课件光接入网章

第术EPON第术EPON10GEPON2EPON随着Internet的普及，局域网和骨干网都在向高速化方向EPON随着Internet的普及，局域网和骨干网都在向高速化方向无源光网络（PON）性能优越、成本低，被认为是接入Etherne是传送P业务的最理想的链路层协议之一，以太网接口已经成为事实上的通用业务插座。Ethernet与PON的结合催生了EPON（EthernetOpticalNetworks）。34420001114委员会20001114委员会Committee）立了一个新的研究组。该研究组的研究主题是“EthernetintheFirstMile（EFM）”。2001年7月17日，IEEE宣布批准了EFM出的授权立项请求——（PAR）与此同时作业组批准Force2004年6月24日，EFM联盟在芝加哥举行的Supercomm2004EFM互操作性演示上宣布，IEEE标准委员会已经正式批准了IEEE802.3ah标准。5EFMEFMPoint-to-pointfiberPoint-to-multipointfiberOperation,Administration,andMaintenance对EFM具有广阔的市场应与IEEE802体系（如桥接、管理信息库等）兼容；与其他IEEE802标准显著不同；技术经济67下行方向的传输与千兆以太网物理层传输基本相同，但其下行方向的传输与千兆以太网物理层传输基本相同，但其OLT发出的是以太网帧（加入的LLID）经过8B/10B编码光分路器将OLT发出的信号分路到各分支上，但支路上ONU接收到OLT发给所有的比特流，经8B10B解码后根899EN标准上行通信采用了与NEN标准上行通信采用了与N相同的TDMA技术，即由LT通过发放授权（grnt）的方式控制各U的上行发送；在OLT指定的发送时间里，ONU同样是发送符合千兆以太网物理层要求（前导码也已加入LLID）、速率EPONE3GMI的CAC、射BPMA子层负责并串∕串并转换OAM、MPCP和P2MP是在802.3基础上扩展而来的，其中 MPCP和P2MP是为支持EPON所特有的 LLC子层负责使本地网络层实体与远端对等网络层实体之间交换协议数据单元（PDU）的服务。OAMLLC子层负责使本地网络层实体与远端对等网络层实体之间交换协议数据单元（PDU）的服务。OAM层是IEEE802.3ah为以太网应用到公网，根据运营商对网络的MPCP子层提供对PON这样的无源点对多点拓扑的多点接入控制。MAC层根据LLC层提供的参数对LLC来的消息进行成帧（加MAC层的帧头和差错校验码）；当MAC层接收到下层送上来的MAC帧时，检错、去掉帧头和差错校验码并送往LLC层（出错则丢弃）。调和子层在普通以太网中担当GMII接口信号与MAC信号的映射EPON中进行点对点仿真（P2PE）GMII接口是划分MAC层和物理层的一个标PCS子层负责对GMI来的数据字节进行8B/10B编码送PMA子层，或作相反的变换。PMA子层负责并串∕串PMD子层负责比特流的传输，包括光电转换、脉冲成形、确定功率、适当地均衡、判决接收等。EPON的物理EPONEPON的物理EPON物理编码子层物理媒质附加子层物理媒质相关子层EPONPCS和PMA子层在传统点对点千兆以太网相应功能的基础上进行了扩展，目的是为了适应EPONEPONPMD支持点对多点的PON拓扑EPONEPONPMD支持点对多点的PON拓扑结构在1:16时支持在一根单模光纤上以1000Mbps数据速率在不少于物理层接口的误码10-12EPON采用WDM两种PMD1000BASE-PX10，目标距离1000BASE-PX20，目标距离20kmEPONPMD1000BASE-PX10-U：目EPONPMD1000BASE-PX10-U：目标距离10km的上行发射和下行接收的1000BASE-PX10-D：目标距离10km的下行发射和上行接收的1000BASE-PX20-U：目标距离20km的上行发射和下行接收的1000BASE-PX20-D：目标距离20km的下行发射和上行接收的1000BASE-PXPMD1000BASE-PXPMDEPONPCS子层的扩展：ONUEPONPCS子层的扩展：ONUEPONPCS子层的扩展：可选的FECEPONPCS为支持FECEPONPCS子层的扩展：可选的FECEPONPCS为支持FEC进行了相应的扩展。IEEE将支持FEC在PON中采用FEC的主要目的是扩大分支数以降低成本。FEC在EPON分层结构中EPONPCS子层的扩展：可选的FECEPONFEC在发送端EPONPCS子层的扩展：可选的FECEPONFEC在发送端被传输的以太帧后附加上FEC校验码字（该码字与被校接收端按同样规则检验以太帧数据与校验码字之间的关系，自动802.3ah规定FEC采用G.975推荐的RS(255,239)802.3ah对FEC保持与1000BASE-PCS兼容的帧格与传统的1000BASE-X设备持FEC可选性EPONPCS子层的扩展：可选的FECFECFECFECEPONPCS子层的扩展：可选的FECFECFECFECEPONPMA为支持1000BASE-PX，EPONEPONPMA为支持1000BASE-PX，EPON的PMA子层进行了ONU要与OLT同步，即ONU的发送时钟应跟踪ONU的接收时钟；OLTPMA子层的CDR时间（即TCDR）要小于400ns；注：CDR时间TCDR是指从OLT侧光接收模块输出的电信号达到稳定值的15%时刻（Treceiver_settlg）到比特时钟的频率和相位被同步住∕恢复时刻的时间。EPON点对点仿为了兼容IEEEEPON点对点仿为了兼容IEEE关于以太网的相关协议（如IEEE802.1DBridging），融合PON点对多点物理拓扑结构到以太网框架中以满足实际应用的在P2PE模式中，OLT必须包含N个MAC端口在P2PE模式中，OLT必须包含N个MAC端口，一个端口对应一个EPON中通过逻辑链路标识来标识一个ONU和它对应的OLT上的MACLLID是在ONU注册期间动态分配实际EPON设备中可LLID标识ONU的端口及连接模式。EPON的上行多址接入和动态带宽EPON的上行多址接入和动态带宽上行各ONU上行带宽资ONU的自动发现和ONU向OLT报告带宽请求（用以支持PON的统计复用和带宽动态分配）802.3ah动态带宽分终端设备的QoS的定义、保证及管理策MPCP是一种用来仲裁不同ONU同时传输的双向信息协多点MAC多点MACMPCP采用TDMA方MPCP采用TDMA方式只允许一个ONU发送以太帧，由OLT授权ONU被发现注册后进入网通过反馈机制更好地利用网络带宽。多点MAC控制子层产生MAC控制帧，这些控制帧有更高优先级。MPCPMACMPCPMAC授权（Gate）报告（Report）注册请求（Register_Require）注册（Register）授权（Gate）报告（Report）注册请求（Register_Require）注册（Register）注册确认（Acknowledge）ONUONU的自动发现对EPONONUONU的自动发现对EPONONU系统自动完成对新ONU的发现和注册，无需人工干新ONU的加入不影响运行中的ONU能够在短时间内（60s）完成新ONU的自动根据NU距LT最远距离优化ONU自动加入相关参数，支持最远距离为30km的ONU的自动加入。①OLT周期地发布注①OLT周期地发布注待注册ONU在分配时间内发送注册请OLT收到注册请求帧后，分配LLID并给ONU发授权帧，等待ONU的注册确ONU在收到注册帧，LLID，并在OLT的授权期间发OLT收到注册确认②③④⑤⑥EPON采用时间标签法进行系统同步。EPON采用时间标签法进行系统同步。LT与ONU两端个有同频时钟，LT以一定的时间间隔给每个ONU发送当前LT的时钟计数值（时间标签值），ONU收到该时间标签后，用该标签来刷新ONU的当前时钟标签，保证NU以落后于LT一定的时间与OLT在时间上同目前EPONONU通过上行目前EPONONU通过上行Report帧报告包括请求，OLT根据各ONU带宽请求和带宽分配策略决定各ONU的授权，通过下行IEEE802.3ah未对动态带宽分配策略（DBA算法）作出规目前已报道的DBA有效分配带宽，提高有效分配带宽，提高系统的带宽利用支持多业务的区分服务，保证服务质AssuredForwarding（AF）Best满足SLA，保证带宽分配的公平公平性：同等级用户获同等服务，不同等级用户获得上述因素是相互制约的，需要统筹兼顾EPONDBA按OLT与ONU集中式算EPONDBA按OLT与ONU集中式算三种三种IPACT：InterleavedPollingwithAdaptiveCycle采用交织轮询机制IPACT：InterleavedPollingwithAdaptiveCycle采用交织轮询机制，以请求∕授权方式对上行信道进行带宽分配每个轮询周期OLT以轮转方式依次向每个ONU分配一次上行信道时隙该算法是根据ONU报告的需求分配给各个ONU时隙，最大可能地提高链路的带宽利用率。在系统负荷很高的条件下，有必要限制轮询周期的上限以防止端到端延迟无限制增加。同时通过设定ONU的最大传输窗口Wmax，可以保证ONU间的公平性NWT RNi式中，Tmax为最大轮询周期，Tguard为保护间隔，RN为EPON的线路速◼Wmax也决定了给ONU的保证带WREPORTWB Ti式中的WREPORT是为REPORT消息保留的窗口长度，是◼当只有一个ONU有◼Wmax也决定了给ONU的保证带WREPORTWB Ti式中的WREPORT是为REPORT消息保留的窗口长度，是◼当只有一个ONU有数据发送的极端情况，这个ONU可用带WREPORWBmax iWNguardRN◼当所有ONU都有相同的SLA时，（6.1）可简WNTRN◼在N=16Tmax为2msTguard取1μsRN为1000MbpsEPON的条件下=15500字节WREPORT取84字节，每ONU得到保证带宽61.66Mbit/s，ONU的最大带宽约为881Mbit/sABCDABCD固定OLT在周期k中授权给ONUi的时固定OLT在周期k中授权给ONUi的时wi特忽略了请求的多少而总是授权最有固定的周期Tmax这实际上就是静态带宽分配，带宽利用限制OLT在周期k中授权给ONUi的时vi限制OLT在周期k中授权给ONUi的时viminwi式中 是请求窗口的大小注特按请求的字节数量授权，但不会超过一种最保守的方法，在所有的方案中周注：在计算vi,k时，包括一个REPORT消息中收到的队列物理层开销：Ton、Toff和发送一个REPORT消息所需要的额外长度。开门OLT在周期k中授权给ONUi的时开门OLT在周期k中授权给ONUi的时wi,kvi特授权窗口大小不受限于，其授权带宽总是与请求带宽如果供给负载超过网络容量，周期会无限制增唯一的限制因素是NU缓存的大小Q，即一个NU不能存储超过Q个字节，因此不会有超过字节的请求。性有较好的平均分组时延，但在高负荷下会有非常长的周期时间；请求时隙长度存在振荡现最高分组时延不适用于多业务接OLT在周期k中授权给ONUi的时ConstviwOLT在周期k中授权给ONUi的时ConstviwiW特在请求窗口长度上增加一个固定信用Const弥补发性假设在NU发出REPORT消息后到这个RT消息获得的授权时隙开始的时刻之间，NU收到了x字节。如果授权窗口大小等于请求窗口大小＋x字节（即信用额为x）则这x字节的授权延时为0；总体时延也将会变OLT在周期k中授权给ONUi的时 iOLT在周期k中授权给ONUi的时 iwiW特使用与固定信用服务类似的方式，但是其信用的大小与请求窗口成比例；性因为D业务具有一定程度的预测性，通过观察获得的业务变化量而导出的线性信用变化，能够较好地适应D业务，降低授权延时；总体时延也将会有弹性OLT在周期k中授权给ONUi的时vimin弹性OLT在周期k中授权给ONUi的时viminwNWiiwnni特去除最大窗口Wmax唯一的限制因素是最长周期时间Tmax性最大窗口通过下列方法来保证；前N个授权的累加值（包括正在进行的授权）不会超过×Wmax字节（N＝U的数目）。当只有一个ONU有数据发送，它可以得到最大N×Wmax的授在IPACT算法中，引入DiffServ模型，支持在IPACT算法中，引入DiffServ模型，支持ONU内调度：802.1D的严格优先级调度，分为若干个个不同优先级队列，当产生REPORT帧时统计各优先级队列的大小并上报ONU间调度：采用基于授权∕请求的IPACT算法，汇总各ONU上报不同优先级队列请求，按优先级计算授权。将NU在不同优先级上获得的授权合并后，发送一个总的授权到相应的ONU。该算法能够较好地保证高优先级业务的服务质量，但会造OLT高优中优ifnnB GRMHiiG RRMniGelseGMBHOLT高优中优ifnnB GRMHiiG RRMniGelseGMBHniRM低优nnniGRL BtotalGHGMiifiRLRnn totalGHiGMelseGL L nBRLii1ii有较高的带通过有较高的带通过合理设置Tmax，可以获得一定的延可变轮询周期，造成网络负载较轻时信道利用率下降很多。（为经过改进的IPACT算法可以支持DiffServ，但在网络负载较轻时，低优先级业务的传输时延增加，形成“轻载惩罚”效应。在ONU侧建立两级缓存队列，其中Ⅰ区由多个优先级队在ONU侧建立两级缓存队列，其中Ⅰ区由多个优先级队当发送时隙到达时，来自Ⅱ区的数据包被传送到OLT，空出了队列；同时，来自Ⅰ区的数据包送到Ⅱ区队列的在当前时隙的结尾，U向LT报告当前Ⅱ区队列的占用情况，以获取下一个发送周期。典型的DBA算法IPAQGIPAQG，Integrated典型的DBA算法IPAQGIPAQG，IntegratedPeriodicandQuasi-Periodic轮询算Polling，轮询算Polling，带宽保ONU被分成BGONU和non-BG每个BGONU根据带宽请求和SLA占用一个或多个入口，如有入口剩余，则动态分配给non-如有被BGONU占用但未完全使用的入口，则剩余带宽可动态分配给non-BGONU6.5EPON的运行维护管以太接入网OAM的目标要6.5EPON的运行维护管以太接入网OAM的目标要以太网技术应用到接入网、城域网这样的公网环境，与增加以太网的OAM功能是以太网技术应用到公网的关键EPON体系中增加了OAM子层。802.3ah对以太接入网的OA作出了原则性的规范，为以太网技术应用到接入网中打下了良好的基础。EPON的OAM子层由802.3ah标准的第57子句定义。OAM子层为网络操作者∕运营商提供了检测网络状况和EPON的OAM本地DTE接收路本地DTE接收路径失效时能够向对等实体发支持单向操作的用户接入物理层设备在故障时可进行远端故障指对支持OLT至ONU方向的单向操作的EPON，故障情况下可由其他物理层设备不支持OAM远端故障指示单向操作，但有些设备在物理层提供远端故障指示机制。远端提供支持数据链路层帧环回模式链路提供支持包含诊断信息的事件指链路提供支持包含诊断信息的事件指提供支持802.3ah第30子句各种MIB其他OAM运行和激活是可选择的。提供OAM功能的发现机制。为高层的管理应用提供扩展机制。802.3ahIEEE802.3ahOAM子层不涉及保护倒换和站点管理功能，可以通IEEE802.3ahOAM子层不支持配置和协商功能（如带宽分配、速IEEE802.3ahOAM子层不涉及OAM数据保密和OAM实体认证关的问题OAM子层不支持对远端MIB变量的设置功OAMOAMOAMOAMOAM与AM子层配合的DTE应支持主动和∕或被动模式。当AOAM与AM子层配合的DTE应支持主动和∕或被动模式。当AM被激活时，具有主动和被动模式能力的DTE需要选择主动或被动模式中的一种①②主动被动OAMOAM定义了一系列影响链路工作的事件：①②③④紧急链路事件（包括LinkFault、DyingGasp、Critical远端OAM远端环回（目的是故障定位和链路性能测试OAM远端环回（目的是故障定位和链路性能测试OAMOAMPDUOAMOAMPDUCode域的值是控制器在生成信息OAMCode域的值是控制器在生成信息OAMPDUEPON的生存在公用接入网中，各EPON的生存在公用接入网中，各类用户对业务的可靠性要求越来越EPON应用于公用接入网时，必须要为EPON网络提供电范目前的EPON保护倒换方案主要参考了ITU-TG.983x关于802.3ah没有为业务可靠性及网络保护倒换作出规1：对的光1：对的光模块和主干2OLT的PON口和主干类型3：对OLT的PON类型3：对OLT的PON干光纤、配线纤和ONU光模类型4：对OLTONUPON进行EPON的安全EPONEPON下行方向为广EPON的安全EPONEPON下行方向为广播方式，存在着恶意窃听的可能；非法ONU伪装注册，侵入PONEPON保密性可控性(Controllability)EPON共享线路和下行广播方式需要EPON共享线路和下行广播方式需要进行加密。ITU在G.983采用搅动加密过于简单，应用在多业务EPON中存在很大的安全威AES作为新一代的数据加密算法有很高的安全性，但在EPN高达1Gbps的大吞吐量的工作环境下,完全采用ES算法无法保证实时性。根据不同的业务对安全性，时延性要求各不同，对业务分类，并→RSA公钥密码算并用来对搅动和AE这两种对称密码算法（单钥密码）的密码进行分配。→RSA公钥密码算并用来对搅动和AE这两种对称密码算法（单钥密码）的密码进行分配。→AES加密算→搅动加密算PLS服务语PLS加PLS服语PLSRSGMIIGMIIRSPLS服务语PLS加PLS服语PLSRSGMIIGMIIRSMACMAC搅动:特点是结构→FPGA搅动:特点是结构→FPGAAES:特点是较多→协处理器RSA：处理数据量→软核处理器软件DSPDSP专用加密配置缺乏灵活性，成本FPGA构建“协处理器”，由硬件来快速完成运算瓶颈。同时又具有通用处AlterastratixII系列2s60FPGAQuartusII5.0+SOPC+NIOS2IDEAlterastratixII系列2s60FPGAQuartusII5.0+SOPC+NIOS2IDE软件NIOS2处理器24MHz频率+协处1000DSP纯软件处理协处理器的处理0.59ms，能基本满足对数据业务的加密处理。10GEPON10GEPON标准IEEE802.3av已经于2009年10GEPON10GEPON标准IEEE802.3av已经于2009年9月11EPON10GEPON光功率预算，定义了六种光功率预算模型，基本能满足运营商网MPCP兼容，与传统1GEPON在MPCP层面前向兼容，并对原有FEC编码方式，采用（255，223）的FEC编码方波长重新规划，上行使用1268～1280nm波段，下行重用原有的低功率预算等级：低于20dB的低功率预算等级：低于20dB的通道损耗，典型场景为1:16，中功率预算等级：低于24dB的通道损耗，典型光比1:16，