有源光网络和无源光网络

第五章有源光网络和无源光网络5.1有源光网络技术AON有源光纤接入网(AON)，是指从局端设备到用户分配单元之间均用有源光纤传输设备，即光电转换设备、有源光电器件以及光纤等。可分为基于PDH和基于SDH的AON

现通常是基于SDH的AON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70多公里技术成熟：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5.2无源光网络5.2.1无源光网络的概念无源光网络(PON)一般指光传输段采用无源器件（无源光分路器等），实现点对多点拓扑的光纤接入网。(1)信号在传输过程中无再生放大(2)信号由光分路器、无源光功率分配器等传至用户(3)实现透明传输，信号处理全由局端和用户端设备完成与有源光网络比：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）PON的结构单星形结构多星形(树形)结构总线结构环形结构PON的系统结构OLTONU1ONU2ONUnPON用户用户用户OBD业务网络UNISNIODN组成：OLT、ODN、ONU，且ODN中全是无源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PON的数据传输PON的帧都是定时长帧，分上行帧和下行帧为了实现TDMA接入，在上行时隙中传输的数据要求附加开销。上行时隙格式如下：ONUONUOLTONUOBD上行突发模式下行连续模式保护时隙附加开销ATM信元/OAM信元/以太帧用于OLT同步、标识信元开始OAM信元为管理信元，如带宽申请、测距等PON的数据传输下行：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ODN，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）→获得授权的ONU在指定时隙发送PON的关键技术测距技术快速比特传送技术突发信号的收发搅码技术（扰码）媒质接入控制（MAC）技术测距技术

为何需要测距？采用TDMA，必须保证每个时隙的数据彼此独立，互不干扰PON结构中，各ONU到OLT的物理距离不等，则各ONU到OLT的传输时延不同，如不进行时延补偿，会出现时隙的重叠，造成数据干扰为确保多个ONU到OLT间的正确传输，必须引入测距机制，使各ONU到OLT的逻辑距离相等测距技术测距技术基本策略单独测距+传输数据时测距相结合(粗测＋精测）单独测距在ONU初装联网时必须进行传输数据时测距可根据OLT的配置而定测距的基本原理OLT向ONU发送测距允许消息，消息中指明ONU的上行应答的时隙ONU在指定的上行时隙中用测距PLOAM信元应答OLT计算往返时延，并与理想时延比较，计算出差值，发送一个测距时间给ONUONU根据测距时间调整均衡时延快速比特传送技术测距精度有限，各ONU到OLT的上行比特流存在相位差异需要采用某种技术实现快速同步基本策略先实现位同步、再进行信元同步普通的滑动技术不能满足快速同步要求，需采用其他技术突发信号的收发需要快速开启和关闭光电路，以适应上行的突发数据传输接收端，需要快速调整接收门限，以适应不同距离用户的信号衰减搅码技术（扰码）为了保证共享介质传输的安全性，引入搅码技术在发送端：通过一个随机码对信息进行异或运算后传送在接收端：采用相同的随机码再进行一次异或运算，得到原始数据信元的时隙分配接入请求/允许带宽的动态分配带宽管理由OLT完成为不同的业务提供优先级和带宽上行带宽的占用由媒质接入控制MAC协议实现媒质接入控制（MAC）技术5.2.1ATM无源光网络APONAPON的关键技术基于ATM的PON接入网主要由光线路终端OLT(局端设备)、光分路器(Splitter)、光网络单元ONU(用户端设备)，以及光纤传输媒质组成，一般采用TDMA控制的基带传输方式。局端到用户端的下行方向上，由OLT通过分路器以广播方式发送ATM信元给各个ONU。APON的产生及优点

PON系统最早出现在20世纪90年代初期。1996年ITU-T完成了对G．982的标准化，其主要目标是对2Mbit／s以下接入速率的窄带PON系统进行定义。但是该规范的标准化程度很低，只是对系统容量、分路比进行了规定。而对于双向传输技术、线路速率和帧结构等一系列物理参数都没有制定标准。主要原因在于各厂商先有窄带PON产品，后有规范，而且各厂商规范不一，都认为自己是最好的选择，因此到现在为止ITU-T还没有形成统一完整的规范。规范的不统一带来的是不能形成器件的大规模生产，以至于价格居高不下。在全球范围内，日本、德国和美国的一些窄带PON系统已在应用。

APON：ATMPassiveopticalnetwork

在PION上传送ATM信元标准规范：ITU-T的G.983ONU与OLT之间传送ATM信元速率：上/下行对称155.52Mbps/155.52Mbps

上/下行非对称155.52Mbps/622.08Mbps

无放大器作用距离：20km

双向通信：可用两条分离的光纤，波长1310nm区也可复用一条光纤，异波长双工（上行：1310nm区下行：1550nm区）APON系统结构APON的数据传输APON在PON上传送ATM信元APON帧传输的基本原理同PON，只是APON帧中封装的是ATM信元APON帧中上行信元格式如下：3字节保障区间前导符定界符ATM（OAM）信元53字节测距要求用于OLT同步信元的开始…PLOAM1ATM信元1ATM信元2ATM信元27PLOAM2ATM信元28ATM信元53PLOAM3…下行帧格式1帧=56个信元，每信元53字节……ATM信元1ATM信元2ATM信元52ATM信元53上行帧格式1帧=53个信元，每信元56字节3字节头部上下行速率为155.520Mb/s的帧结构定时长帧下行速率为155.52Mb/s时，每帧56个信元下行速率为622.08Mb/s时，每帧224个信元APON的帧格式APON的延续－GPON弱化ATM保留了APON的许多优点，与APON有很多相同之处，但更高效、高速支持上、下行不对称速率：下行2.488Gb/s，上行1.244Gb/s适配协议采用ITU-TG.7041：GFP（通用成帧协议）支持多业务、多承载（包括ATM业务、TDM业务以及IP/Ethernet业务），提供明确的服务质量保证和服务级别，具有电信级的网络监测和业务管理能力。GPON成为目前最为理想的宽带光纤接入网技术

APON系统的技术难点测距突发模式同步技术突发信号的收发搅码技术媒体接入控制(MAC)协议APON的接入控制方案及帧结构APON系统的发展趋势

ATM技术会在一定程度上影响APON的前景，但它仍有自己的发展空间。现在日本NIT、法国电信、美国南方贝尔和英国电信4家运营者联合推出APON的大型实验，如果获得成功的话，有可能大大促进APON系统的商用化。由于APON的标准化程度高，可以实现大觌模生产和较低成本的要求。根据FSAN集团估计：如果年产量达到100万单元，某些芯片和光器件的集成将会使成本大幅降低。APON系统价格的降低有可能大大加速它的发展，在目前缺乏有效接人手段的情况下，可以快速占领市场。

APON系统所需考虑的问题经济性问题系统容量和覆盖范围问题系统升级问题5.2.2以太网无源光网络

EPON是利用PON(无源光网络)的拓扑结构实现以太网的接入。EPON技术的优势：（1）与现有以太网的兼容性；（2）高带宽；（3）低成本；（4）为灵活供应和快速的服务重组提供了方便；EPON技术的基本网络结构EPON系统特点

EPON（EthernetPON）系统是利用PON的拓扑结构实现以太网接入的系统。它属于IP接入网，是PON技术与以太网技术相结合的产物。目前，IEEE组织已通过了EPON的相关标准。EPON系统与APON系统相比，除了传输速率和帧结构不同外，其余技术基本相同。例如，两者都是采用星形拓扑结构；上行信号采用时分多址（TDMA）技术；下行信号采用广播方式的时分复用（TDM）技术。

EPON与APON的主要区别是，前者根据IEEE802.3以太网协议，传送的是可变长度的IP数据包，最长可为1518字节；后者则根据ATM协议，传送的是固定长度（53字节）的信元。

显然，

APON系统是不能直接传送IP数据包的。IP要求将待传数据分割成可变长度的IP数据包，最长可为65535字节，其中典型长度为576字节。APON系统如要传送IP业务，则必须把IP数据包按每48字节分为一组，然后在每组前面加5字节的信头，构成一个各ATM信元，才能进行传输。

不难看出，利用APON系统传输IP业务，不仅增大了开销，浪费了带宽，而且还要增加信息的传输时延以及OLT与ONU的设备成本。相反，采用EPON系统传输IP业务，不仅减少了开销，提高了带宽利用率，而且也是最为经济的。

EPON帧结构（1）下行帧结构由图可见，EPON下行帧周期为2ms。每帧开头是长度为1字节的同步标识符，用于OLT与ONU之间的时钟同步；随后是长度不同的数据包。这些数据包按照IEEE802.3协议组成，每个数据包包括信头、长度可变的信息净荷和误码监测域三部分。每个ONU分配一个数据包。

帧周期（2ms）┅同步标识符ONU1数据包可变长度数据包（ONU1）信头信息净荷（长度可变）误码探测域

ONU3数据包ONUn数据包EPON下行帧结构（2）上行帧结构图示给出EPON的上行帧结构。由图可见，上行帧周期与下行帧周期相同，也是2ms。每帧包含许多可变长度的时隙，每个ONU分配一个，用于向OLT发送上行数据。图中时隙3表示ONU3的数据，该时隙包含2个可变长度数据包和一些时隙开销。时隙开销包括保护字节、定时指示符和信号权限指示符。当ONU没有数据要发送时，它就用空闲字节填充分配给它的时隙。帧周期（2ms）ONUn时隙┅ONU1时隙时隙开销长度可变数据包1ONU3时隙ONU2时隙可变长度数据包（ONU3）信头信息净荷（长度可变）误码探测域长度可变数据包2EPON上行帧结构

图示给出上行帧的形成过程。各个ONU发送的上行信息流，通过OBD进入共享馈线光纤后，以TDM的方式复合成一个