复用。2022-6-182022-6-1819三、三、APON技术技术 APON：在：在PON上传送上传送ATM信元，物理层采用信元，物理层采用PON技术，链路层采用技术，链路层采用ATM技术。技术。 OLT最多寻址最多寻址64个个ONU。 上行标称线路速率为上行标称线路速率为155.52Mbps、62

17、2.08Mbps；下行标称线路速率为下行标称线路速率为155.52Mbps、622.08Mbps、1244.16Mbps。 目标传输距离可达目标传输距离可达20km，支持的分支比为，支持的分支比为1：16和和1：32。2022-6-18192022-6-182022-6-1820三、三、APON技术技术ITU-T G.983.1规定规定 单光纤单光纤APON系统上行工作波长为系统上行工作波长为1260nm1360nm，下行为下行为1480nm1580nm； 双纤系统的工作波长上下行均为双纤系统的工作波长上下行均为1260nm1360nm。2001年年ITU-T G.983.2对波长分配进行了修

18、订对波长分配进行了修订 通过通过WDM提供增强性业务（如用提供增强性业务（如用1550nm波长传输视波长传输视频业务）频业务） 单光纤系统中上行工作波长为单光纤系统中上行工作波长为1260nm1360nm，下行，下行为为14801500nm； 双纤波长不变，上下行均为双纤波长不变，上下行均为1260nm1360nm。2022-6-18202022-6-182022-6-1821三、三、APON技术技术 APON系统结构系统结构2022-6-1821 ODN光网络光网络 单元单元（ONU）光分路光分路器器（OBD）光线路光线路终端终端（OLT）ATM交换机交换机2022-6-182022-6-1

19、822四、四、GPON接入技术接入技术1.概述概述FSAN组织于组织于2002年年9月开始提出了月开始提出了GPON解决方案，陆续通过一解决方案，陆续通过一系列标准：系列标准： 2003年发布年发布G.984.1和和G.984.2：制定了：制定了GPON的总体特性和物的总体特性和物理媒介相关层规范；理媒介相关层规范； 2004年发布年发布G.984.3和和G.984.4：制订了：制订了GPON的传输汇聚层规的传输汇聚层规范和系统管理控制接口规范。范和系统管理控制接口规范。系统速率系统速率 下行速率为下行速率为1.244Gbps或或2.488Gpbs 上行速率为上行速率为155Mbps、622M

20、bps、1.244Gbps或或2.488Gpbs。帧格式帧格式 映射到映射到ATM信元；信元； GEM（GPON Encapsulation Method）帧中进行传输。）帧中进行传输。2022-6-18222022-6-182022-6-1823四、四、 GPON接入技术接入技术 2.GPON帧结构帧结构2022-6-1823PCBdn净荷净荷nPCBdn+1净荷净荷n+1125us125usATM信元段信元段GEM段段下行物理控制块下行物理控制块PCBd（Physical Control Block downstream）提供帧同步、定时以及动态带宽分配等功能。提供帧同步、定时以及动态带宽

21、分配等功能。2022-6-182022-6-1824四、四、 GPON接入技术接入技术3、基于、基于GPON的的FTTH/FTTB（电视信号）（电视信号） 概况：为概况：为1#楼实现楼实现FTTH，共，共64户；户；2#楼楼9#楼共楼共8栋楼实栋楼实现现FTTB。 1#楼共楼共64户，则需户，则需64个个ONU，每个，每个OLT按照按照32分路比，则分路比，则需需2台台OLT。 2#9#楼楼8栋楼，根据栋楼，根据ONU输出电平为输出电平为90dB，计算出每个，计算出每个楼需楼需4台台ONU，则共，则共32个，需个，需1台台OLT。2022-6-18242022-6-182022-6-1825四

22、、四、 GPON接入技术接入技术（1）设备规范）设备规范 ONU/ONT输入光功率：输入光功率：-62dB ONU/ONT输出射频电平：输出射频电平：8096dBuv，典型值，典型值90dBuv。（2）波长分配）波长分配 TV：1550nm 数据数据:上行上行1310nm,下行下行1490nm2022-6-18252022-6-182022-6-1826四、四、 GPON接入技术接入技术（3）光链路损耗）光链路损耗 光纤损耗：光纤损耗：0.2dB/km（1550nm），），5km为为1dB。 光分损耗：光分损耗：17.5dB（1:32） OLT损耗：损耗：3.5dB 总的损耗为总的损耗为22d

23、B 对于对于FTTH的的ONU输入光功率为输入光功率为6dB（输出电平为（输出电平为80dB），则），则OLT的输入光功率为的输入光功率为16dB。 对于对于FTTB的的ONU输入光功率为输入光功率为2dB（输出电平（输出电平96dB），），则输入则输入OLT的输入光功率为的输入光功率为24dB。2022-6-18262022-6-182022-6-1827四、四、 GPON接入技术接入技术（4）光发射机）光发射机 选用选用1550nm的光发射机；的光发射机； 输出光功率为输出光功率为010dB； 输出经二光分送往两台输出经二光分送往两台EDFA。（5）光放大（）光放大（EDFA） 需两台需两

24、台EDFA 一台输出光功率为一台输出光功率为24dB，供，供FTTB的的OLT使用。使用。 另一台输出光功率为另一台输出光功率为20dB，然后进行二光分（输出，然后进行二光分（输出16.5dB），供），供FTTH的的2台台OLT使用。使用。2022-6-18272022-6-182022-6-18282022-6-1828四、四、 GPON接入技术接入技术2022-6-182022-6-1829四、四、 GPON接入技术接入技术2022-6-1829校园骨干网分光网络分光网络分光网络分光网络分光网络分光网络CATV信号信号FTTH单元单元1FTTH单元单元2FTTH单元单元3FTTH单元单元4

25、FTTBFTTBOLT2022-6-182022-6-1830第三部分第三部分EPON网络技术网络技术2022-6-1830返回返回2022-6-182022-6-1831一、概述一、概述1.发展背景发展背景以太无源光网络（以太无源光网络（Ethernet PON，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。网的接入。2001年年7月月IEEE 802 LAN/MAN标准委员会标准委员会正式成立了正式成立了IEEE 802.3ah EFM工作组，推工作组，推广以太网在接入网中的应用。广以太网在接入网中的应用。IEEE 802.3ah标准于标准于2004年年6月正

26、式颁布月正式颁布 。2022-6-18312022-6-182022-6-1832一、概述一、概述2、以太网技术、以太网技术世界上世界上90以上的局域网是以太网。以上的局域网是以太网。 采用采用CSMA/CD访问协议，即载波监听多路访问访问协议，即载波监听多路访问/冲冲突检测协议。突检测协议。交换式以太网采用全双工模式。交换式以太网采用全双工模式。 10BASET 快速以太网快速以太网100BaseT千兆以太网千兆以太网 1000BaseSX/LX/CX/T万兆以太网万兆以太网:10G以太网。以太网。2022-6-182022-6-1833一、概述一、概述3、EPON特点特点两种两种EPON光

27、接口光接口 1000BasePX10-U/D 1000BasePX20-U/D传输速率：上下行速率均为传输速率：上下行速率均为1.25Gbps单纤双向系统：单纤双向系统： 上行使用上行使用12601360nm波长；波长； 下行使用下行使用14801500nm波长；波长； CATV使用使用15401560nm波长。波长。2022-6-18332022-6-182022-6-18342022-6-1834一、概述一、概述（1）树型拓扑结构（采用）树型拓扑结构（采用1N分路器）分路器）（2）总线型拓扑结构（采用）总线型拓扑结构（采用12分接耦合器）分接耦合器）4.EPON网络结构网络结构2022-6

28、-182022-6-18352022-6-1835一、概述一、概述（3）环型拓扑结构（采用）环型拓扑结构（采用22分接耦合器）分接耦合器）（4）主干路带保护的树型拓扑）主干路带保护的树型拓扑 2022-6-182022-6-1836一、概述一、概述5、ONU的类型的类型（1）EAU（EoC接入）型接入）型ONU主要用于主要用于FTTB/FTTC场合。场合。2022-6-1836序号序号以太网口以太网口数量数量POTS口口数量数量CATV RF口口EAU-11/2/4可选可选可选可选2022-6-182022-6-1837一、概述一、概述（2）SFU（单住户单元）型（单住户单元）型ONU主要用于

29、单独家庭用户。主要用于单独家庭用户。2022-6-1837序号序号以太网口以太网口数量数量POTS口口数量数量CATV RF口口SFU-11(GE/FE)可选可选必备必备SFU-2 1(GE/FE）可选可选可选可选SFU-34(FE）可选可选必备必备SFU-44(FE）可选可选可选可选2022-6-182022-6-1838一、概述一、概述（3）HGU（家庭网关单元）型（家庭网关单元）型ONU主要用于单独家庭用户，具有家庭网关功能。主要用于单独家庭用户，具有家庭网关功能。主要应用于主要应用于FTTH 的场合。的场合。2022-6-1838序号序号以太网以太网口数量口数量POTs口数量口数量WL

30、AN口数量口数量USB口口数量数量CATVRF口口HGU1 4（FE）011必备必备HGU2 4（FE）1/211可选可选2022-6-182022-6-1839一、概述一、概述（4）MDU（多住户单元）型（多住户单元）型ONU主要用于多个住宅用户，主要应用于主要用于多个住宅用户，主要应用于FTTB的场合。的场合。2022-6-1839序号序号以太网口数量以太网口数量POTS POTS 口数量口数量CATV RF CATV RF 口口MDU-1 MDU-1 8/16/24 8/16/24 可选可选可选可选2022-6-182022-6-1840一、概述一、概述6、10GEPON 2009年年9

31、月正式颁布月正式颁布10GEPON的标准的标准EEE802.3av，标准专注于物理层技术的研究。标准专注于物理层技术的研究。 IEEE802.3av确定了两种物理层模式：确定了两种物理层模式： 一种是非对称模式，即一种是非对称模式，即10G速率下行和速率下行和1G速率上行；速率上行； 一种是对称模式，即上下行速率均为一种是对称模式，即上下行速率均为10G。 IEEE802.3av的波长分配：下行采用的波长分配：下行采用1574-1580nm波波段，段， 上行采用上行采用 1260-1280nm波段。波段。2022-6-18402022-6-182022-6-1841二、二、EPON基本原理基本

32、原理（1）OLT工作原理工作原理 上行数据：从上行数据：从ONU经过经过PON口进入口进入EPON接口卡，经过该接口卡，经过该卡进行卡进行EPON协议处理后，将协议处理后，将EPON数据流恢复成以太网数数据流恢复成以太网数据流，再经据流，再经IP总线以太网交换模块处理后到达上行以太网总线以太网交换模块处理后到达上行以太网接口卡，完成上行数据业务的处理。接口卡，完成上行数据业务的处理。 下行数据：由上行以太网接口卡进入下行数据：由上行以太网接口卡进入OLT系统，传到以太系统，传到以太网交换模块，根据目的网交换模块，根据目的MAC地址确定相应的输出端口，并地址确定相应的输出端口，并将数据转发到对应

33、的将数据转发到对应的EPON接口卡上，再由接口卡上，再由EPON接口卡经接口卡经过过EPON协议处理后向协议处理后向ONU转发。转发。 OLT内部由核心层、业务层、公共层三部分组成。内部由核心层、业务层、公共层三部分组成。2022-6-18412022-6-182022-6-1842二、二、EPON基本原理基本原理2022-6-18422022-6-182022-6-1843二、二、EPON基本原理基本原理（2）ONU工作原理工作原理 具有光电转换功能，实现对各种电信号的处理与维护具有光电转换功能，实现对各种电信号的处理与维护管理。内部由核心层、业务层、公共层组成。管理。内部由核心层、业务层、

34、公共层组成。2022-6-18432022-6-182022-6-1844二、二、EPON基本原理基本原理（3）帧结构）帧结构2022-6-18441N212ms1332ms同步标识符同步标识符同步标识符同步标识符净荷净荷长度可变长度可变信头信头误码检测域误码检测域下行帧结构下行帧结构2022-6-182022-6-1845二、二、EPON基本原理基本原理（3）帧结构）帧结构2022-6-1845123. N123. N123. N123. N帧长帧长2ms22净荷净荷信头信头误码检测域误码检测域上行帧结构上行帧结构2022-6-182022-6-1846三、三、EPON协议模型协议模型202

35、2-6-1846PON网络媒介网络媒介PMD-物理媒介相关子层物理媒介相关子层PMA-物理媒介附加子层物理媒介附加子层PCS-物理编码子层物理编码子层媒介相关媒介相关接口接口MDIMAC-媒介接入控制子层媒介接入控制子层RS-协调子层协调子层吉比特媒介无关接吉比特媒介无关接口口GMIIMPMC-多点多点MAC控制控制OAM（可选）（可选）LLC-逻辑链路控制子层逻辑链路控制子层高层高层物理层物理层数据链路层数据链路层网络层网络层传送层传送层会话层会话层表示层表示层应用层应用层OSI参考模型参考模型2022-6-182022-6-1847三、三、EPON协议模型协议模型2022-6-1847PO

36、N网络媒介网络媒介PMD-物理媒介相关子层物理媒介相关子层PMA-物理媒介附加子层物理媒介附加子层PCS-物理编码子层物理编码子层媒介相关媒介相关接口接口MDIMAC-媒介接入控制子层媒介接入控制子层RS-协调子层协调子层吉比特媒介无关接吉比特媒介无关接口口GMIIMPMC-多点多点MAC控制控制OAM（可选）（可选）LLC-逻辑链路控制子层逻辑链路控制子层高层高层物理层物理层数据链路层数据链路层网络层网络层传送层传送层会话层会话层表示层表示层应用层应用层OSI参考模型参考模型2022-6-182022-6-1848三、三、EPON协议模型协议模型多点控制协议多点控制协议MPCP（Multi-

37、Point Control Protocol）为支持点对多点结构提出，其功能包为支持点对多点结构提出，其功能包括：括：ONU的自动发现和加入的自动发现和加入ONU发送时隙的分配发送时隙的分配向高层报告拥塞情况以便动态分配带向高层报告拥塞情况以便动态分配带宽等。宽等。 2022-6-18482022-6-182022-6-1849三、三、EPON协议模型协议模型 EPON采用采用TDMA方式，在共享媒介上某段时间内只允许一方式，在共享媒介上某段时间内只允许一个个ONU发送以太网帧，经过一个发送以太网帧，经过一个“授权处理过程授权处理过程”，其过，其过程如下：程如下：2022-6-18492022

38、-6-182022-6-1850三、三、EPON协议模型协议模型MPCP协议为了完成上述功能，定义了若干协议为了完成上述功能，定义了若干MAC控制帧：控制帧：授权授权MAC控制帧控制帧：OLT发给发给ONU的的MAC控制帧，用于指示授权控制帧，用于指示授权ONU发送数据的时间通道是多少，即告诉发送数据的时间通道是多少，即告诉ONU数据发送的起始数据发送的起始和结束时刻。和结束时刻。报告报告MAC控制帧控制帧：由：由ONU向向OLT发送，报告该发送，报告该ONU的带宽请求，的带宽请求，通常以通常以ONU缓存区的待发送数据字节数的形式报告。缓存区的待发送数据字节数的形式报告。注册请求注册请求MAC

39、控制帧控制帧：由新：由新ONU向向OLT发送，用于发送，用于OLT发现新发现新ONU注册，请求注册，请求OLT允许加入到允许加入到EPON系统中。系统中。注册注册MAC控制帧控制帧：OLT在收到未注册的在收到未注册的ONU发来的注册请求帧发来的注册请求帧后发送给后发送给ONU，主要包括时间标签、分配给该，主要包括时间标签、分配给该ONU的逻辑链路的逻辑链路标识标识LLID等信息。等信息。注册确认注册确认MAC控制帧控制帧：未注册的：未注册的ONU收到收到OLT发送给它的注册发送给它的注册MAC控制帧后，发送给控制帧后，发送给OLT以确认收到时间标签、以确认收到时间标签、ONU LLID等等 。

40、2022-6-18502022-6-182022-6-1851四、测距技术四、测距技术为什么要测距？为什么要测距？ 各各ONU到到OLT的物理距离各不相同：导致不同的物理距离各不相同：导致不同ONU发出的信息到发出的信息到达达OLT的时间不同步，具有一定的时延差异。的时间不同步，具有一定的时延差异。 时延差异造成各个时延差异造成各个ONU上行时隙重叠，从而发生碰撞。上行时隙重叠，从而发生碰撞。 为了保证各个为了保证各个ONU的发送时隙在经过光合路器后在时间上互不重的发送时隙在经过光合路器后在时间上互不重叠的复用在一起，需要知道各个叠的复用在一起，需要知道各个ONU上行发送的起止时刻，以及上行发

41、送的起止时刻，以及各个各个ONU至至OLT的时延，也就是距离，然后对时延差异进行补偿，的时延，也就是距离，然后对时延差异进行补偿，使所有使所有ONU到到OLT具有相等的逻辑距离，从而确保不同具有相等的逻辑距离，从而确保不同ONU所发所发出的信号能够在出的信号能够在OLT处准确的复用到一起，避免碰撞。处准确的复用到一起，避免碰撞。这种测量这种测量ONU到到OLT时延或者说距离的过程就称为时延或者说距离的过程就称为测距。测距。 2022-6-18512022-6-182022-6-1852四、测距技术四、测距技术测距的基本思想：测距的基本思想： 测量出各个测量出各个ONU到到OLT的信号环路延迟时

42、间，然后为每个的信号环路延迟时间，然后为每个ONU插入一个特定的均衡时延插入一个特定的均衡时延Td，使得所有的，使得所有的ONU在插入在插入Td后的后的环路延迟时间都相等，也就是使每个环路延迟时间都相等，也就是使每个ONU都移到与都移到与OLT相同的相同的逻辑距离处。逻辑距离处。测距的过程：测距的过程： 第一步，是在第一步，是在ONU安装调测阶段进行静态粗测，实现对物理安装调测阶段进行静态粗测，实现对物理距离差异进行的固定时延补偿。在此阶段距离差异进行的固定时延补偿。在此阶段ONU没有传输用户没有传输用户业务。业务。 第二步，是在第二步，是在ONU通信过程中进行的实时动态精测，以校正通信过程中

43、进行的实时动态精测，以校正由于环境温度变化和器件老化等因素引起的动态时延漂移。由于环境温度变化和器件老化等因素引起的动态时延漂移。这种时延变化一般是慢变化的、微小的，因此一般动态调整这种时延变化一般是慢变化的、微小的，因此一般动态调整值都不大。值都不大。 2022-6-18522022-6-182022-6-1853四、测距技术四、测距技术EPON系统的测距采用时间标签法系统的测距采用时间标签法 用用ONU反馈一个时间标签的方法来测量环路延迟，从而得反馈一个时间标签的方法来测量环路延迟，从而得到到ONU到到OLT的距离的距离 。 OLT和和ONU两侧有一个同频时钟，两侧有一个同频时钟，OLT以

44、一定的时间间隔为以一定的时间间隔为每个每个ONU发送当前发送当前OLT的时钟计数器值，也就是时间标签值。的时钟计数器值，也就是时间标签值。 ONU收到该时间标签后，用该标签值来代替收到该时间标签后，用该标签值来代替ONU的当前时的当前时间标签，这样保证间标签，这样保证ONU以落后于以落后于OLT一定的时间同一定的时间同OLT在时在时间上同步。间上同步。 通过时间标签的传递，通过时间标签的传递，OLT通过计算接收的时间标签值和本通过计算接收的时间标签值和本地时钟计数器时间标签的差值来实现测距，其结果就是要地时钟计数器时间标签的差值来实现测距，其结果就是要得到环路传输时延得到环路传输时延RTT，以

45、使所有，以使所有ONU在插入均衡时延在插入均衡时延Td后后具有相等的均衡环路延时。具有相等的均衡环路延时。2022-6-18532022-6-182022-6-18542022-6-1854四、测距技术四、测距技术OLTONUTxTxRxRxT1 AT1 BT2T3T3TABTCDT4-T1T3 C DT4T1OLT得到的环路传输时延：得到的环路传输时延： RTTTABTCD=（T4T1）（）（T3T2）ONU已将已将T2置成置成T1，因此有，因此有 RTT（T4T1）（）（T3T2） （T4T1）（）（T3T1） T4T3 得到得到RTT后，可进一步求出各个后，可进一步求出各个ONU的插入均

46、衡时延的插入均衡时延Td=Tequ-RTT，对，对ONU进行进行插入时延补偿，从而解决上行同步问题，实现时分多址传输。插入时延补偿，从而解决上行同步问题，实现时分多址传输。 2022-6-182022-6-1855五、带宽分配五、带宽分配（1）静态带宽分配）静态带宽分配 静态带宽分配对带宽采取固定配置，静态带宽分配对带宽采取固定配置，OLT按照按照ONU预定的带宽进行初始预定的带宽进行初始配置，运行期间保持不变。配置，运行期间保持不变。静态带宽分配有两种分配准则：静态带宽分配有两种分配准则： 一种是以各一种是以各ONU的峰值速率为基准进行带宽分配，这样能够保证系统的峰值速率为基准进行带宽分配，

47、这样能够保证系统的传输性能。但是由于各的传输性能。但是由于各ONU的数据流往往不是同时处于峰值速率，的数据流往往不是同时处于峰值速率，就会导致整个系统带宽没有被充分利用，系统资源利用率大大降低。就会导致整个系统带宽没有被充分利用，系统资源利用率大大降低。 第二种是以各第二种是以各ONU的平均速率为基准进行带宽分配，这样在一定程度的平均速率为基准进行带宽分配，这样在一定程度上能够提高带宽的利用率。但是常常会出现当一些上能够提高带宽的利用率。但是常常会出现当一些ONU有大的突发数有大的突发数据分组到来时，数据不能及时的发送出去，从而导致数据的丢包率和据分组到来时，数据不能及时的发送出去，从而导致数

48、据的丢包率和时延增加。另外，如果大多数时延增加。另外，如果大多数ONU的数据量都小于平均速率，系统的的数据量都小于平均速率，系统的资源也没有被充分利用。资源也没有被充分利用。 2022-6-18552022-6-182022-6-1856五、带宽分配五、带宽分配（2）动态带宽分配）动态带宽分配对带宽采取实时调度方式，对带宽采取实时调度方式，OLT根据根据ONU的需求情况，的需求情况，实时的改变授权给实时的改变授权给ONU的时隙大小（带宽多少）。的时隙大小（带宽多少）。动态带宽分配包括四个部分：动态带宽分配包括四个部分：OLT和和ONU检测带宽需求情况，或者报告网络拥塞状检测带宽需求情况，或者报

49、告网络拥塞状况；况；ONU报告带宽请求和拥塞状况给报告带宽请求和拥塞状况给OLT；OLT根据带宽请求更新带宽分配；根据带宽请求更新带宽分配；OLT根据更新后的带宽发送授权。根据更新后的带宽发送授权。 2022-6-18562022-6-182022-6-1857六、六、ONU的自动发现的自动发现（1）ONU的自动发现的自动发现 MPCP的默认状态：的默认状态：ONU在获得授权前，不能传送任何在获得授权前，不能传送任何数据（也不能开启激光器）。数据（也不能开启激光器）。 MPCP定义自动发现模式：定义自动发现模式：ONU启动后等待启动后等待OLT的授权，的授权，如果保持静默状态，如果保持静默状态

50、，OLT不可能知道有新的不可能知道有新的ONU加入，加入，所以也就不会授权给所以也就不会授权给ONU。 系统开通运行后增加新的系统开通运行后增加新的ONU，或者故障修复后的，或者故障修复后的ONU重新加入到系统中时，这些重新加入到系统中时，这些ONU能够自动的加入，能够自动的加入，不影响正常工作的其他不影响正常工作的其他ONU。 IEEE 802.3ah对对ONU的自动发现做了相关规定，要求系的自动发现做了相关规定，要求系统在很短时间内（统在很短时间内（60s）自动完成对新）自动完成对新ONU的发现和注的发现和注册，不需要人工干预册，不需要人工干预 。2022-6-18572022-6-182

51、022-6-1858六、六、ONU的自动发现的自动发现（2）自动发现过程）自动发现过程 第一步，第一步，OLT周期性广播注册授权帧，并确定授权大小。周期性广播注册授权帧，并确定授权大小。 第二步，新第二步，新ONU收到注册授权帧，向收到注册授权帧，向OLT发送注册请求发送注册请求帧。帧。 第三部，第三部，OLT收到收到ONU发出的注册请求帧，分配发出的注册请求帧，分配ONU ID，然后向该然后向该ONU发送注册帧。发送注册帧。 第四步，第四步，OLT向向ONU发送授权，让发送授权，让ONU发送注册确认。发送注册确认。 第五步，新第五步，新ONU收到注册帧和授权后，用新分配的收到注册帧和授权后，

52、用新分配的ONU ID代替原来的代替原来的ONU ID，并发送注册确认帧。，并发送注册确认帧。 第六步，第六步，OLT收到收到ONU的注册确认帧，认为该的注册确认帧，认为该ONU注册注册成功，否则认为成功，否则认为ONU注册失败。注册失败。 2022-6-18582022-6-182022-6-1859六、六、ONU的自动发现的自动发现（3）冲突解方案）冲突解方案 两个或两个以上两个或两个以上ONU同时注册会造成冲突。同时注册会造成冲突。随机延迟时间随机延迟时间 发生注册冲突时，发生冲突的发生注册冲突时，发生冲突的ONU仍然每次都响应注册授权，但仍然每次都响应注册授权，但是在响应开窗时随机延迟

53、一定时间。是在响应开窗时随机延迟一定时间。 该方法可以缩短该方法可以缩短ONU加入系统的时间，但是需要增大注册开窗的加入系统的时间，但是需要增大注册开窗的长度。长度。随机跳过开窗随机跳过开窗 发生注册冲突时，发生冲突的发生注册冲突时，发生冲突的ONU随机跳过若干个注册授权后才随机跳过若干个注册授权后才重新响应。重新响应。 如果授权周期为如果授权周期为1s，那么发生冲突的，那么发生冲突的ONU可随机延时可随机延时1s8s（系（系统可配置），然后等待注册授权。统可配置），然后等待注册授权。2022-6-18592022-6-182022-6-1860七、七、LLID的分配的分配逻辑链路标识方式（逻

54、辑链路标识方式（LLID）每个不同的每个不同的ONU分配一个不同的分配一个不同的LLID。每个每个ONU只能接收带有自己的只能接收带有自己的LLID的数的数据报，其余的数据报丢弃不再转发。据报，其余的数据报丢弃不再转发。LLID由网管通过由网管通过OLT分配。分配。OLT通过通过LLID辨别帧从哪一个辨别帧从哪一个ONU发来的。发来的。可通过修改帧中的可通过修改帧中的LLID将帧发送到相应将帧发送到相应的的ONU。2022-6-18602022-6-182022-6-1861七、七、LLID的分配的分配（1）每个每个ONU分配一个分配一个LLID 2022-6-1861分级的带宽分配结构分级的

55、带宽分配结构2022-6-182022-6-1862七、七、LLID的分配的分配（2）基于业务分配）基于业务分配LLID2022-6-1862每种业务一个每种业务一个LLID单级带宽分配单级带宽分配2022-6-182022-6-1863第四部分第四部分光纤入户网络设计光纤入户网络设计2022-6-1863返回返回2022-6-182022-6-1864一、网络结构一、网络结构2022-6-18642022-6-182022-6-1865一、网络结构一、网络结构（1）单纤三波2022-6-18652022-6-182022-6-1866一、网络结构一、网络结构（2）双纤独立传输）双纤独立传输2

56、022-6-18662022-6-182022-6-1867二、带宽规划二、带宽规划（1）带宽预测）带宽预测2022-6-18672010年年2012年年远期远期各业务所需各业务所需带宽带宽（下行）（下行）IPTV：26MbpsIPTV：1012MbpsIPTV：20Mbps视频通信：视频通信：1Mbps视频通信：视频通信：2Mbps视频通信：视频通信：4Mbps上网业务：上网业务：2Mbps上网业务：上网业务：4Mbps上网业务：上网业务：10Mbps网络游戏：网络游戏：300kbps网络游戏：网络游戏：300kbps网络游戏：网络游戏：2MbpsVoIP：100kbpsVoIP：100kb

57、psVoIP：100kbps各业务所需各业务所需带宽带宽（上行）（上行）语音、视频通信：语音、视频通信：1Mbps上网业务：上网业务：1Mbps语音、视频通信：语音、视频通信：2Mbps上网业务：上网业务：2Mbps语音、视频通信：语音、视频通信：4Mbps上网业务：上网业务：4Mbps视频监控：视频监控：2Mbps总计接入带宽总计接入带宽（下行）（下行）28Mbps418Mbps1030Mbps总计接入带宽总计接入带宽（下行）（下行）12Mbps24Mbps410Mbps2022-6-182022-6-1868二、带宽规划二、带宽规划（2）带宽规划原则）带宽规划原则应根据不同业务和不同客户群

58、的需求差异分配相应根据不同业务和不同客户群的需求差异分配相应的带宽；应的带宽；保证保证FTTH系统内不同用户的基本可用带宽；系统内不同用户的基本可用带宽；高优先级业务的带宽要优先保证；高优先级业务的带宽要优先保证；对用户的最大可用带宽进行限速；对用户的最大可用带宽进行限速；每个每个PON树的规划带宽应考虑一定的冗余，合理树的规划带宽应考虑一定的冗余，合理规划系统带的用户数；规划系统带的用户数；对于对于IPTV组播业务，组播业务，FTTH系统宜将系统宜将OLT设置为组播设置为组播复制点，复制点，FTTB系统宜将系统宜将MDU设置为组播复制点。设置为组播复制点。2022-6-18682022-6-

59、182022-6-1869二、带宽规划二、带宽规划（3）PON系统可用带宽系统可用带宽2022-6-1869FTTX技术技术EPONGPON技术标准技术标准IEEE 802.3ahITU-T G.984线路速率（下行）线路速率（下行）1250Mbps1244/2488Mbps线路速率（上行）线路速率（上行）1250Mbps155/622/1244/2488线路编码线路编码8B/10BNRZ线路编码效率线路编码效率80%100%TC层效率层效率98%99%可用带宽（下行）可用带宽（下行）980Mbps1200/2400Mbps可用带宽（上行）可用带宽（上行）800900Mbps140/560/1

60、100/22002022-6-182022-6-1870二、带宽规划二、带宽规划（4）带宽测算）带宽测算 FTTH 网络的带宽测算包括两个方面的内容：网络的带宽测算包括两个方面的内容： 单个单个PON 系统内带宽测算：考虑该系统内带宽测算：考虑该PON 系统内所有系统内所有ONU 所产生的流量；所产生的流量； OLT 上联的带宽测算：考虑所有上联的带宽测算：考虑所有PON 口所带的全部口所带的全部ONU所产生的流量。所产生的流量。 计算公式如下：计算公式如下：2022-6-1870（业务分配带宽（业务分配带宽业务用户比率业务用户比率集中比集中比流量占流量占空比）空比）总用户数总用户数/带宽冗余