《现代通信接入网技术》课件 模块五 10G PON技术

《现代通信接入网技术》模块510GPON技术25.110GEPON技术5.2XG(S)-PON技术5.410GPON组网应用目录5.310GPON硬件认知5.110GEPON技术45.1.110GEPON技术标准5.1.210GEPON技术原理5.1.310GEPON典型应用组网5.1子目录5.1.110GEPON技术标准510GEPON遵循802.3av标准，标准定义了两种10GEPON技术：非对称：下行传输速率为10Gbps，上行传输的速率为1.25Gbps对称：下行传输速率为10Gbps，上行传输的速率为10GbpsIEEE802.3av标准的核心点：扩大EPON(802.3ah)标准的上下行带宽，达到10G速率。10GEPON/EPON的兼容性，即10GEPON的ONU可以与1.25GEPON的ONU共存在同一个ODN下。5.1.110GEPON技术标准6EPON和10GEPON光谱分配如下：EPON和10GEPON下行波分共存，上行时分共存。126013601480150015751580EPON/10GEPON(非对称)上行EPON下行10GEPON下行10GEPON（对称）上行波长nm127012801310149015775.1.110GEPON技术标准7项目EPON(802.3ah)10GEPON(802.3av)非对称对称速率1.25G下行/

1.25G上行10G下行

/

1.25G上行10G下行

/

10G上行上行线路编码8B/10B8B/10B64B/66B分光比1:641:1281:128波长/nm下行1490(1480-1500)1577(1575-1580)1577(1575-1580)上行1310(1260-1360)1310(1260-1360)1270(1260-1280)最大传输距离20km20km20km光功率预算PX10/20(20+)PRX10/20/30/40/50PR10/20/30/40/505.1.110GEPON技术标准8EPON的演进是将OLT的EPON端口更换为对称/非对称的10GEPON端口，ONT可以根据需求灵活选择。EPONOLT分光器EPONONTODF10GEPONOLT非对称10GEPONONT下行：1490nm上行：1270/1310nm下行：1577nm上行：1270/1310nm1577nm1490nm1270nm1310nm对称10GEPONONT下行：1577nm上行：1270nmODF×5.1.210GEPON技术原理910GEPON实现单纤双向传输，系统采用WDM技术。为了分离同一根光纤上多个用户的信号，采用以下两种技术：下行数据流采用广播技术；上行数据流采用TDMA技术。1270nm分光器ONUONUONUOLT1577nm5.1.210GEPON技术原理10下行方向，OLT采用广播方式发送数据给ONU，所有的ONU都能收到相同的数据，ONU根据LLID信息判断是否接收分光器ONU1ONU3ONU2123OLT1231231231235.1.210GEPON技术原理11上行方向采用TDMA:OLT统筹管理ONU发送上行信号的时刻，发出时隙分配帧。ONT根据时隙分配帧，在OLT分配给它的时隙中发送自己的上行信号。分光器ONU1ONU3ONU2123OLT1231231231235.1.210GEPON技术原理1210GEPON数据帧和EPON数据帧一样，基于802.3体系的以太网帧进行扩展。前导码7Bytes定界符1BytesDA6BytesSA6Bytes长度/类型2Bytes数据46-1500BytesFCS4BytesEthernet前导码8BytesDA6BytesSA6Bytes长度/类型2Bytes数据46-1500BytesFCS4Bytes10GEPON0x550x55SLD0x550x55LLIDCRC8LLID5.1.210GEPON技术原理1310GEPON关键技术之①MPCP测距：对OLT而言，各个不同的ONU到OLT的逻辑距离不相等，OLT与ONU的环路时延也会随着时间和环境的变化而变化，因此在ONU以TDMA方式（也就是在同一时刻，OLT一个PON口下的所有ONU中只有一个ONU在发送数据）发送上行信元时可能会出现碰撞冲突。ONU1ONU2ONU3OLT分光器冲突5.1.210GEPON技术原理14MPCP测距原理：补偿因ONU距离不同而产生的时延差异：RTT（RoundTripTime）在注册过程中，OLT对新加入的ONU启动测距过程OLT使用RTT来调整每个ONU的授权时间OLT也可以在任何收到MPCPPDU的时候启动测距功能。使用注册冲突避让：在10GEPON系统中，解决ONU的注册冲突的方案：随机延迟时间法。T1T2T3T1OLTONUgategatereportT3-T1T2-T1RTT=(T3-T1)-(T2-T1)=T3-T25.1.210GEPON技术原理1510GEPON关键技术之②突发光电技术：10GEPON上行方向采用时分复用的方式工作，每个ONU必须在许可的时隙才能发送数据，不属于自己的时隙必须关闭光模块的发送信号，才不会影响其他ONU的正常工作。对于OLT侧上行接收来讲，必须要根据时隙进行突发接收每个ONU的上行数据。因此，为了保证系统的正常工作：ONU侧的光模块必须支持突发发送功能OLT侧的光模块必须支持突发接收功能5.1.210GEPON技术原理16ONU侧突发发送：测距保证不同ONU发送的信元在OLT端互不冲突，但测距精度有限，一般为正负1bit，不同ONU发送的信元之间会有几bits的防护时间（但不是比特的整数倍），如果ONU侧的光模块不具备突发发送功能，则会导致发送信号出现叠加，信号则会失真。ONU1ONU2ONU3OLT分光器突发光模块连续光模块5.1.210GEPON技术原理17OLT侧突发接收：由于每个ONU到OLT的距离不同，所以光信号衰减对于每个ONU来讲都是不同的，所以就可能导致OLT在不同时隙接收到的报文的功率电平是不同的，如果OLT侧的光模块不具备光功率突变的快速处理，则会恢复出错误的信号（高于阈值电平才认为有效，低于阈值电平则无法正确恢复）。动态调整阈值功能可以在OLT按照收光信号的强弱动态调整收光功率的阈值以保证所有ONU的信号可以完整恢复。阈值阈值连续光模块突发光模块信号恢复信号恢复5.1.210GEPON技术原理1810GEPON关键技术之③DBA：DBA：DynamicBandwidthAssignment动态带宽分配协议。OLT根据ONU的上行突发业务量需求，动态地调整分配上行带宽给ONU，既满足了ONU上行带宽需求，也提高了PON系统带宽的利用率。DBA算法逻辑REPORT报告GRANT消息TimeslotONU的调度器ONUOLT控制平面数据平面5.1.210GEPON技术原理1910GEPON关键技术之④线路加密：10GEPON系统下行方向采用广播方式，恶意用户很容易截获系统中其它用户的信息。ONU为了使自己的信息不被其他ONU读懂，要求OLT在发送它的数据信息前按每个ONU自己提供的密码(搅动键)在TC层进行搅动加密。为防止窃听者逐个试探解密，需要对搅动键定时更新，每个ONU更新的频率至少每秒更新一次。5.1.210GEPON技术原理20为了防止加密密钥被破解带来的风险，使用密钥更换技术，不断更新加密密钥，提高安全性。33112加密解密解密解密133211用户1用户2用户3133211133211133211OLTONUONUONU5.1.210GEPON技术原理2110GEPON关键技术之⑤MPCP兼容：MPCP兼容适配机制，解决了1.25G/10GONU在网络中共存问题(1)发现窗（DiscoveryGateMessage）增加了1.25G和10G的标志域，区分1.25G和10GONU。(2)ONU报告光模块要求的开关时间（LaserON/OFFtime)。(3)经OLT与ONU协商后，告知ONU光模块的实际开关时间。（1）（2）（3）5.1.310GEPON典型应用组网2210GEPON网络拓扑结构遵循标准PON网络P2MP拓扑架构，和EPON网络拓扑一样，下图为典型企业组网图路由器业务存储OLT分光器ONUONT软交换无线接入点楼宇监控系统安防监控PC瘦终端语音TV单纤单模BackboneLAN5.2XG(S)-PON技术245.2.1XG(S)-PON技术的发展5.2.2GPON和XG(S)-PON主要技术规格差异5.2.3XG(S)-PON网络结构5.2子目录5.2.4XG(S)-PON工作原理5.2.5XG(S)-PON安全策略5.2.6GPON向XG(S)-PON的平滑演进5.2.1XG(S)-PON技术的发展25StartG.987.2G.987.1G.987.3G.988G.987.4G.9807.12009201020112012201320165.2.2GPON和XG(S)-PON主要技术规格差异26项目GPONXG(S)-PONXG-PONXGS-PON波长范围下行：1480-1500nm上行

：1260-1360nm下行：1575-1580nm上行

：1260-1280nm下行

：1575-1580nm上行

：1260-1280nm中心波长下行：1490nm上行：1310nm下行

：1577上行：1270下行:1570上行：1270线路速率下行：2.488Gbit/s上行

：1.244Gbit/s下行：9.953Gbit/s上行：2.488Gbit/s下行

：9.953Gbit/s上行：9.953Gbit/s帧结构GEMxGEMxGEM5.2.3XG(S)-PON的网络结构27ServiceNodeOLTCPEONUONUXG(S)-PONXG(S)-PON分光器SNIODNUNIXG(S)-PON：XG(S)-PON接口SNI：业务侧接口UNI：用户侧接口CPE：用户终端设备5.2.4XG(S)-PON的工作原理28（1）GEMPortGEMPort标识的是XG(S)-PON系统中OLT和ONU之间的业务虚通道，即承载业务流的通道，类似于ATM虚连接中的VPI/VCI标识。每个GEMPort由一个唯一的PortID来标识，由OLT进行全局分配，一个GEMPort可以承载一种业务，也可以承载多种业务。（2）TCONTTCONT是XG(S)-PON上行方向承载业务的载体，所有的GEMPort都要映射到TCONT中，由OLT通过DBA调度的方式上行。TCONT是GPON系统中上行带宽最基本的控制单元。每个T-CONT由Alloc-ID来唯一标识。Alloc-ID由OLT每个端口分配。5.2.4XG(S)-PON的工作原理29XG(S)-PON系统对以太网帧进行解析，将数据部分直接映射到XGEMPayload（净负荷）中进行传输。XGEMPayload8N+185.2.4XG(S)-PON的工作原理30XG(S）-PON系统采用单根光纤将OLT、分光器和ONU连接起来，上下行采用不同的波长进行数据承载。上行采用1260nm~1360nm范围的波长，下行采用1480nm~1500nm范围的波长。XG(S）-PON系统采用波分复用的原理通过上下行不同波长在同一个ODN网络上进行数据传输，下行通过广播的方式发送数据，而上行通过TDMA的方式，按照时隙进行数据上传。5.2.4XG(S)-PON的工作原理31XG(S）-PON系统的业务转发流程下行方向：OLT通过广播方式发送数据，所有的业务在业务处理单元中被封装到GEMport中广播到该XG(S)-PON接口下的所有ONU上，ONU再根据GEMportID进行数据过滤，只保留属于该ONU的GEMport并解封装将业务从ONU的业务接口送入用户设备中。上行方向以太帧被发送到对应的GEMport，GEMport将以太帧封装进GEM帧中，并根据GEMport和T-CONT队列映射规则将GEM帧

放入对应的T-CONT队列中。PONOLTPortPortPortPortPortPortPortPortPortPortONUGEMPortfilterONUGEMPortfilterONUGEMPortfilter5.2.5XG(S)-PON的安全策略32线路加密技术线路加密技术相比GPON技术有所提高，可以防止非法接入的设备窃取信息，造成安全隐患。XG(S)-PON线路加密支持上行方向和下行方向双向加密，确保数据报文双向安全传输。XG(S)-PON系统将明文传输的数据报文通过加密算法（AES-CTR加密算法）进行密文传输，提高安全性。另外，为了防止密钥被破解带来的风险，使用密钥更换技术，不断更新密钥，提高安全性。5.2.5XG(S)-PON的安全策略33ONU认证PON系统通过认证技术，确保接入的ONU的合法性，包括6个状态和2个计时器。6个激活状态包括：O1初始状态、O2-3序列号状态、O4测距状态、O5操作状态、O6下行同步丢失间歇状态、O7紧急停止状态。通过这些状态的反馈，确保接入的ONU的合法。5.2.5XG(S)-PON的安全策略34长发光ONU检测ONU必须按照OLT分配的时间戳向上行方向发送数据才能保证数据依次上行到OLT设备而不产生冲突。不按照分配的时间戳向上行方向发送光信号的ONU叫长发光ONU。针对长发光ONU的处理一般分为三个过程：检测（check）排查（detect）隔离（isolate）5.2.6GPON向XG(S)-PON的平滑演进35XG(S)-PON与GPON波长无叠加，故可以通过波分复用方式共享ODN网络。1260128012901330148015001575158015501560XG(S)-PON上行中心波长1270nmGPON上行中心波长1310nmGPON下行中心波长1490nmXG(S)-PON下行中心波长1577nmRF视频中心波长1555nm1490nmGPONONUGPONONUXG(S)-PONONUGPONOLTXG(S)-PONOLTRFVideo1310nm1577nm1270nm1555nmGPONONUXG(S)-PONONUWDM1r5.2.6GPON向XG(S)-PON的平滑演进36OLT平台支持GPON业务单板与XG(S)-PON业务单板共存。GPON和XG(S)-PON的业务发放、业务部署方式相同，可以共享网管系统和业务发放系统。GPONONTOLT②升级网络管理系统①

增加XG(S)-PON业务单板③

替换GPONONU或者新增XG(S)-PONONU①OLT升级②

NMS升级③

增加WDM或者分光器④增加XG(S)-PONONUGPONONUGPONONU5.2.6GPON向XG(S)-PON的平滑演进PONCombo是通过一个Combo端口支持两种PON技术，实现一个PONCombo端口同时支持多种ONU类型，实现GPON和XG(S)-PON混合建网以及GPON向XG(S)-PON平滑演进。5.2.6GPON向XG(S)-PON的平滑演进38在OLT设备增加GPON&XG(S)-PONCombo业务单板；将GPON端口的主干光纤割接到Combo单板；新增XG(S)-PONONU或者替换现网GPONONU。5.310G

PON硬件认知405.3.1OLT介绍5.3.2典型OLT单板简介5.3.3ONU介绍5.3子目录5.3.1OLT介绍41华为OLT介绍华为大容量OLT：MA/EA5800-X17华为中等容量OLT：MA/EA5800-X7华为微型OLT：MA/EA5800-X25.3.1OLT介绍42MA5800/EA5800-X17业务框提供22个槽位，其中包括2个主控板槽位，2个电源板槽位，1个通用接口板槽位和17个业务板槽位。其中，主控板占据9，10两个槽位，必须配置相同的主控板；业务板为1-8，11-19槽位，支持业务板混配，支持上行接口板混配，但建议采用相同的上行接口板，主控板与上行接口板都可用于上行数据的传输，但建议采用主控板用作上行；通用接口板(GPIO槽位)为0槽位，电源板为21，22槽位。5.3.1OLT介绍43MA5800/EA5800-X15业务框提供20个槽位，其中包括2个主控板槽位，2个电源板槽位，1个通用接口板槽位和15个业务板槽位。5.3.1OLT介绍44MA5800/EA5800-X7业务框共有12个槽位，其中包括2个主控板槽位，2个电源板槽位，1个通用接口板槽位（GPIO）和7个业务板槽位。5.3.1OLT介绍45MA5800/EA5800-X2为小规格业务框，共有5个槽位，其中包括2个主控板槽位，1个电源板槽位和2个业务板槽位。5.3.2典型OLT单板简介461、主控板H903MPLA、H901MPLB是适用于MA5800/EA5800系列OLT的控制单元板，是系统控制和业务交换汇聚的核心，同时也可以作为统一网管的管理控制核心。H903MPLA通过主从串口、带内的GE/10GE通道和业务板传递关键管理控制信息，完成对整个产品的配置、管理和控制，同时实现简单路由协议等功能。H901MPLBH903MPLA5.3.2典型OLT单板简介472、GPON接口板H901GPSF单板是16端口GPON接口板和ONU（OpticalNetworkUnit）设备配合，实现GPON业务的接入。H901GPSF5.3.2典型OLT单板简介483、XG-PON接口板XG-PON接口板和ONU（OpticalNetworkUnit）设备配合，实现XG-PON业务的接入。典型型号如H901XGHD、H901XGSF等。H901XGHD是8端口板卡，H901XGSF是16端口XG-PON接口板。H901XGHDH901XGSF5.3.2典型OLT单板简介494、XGS-PON接口板XGS-PON接口板和ONU（OpticalNetworkUnit）设备配合，实现XG(S)-PON业务的接入。典型型号如H901XSHF、H902XSHD等。H901XSHF是16端口XGS-PONOLT接口板，H902XSHD是8端口XGS-PONOLT接口板。H901XSHFH902XSHD5.3.2典型OLT单板简介505、PONCombo接口板PONCombo接口板和ONU设备配合，实现XG(S)-PON、GPON业务的接入。典型如H902CGHD单板、H901CGHF单板、H901CSHF单板、H902CSHD单板等。H902CGHD是8端口XG-PON&GPONComboOLT接口板，H901CGHF是16端口XG-PON&GPONComboOLT接口板。H902CGHDH901CGHF5.3.2典型OLT单板简介516、EPON与10GEPON接口板EPON接口板和ONU设备配合，实现EPON业务的接入。典型板卡如H901EPHF，它是是16端口EPON接口板。10GEPON接口板和ONU设备配合，实现10GEPON业务的接入。典型板卡如H901XEHD单板，它是8端口10GEPON接口板，和ONU设备配合，实现10GEPON（兼容EPON）业务的接入。H901EPHFH901XEHD5.3.2典型OLT单板简介527、上行接口板H902NCEB（2端口100GE上行接口板），该单板是2端口100GE光接口板，提供以太网光接入功能。H902NXED为8端口10GE/GE光接口上行板，为增强型10GE上行接口板H902NCEBH902NXED5.3.3ONU介绍53MxU是指多口的ONU，适用于FTTB、FTTC等多种场景。提供FTTC/B+DSL场景的典型产品有MA5818、MA5616