EPON关键技术及实现原理电子教案

EPON关键技术及实现原理

------新员工陪训内容提要FTTH技术EPON技术AN5000系列产品组网应用模式介绍AN5116、AN5006设备及业务介绍FTTx系统FTTx系统的基本组成：光线路终端（OLT，局端设备）光分配网（ODN，包含光分路器、光纤光缆及光缆分线盒、光缆交接箱等一系列无源器件）光网络单元（ONU/ONT）无源光网络（PON）系统原理－1(a)PON系统中的上行方向工作原理上行工作波长范围:1260-1360nm(1310)上行数据分时发送，各ONU的发送时间与长度由OLT集中控制－－TDMA的接入机制无源光网络（PON）系统原理－2下行工作波长范围:1480-1500nm(1490)下行数据广播发送，每个ONU根据下行数据的标识信息接收属于自己的数据，丢弃其他用户的数据(b)PON系统中的下行方向工作原理PON技术体制BPON业务适配复杂，业务提供能力有限，传送速率不高，成本较高，IP业务映射效率低等原因，已经被舍弃，不宜再采用；EPON技术由IEEE标准化。其核心是在保留传统以太网体系结构基础上定义了一种新的应用于PON系统的物理层（主要是光接口）规范、一种新的MAC多点控制层协议（MPCP），以实现在点到多点无源光网络中的以太网帧的时分多址接入、一种运行维护和管理（OAM）机制。GPON由FSAN/ITU标准化（G.984）。其目标是形成传输速率更高、更大分路比、能高效承载多种业务并具有更强大的OAM功能的宽带PON技术。GPON引入了一个全新的传输汇聚（TC）子层，并规定TC子层可以采用ATM和GEM两种封装方式。采用了125us的帧长及定时机制，将各种业务载荷（包括TDM和分组）都通过GFP封装入定长帧中，可以较容易的支持TDM和话音业务，并通过带宽指针（pointers）为每一个ONU动态分配上行带宽。EPON和GPON已成为近期研究的热点。PONvs.点到点光纤以太网无源光网络PON：点到多点的树形-分支结构局端设备和用户端设备之间为全无源结构可以节约主干光纤和局端设备的光接口可扩展性好，便于维护管理

SplitterFiberCOBusiness/ResidenceP2P光纤以太网：点到点结构局端设备和用户端设备之间采用独立的一对或者一根光纤，用户独享，保密性好，局端和用户端各需要1个光收发器业务透明性好，带宽高，每个用户的上下行带宽都可以达到100Mbit/s甚至1000Mbit/s。消耗较多的主干光纤PONvs.点到点光纤以太网无源分光器ONUONUIP数据网光电收发器OLTONUIP数据网MC接入PON接入PSTNCATV100M带宽xG带宽收发器运维盲点、故障率高无源网络，无需维护单一业务全业务内容提要FTTH技术EPON技术AN5000系列产品组网应用模式介绍AN5116、AN5006设备及业务介绍EPON的关键技术突发模式光收发器技术帧结构测距动态带宽分配（DBA）机制下行数据安全性技术业务QoS处理TDM业务的承载运行维护管理（OAM）功能的实现GATE（OLT发出）允许接收到GATE帧的ONU立即或者在指定的时间段发送数据REPORT（ONU发出）向OLT报告ONU的状态，包括该ONU同步于哪一个时间戳、以及是否有数据需要发送。REGISTER_REQ（ONU发出）在注册规程处理过程中请求注册。REGISTER（OLT发出）在注册规程处理过程中通知ONU已经识别了注册请求。REGISTER_ACK（ONU发出）在注册规程处理过程中表示注册确认。五种类型的MPCP帧MPCP在OLT和ONU之间规定了一种控制机制来协调数据的发送和接收；MPCP功能是基于专门的协议数据报文完成的，即MPCPDU；目前定义了5种MPCPDU：EPON的关键技术——MPCP控制帧MPCP发现过程－－ONU的发现、注册和认证OLT以一定间隔发送一个发现窗口（如1秒）。新上线的ONU可以利用这个窗口进行注册和认证，进而被OLT接纳。进程由OLT发起，它周期性地产生合法的发现时间窗口(DiscoveryTimeWindows)，使OLT有机会检测到非在线的ONU。OLT基于MPCP消息中的timestamp（时戳）字段进行测距发现进程的下一步是OLT向新发现的ONU发送注册(Register)消息，该消息包含ONU的LLID以及OLT要求的同步时间。OLT基于ONU的MAC地址进行ONU的认证OLT可以要求ONU重新执行发现进程并重新注册。同样，ONU也可以通知OLT请求注销，然后通过发现进程进行重注册。ONU完成注册后的MPCP协议交互ONU完成注册后，系统维持一个Keep-alive机制：OLT定期（最低50ms一次）发送Gate消息给ONU，ONU也定期（最低50ms一次）的发送Report消息给OLT；如果OLT在一定时间内没有收到ONU发来的任何MPCP消息，则认为该ONU的MPCP协议异常，将解注册（Deregister）该ONU；如果ONU在一定时间内没有收到OLT发来的任何MPCP消息，则认为与OLT之间的链路异常或者OLT的MPCP协议异常，也将自动解注册；MPCP协议基于MPCPDU中的timestamp进行动态测距，确保多个ONU上行TDMA的有序性测距OLT与各ONU间的环路时延不同：各ONU距OLT的光纤路径不同各ONU元器件的不一致性环境温度的变化和器件老化，环路延时也会发生不断的变化测距是保证PON系统内ONU上行方向不发生时隙冲突的基础测距包括静态测距和动态测距：静态测距：用在新的ONU安装调试阶段、停机的ONU重新投入运行时，通过开窗测距技术获得往返时延，并对时延差异进行补偿动态测距：应用于系统运行过程中，通过检测往返时延的变化对温度、光电器件老化等因素的影响进行补偿测距要求测距精度高，一般要求在全1～2bit内测距过程对运行中的其它ONU的影响最小，保证运行业务的QOS测距范围大，即能提供的均衡延时大EPON－测距OLTONUt0OLT本地时间=t0OLT本地时间=t2MPCPDU的时间戳域为t0设置ONU本地时间=t0ONU本地时间=t1MPCPDU的时间戳域为t1时间时间t1t0t0t1TdownstreamTupstreamTwaitTresponseRTT=Tdownstream+Tupstream=Tresponse–Twait=（t2-t0）-（t1-t0）=t2-t1下行数据的安全性因为PON的多点广播特性，所有的下行数据都会被广播到PON系统中所有的ONU上。如果有一个匿名用户将它的ONU接收限制功能去掉，那么它就可以监听到所有用户的下行数据，这在PON系统中称为“监听威胁”PON网络的另一个特点是，网络中ONU不可能监测到其它ONU的上行数据在PON上解决安全性的措施是OLT对下行信息加密（包括所有的数据帧和OAM帧）系统应针对每个LLID进行搅动，每个LLID有独立的密钥。加密的核心问题包括：加密算法密钥的产生和传递密钥的更新与同步下行数据安全性加密算法：AES-128;安全性很高，但不符合国内的商用密码管理条例Churning；安全性较低，简单Triple－Churning：中国电信的专利技术，提高了churning的安全性中国电信采用TripleChurning算法密钥是ONU由上行用户数据中提取的3字节数据与3字节随机数ExclusiveOR(XOR)异或相加的结果密钥由ONU以OAM消息的方式传送给OLT，OLT利用这个密钥根据特定的加密算法对下行数据进行加密密钥更新：密钥必须周期性更新；密钥同步：因为密钥需要定期更新，所以需要一个同步机制，使ONU能够知道当前使用的哪个密钥光纤保护倒换：骨干光纤冗余OLT：采用单个PON端口，PON口处内置1×2开关，由OLT检测线路状态光分路器：使用2:N光分路器；ONU：无特殊要求。光纤保护倒换：OLTPON口冗余OLT：备用的OLTPON端口处于冷备用状态，由OLT检测线路状态、OLTPON端口状态，倒换应由OLT完成。光分路器：使用2:N光分路器；ONU：无特殊要求。光纤保护倒换：全保护OLT：主、备用的OLTPON端口均处于工作状态；光分路器：使用2个1:N光分路器；ONU：在PON端口前内置开关装置，由ONU检测线路状态，并决定决定主用线路，倒换应由ONU完成。EPON的OAM功能EPON系统定义了一种全新的运行管理和维护协议，以支持：RemoteFailureIndication（远端故障指示）RemoteLoopback（远端环回）LinkMonitoring（链路监视）不支持功能和单条链路不相关的管理功能，比如保护倒换和设备管理业务提供和协商功能，比如带宽分配，速率适配和速度/双工协商等功能OAM数据的安全性保证和OAM实体的认证不在标准定义的范畴不支持设置/写远端MIB变量的能力特点OAM的实现和使能是可选的。提供一种实现OAM能力发现的机制。提供一种机构扩展机制使高层管理功能的应用成为可能OAM--Operation

AdministrationandMaintenance。根据运营商网络运营的实际需要，通常将网络的管理工划分为3大类：操作（Operation）、管理（Administration）、维护（Maintenance），简称OAM。操作主要完成日常网络和业务进行的分析、预测、规划和配置工作；维护主要是对网络及其业务的测试和故障管理等进行的日常操作活动。

ITU-T对OAM功能进行了定义：1）性能监控并产生维护信息，根据这些信息评估网络的稳定性；2）通过定期查询的方式检测网络故障，产生各种维护和告警信息；3）通过调度或者切换到其它的实体，旁路失效实体，保证网络的正常运行；4）将故障信息传递给管理实体。OAM功能原理OAM协议提供了OAM实体之间的运行、管理和维护信息的交互；OAM功能由OAM协议数据单元在OLT和ONU之间承载就OAM功能而言，OLT与ONU是主从关系：OLT处于Active模式，ONU处于Passive模式OAM协议定义了事件通告（CriticallinkEvent、linkevent）、loopback、机构扩展等机制OAM能力也需要一个发现机制：OAM发现提供了一个OLT和ONU双方互相探测对方OAM子层是否存在的机制OAM是一个slowprotocol，每对实体间每秒最多发送10帧；OAM也有一个keep－alive机制（每秒最少向对等实体发送一个OAM帧），如果5s没有收到对等实体的OAM帧，则认为OAM链路中断，重新开始OAM发现过程。OAM协议提供了一种机构自行扩展以支持更多高层功能的机制；中国电信也基于此机制进行了扩展AN5000系列产品组网应用模式介绍FTTH技术EPON技术AN5000系列产品组网应用模式介绍AN5116、AN5006设备及业务介绍接入网带宽提速面临的问题影响网络带宽的因素：XDSL技术：ADSL、ADSL2+、VDSL2主干/配缆：长度、线径、质量、串扰、复接室内布线和Modem光纤靠近用户、缩短铜缆来满足带宽提速分阶段实施光进铜退势在必行MDF交接箱分线盒主干配线引入线DSLAMModem局端外线室内PON用于居民用户接入的适应性分析树立运营商在当地的品牌形象的需要遵循“少而精”的原则，提供FTTH业务，优质优价尽量高起点,但对成本要求较为严格无用户线包袱，适合采用FTTB+LAN尽量高起点,但对成本要求较为严格需充分利用原有铜线资源和终端，适合采用FTTN+DSL不同的居民用户有不同的需求特点，需要根据应用场景确定有针对性的应用方案。对性能要求相对宽松，对成本要求严格更要解决POP点到村庄之间电缆被盗问题适合采用FTTN+DSLAN5000提供灵活的语音业务承载可以灵活支持不同的上联处理模式，从V5接口升级为软交换的过程中无需添加硬件，用户端无需调整，真正实现平滑演进。呼叫控制模块同时支持MGCP、H.248、SIP、H.323等协议，可以灵活适应各种环境下的软交换网络。AN5000的软交换接口和众多主流厂家的MGC对接成功，开放性极好。家庭用ONU系列EPON+LANONU系列EPON+DSLONU系列各个系列ONU均支持语音业务处理，满足多业务运营需求适用于新增普通居民用户小区的FTTB+LAN模式楼道内建议采用混线方式，一根五类线即可实现电话、上网业务，大幅度降低布线成本ONU能够提供数据、语音、CATV综合业务，满足多用户多业务接入需求特点：可以有效降低光纤接入的成本，维护便捷，业务功能齐全最好小区达到1000户以上规模，方能达到控制成本的效果线路部分为无源设计，免除了小区机房的设计和维护困难适用范围：新建普通居民小区AN5000提供优化的OAM能力针对原有宽带用户的FTTN+DSL模式组网思路：采用FTTN+ADSL2+的组网方式，宽带POP点下沉考虑到软交换的成熟和节约统揽的需求，光进铜退网络结构更加简单用于光进铜退的改造场景，当前尤其在农村信息化的接入改造中可以发挥作用原有网络结构改造后的网络结构用户线保留铜线接入，尽量使用ADSL2+方式，降低网络的建设成本ONU不但提供常规的DSLAM功能，而且内置IAD模块，可以提供基于软交换的语音业务，真正实现“光进铜退”线路部分为无源设计，免除了小区机房的设计和维护困难宽、窄带接入点同时下沉FTTX应用场景概述PON技术相对于传统的接入技术有着突出的技术优势，例如传输距离远，高带宽，节约线路资源，业务提供能力强等。这些特质使其不仅仅能为家庭用户服务，而且可以有效地为我们解决更多的接入难题。高端居民用户FTTH普通居民用户FTTB\FTTN网吧集中接入商业楼宇接入农村信息化接入视频监控接入商业楼宇接入需求特点与困惑EPON是理想的商业楼宇接入解决方案每个公司一个ONU，按需分配带宽ONU通过交换机或路由器与公司内部网络相连接在满足商住两用楼宇的需求时，尤其能够凸现技术优势AN5000可靠的组网方案满足VIP客户需求冗余的线路和ODN全保护方式，可靠性非常高需要ONU和OLT同时具备冗余光口，采用两套1：n分路器成本较高，适合高端企业用户的接入针对线路较长的OLT到分路器段的1＋1线路保护ONU采用常规单光口设备，分路器采用2：n分路器；OLT侧配置冗余光口成本较低，适合高端居民用户、小型商业用户等的高可靠性接入符合G.983.5、国家标准所规定的生存性要求“全球眼”业务对网络接入平台的需求分析上行信息量远大于下行信息量数据化信息传递和处理，需要开放式的协议处理带宽需求较大（1~10Mbps）监控点数量多且分布分散，线路资源消耗较大要求接入平台的带宽提供能力，尤其是上行带宽提供能力要强。优选采用具备较长传输距离的接入平台。尽量考虑通过网络结构设计来降低线路资源消耗。由于“全球眼”业务主要为大客户提供业务，因此对接入平台的管理能力要求较高，要求有较好的易维护性。几种常见的“全球眼”接入技术综合比较AN系列设备及业务开通介绍FTTH技术EPON技术AN5000系列产品组网应用模式介绍AN5116、AN5006设备及业务介绍EPON设备介绍AN5116系列OLT产品介绍AN5006系列ONU产品介绍14U子框中板结构，双面插卡，支持主控盘主备保护设备正面提供16个PON业务板卡，背面提供7个GE数据业务上联口、V5语音上联口，另可提供CATV、STM-1等业务接入单板具有2个PON接口，最大可接入64个ONU（按1：32分路比）；单框可接入1024个ONU19英寸1U小型结构；满配置可以连接2×32=64个ONU（按1：32分路比）；接口：2个GE上联接口（光/电可选）；2个FE/GE自适应级联接口（电口）；2个PON接口AN5116系列EPONOLT设备AN5116-03AN5116-024U子框中板结构，双面插卡，支持主控盘主备保护设备正面提供4个PON业务板卡，单板具有2个PON接口；最大接入256个ONU（按1：32分路比）；提供7个GE数据业务上联口、V5语音上联口，另可提供CATV、STM-1等业务接入AN5116-06AN5116-02前视图子框正面共有20个槽位。从左至右依次编号为1-20，其中1-8、11-18号槽位是EC2卡或TDM卡槽位，9、10号槽位是GSWC卡槽位，19和20号槽位为AC16卡或VoIP卡槽位。子框顶部为风扇单元，底部为导流单元。风扇单元的面板有两个指示灯，绿灯为风扇工作指示灯，红灯为风扇告警指示灯。AN5116-02后视图图中29号槽位为GUP7卡或GUPE7卡槽位，对应着设备正面的9号GSWC卡槽位。39号槽位为16E1卡槽位，对应着正面的19和20号AC16卡或VoIP卡槽位。其余槽位为空余，可装上假面板。顶部还装有两个-48V电源连接器和一个告警连接器。AN5116-02机架布置图480mm×621.5mm×406.5mm（宽×高×深）的子框，满配重量为40kg；AN5116-02设备采用-48V直流供电，机架需要内置一个PDP电源分配单元。2.0米高的机架可安装2个子框，2.2和2.6米高的机架可安装3个子框（如左图所示）。AN5116-02业务支持及上联AN5116-02设备单子框可插16块EC2卡，实现语音、数据和图像的三重业务播放（tripleplay）。AC16卡是语音业务控制部件，实现话音类业务的接入；可分为V5和VoIP语音处理卡两种：V5卡支持基于V5协议的PSTN语音传输，而VoIP卡支持软交换情况下的NGN语音传输。GUP7卡（3个10/100/1000Base-T端口、4个1000Base-SX端口）、GUPE7卡（7个10/100/1000Base-T端口）以及16E1卡上的多种上联口能实现多种业务的上联，极大地方便用户组网。TDM卡上的STM-1（155M速率）光接口作为透传E1信号的上行接口，实现E1业务的接入。AN5116-02单盘配置插卡方向槽位卡名代号数量描述备注前插9、10千兆核心交换卡GSWC1-2完成业务流量的汇聚、交换和处理最多2块，互为热备份1-8，11-18EPON接口卡（10Km）EC21-16完成EPON系统的OLT部分功能，最多可连接128个ONU(按1：64分路比)根据用户需要选择EPON接口卡（20Km）TDM业务卡TDM0-4提供2路155M的光接口19、20语音控制卡AC161-2完成窄带业务的控制，提供V5协议和软交换处理根据用户需要选择一种（可做1：1保护），不可混插VoIP1-2提供软交换上联后插29千兆上联卡GUP71为系统提供光电可选的千兆上联接口每框插1块，二选一GUPE7139E1上联卡16E10-1为窄带语音提供16个2M上联接口每框插1块AN5116-06前/后视图单元子框前面共设8个槽位，前后对插前面的第9、10槽位为核心交换盘槽位，第11－14个槽位为线卡（如EC2盘）槽位，第19、20槽位为窄带控制盘AC16槽位；后面是7个槽位，核心交换卡对应的槽位29为上联盘槽位，第39槽位为2M接口盘槽位，单元框正面的右侧为风扇盘槽位，风扇盘后对应的槽位为电源盘槽位，提供双路-48V输入。整机尺寸：480*195*365mm（宽*高*深）;满配功耗<240W；满配总量：10kg前视图后视图AN5116-06单盘配置AN5116-06设备单子框可插4块EC2卡，实现语音、数据和图像的三重业务播放（tripleplay）。AN5116-06与AN5116-02可实现所有板卡额完全兼容。视图盘位盘类型备注前视图11～14EC2盘可插1-4块11～14TDM盘可插1-4块09，10核心交换盘有GSWC一种盘类型。提供交换网络平台和交换控制系统。最多2块，互为热备份。19，20窄带控制盘有语音处理时采用，支持主备倒换（但V5盘和VOIP盘不可混插），可配置为1:1保护方式后视图29上联接口盘GUP7、GUPE7二选一，提供千兆上联接口30空盘位392M接口盘16E1盘与窄带控制盘配套使用，与PSTN交换机采用E1接口时采用EPON设备介绍AN5116系列OLT产品介绍AN5006系列ONU产品介绍广泛应用的AN5006系列EPONONUGEPOTSE1主备光口RFAN5006-021---AN5006-034--Optional-AN5006-0442--AN5006-0522--AN5006-0644-AN5006-071616(Op)--OptionalOptionalOptionalOptionalAN5006-0988(Op)--OptionalAN5006-1024---AN5006-15-0~128-Optional-ADSL-------0~128FE-------1--Optional-AN5006-16-0~512-Optional-0~512-OptionalA类ONU——FTTH型ONUAN5006-02/03/04/05支持VLAN支持IEEE802.3QVLAN协议，用户可在布线结构不变的情况下，通过修改网络配置，灵活建立虚礼局域网，划分逻辑结构，减少了组网成本，优化了网络结构。支持组播业务功能支持IGMPSNOOPING协议，提供了灵活的可控组播功能。丰富的QoS保障，可设置数据包具有高优先级。支持VBAS、DHCPOPTION82。丰富的数据特性用户侧接口：AN5006-02：1*GE+1*FE+1*RF（可选）AN5006-03：4*FE+1*RF（可选）AN5006-04：4*FE+2*POTS+1*RF（可选）AN5006-05：2*FE+2*POTS+1*RF（可选）网络标准：IEEE802.3ah具有4个优先级队列支持802.1P、PORT、MAC、TOS、DIFFSERV等方式的QoS支持802.1QVLAN和基于端口的VLAN支持基于端口的输入和输出带宽控制：4K颗粒度支持IGMPSNOOPINGMAC地址：ONU的每个以太网端口支持64个MAC地址尺寸：200*170*45mm电源：220VAC/50～60Hz，满载功耗：AN5006-02<7W；AN5006-03<10W；AN5006-04<18W；AN5006-05<15W；工作温度：0℃～45℃应用适用性：可灵活应用于FTTH模式、视频监控、网吧接入等基本参数AN5006-06——FTTO型ONUAN5006-06用户侧接口：提供4*FE+4*E1接口网络侧接口：提供可选双路PON接口上联（主备）网络标准：IEEE802.3ah具有4个优先级队列支持802.1P、PORT、MAC、TOS、DIFFSERV等方式的QoS支持802.1QVLAN和基于端口的VLAN支持基于端口的输入和输出带宽控制：4K颗粒度支持IGMPSNOOPINGMAC地址：ONU的每个以太网端口支持64个MAC地址尺寸：450*300*45mm电源：220VAC/50～60Hz，，（可选配48VDC电源）满载功耗：<30W；工作温度：0℃～45℃存放环境温度：-10℃～45℃环境湿度：10%～90%应用适用性：主要应用于需要提供E1及数据业务接入的办公缓解基本参数前面板视图后面板视图B类FTTN+LAN型ONU-AN5006-07/09/10前面板视图后面板视图用户侧接口：

AN5006-07：16*FE+16*POTS（可选）+1*CATV（可选）

AN5006-09：8*FE+8*POTS（可选）+1*CATV（可选）

AN5006-10：24*FE+1*CATV（可选）网络标准：IEEE802.3ah具有