EPON-标准与关键技术
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Burst-Mode Transceiver
突发模式
OLT的接收器在每个时隙都调整判决门限以克服远近效应。 ONU的发送器在不发送时彻底关闭（以免噪声在不属于自己的 时隙内对OLT的接收器产生干扰），而打开时能迅速稳定。
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MPCP
EPON在下行方向是共享介质，在上行方向上则要表 现为独享介质。每个ONU都要明确的知道自己应该在 什么时候发送数据，发送多长时间，以免产生冲突。 除了避免冲突之外，控制每个ONU的发送时间也达到 了分配带宽的目的，但MPCP仅仅是带宽分配的执行 者而不是决策者。 EFM工作组将MPCP设计为MAC的附加功能，依赖 MAC控制帧实现，避免了设计新的MAC。
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5
PON技术的分支－WDM vs. TDM
WDM vs. TDM
WDM容量高，但对ONU要求高（波长可调的光 Modem），而ONU占PON的大部分成本。 TDM容量相对小，但对ONU要求低，易于实现。
WDM用来实现上下行流量分离
上下行使用同一根光纤，但使用不同的波长。 下行方向广播，每个ONU都能接收。 上行方向ONU仅在属于自己的时隙内线速发送。
EPON－标准与关键技术
孙有越 2011年7月27日
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1
带宽需求导致接入网成为瓶颈
Internet的飞速发展导致对带宽需求的激增
20/80变为80/20 ，接入网成为瓶颈。 xDSL在覆盖距离和带宽上不能满足未来的需求。 众多用户分享Cable Modem/HFC的带宽，也无法 满足需求。 光纤价格下降，进一步靠近用户，FTTx必然成为接 入网的主流发展趋势。 由于所适用的地理环境不同，xDSL和Cable Modem/HFC仍然会继续发展。
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MPCP－带宽分配模式（续）
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15
MPCP－MPCP时钟同步
MPCP时钟的同步
一个32比特的计时器，每比特代表16ns。 OLT在将Gating进程产生的GATE消息发出去之前加上一个 时间戳，记录当时的时间（由Control multiplexer完成）。 ONU收到GATE消息后将本地的MPCP时钟设为时间戳携带 的时间（由Control parser完成）。 ONU要不断的根据从线路数据中恢复的时钟来校准自己的时 钟。 这种同步方案的两个前提：
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PON技术的分支－BPON/GPON
ITU-T颁布的相关标准
1996年，ITU-T颁布G.982，窄带PON。 1995年，FSAN制订APON（ATM），使用ATM作为承载协议， 后更名为BPON（Broadband）并于1997年交给ITU-T，随后几 年颁布G.983系列标准。 BPON的物理层规范将线路速率限制在622M，而ATM承载IP分 组的效率又不高，于是2001年FSAN着手改进BPON，将线路速 率提高到2.5G并加入GFP作为承载协议，称为GPON （Gigabit）。2003~2004年ITU-T颁布对应的G.984系列标准。 G.985－基于光接入系统的100M点到点以太网，2003年。
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MPCP－RTT测量
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MPCP－RTT测量（续）
这种测量方法排除了本地处理时间的干扰，为大多数 网络协议所用。
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DBA
在接入网从来都没有过度供给，带宽需求总是超出预算。静态 的带宽分配一不能充分利用网络资源，二不能满足QoS，在 Triple-Play年代会被淘汰。 根据ONU后客户的SLA、ONU内各队列的空满程度以及每个队 列所属的业务类型等因素来决定分配给每个ONU的发送时隙。 ONU也应该有一套队列调度机制与之配合
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FEC
发端编码，收端纠错
降低BER，延长传输距离或提高分线率。 FCS只具备检错功能。
RS(255, 239)
Reed-Solomon编码，在无线系统中广泛使用。 体系码，不改变编码对象，编码结果附加在其后。 2^8 – 1 = 255，8比特为一个符号，即以字节为编 码单元。 255 – 239 = 16，可以纠8个错符号。 每239个字节产生16字节的纠错码。
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EPON标准
IEEE EFM工作组
802.3ah-2004，自802.3-2002后的最大一次修订， 显示了IEEE将以太网技术推向接入网的决心。 修改/增补的内容包括：
针对P2P和P2MP等拓扑的接入控制层规范（MAC） 针对双绞线和光纤等介质的物理层规范（PHY） OAM
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MPCP（续）
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12
MPCP（续）
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13
MPCP－带宽分配模式
MPCP有两种工作模式
自动发现 带宽分配
带宽分配模式
使用GATE消息和REPORT消息，由MAC控制帧传送。 GATE消息由OLT送给指定的ONU，给它分配一个发送时隙 （起始时间和持续长度）。 REPORT消息由ONU送给OLT，报告本地状况（如buffer占 用率等），在使用DBA的系统中这将影响带宽分配决策。 OLT和每个ONU都需要维护各自的MPCP时钟并保持同步。
EPON是802.3ah的核心内容，使用千兆以太网作 为承载协议。
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EPON的关键技术
Burst-Mode Transceiver MPCP（Multi-Point Control Protocol） DBA（Dynamic Bandwidth Algorithm） LTE（Logical Topology Emulation） 加密 FEC（Forward Error Correction） OAM
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LLID的格式
LLID置于Preamble中
Preamble对于全双工链路已经没有意义。 OAM原本有Preamble-based和Frame-based两派。
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加密
可能的危险
单是LLID不足以防止ONU查看本不属于自己的数据。 一个简单的分光器就能在光纤上窃取数据。
距离
EPON要求在分线率为16的前提下达到20公里。 以20公里来计量，GPON可以实现64的分线率，但能以可接受的成 本实现这样的光功率预算的光模块现在还没有出现。
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EPON vs. BPON/GPON（续）
成帧
以太网帧是传输IP分组的最佳选择（以太网非常普遍，无需 转换），ATM效率较低，信元税一直为人诟病。 BPON/GPON每帧125us，每秒8K帧，与传统TDM业务的定 时方式相符。短而定长的帧结构对控制延时和抖动有利。 GFP的效率较高，但是在传送IP分组时由于短而定长的帧结 构导致的分组/重组（GEM）使得它不能发挥优势。
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FEC（续）
编码与传输
编码时帧长如果不是239字节的倍数就填充。 所有的编码结果都置于帧后，用特殊的字符串指示。 FEC只是可选项，这种结构使得支持和不支持FEC的 ONU可以共存于同一EPON中。
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EPON vs. BPON/GPON
最简单的队列调度就是用队列中较短的帧填满当前发送时隙而将队 头的长帧留到下一个时隙。 队列调度可能造成TCP乱序，起到相反的效果。
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LTE
P2PE（Point-to-Point Emulation）
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LTE（续）
LLID（Logical Link Identifier）
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MPCP－自动发现模式（续）
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MPCP－自动发现模式（续）
自动发现的过程
OLT决定发起一轮自动发现，广播一个特殊的GATE消息，里面定 义了一个发现窗口，任何已注册的ONU都不得在该窗口内发送数 据。 一个未注册的ONU收到该消息后将本地的MPCP时间设为时间戳 携带的时间。到达发现窗口的起始时间后再等待一段随机延时（避 免多个未注册的ONU发生冲突），然后发送REGISTER_REQ消 息，里面包含了自己的MAC地址。发送时加上时间戳，记录本地 的MPCP时间来自百度文库 收到REGISTER_REQ消息后OLT知道了要注册的ONU的MAC地 址和RTT时间，OLT向这个ONU发送REGISTER消息（这次不再 是广播），里面包含了分配给这个ONU的LLID。随后再向这个 ONU发送GATE消息，给它分配发送时隙。 收到REGISTER消息后ONU要返回一个REGISTER_ACK消息， 这个消息在收到的GATE消息指定的时隙内发送。
OLT知道每个ONU的RTT时间（自动发现时完成）。 MAC层和PHY层的处理延时是常量。
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MPCP－自动发现模式
自动发现模式
同是MAC控制功能，全双工流控的默认状态是允许 发送而MPCP的默认状态则是不允许发送，如果没 有自动发现，新加入的ONU将永远沉默。 测量每个ONU的RTT（Round-Trip Time）也是自 动发现的重要功能。 使用GATE、REGISTER_REQ、REGISTER、和 REGISTER_ACK消息，由MAC控制帧传送。
传输
EPON线路编码是8B/10B码，BPON/GPON则是扰码传输，流派不 同，但后者效率高。
EPON，1.25G的线路速率只能传1G的数据（含开销）。 GPON，1.25G的线路速率传1.25G的数据（含开销）。
速率
目前EPON的上/下行速率都是1G，以后可以升级到10G。 BPON是155M/622M可选，GPON是155M/622M/1.25G/2.5G可选， 上/下行可以不对称，比EPON灵活。
PON的构成
OLT（Optical Line Terminal）放在中心机房，用来 连接接入网和骨干网。处于管理者的地位。 POS（Passive Optical Splitter）是用来连接OLT和 ONU的无源设备。有方向性，下行分光，上行合光。 分线率为2×N，并可以进行级联。无源设备维护简单， 但分线率/级联数越高传输距离越短。 ONU（Optical Network Unit）放在用户驻地侧，用 来连接接入网和最终用户。处于被管理者的地位。
对抗的手段
不是802.3ah标准的一部分（802.1ae）
采用AES算法进行加密（Advanced Encryption Standard）。 上/下行都要数据都要加密，以帧为对象，除了Preamble之外都要 加密（Preamble里含有LLID）。 有初始密钥，要不定期的更换密钥，用OAMPDU交换密钥 （OAMPDU本身也被加密）。
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PON技术应运而生
接入网的规模/对成本的考量限制了光纤分布拓扑
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PON的拓扑
PON采用P2MP拓扑，在源和目的间的信号传播路径 上没有有源器件。
长距离、高带宽、不受周围环境的干扰 维护简单 天然的广播特性
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定时
以太网本身就不是严格定时的网络，EPON宽松的保护间隔 浪费了一些网络资源。 BPON/GPON定时严格，但对设备要求很高，尤其是光模块。 这个问题在高速的GPON中尤其明显。
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EPON vs. BPON/GPON（续）
结论
BPON标准最成熟，元件供应商和设备制造商都已能控制成 本，部署范围最广。 EPON相对简易，对以IP为核心的数据业务支持最佳，对定 时严格的业务的支持则比不上BPON和GPON。EPON标准 制定时间长，这个过程中元件供应商和设备制造商也在走向 成熟。 GPON标准过于复杂，元件供应商少，现阶段无法控制成本， 改走BPON－EBPON－GPON的演进路线。
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EPON的未来
Burst-Mode Transceiver
突发模式
OLT的接收器在每个时隙都调整判决门限以克服远近效应。 ONU的发送器在不发送时彻底关闭（以免噪声在不属于自己的 时隙内对OLT的接收器产生干扰），而打开时能迅速稳定。
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MPCP
EPON在下行方向是共享介质，在上行方向上则要表 现为独享介质。每个ONU都要明确的知道自己应该在 什么时候发送数据，发送多长时间，以免产生冲突。 除了避免冲突之外，控制每个ONU的发送时间也达到 了分配带宽的目的，但MPCP仅仅是带宽分配的执行 者而不是决策者。 EFM工作组将MPCP设计为MAC的附加功能，依赖 MAC控制帧实现，避免了设计新的MAC。
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PON技术的分支－WDM vs. TDM
WDM vs. TDM
WDM容量高，但对ONU要求高（波长可调的光 Modem），而ONU占PON的大部分成本。 TDM容量相对小，但对ONU要求低，易于实现。
WDM用来实现上下行流量分离
上下行使用同一根光纤，但使用不同的波长。 下行方向广播，每个ONU都能接收。 上行方向ONU仅在属于自己的时隙内线速发送。
EPON－标准与关键技术
孙有越 2011年7月27日
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1
带宽需求导致接入网成为瓶颈
Internet的飞速发展导致对带宽需求的激增
20/80变为80/20 ，接入网成为瓶颈。 xDSL在覆盖距离和带宽上不能满足未来的需求。 众多用户分享Cable Modem/HFC的带宽，也无法 满足需求。 光纤价格下降，进一步靠近用户，FTTx必然成为接 入网的主流发展趋势。 由于所适用的地理环境不同，xDSL和Cable Modem/HFC仍然会继续发展。
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MPCP－带宽分配模式（续）
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MPCP－MPCP时钟同步
MPCP时钟的同步
一个32比特的计时器，每比特代表16ns。 OLT在将Gating进程产生的GATE消息发出去之前加上一个 时间戳，记录当时的时间（由Control multiplexer完成）。 ONU收到GATE消息后将本地的MPCP时钟设为时间戳携带 的时间（由Control parser完成）。 ONU要不断的根据从线路数据中恢复的时钟来校准自己的时 钟。 这种同步方案的两个前提：
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PON技术的分支－BPON/GPON
ITU-T颁布的相关标准
1996年，ITU-T颁布G.982，窄带PON。 1995年，FSAN制订APON（ATM），使用ATM作为承载协议， 后更名为BPON（Broadband）并于1997年交给ITU-T，随后几 年颁布G.983系列标准。 BPON的物理层规范将线路速率限制在622M，而ATM承载IP分 组的效率又不高，于是2001年FSAN着手改进BPON，将线路速 率提高到2.5G并加入GFP作为承载协议，称为GPON （Gigabit）。2003~2004年ITU-T颁布对应的G.984系列标准。 G.985－基于光接入系统的100M点到点以太网，2003年。
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MPCP－RTT测量
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20
MPCP－RTT测量（续）
这种测量方法排除了本地处理时间的干扰，为大多数 网络协议所用。
北京瑞斯康达科技发展有限公司
21
DBA
在接入网从来都没有过度供给，带宽需求总是超出预算。静态 的带宽分配一不能充分利用网络资源，二不能满足QoS，在 Triple-Play年代会被淘汰。 根据ONU后客户的SLA、ONU内各队列的空满程度以及每个队 列所属的业务类型等因素来决定分配给每个ONU的发送时隙。 ONU也应该有一套队列调度机制与之配合
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FEC
发端编码，收端纠错
降低BER，延长传输距离或提高分线率。 FCS只具备检错功能。
RS(255, 239)
Reed-Solomon编码，在无线系统中广泛使用。 体系码，不改变编码对象，编码结果附加在其后。 2^8 – 1 = 255，8比特为一个符号，即以字节为编 码单元。 255 – 239 = 16，可以纠8个错符号。 每239个字节产生16字节的纠错码。
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EPON标准
IEEE EFM工作组
802.3ah-2004，自802.3-2002后的最大一次修订， 显示了IEEE将以太网技术推向接入网的决心。 修改/增补的内容包括：
针对P2P和P2MP等拓扑的接入控制层规范（MAC） 针对双绞线和光纤等介质的物理层规范（PHY） OAM
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MPCP（续）
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12
MPCP（续）
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MPCP－带宽分配模式
MPCP有两种工作模式
自动发现 带宽分配
带宽分配模式
使用GATE消息和REPORT消息，由MAC控制帧传送。 GATE消息由OLT送给指定的ONU，给它分配一个发送时隙 （起始时间和持续长度）。 REPORT消息由ONU送给OLT，报告本地状况（如buffer占 用率等），在使用DBA的系统中这将影响带宽分配决策。 OLT和每个ONU都需要维护各自的MPCP时钟并保持同步。
EPON是802.3ah的核心内容，使用千兆以太网作 为承载协议。
北京瑞斯康达科技发展有限公司 8
EPON的关键技术
Burst-Mode Transceiver MPCP（Multi-Point Control Protocol） DBA（Dynamic Bandwidth Algorithm） LTE（Logical Topology Emulation） 加密 FEC（Forward Error Correction） OAM
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LLID的格式
LLID置于Preamble中
Preamble对于全双工链路已经没有意义。 OAM原本有Preamble-based和Frame-based两派。
北京瑞斯康达科技发展有限公司
25
加密
可能的危险
单是LLID不足以防止ONU查看本不属于自己的数据。 一个简单的分光器就能在光纤上窃取数据。
距离
EPON要求在分线率为16的前提下达到20公里。 以20公里来计量，GPON可以实现64的分线率，但能以可接受的成 本实现这样的光功率预算的光模块现在还没有出现。
北京瑞斯康达科技发展有限公司
29
EPON vs. BPON/GPON（续）
成帧
以太网帧是传输IP分组的最佳选择（以太网非常普遍，无需 转换），ATM效率较低，信元税一直为人诟病。 BPON/GPON每帧125us，每秒8K帧，与传统TDM业务的定 时方式相符。短而定长的帧结构对控制延时和抖动有利。 GFP的效率较高，但是在传送IP分组时由于短而定长的帧结 构导致的分组/重组（GEM）使得它不能发挥优势。
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FEC（续）
编码与传输
编码时帧长如果不是239字节的倍数就填充。 所有的编码结果都置于帧后，用特殊的字符串指示。 FEC只是可选项，这种结构使得支持和不支持FEC的 ONU可以共存于同一EPON中。
北京瑞斯康达科技发展有限公司
28
EPON vs. BPON/GPON
最简单的队列调度就是用队列中较短的帧填满当前发送时隙而将队 头的长帧留到下一个时隙。 队列调度可能造成TCP乱序，起到相反的效果。
北京瑞斯康达科技发展有限公司 22
LTE
P2PE（Point-to-Point Emulation）
北京瑞斯康达科技发展有限公司 23
LTE（续）
LLID（Logical Link Identifier）
北京瑞斯康达科技发展有限公司 17
MPCP－自动发现模式（续）
北京瑞斯康达科技发展有限公司
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MPCP－自动发现模式（续）
自动发现的过程
OLT决定发起一轮自动发现，广播一个特殊的GATE消息，里面定 义了一个发现窗口，任何已注册的ONU都不得在该窗口内发送数 据。 一个未注册的ONU收到该消息后将本地的MPCP时间设为时间戳 携带的时间。到达发现窗口的起始时间后再等待一段随机延时（避 免多个未注册的ONU发生冲突），然后发送REGISTER_REQ消 息，里面包含了自己的MAC地址。发送时加上时间戳，记录本地 的MPCP时间来自百度文库 收到REGISTER_REQ消息后OLT知道了要注册的ONU的MAC地 址和RTT时间，OLT向这个ONU发送REGISTER消息（这次不再 是广播），里面包含了分配给这个ONU的LLID。随后再向这个 ONU发送GATE消息，给它分配发送时隙。 收到REGISTER消息后ONU要返回一个REGISTER_ACK消息， 这个消息在收到的GATE消息指定的时隙内发送。
OLT知道每个ONU的RTT时间（自动发现时完成）。 MAC层和PHY层的处理延时是常量。
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MPCP－自动发现模式
自动发现模式
同是MAC控制功能，全双工流控的默认状态是允许 发送而MPCP的默认状态则是不允许发送，如果没 有自动发现，新加入的ONU将永远沉默。 测量每个ONU的RTT（Round-Trip Time）也是自 动发现的重要功能。 使用GATE、REGISTER_REQ、REGISTER、和 REGISTER_ACK消息，由MAC控制帧传送。
传输
EPON线路编码是8B/10B码，BPON/GPON则是扰码传输，流派不 同，但后者效率高。
EPON，1.25G的线路速率只能传1G的数据（含开销）。 GPON，1.25G的线路速率传1.25G的数据（含开销）。
速率
目前EPON的上/下行速率都是1G，以后可以升级到10G。 BPON是155M/622M可选，GPON是155M/622M/1.25G/2.5G可选， 上/下行可以不对称，比EPON灵活。
PON的构成
OLT（Optical Line Terminal）放在中心机房，用来 连接接入网和骨干网。处于管理者的地位。 POS（Passive Optical Splitter）是用来连接OLT和 ONU的无源设备。有方向性，下行分光，上行合光。 分线率为2×N，并可以进行级联。无源设备维护简单， 但分线率/级联数越高传输距离越短。 ONU（Optical Network Unit）放在用户驻地侧，用 来连接接入网和最终用户。处于被管理者的地位。
对抗的手段
不是802.3ah标准的一部分（802.1ae）
采用AES算法进行加密（Advanced Encryption Standard）。 上/下行都要数据都要加密，以帧为对象，除了Preamble之外都要 加密（Preamble里含有LLID）。 有初始密钥，要不定期的更换密钥，用OAMPDU交换密钥 （OAMPDU本身也被加密）。
北京瑞斯康达科技发展有限公司 2
PON技术应运而生
接入网的规模/对成本的考量限制了光纤分布拓扑
北京瑞斯康达科技发展有限公司
3
PON的拓扑
PON采用P2MP拓扑，在源和目的间的信号传播路径 上没有有源器件。
长距离、高带宽、不受周围环境的干扰 维护简单 天然的广播特性
北京瑞斯康达科技发展有限公司 4
定时
以太网本身就不是严格定时的网络，EPON宽松的保护间隔 浪费了一些网络资源。 BPON/GPON定时严格，但对设备要求很高，尤其是光模块。 这个问题在高速的GPON中尤其明显。
北京瑞斯康达科技发展有限公司
30
EPON vs. BPON/GPON（续）
结论
BPON标准最成熟，元件供应商和设备制造商都已能控制成 本，部署范围最广。 EPON相对简易，对以IP为核心的数据业务支持最佳，对定 时严格的业务的支持则比不上BPON和GPON。EPON标准 制定时间长，这个过程中元件供应商和设备制造商也在走向 成熟。 GPON标准过于复杂，元件供应商少，现阶段无法控制成本， 改走BPON－EBPON－GPON的演进路线。
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EPON的未来