第3章 (10)教材配套课件

第3章 EPON技术
CATV 1550 nm 1490 nm
ODN OLT
1310 nm
ONU/ONT
图3-2 EPON的双向传输
第3章 EPON技术
OLT既是一个交换机或路由器，又是一个多业务提供平台， 它提供面向无源光纤网络的光纤接口(PON接口)。根据以太网 向城域和广域发展的趋势，OLT提供多个1 Gb/s和10 Gb/s的以 太接口，可以支持WDM传输。OLT还支持ATM、FR以及 OC3/12/48/192等速率的SONET连接。OLT还支持ATM、FR， 可实现传统的TDM语音接入。OLT根据需要可以配置多块 OLC(Optical Line Card)，OLC与多个ONU通过POS(无源分光 器)连接。POS是一个简单设备，它不需要电源，可以置于相 对宽松的环境中，一般一个POS的分光比为8、16、32、64， 并可以多级连接，一个OLT PON端口下最多可以连接的ONU 数量与设备密切相关，一般是固定的数值。在EPON系统中， OLT到ONU间的距离最大可达20 km。
第3章 EPON技术
EPON作为新一代的宽带接入技术，为了满足网络发展 与融合的客观要求，就必须实现多种业务(包括TDM业务)的 综合接入。
Ethernet的封装方式使得EPON技术非常适于承载IP业务， 同时也使其面临一个重大的难题——难以承载语音或电路方 式数据等TDM业务。EPON是基于以太网的异步传送网络， 它没有全网同步的高精度时钟，无法满足TDM业务的定时 和同步要求。要解决TDM业务的定时同步问题，又要保证 TDM业务的QoS等技术，不仅要在EPON系统自身设计上进 行改进，还需要采用一些特定的技术。
Hale Waihona Puke 第3章 EPON技术(3) 能够提供非常高的带宽。EPON目前可以提供上下 行对称的1.25 Gb/s带宽，并且随着以太技术的发展可以升级 到10 Gb/s。
(4) 服务范围大。EPON作为一种点到多点网络，可以 利用局端单个光模块及光纤资源服务大量终端用户。
第3章 EPON技术
3.2 EPON的传输原理
第3章 EPON技术
3.1.4 EPON的优点 EPON的优点主要表现在以下几个方面： (1) 相对成本低，维护简单，容易扩展，易于升级。 (2) EPON结构在传输途中不需要电源，没有电子部件，
因此容易铺设，基本不用维护，长期运营成本和管理成本的 节省很大；EPON系统对局端资源占用很少，模块化程度高， 系统初期投入低，扩展容易，投资回报率高；EPON系统是 面向未来的技术，大多数EPON系统都是一个多业务平台， 对于向全IP网络过渡是一个很好的选择。
础上，能够独立完成EPON的业务配置。
【知识点与技能点】 ·EPON的产生与发展； ·EPON的网络结构； ·EPON的传输原理；
第3章 EPON技术
·EPON协议栈； ·EPON的分层结构； ·EPON的技术优点； ·EPON的设备认知； ·EPON的业务配置。
第3章 EPON技术
3.1 EPON技术概述
第3章 EPON技术
项目3 EPON技术
3.1 EPON技术概述 3.2 EPON的传输原理 3.3 EPON协议栈 3.4 EPON的关键技术 3.5 EPON设备认知 3.6 EPON技术应用 3.7 EPON系统应用 思考与练习
第3章 EPON技术
【教学目标】 在掌握EPON的技术原理、分层结构以及关键技术的基
3.2.1 EPON的工作过程 EPON的工作过程如下：首先启动注册过程，当OLT启
动后，它会周期性地在PON端口上广播允许接入的时隙 GATE等信息；ONU上电后，根据OLT广播的允许接入信息， 主动发起注册请求；OLT通过对ONU的认证(本过程可选)， 允许ONU接入，并给请求注册的ONU分配一个本OLT端口 唯一的逻辑链路标识(LLID)；接着OLT向新发现的ONU发送 注册消息，ONU发送注册确认消息；OLT还可以要求ONU 重新进行发现进程并重新注册，ONU也可以通知OLT请求 注销。
第3章 EPON技术
3.2.2 EPON的下行传输 在下行方向，数据从OLT到多个ONU以广播式传送，
根据IEEE 802.3ah协议，每一个数据帧的帧头包含前面注册 时分配的、特定ONU的逻辑链路标识(LLID)，该标识表明 本数据帧是给ONU(ONU1、ONU2、ONU3、…、ONUn)中 的唯一一个。另外，部分数据帧可以是给所有的ONU(广播 式)或者特殊的一组ONU(组播)，在图3-4所示的组网结构下， 在无源光分路器处，流量分成独立的三组信号，每一组传输 所有ONU的信号。当数据信号到达ONU时，ONU根据LLID， 在物理层上作判断，接收属于自己的数据帧，摒弃其他 ONU的数据帧。
… …
无源光分路器
光网络单元
图3-1 EPON的网络结构
第3章 EPON技术
1．光线路终端(OLT，Optical Line Terminal) OLT作为整个光纤接入网的核心部分，可实现核心网与 用户间不同业务的传递功能，主要包括ONU注册和管理、 全网的同步和管理，以及协议的转换、与上行网络之间的通 信等功能。 2．光网络单元(ONU，Optical Network Unit) ONU作为用户端设备，在整个网络中属于从属部分， 完成与OLT之间的正常通信并为终端用户提供不同的应用端 口。
第3章 EPON技术
EPON是一种新兴的宽带接入技术，它通过一个单一的 光纤接入系统，实现数据、语音及视频的综合业务接入，并 具有良好的经济性。业内人士普遍认为，FTTH 是宽带接入 的最终解决方式，而EPON 也将成为一种主流宽带接入技术。 由于EPON网络结构的特点、宽带入户的特殊优越性，以及 与计算机网络天然的有机结合，使得全世界的专家都一致认 为，无源光网络是实现“三网合一”和解决信息高速公路 “最后一公里”的最佳传输媒介。
第3章 EPON技术
3.1.2 EPON的网络结构 EPON技术采用点到多点的网络拓扑结构，利用光纤实
现数据、语音和视频的全业务接入，EPON与所有PON相同， 由OLT、ODN、ONU三个部分构成，如图3-1所示。
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光线路终端 PSTN Internet CATV
无源光网络 无源光分路器
第3章 EPON技术
在下行方向，IP数据、语音、视频等多种业务由位于中 心局的OLT采用广播方式，通过ODN中的1∶N无源分光器 分配到PON上的所有ONU单元。在上行方向，来自各个 ONU的多种业务信息互不干扰地通过ODN中的1∶N无源分 光器耦合到同一根光纤，最终送到位于局端OLT接收端。
根据ONU在所处位置的不同，EPON的应用模式又可分 为FTTC(光纤到路边)、FTTB(光纤到大楼)、光纤到办公室 (FTTO)和光纤到家(FTTH)等多种类型，如图3-3所示。
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PC IPTV
A 类ONU
PC Phone
B 类ONU
CPE
VDSL C 类ONU
无源光分路器 OLT
图3-3 EPON的应用模型
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在FTTC结构中，ONU放置在路边或电线杆的分线盒边， 从ONU到各个用户之间采用双绞线铜缆；传送宽带图像业 务时，则采用同轴电缆。FTTC的主要特点之一是接入用户 家里后仍可采用现有的铜缆设施，可以推迟入户的光纤投资。 从目前来看，FTTC在提供2 Mb/s以下窄带业务时是OAN(光 纤接入网)中最现实、最经济的方案，但如需提供窄带与宽 带的综合业务，则这一结构不甚理想。
第3章 EPON技术
3.1.3 EPON的业务功能 OLT放在中心机房，ONU放在用户设备端附近或与其
合为一体。OND是无源光分配网，是一个连接OLT和ONU 的无源设备，它的功能是分发下行数据，并集中上行数据。 EPON中使用单芯光纤，在一根芯上传送上下行两个波，上 行波长采用1310 nm，下行波长采用1490 nm，同时预留了 1550 nm的波长来传递CATV电视信号，如图3-2所示。
第3章 EPON技术
在整个工作过程中，OLT完成的操作主要有： ·产生时间戳消息，用于系统参考时间； ·通过MPCP帧指配带宽； ·进行测距操作； ·控制ONU注册。
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ONU完成的操作主要有： · ONU通过下行控制帧的时间戳同步于OLT； · ONU等待发现帧(GATE)； · ONU进行发现处理，包括测距、指定物理ID和带宽； · ONU等待授权，ONU只能在授权时间发送数据。
第3章 EPON技术
3．光分配网(ODN，Optical Distribution Network) ODN在网络中的定义为从OLT到ONU的线路部分，包 括光缆、配线部分以及分光器(Splitter)，这些部分全部为无 源器件，是整个网络信号传输的载体。其中光缆部分可选用 G.652、G.657系列的全部型号光纤，分光器可选用参数为 1∶2～1∶32分光比的分光器(OLT到ONU之间的传输距离一 般为10～20 km，原则上，10 km传输距离选用1∶32的分光 器，20 km选用1∶16的分光器。因为分光器的分光比例越 高，光衰减越大)。
第3章 EPON技术
目的端收到数据包后重新生成同步时钟信号，同时去掉数据 包中的IP头，把其他数据转化成原始的TDM数据流，从而 使网络两端的TDM设备不需要关心其连接的网络是否为 TDM网络。CESoP对E1来说是透明传输，所以它对传统的 电信网络兼容性非常好，所有传统的协议、信令、数据、语 音、图像等业务，都能够原封不动地使用该项新技术，而且 相关的设备不需作任何改动，可使电信运营商充分利用现有 资源，把传统TDM业务应用在IP网上。
第3章 EPON技术
FTTO和FTTH结构均在路边设置无源分光器，并将 ONU移至用户的办公室或家中，是真正全透明的光纤网络， 它们不受任何传输制式、带宽、波长和传输技术的约束，是 光纤接入网络发展的理想模式和长远目标。
第3章 EPON技术
由于EPON的服务对象是家庭用户和小企业，业务种类 多，需求差别大，计费方式多样，而利用上层协议并不能解 决EPON中的数据链路层的业务区分和时延控制。因此，支 持业务等级区分是EPON必备的功能。目前的方案是：在 EPON的下行信道上，OLT建立8种业务队列，不同的队列 采用不同的转发方式；在上行信道上，ONU建立8种业务端 口队列，既要区分业务又要区分不同用户的服务等级。此外， 由于ONU要对MAC帧组合，以便时隙突发并提高上行信道 的利用率，所以进一步引入帧组合的优先机制用于区分服务。
第3章 EPON技术
在FTTB结构中，ONU被直接放到楼内，光纤到大楼后 可以采用ADSL、Cable、LAN，即FTTB+ADSL、 FTTB+Cable和FTTB+LAN等方式接入用户家中。FTTB与 FTTC相比，光纤化程度进一步提高，因而更适用于高密度 以及需提供窄带和宽带综合业务的用户区。
3.1.1 EPON技术的产生和发展 1987年，英国电信公司的研究人员最早提出了PON的概念。
1995年，全业务网络联盟FSAN(Full Service Access Network)成 立，旨在定义一个通用的PON标准。1998年，国际电信联盟 ITU-U工作组以155 Mb/s的ATM技术为基础，发布了G.983系列 APON(ATM PON)标准。这种标准目前在北美、日本和欧洲应 用较多。2000年底，一些设备商成立了以太网联盟EFMA，提 出了基于以太网的PON概念，即EPON(Ethernet Passive Optical Network)。2004年6月，EPON标准IEEE 802.3ah正式颁布。
第3章 EPON技术
目前，在EPON系统上实现TDM业务传输最主要的一种 方法是基于分组交换网络的电路仿真技术(CESoP，Circuit Emulation over Packet Switched Net)。CESoP技术是指在非 TDM网络上进行电路仿真，实现TDM业务，如E1/T1、 E3/DS3或STM-1等在分组交换网络上的传送。其基本原理 就是在分组交换网络上搭建一个“通道”，通过增加报头，用 IP包封装每个T1或E1帧，通过分组交换网(PSN)传到对端。