EPON原理及相关协议介绍
EPON技术原理及案例分析
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光进铜退－接入网发展趋势
<1Mbps 3M
8M
25M
100M
带宽
接入技术
ADSL/ADSL2+ Copper Based
覆盖半径 <3km
<2km
VDSL / ADSL2+ Copper Based
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宽带光接方式
光纤
ONT
光纤
ONT
OLT
光纤
ONU 金属线/无线 NT
光纤 ONU
金属线/无线
NT
接入网
FTTH FTTO FTTB/C FTTCab
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缩略语
FTTH：Fiber To The Home ——光纤到户 FTTO ：Fiber To The Office ——光纤到办公室 FTTB/C ：Fiber To The Building/ Curb ——光纤到楼宇/分线盒 FTTCab ：Fiber To The Cabinet ——光纤到交接箱 ONU ：Optical Network Unit——光网络单元 ONT：Optical Network Terminal ——光网络终端
SD Digital TV（标清电视）
HD Digital TV （高清电视） Additional TV channels (i.e. 2 HD DTV)
带宽需求 2 Mbps 1 Mbps 2 Mbps 1 Mbps 3 Mbps 10 Mbps 20 Mbps
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住宅业务需求预测
由单业务向多业务甚至全业务模式转化 要求高带宽、高速率 良好的上网体验 用户数据安全保证
EPON基本原理
EPON基本原理EPON宽带接入技术探讨一、EPON简介EPON（Ethernet Passive Optical Network）是PON技术中最新的一种，由IEEE802.3 EFM （Ethernet for the First Mile）提出。
EPON是一种采用点到多点网络结构、无源光纤传输方式、基于高速以太网平台和TDM时分MAC（Media Access Control）媒体访问控制方式、提供多种综合业务的宽带接入技术。
EPON在标准方面处于正在完善阶段。
IEEE 802.3ah工作小组从2000年11月就开始进行EPON的标准化工作。
大约有70个公司加入了这个工作小组，包括Cisco、Nortel、Worldcom、SBC、Verizon、Salira、Broadcom、Agere、Intel、BroadLight、Alcatel等。
估计需要8个月的时间才能有EPON的第一版标准出现。
在PON家族中还有一位早期的成员APON（ATM Passive Optical Network）。
在1995年ATM技术的全盛时期，ITU（the International Telecommunications Union）和FSAN（Full Service Access Network）联盟采纳了A TM标准，把它作为在PON之的第二层的帧封装标准，能为商业用户、家庭用户提供包括IP数据、视频、音频等综合业务，形成了APON的标准（文档号ITU-T Rec G.983）。
但是APON存在着一系列的问题，比如带宽有限、带宽损失大、数据包开销大、协议转换麻烦、技术复杂、设备昂贵、多厂家互操作性差等。
随着以太网技术的异军突起，APON技术一直没有得到大规模应用。
EPON是一种结合了Ethernet和PON的宽带接入技术。
众所周知，Ethernet简单易用，安装方便，运用广泛，但是一直也存在一些问题，特别是在大规模使用时这些问题更加明显。
EPON技术的特点和原理
– 点到点以太接入 • N根光纤，2N个光收发器 • 管理独立
以32个结点为例
P2P
– 小区交换机接入 • 只需铺设1或2根光纤到小 局端
32/64根光纤 64个收发器
用户
区
• 2N+2个光收发器
• 设备占用局端机房空间小
• 在传输过程中需要有源设 备
P2P
1/2根光纤
局端 66个收发器务需求的不断增加对接入层 带宽要求越来越高已是事实。
1.3主要接入技术分析
• 铜线接入
– ADSL – VDSL – LAN接入
• 光纤接入
– P2P – P2MP
1.4 光纤接入的应用模式（FTTx）
• 光纤到家庭用户FTTH 仅利用光纤传输媒质连接通信局端和家庭住宅的接入方式，引 入光纤由单个家庭住宅独享。
以太网MAC帧
前导码
7Bytes
帧定界符 DA SA 长度/类型
1Bytes
6Bytes 6Bytes
2Bytes
数据
46—1500Bytes
前导码
8Bytes
EPON MAC帧
DA SA 长度/类型
6Bytes 6Bytes
2Bytes
数据
46—1500Bytes
填充 FCS
不定 4Bytes
填充 FCS
Burst OH MACcontrol
Burst ONU 1
Burst ONU 2
Burst OH
Burst ONU 3
IPG/ idlecode10bsymbols EPONcontrol Frame Ethernet Frame(withEth. preamble) Burst OH
EPON基本原理与产品介绍(培训专用)
内容概述
• EPON基本原理
▪ 什么是PON ▪ EPON基本原理
• EPON产品介绍
▪ OLT产品介绍 ▪ ONU产品介绍 ▪ ODN介绍
• EPON组网应用案例介绍
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OLT在网络中位置
• 处于网络接入层
• 支持P2P和P2MP
• 支持FTTH和FTTB/FTTC
–OLT＋ONT
室内型机柜 N63-22 600mm×300mm×2200mm
典型配置
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MA5680T－机框
MA5600T机框 530mm×275.8mm×447.2mm
业务框最大功耗是1425W，2框配置最大2850W
•20 个业务插槽 •21” ETSI 机柜（机架） •直流电源冗余备份 •主控板冗余备份
CPU
Local BUS
GMII
MAC
PCI
交换芯片
GMII
MAC
SC/PC光接口
Serdes
Optic Module
Serdes
Optic Module
背板上行4GE
GMII
MAC
Serdes
Optic Module
Page 10
MA5680T－配置描述
P
R
G
T
I
A
C
PEEEEEEEESSEEEEEEEED
RPPPPPPPPCCPPPPPPPP
TBBBBBBBBUUBBBBBBBB
AAAAAAAAA L LAAAAAAAAX
C
1
I
C
T
A
A
SCUL: 主控板 EPBA: 4PON口的EPON业务板 GICF: 2GE 光接口上行板 GICG: 2GE 电接口上行板 X1CA: 10GE 光接口上行板 X2CA: 2 10GE光接口上行板 PRTA: 电源板 CITA: 通用接口板
EPON组播原理及应用
EPON组播原理及应用一、组播原理1、组播定义大家都知道单播、组播、广播是计算机网络上三种基本的通信方式。
单播是相互感兴趣的主机双方进行通信的方式,主机不能接收对其不感兴趣的其它主机发送的信息,属于点对点通信。
广播是主机向子网内所有主机发送信息,子网内所有主机都能收到来自某台主机的广播信息,属于点对所有点的通信。
组播则介于两者之间,是主机向一组主机发送信息,存在于某个组的所有主机都可以接收到信息,属于点对多点通信。
从这个意义上讲,广播可以认为是组范围最大化的组播。
当然,二者还是存在显著区别的:首先,广播被限制在子网内,不会被路由器转发。
其次,主机被默认为是接收者,而组播方式则需要主机主动加入。
(如下图所示:)2 、组播的特点组播是一种点到多点的技术,解决点到多点的通信,可以通过单播和组播方式实现。
单播可以通过建立多个点对点的连接来达到点对多点的传输。
这种方式将在源点(服务器)与各个接收点建立连接,从服务器开始,就将有多份数据流分别流向分散的接收点。
这种方式将加重服务器的负荷,增大对服务器性能的要求;同时还在网络中造成大流量,从而增加网络的负载,导致网络拥塞。
组播则不然,发送方仅发一份数据包,此后数据包只是在需要复制分发的地方才会被复制分发,每一网段中都将保持只有一份数据流。
这样就可以减轻服务器的负担,节省网络带宽。
总之组播技术有效地解决了单点发送多点接收、多点发送多点接收的问题,实现了IP网络中点到多点的高效数据传送,能够有效地节约网络带宽、减轻服务器及网络的负载。
因此具有增强效率,优化性能,分布式应用等优点。
(单播和组播的区别如下图)3、组播的应用组播最早的应用是音频/视频会议。
但音频/视频会议只是众多IP组播应用之一。
除此之外,还包括数据分发,实时数据组播,以及游戏和仿真应用等。
目前特别是视频业务电信级的视频业务(IPTV)都是基于组播实现的。
4、组播的体系结构组播协议分为主机-路由器之间的组成员关系协议和路由器-路由器之间的组播路由协议。
EPON原理及相关协议介绍
1
Why EPON？ ？
• HD TV、VoD、IPTV、P2P等高带宽应用的 出现使基于铜线技术的DSL接入网成为带宽 瓶颈。 • 接入网从上而下的光纤化是不可避免的大 趋势。 • 光纤接入技术中P2MP的PON技术最受瞩目 • EPON是目前应用最广、成熟度最高的一种 PON技术
• EPON关键技术介绍
20
多点MAC控制 控制——多点 多点MAC控制的实现目标 多点 控制 多点 控制的实现目标
• • • • • • • • •
支持P2PE这种特例 OLT支持多个LLID和MAC客户端 ONU支持单个LLID 支持单拷贝广播机制 允许动态带宽分配的灵活架构 使用32位时间戳 使用基于MAC控制的结构 对发现的设备进行测距以改进网络性能 用持续测距的方式实现对RTT补偿
GPON
2488/1310 2488/1490 NRZ/FSS ATM/GEM GFP TDM/VoIP GEM -- IPTV GEM 高 20km/32 20km/64 ITU-T(FSAN)
WDM-PON
125~1250/125~1250/Any Any Transparent Transfer Transparent Transfer Transparent Transfer Transparent Transfer － Above 20km/32 -
EPON原理及相关协议介绍 原理及相关协议介绍
OFA5920产品 高海 产品 g_hai@ 华为技术有限公司
Huawei Technologies Co., Ltd.
EPON技术背景介绍 • EPON协议内容简介 • EPON关键技术介绍
17
P2P拓扑下的协议架构 拓扑下的协议架构
EPON技术基础(原理)
localTime寄存器中的内容；
Data/Reserved/PAD：这40个八位字节用于MPCPDU的有
效载荷。当不使用这些字节时，在发送时填充为0，并在 接收时忽略；
EPON 技术基础
－FTTH市场技术组
Contents
PON系统介绍 EPON协议介绍 EPON基本接口介绍 EPON关键技术 EPON业务承载能力 EPON解决方案介绍
PON的基本概念
What is PON?
PON技术比较 技术标准化情况 PON上下行复用技术
What is PON?
接收灵敏度（dbm）
-24（1000BASE-PX10-D）
-27（1000BASE-PX20-D）
-24（1000BASE-PX10-U）
-24（1000BASE-PX20-U）
在物理层业务接口上，误码率小于等于10-12； FEC增加光功率预算2.5db； PMD Physical Medium Dependent 物理媒质相关（子层）
EPON系统全保护光纤倒换方式
EPON标准的基本内容
在以太网架构中实现P2MP拓扑结构的机制和控制协议
多点MAC控制实现在不同的ONU中分配上行资源、在网络中发现和注册ONU、允许
DBA调度 RS子层为EPON扩展了字节定义 PMD子层定义了EPON兼容器件的指标
OAM定义了EPON各种告警事件和控制处理
ONU
OLT Splitter
ONT
ONU
下行信号：OLT连续广播发送，ONU选择性接收：
GPON根据VPI/VCI(ATM)或者GEM PORTID（GEM） EPON根据LLID
EPON
EPON技术1.E PON产生背景PON指在光线路终端(opticallinetermination,OLT)和光网络单元(opticalnetworkunit,ONU)之间的光分配网(opticaldistributionnetwork,ODN)没有任何有源电子设备.主要采用光无源器件进行连接和交换.它是一种点到多点的光纤传输和接入技术,下行一般采用广播方式,上行一般采用时分多址方式,可以灵活地组成树型、星型和总线型等拓朴结构,在光分支点不需要节点设备,只需要安装一个简单的光分支器即可.具有节省光缆资源、带宽资源共享、节省机房投资、设备安全性高、建网速度快和综合建网成本低等优点.以PON技术为依托,根据在数据链路层所采用的不同技术,PON又可分为:基于SONET的SPON;基于ATM的APON;基于Ethernet的EPON.其中E2PON技术最为人们所看好.EPON的概念于2000年底提出.IEEE在2000年底成立了EFM工作组,试图引入一种新的接入技术标准-EthernetPON,它的提出主要是人们对接入网低价格和高带宽的追求,而EPON技术恰恰可以满足这方面的要求.因为它不仅可以提供1G的带宽,且不需使用像ATM交换机那样昂贵的设备,还可与以太网兼容.随着QOS技术如多协议标签交换(MPLS)技术的出炉,它能较好的满足传输实时性数据的要求.因此,EPON技术被认为是目前解决接入网“瓶颈”的较佳方案.2.E PON简介和基本原理EPON简单的说，就是无源光网络。
以太网无源光网络（EthernetPassiveOpticalNetwork，EPON）是一种新型的光纤接入网技术，它采用点到多点结构、无源光纤传输，在以太网之上提供多种业务。
它在物理层采用了PON技术，在链路层使用以太网协议，利用PON的拓扑结构实现了以太网的接入。
因此，它综合了PON技术和以太网技术的优点：低成本；高带宽；扩展性强，灵活快速的服务重组；与现有以太网的兼容性；方便的管理等等。
EPON原理介绍分-光器介绍
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分光器在工业自动化中的应用
分光器在工业自动化中用于实现设备的远程控制和监测。
通过分光器将光信号传输到各种工业传感器和执行器，实现设备的自动化控制和数 据采集。
分光器在工业自动化中还可以用于构建工业物联网系统，提高生产效率和设备可靠 性。
05 分光器的市场前景和发展 趋势
分光器市场的现状和前景
分光器市场现状
分光器采用光学原理中的分束技术，将输入的光信号分成多路等功率的 光信号，分别传送到不同的用户端设备，实现多用户共享同一根光缆资 源。
分光器不需要电源供电，因此被称为无源光网络中的无源器件。
分光器的技术指标
分光比
分光器将输入光信号分 成个输出光信号的比 例，通常以1:N表示，N
为分路数。
插入损耗
分光器插入到光路中引 起的光功率损失，越小
智能化
随着物联网、云计算等技术的发展，分光器将与智能化技术结合， 实现远程监控、自动调整等功能，提高网络运维效率。
04 分光器的实际应用案例
分光器在宽带接入中的应用
分光器在宽带接入中起到将光 信号分路的作用，实现多用户 共享同一光路。
在光纤入户场景中，分光器可 以将光信号按需分配给各个用 户，提高网络覆盖率和接入速 度。
特点
EPON具有高带宽、长距离传输、低成本、高可靠性、易扩展和维护等优点，是 实现FTTH（光纤到户）的主要技术之一。
EPON的工作原理
01
03
数据传输
02
树形拓扑结构
04
EPON采用单纤双向传输方式， 上行使用1310nm波长，下行使 用1490nm波长。OLT（光线路 终端）通过合波器将CATV信号 和数据信号合在一起传输到ONU （光网络单元），ONU再将 CATV信号和数据信号分离，分 别输出给电视和电脑。
EPON原理及相关协议介绍
ONU
2
作为EPON网络的中央控制单元，负 责转发和管理数据。
Optical Network Unit（光网络光信号的接收和发送。
3
Passive Optical Splitter
被动光分配器将光信号分割给多个 ONU，使得一个OLT可以服务多个终 端用户。
1 传输技术
EPON使用光纤传输数据，而传统网络通常使用电缆传输。
2 网络结构
EPON采用基于以太网的分布式网络结构，传统网络通常采用集中式结构。
3 拓扑结构
EPON网络常用的拓扑结构包括星型和树状，传统网络则有更多不同的拓扑结构。
EPON的优点和缺点
1
优点
EPON具有高带宽、灵活性高、成本较低等优点，适用于大规模宽带接入。
3 支持新技术
EPON将持续支持新技术的发展，如5G、云计算和物联网等，满足未来网络的需求。
EPON商业模式和成本分析
EPON的商业模式可以包括设备供应商、网络运营商、互联网服务提供商等不同参与方，成本分析涉及 设备投入、维护费用等。
EPON的推广策略
推广EPON可以结合行业需求，加大市场推广力度，提供完善的解决方案， 增加宣传和培训等手段。
2
缺点
EPON存在距离限制、光纤依赖性强等缺点，需要综合考虑使用场景和需求。
IEEE 802.3 ah标准
IEEE 802.3ah是用于以太网在PON上的扩展标准，规定了EPON网络的物理 层和MAC层协议。
IEEE 802.1 Q和802 .1 ad标准
IEEE 802.1Q是虚拟局域网（VLAN）标准，而802.1ad是在以太网上实现多级VLAN的标准。
FTTx
EPON是实现光纤到用户 （Fiber-to-the-X）的重要技术 之一，可以为家庭和企业提供 高速接入。
epon的工作原理
epon的工作原理
Epon（Ethernet Passive Optical Network）是一种基于光纤传输
的以太网被动光纤网络，其工作原理如下：
1. OLT（Optical Line Terminal）：OLT是Epon中的上级设备，负责管理整个光网络。
它将发送的数据分配给光纤链路中的各个ONU（Optical Network Unit）。
2. ONU（Optical Network Unit）：ONU是Epon中的末端设备，相当于用户侧的网络终端。
它连接到光纤链路，并接收OLT
发送过来的数据。
3. 光纤链路：光纤传输是Epon的核心。
光纤链路将光信号从OLT传输到ONU，同时将ONU发送过来的数据反向传输到OLT。
4. 光分复用：Epon使用TDMA（Time Division Multiple Access）技术进行光信号传输的分复用。
在一个光纤链路中，
可以同时传输多个ONU的数据，通过时间分割的方式，每个ONU在不同的时间片发送和接收数据，实现多路访问。
5. 光功率平衡：Epon中的光信号在传输过程中，会遇到衰减
和光衰等影响。
因此，需要调整信号的光功率，使其在整个链路上保持平衡和稳定。
6. 帧格式：Epon中的数据传输采用以太网帧格式，和传统以
太网一样，使用MAC（Media Access Control）地址进行数据
的发送和接收。
7. 安全性：Epon可以采用各种加密和安全措施，保护数据的安全性，防止数据被非法窃取或篡改。
通过以上工作原理，Epon可以实现高带宽、长距离传输和多路访问的特性，广泛应用于光纤接入网络、宽带接入等领域。
EPON介绍(2-MPCP协议)
MPCP协议详细介绍1MPCP帧结构MPCP定义了5种消息，称之为MPCP DATA UNITs，GA TE、REPORT、REGISTER_RQ、REGISTER、REGISTER_ACK，他们用于OLT和ONU之间的信息交换。
所有的MPCPDU为64字节的MAC控制帧，包括以下域：1、DA（目的地址），6个字节域，所有的MPCPDU都使用一个共同的多播MAC目的地址，其值为：01-80-C2-00-00-01，但是REGISTER报文除外，其使用ONU的实际MAC地址。
2、SA（源地址），在OLT中，对应一个GMII接口有多个MAC实例，因此不同的MAC发出的数据都必须携带其对应的SA。
3、类型域值为88084、Opcode区分MAC控制帧类型。
0001为PAUSE帧，0002为GATE帧，0003为REPORT帧，0004为REGISTER_REQ帧，0005为REGISTER帧，0006为REGISTER_ACK 帧。
5、TIMESTAMP，时标；用于同步OLT与ONU的MPCP CLOCK，其参考点为DA的首字节。
6、Opcode-specific field：用于传输特定的MPCP功能，不用的时候置0；7、FCS，CRC321.1 REPORT帧REPORT帧是ONU用来向OLT上报本地队列状态的。
1.1.1Queue #n report这个域的内容表示的不是实际的队列字节长度，其为传送这些字节需要的时间，这个时间还要考虑上前导码、帧间隔、FEC检验域等时间。
1.1.2Report bitmapQueue有效指示，相应位为1则表示此QUEUE域值有效，否则无效。
总共对应8个队列。
1.1.3Number of Queue Sets由于OLT分配给ONU的时隙不会正好等于ONU中的数据队列的发送时间，因此在时隙边界有可能会浪费部分的带宽（不能传送被切断的以太网帧），所以802.3ah工作组进入了多个queue sets，每个queue set都表示从队列开始的队列指示，但是分别指示了不同的长度，如果OLT分配的时隙中无法发送整个队列的话，则可以选择其中一种queue set来作为给ONU分配时隙的依据。
epon原理
3.分光器布放原则 • 分光器放置于中心机房，便于管理和维护，但由于光纤量比较大，网络弹 性不足，实施费用比较高，没有充分发挥PON网络的优势。 • 分光器放置于远端中心机房，集中分光，便于安装；网络结构比较简单； 用户密度比较高时，总的建设费用较低。 • 分光器放置于地下室，节省光缆，充分发挥了EPON的优势，建设费用 很低，但管理与维护工作量较大。 4.光网络单元布放原则 根据ONU布放的位置，可将EPON分为以下几种场景：光纤到户(FTTH)、 光纤到大楼(FTTB)、光纤到节点(FTTN)等。 (1)FTTH方式 FTTH即光纤到户方式适用于用户居住比较分散且用户对带宽的要求较高的 区域，如别墅区，而且开发商有积极性参与网络建设。此时组网方式一般 采用从局端的OLT引出光缆到别墅区，在别墅区内一个相对中心位置放置 分光器，然后通过小芯数管道光缆或新型的小芯数直埋光缆连至用户家中 的ONU，可以根据用户需求在用户家中连接交换机或集线器(HUB)供多个 设备连接。
工作原理
EPON由光纤线路终端、光分配网络(ODN)和光网络单元组成，采用 的是树形拓扑结构。使用上行1 310 nm和下行1 490 nm波长传送数据 和语音，CATV业务则使用1 550 nm波长承载。OLT放置在中心局端， 分配和控制信道的连接，并有实时监控、管理及维护功能。ONU放置 在用户侧，OLT与ONU间通过无源的光分配网络按照1:16/1:32/1:64 方式连接. EPON网络采用一点至多点的拓扑结构，取代点到点结构，大大节 省了光纤的用量和管理成本。无源网络设备代替了传统的 ATM/SONET宽带接入系统中的中继器、放大器和激光器，减少了中 心局端所需的激光器数目，并且OLT由许多ONU用户分担。此外 EPON利用以太网技术，采用标准以太帧，无须任何转换就可以承载 目前的主流业务——IP业务。因此EPON十分简单、高效、建设费用 低、维护费用低，最适合宽带接入网需求。
EPON原理介绍
PON拓扑结构 拓扑结构
EPON网络保护方式（1） 网络保护方式（ ） 网络保护方式
ONU#1 OLT
1：N分光器 IFpon
设备没有任何备份措施. . 主干光纤故障后，由人工切 换至备用光纤. .
Iห้องสมุดไป่ตู้pon
备用光纤 Type A 光纤备份
ONU#N
IFpon
业务肯定中断，中断时间取 决于线路恢复时间. 如果到用户的线路故障，业 务就会中断，无法备份。 OLT设备上有两个EPON接口. 此种保护方式仅限于主干光 纤出现故障时，系统会自动 切换到备用系统，实现了对 骨干光纤的保护。 保护对象仅限于OLT与ODN 之间的光纤故障和OLT单板硬 件故障，对其他类型的故障 没有涉及，可能存在严重安 全隐患，无法满足客户需求。 无法定位故障。
Optical Line Terminal
光线路终端
无源分光器
ONU
PSTN
Passive Optical Splitter 1490nm 1310nm
Internet
OLT
无源分光器
ONU Optical Network Unit
CATV
光网络单元
PON是一种点到多点（P2MP）结构的无源光网络； 是一种点到多点（ 是一种点到多点 ）结构的无源光网络； PON由光线路终端 ）、光网络单元 由光线路终端OLT（Optical Line Terminal）、光网络单元 ONU（ Optical Network Unit） （ ）、 （ ） 和无源分光器POS（Passive Optical Splitter）组成； 和无源分光器 （ ）组成；
Optical Distribution Network 光分配网络 Optical Line Terminal 光线路终端 Service Node Interface 业务节点 User Network Interface 用户网络接口
EPON关键技术及实现原理
– 管理独立
小区交换机接入 – 只需铺设1或2根光纤到小区 – 2N+2个光收发器
– 设备占用局端机房空间小
– 在传输过程中需要有源设备
– 设备分级管理
❖ PON的接入方式： – 只需铺设1或2根光纤到小区
– 需N+1个光收发器 – 设备占用局端机房空间最小 – 传输中不需有源设备 – 设备集中管理
前导码
8Bytes
EPON MAC帧
DA
6Bytes
SA
6Bytes
长度/类型
2Bytes
数据
46—1500Bytes
填充 FCS
不定 4Bytes
填充
不定
FCS
4Bytes
SLD
55 55 SLD 55 55 LLID LLID CRC8
:SLD指示LLID和CRC位置
PCS子层对数据监测和前向纠错的扩展
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
Splitter
CO
Business/ Residence Fiber
PON vs. 点到点光纤以太网
❖ 基于MC的点到点技术的两种使用方式： 点到点以太接入
多点MAC控制 MAC RS
ONU
GMII
GMII
PCS FEC PMA PMD
MDI
PHY
PCS FEC PMA PMD
MDI
无源光介质
PHY
FEC=前向纠错 GMII＝千兆比媒质无关接口 MDI＝媒质相关接口 OAM＝运行、管理和维护 OLT＝光线路终端 ONU＝光网络单元
EPON技术及工作原理
EPON技术工作原理及应用1。
1 PON技术发展光纤接入从技术上可分为两大类：有源光网络（AON，Active Optical Network)和无源光网络（PON，Passive Optical Network)。
１９８３年，ＢＴ实验室首先发明了ＰＯＮ技术；PON 是一种纯介质网络，由于消除了局端与客户端之间的有源设备，它能避免外部设备的电磁干扰和雷电影响，减少线路和外部设备的故障率，提高系统可靠性，同时可节省维护成本，是电信维护部门长期期待的技术。
PON的业务透明性较好，原则上可适用于任何制式和速率的信号。
目前基于PON的实用技术主要有APON/BPON、GPON、EPON/GEPON等几种，其主要差异在于采用了不同的二层技术。
图1 PON的两个主要标准体系APON是上世纪90年代中期就被ITU和全业务接入网论坛（FSAN）标准化的PON技术,FSAN在2001年底又将APON更名为BPON，APON的最高速率为622Mbps，二层采用的是ATM封装和传送技术，因此存在带宽不足、技术复杂、价格高、承载IP业务效率低等问题，未能取得市场上的成功.为更好适应IP业务，第一英里以太网联盟（EFMA）在2001年初提出了在二层用以太网取代ATM的EPON技术，IEEE 802.3ah工作小组对其进行了标准化，EPON可以支持1.25Gbps 对称速率，随着光器件的进一步成熟，将来速率还能升级到10Gbps。
由于其将以太网技术与PON技术完美结合,因此成为了非常适合IP业务的宽带接入技术。
对于Gbps速率的EPON 系统也常被称为GEPON。
100M的EPON与1G的EPON的不同在速率上的差异，在其中所包含的原理和技术,是一致的，目前业界主要推广的是GEPON,百兆位的EPON也有不多的一些应用。
在后面文档中提到的EPON,如果没有特别说明，都是指千兆位的GEPON. EPON是几种最佳的技术和网络结构的结合。
epon的概念
epon的概念EPON的概念EPON，全称为以太网无源光网络（Ethernet Passive Optical Network），是一种基于以太网技术的被动光纤接入网络。
它是一种高速、低成本、易部署的解决方案，可用于覆盖大面积的住宅区和企业园区等。
一、EPON的工作原理1.1 OLT（Optical Line Terminal）OLT是EPON系统中最重要的设备之一，负责将数据从上层网络传输到下层网络。
OLT通常安装在数据中心或交换机房内，通过光纤与ODN（Optical Distribution Network）连接。
1.2 ONU（Optical Network Unit）ONU是EPON系统中的用户侧设备，也称为ONT（Optical Network Terminal）。
它负责将光信号转换为电信号，并将数据传输到用户终端设备上。
1.3 ODN（Optical Distribution Network）ODN是EPON系统中连接OLT和ONU之间的光纤网络。
它包括主干光缆、分配光缆和接入点等组成部分。
二、EPON的优势2.1 高速率由于使用了光纤作为传输介质，EPON具有非常高的带宽和传输速率。
其理论带宽可达到10Gbps。
2.2 节约成本相比于传统的基于铜线的接入网络，EPON的部署和维护成本更低。
由于使用光纤作为传输介质，不需要进行大规模的电缆敷设，同时也不需要在用户侧安装调制解调器等设备。
2.3 易部署EPON系统可以很容易地与现有的以太网网络集成。
由于其采用了标准化的以太网协议，因此可以与其他网络设备无缝连接。
2.4 灵活性EPON系统具有很高的灵活性和可扩展性。
它可以根据用户需求进行灵活配置，例如增加或减少用户数量、增加带宽等。
三、EPON的应用场景3.1 家庭宽带接入EPON系统可以为家庭提供高速宽带接入服务。
通过将OLT安装在运营商数据中心或交换机房内，将光纤引入小区或楼宇内，并在每个用户处安装一个ONU，就可以实现家庭宽带接入。
EPON原理介绍
EPON原理介绍1.EPON基本体系结构PON:无源光网络。
指（光配线网中）不含有任何电子器件及电子电源，ODN全部由光分路器（Splitter）等无源器件组成，不需要贵重的有源电子设备。
一个无源光网络包括一个安装于中心控制站的光线路终端（OLT），以及一批配套的安装于用户场所的光网络单元（ONU）。
在OLT与ONU之间的光配线网（ODN）包含了光纤以及无源分光器或者耦合器。
目前主要有GPON（ITU协议）和EPON（IEEE协议）两种两种不同协议的技术。
PON设备包括局端的OLT，客户端的ONU，及连接OLT和ONU的无源分光设备ODN。
PON网络架构:OLT功能模块示意图：ONU功能模块示意图：PON网络参考模型：EPON基本特点：POS机功能框架：POS：无源分光器。
分光器是一种无源器件，不需要外部能量，只要有输入光即可。
分光器是组建EPON网络的一个组件，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。
分光器带有一个上行光接口，若干下行光接口。
从上行光接口过来的光信号被分配到所有的下行光接口传输出去，从下行光接口过来的光信号被分配到唯一的上行光接口传输出去。
只是光信号从上行光接口转到下行光接口的时候，光信号强度/光功率将下降，从下行光接口转到上行光接口的时候，同样如此。
2.EPON协议PON技术标准化情况：EPON的层次结构：EPON分层结构参考模型：分层情况：MPCP协议EPON MAC控制帧结构：MPCP协议主要特点：EPON上行方式：EPON下行方式：3.EPON关键技术：突发模式光收发器技术帧测距DBA（动态带宽分配机制）TDM业务承载OAM（远程运行维护管理功能）MPCP发现过程——ONU的发现、注册和认证：测距：EPON下行TDM的实现：TDM：Time Division Multiplex——时分多路复用。
TDM使用由发送者已经预设好的频宽分配的方式EPON上行TDMA的实现：TDMA：Time Division Multiple Address——时分多路访问。
EPON技术介绍
适合广播和组播等视频/音频业务的开展
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目录
一．EPON原理简介
1. EPON的基本概念 2. EPON基本构架和参数 3. EPON协议简介
EPON 协议简介
EPON的标准是IEEE802.3ah，标准中定义了EPON 物理层、MPCP（多点控制协议）、OAM（运行管理 维护）等相关内容。IEEE制定EPON标准的原则是尽 量在802.3体系结构内进行EPON的标准化工作，最小 程度的扩充标准以太网MAC协议。这就最大程度的继 承了以太网经过长期、大规模实践积累下来的宝贵技 术经验。
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FTTB+LAN组网：高层小区
室外光缆 五类线 皮线光缆
OLT
O D F 室外光缆
用户弱电盒
楼道分纤盒
楼道ONU
光分路器
ODN
推荐采用一级集中分光方案，光缆在弱电井内垂直布线， 每若干层放置一个ONU,五类线入户。
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FTTC/N+xDSL 组网模式
3.FTTC/N 应用模式： 光网络单元（ONU）设置在路边的入孔或分线盒处，从ONU 到用户之间的部分仍为双绞线铜缆，ONU上集成有xDSL的用户接 口板，用户的xDSL Modem通过电话线连接到ONU上。可用于老小 区改造和农村区域的光进铜退场景。
典型LAN接入组网示意
典型PON接入组网示意
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目录
一．EPON原理简介
1. EPON的基本概念 2. EPON基本构架和参数 3. EPON协议简介
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EPON数据复用方式
EPON数据复用方式
1490nm
EPON基本原理
EPON基本原理一、EPON系统简介以太网无源光纤网络（EPON）是一种采用点到多点（P2MP）结构的单纤双向光接入网络，其典型拓扑结构如下图所示：OLTONU1ONU2ONUn 1:n无源光分路器ODNSNIUNI IF PONIF PONSNI：业务节点接口UNI：用户网络接口IF PON：PON专用接口图1 EPON系统EPON系统由局侧的光线路终端（OLT）、用户侧的光网络单元（ONU）和光分配网络（ODN）组成，为单纤双向系统。
在下行方向（OLT到ONU），OLT发送的信号通过一个1:n的无源光分路器（或几个分路器的级联）到达各个ONU；在上行方向（ONU到OLT），一个ONU发送的信号只会到达OLT，而不会到达其他ONU。
为了避免数据冲突并提高网络利用效率，上行方向采用TDMA多址接入方式并对各ONU的数据发送进行仲裁。
二、EPON传输原理EPON系统采用WDM技术，实现单纤双向传输。
其中上行波长1310nm，下行波长1490nm,用于传递数据业务。
另外光纤上还可以传送1550nm的波长，这个波长主要是用来传递CATV信号。
图2 EPON上下行传输EPON 从OLT 到多个ONU 下行传输数据和从多个ONU到OLT上行数据传输是十分不同的。
下行传输从OLT 到多个ONU 以广播式下行（时分复用技术TDM ）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）。
如下图，ONU1 收到包1、2、3，但是它仅仅发送包1 给终端用户1 ，丢弃包2和包3。
图3 EPON下行传输上行传输从多个ONU到OLT上行数据，采用时分多址接入技术（TDMA ）分时隙给ONU 传输上行流量。
当ONU 在注册时成功后，OLT会给ONU分配特定的带宽。
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21
多点MAC控制——在IEEE802.3中的层次
OSI参考模型 APP Presentation Session TS Network DL PHY
GMII PHY MDI 无源光介质 图1-1 多点MAC控制在OSI参考模型中的位置
22
上一层 MAC Client MAC Client MAC Client OAM 可选 OAM 可选 多点MAC控制 MAC MAC RS MAC OLT OAM 可选
WDM-PON
125~1250/125~1250/Any Any Transparent Transfer Transparent Transfer Transparent Transfer
TDM Bandwidth Efficiency
Reach/Splitter Standard Committee
0# ONU 1# ONU 0# ONT
11
PON基本技术－突发接收
快速AGC（光模块）(动态范围 >20dB) 快速时钟恢复（B-CDR SERDES)
恢复出来的数据 到达OLT的信号及阈 值建立 ONT/ONU发出的信号
无快速AGC
0# ONU 1# ONU 0# ONT
5
AAL1
稍高 20km/16 10km/32 ITU-T(FSAN)
TDM Over IP (future PWE3)
稍低 20km/16 10km/32 IEEE
GEM
高 20km/32 20km/64 ITU-T(FSAN)
Transparent Transfer
－ Above 20km/32 -
23
• EPON技术背景介绍 EPON协议内容简介
• • • EPON协议总体介绍 多MAC控制简介 MPCP协议介绍 RS、PCS、PMA子层简介
• EPON关键技术介绍
24
MPCP——发现处理
• • • •
发现处理 报告处理 门限处理 MPCPDU的结构和编码
km
Curb switch
N
subscribers
(c) Passive optical network 1 fiber N transceivers CO L
km
Passive optical splitter
N
subscribers
3
PON 及其网络结构
– EPON：OLT恢复时间400ns，ONU开关时间512ns – GPON：OLT恢复时间60.8ns，ONU开关时间12.8ns
10
PON基本技术－突发发射
1. 快速开启和关断能力 2. 消光比大（>10dB）
0# ONU
连续模块
1# ONU 0# ONT
突发模块
无源：没有室外有源设备 由有源OLT和ONT、以及无源ODN（光分配网络组成） ODN：由光纤、光分路器（Splitter）和其他无源器件组成 非常低的生命周期费用，无室外有源设备维护费用 能够很容易承载语音（Voice）, 视频（Video）和数据（ Data） 相对P2P方式的光纤接入，成本低一半左右
16
标准的基本内容
• 在以太网架构中实现P2MP拓扑结构的机制 和控制协议 • 多点MAC控制实现在不同的ONU中分配上 行资源、在网络中发现和注册ONU、允许 DBA调度 • RS子层为EPON扩展了字节定义 • PMD子层定义了EPON兼容器件的指标 • OAM定义了EPON各种告警事件和控制处理
有快速AGC
阈值线
12
EPON基本特征
• 单纤双向，上行1310nm，下行1490nm • 下行广播发送，选择接收 • 上行TDM方式发送，分享带宽
• 直接基于以太网包传输，数据业务不需映 射或处理，与IP网络紧密结合 • TDM等异质协议数据包需要映射，关键特性 能够保证 • 传输距离≤20 Km，分支比1:32 • IEEE 802.3ah,2004年7月定稿
上行信号： TDMA突发发送，采用测距技术保证 上行数据不发生冲突
8
PON基本技术－测距和突发控制
无测距及控制
有测距及控制
OLT根据DBA算法向ONU发布授权时间窗口
测量OLT下行发送到上行接收的数据信号环路时延，并据此对 ONU授权时间窗口进行延时补偿，从而保证上行数据不会发生冲突
ONT 1 or 2 fibers OLT (in CO) Splitter(s) up to 1:32 up to 32 subscribers
up to 20 km
4
PON技术比较
Tech.
Bandwidth/ Wave length (Mbps/nm)
Protocol US DS Line Link Data Voice Service Supporting Video
测距方式：定时自动、初始测距、自动相位补偿
9
PON基本技术－突发发送和接收
• ONU
– 上行为TDMA方式 – OLT指定时隙 – 有数据时发送，无数据时断开
• OLT
– – – – 多个ONU数据源 ONU距离、功率不同 突发接收 AGC
• 突发技术都时在光模块上实现的 • 时间要求
PON技术标准化状况
PON
TPON
APON/ BPON
GPON
EPON
WDM PON
国际标准 ITU-T G.982 国家标准
YD/T 1077-2000
国际标准 ITU-T G.983.x
国际标准 ITU-T G.984.x 国家标准
国际标准 IEEE 802.3ah 国家标准
上一层 MAC Client OAM 可选 多点MAC控制 MAC RS GMII PHY MDI ONU
多点MAC控制——在IEEE802.3中的层次
• 代替了MAC控制子层的位置，位于DLL的底层，支持多个 客户和其他的MAC控制功能 • 通过特定的协议实现实时控制多个MAC的机制，并实现 对MAC子层的操作 • MPCP是一种管理P2MP 的协议。目前还没有制定管理 P2MP的标准 • 多个MAC共用一个物理层。每一个独立的MAC给OLT和 ONU提供P2PE,附加的一个MAC提供SCB功能 • ONU的RS层完成了帧过滤，所以只要一个MAC • EPON终端在注册过程中分配的LLID唯一标识了MAC
EPON原理及相关协议介绍
OFA5920产品 高海 g_hai@ 华为技术有限公司
Huawei Technologies Co., Ltd.
EPON技术背景介绍 • EPON协议内容简介 • EPON关键技术介绍
1
国际标准
国家标准
YD/T 1090-2000
国家标准
6
PON基本技术－下行
ONU
OLT Splitter
ONT
ONU
下行信号：OLT连续广播发送，ONU选择性接收（根据LLID）
7
PON基本技术－上行
ONU
OLT
Splitter
ONT
ONU
•
整个发现处理的消息流程如下页图示：
26
MPCP——发现处理
OLT
发现 时间 窗口
GATE
开始
ONU
随机 延迟 广 时间 播 通 道
REGISTER_REQ REGISTER GATE
REGISTER_ACK
发现握手操作完成
图1-11 发现处理的握手消息流程
单 播 通 道
15
EPON协议简介（一）
• • • • • •
EPON协议由IEEE 802.3ah定义，主要参考章节如 下： 56-EPON介绍 57-OAM定义 60-EPON PMD子层定义 64-Multi-Point MAC Control子层定义 65-EPON对于RS/PCS/PMA子层的扩展和FEC 67-EPON系统建议
28
MPCP——报告处理
• • • •
发现处理 报告处理 门限处理 MPCPDU的结构和编码
20
多点MAC控制——多点MAC控制的实现目标 • • • • • • • • •
支持P2PE这种特例 OLT支持多个LLID和MAC客户端 ONU支持单个LLID 支持单拷贝广播机制 允许动态带宽分配的灵活架构 使用32位时间戳 使用基于MAC控制的结构 对发现的设备进行测距以改进网络性能 用持续测距的方式实现对RTT补偿
25
MPCP——发现处理
• • 发现处理为新添加的的或离线的ONU提供PON接入。 发现处理的过程
1. 2. 3. 4. 5. OLT广播一个发现GATE消息，该消息包括开始时间和发现时间 窗的长度 未注册ONU等待一个随机时间后发送REGISTER_REQ消息， ONU采用竞争算法和测量来避免碰撞。REGISTER_REQ中包括 ONU的MAC地址和最大等待时间。 OLT接收到一个可用的REGISTER_REQ消息后，注册该ONU， 分配一个LLID并绑定正确的MAC地址到LLID上。 OLT发送Register消息(包括ONU的LLID和OLT的同步时间)到 ONU。OLT现在可以发送标准的GATE消息允许ONU发送 REGISTER_ACK消息。 发现处理完成，OLT和已注册的ONU开始正常的通讯
17
P2P拓扑下的协议架构
18
P2MP拓扑下的协议架构
19
• EPON技术背景介绍 EPON协议内容简介
• • • EPON协议总体介绍 多MAC控制简介 MPCP协议介绍 RS、PCS、PMA子层简介