PON网络技术原理v2.0-160922

OLT
汇聚交换机+ PON调度控制
鼓者.全场节奏
POS
分光器由入射和出射狭 缝、反射镜和色散元件组成，其 作用是将所需要的共振吸收线分 离出来。 分光器的关键部件是色散 元件，现在商品仪器都是使用光 栅。
吉他者.节奏和弦
ONU
• •
用户接入 PON接口数据 收发控制
接入交换机+ 上行数据控制
吉他者.节奏根音
MAC Client
MAC Client
MAC Client
MAC Client OAM MPMC
OAM
OAM MPMC
OAM
OAM MPCP
ONU
MAC
MAC RS
MAC OLT
MAC
RS
GMII
PCS FEC可选
PMA PMD
GMII
PCS FEC可选
PMA PMD
物理层
PHY
PHY
MDI 无源光介质
魔戒现身
双塔奇兵
王者归来
对于PPPOE技术而言： PPPOE是什么？（概念） PPPOE包括那几个阶段？每个阶段的功能？（原理） PPPOE会话过程，各阶段的数据报文格式？（协议）
目录
PON概念 PON技术实现原理
概念 PON系统结构 ODN光功率预算 原理 EPON技术原理 GPON技术原理 协议 EPON与GPON技术对比 10GEPON技术简介
发现处理的握手消息流程
为什么非要用 到Gate消息呢？
ONU接入PON网络的第一步。 OLT通过广播一个发现GATE消息来通知 ONU发现窗口的周期。发现GATE消息包 含发现窗口的开始时间和长度 非在线ONU接收到该消息后将等待该周 期的开始，然后向OLT发送 REGISTER_REQ消息（REGISTER_REQ消息 中包括ONU的MAC地址以及最大等待授权 （Pending Grant）的数目） OLT接收到有效的REGISTER_REQ消息后， 将注册该ONU，分配和指定新端口的标 识(LLID)，并将相应的MAC和LLID绑定。 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。同时，OLT还对ONU最大 等待授权的数目进行响应 认证机制：基于MAC认证，或者基于SN 认证
EPON协议栈
• • • • MAC Client：MAC地址主机（通常指一个ONT或者ONU） OAM层：运行、管理、维护。定义了EPON各种告警事件和控制处理，使用OAM协议数 据单元可对已激活OAM功能的链路进行管理、测试和诊断； MPMC：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，实现点对多点的MAC控制； MAC：实现对Media的控制，CSMA/CD；
PMD：物理媒质相关子层 （使用1000BASE-PX 接口）子层定义了EPON兼容器件的指 标，实现PMD服务接口和MDI接口之间的数据收发功能。 MDI：媒质相关接口。 GMII：前兆比媒质建立接口。
EPON数据帧结构
通过LLID来唯一标识ONU，LLID作用： （1）辨别数据帧是由哪个ONU发出。 （2）下行数据区分过滤。 （3）作为接收gate消息并反馈report 消息的实体标识。
•
RS：调和子层，实现数据链路层和物理层间的接口，完成外部物理层信号(GMII接口 信号)和上层信号之间的适配；同时在EPON系统中完成添加/终结LLID。调和多种数 据链路层能够使用统一的物理层接口；
PCS：物理编码子层，支持在点对多点物理介质中的突发模式 ＋ 支持FEC算法；
•
•
• • •
PMA：物理媒质附加子层，其主要功能是完成串并，并串转换，时钟恢复，并提供环 回测试功能；支持P2MP功能，实现PMD的扩展；
有嘛问题？
目录
PON概念 PON技术实现原理
概念 PON系统结构
PON系统保护方式
原理
ODN光功率预算 EPON技术原理
协议 GPON技术原理 EPON与GPON技术对比 10GEPON技术简介
EPON技术
EPON的标准号为IEEE 802.3ah，由IEEE EFM（Ethernet in the first mile）研究小组制定完成，并于2004年6月IEEE协会正式通过。其基本 原则为在APON类似的结构上和802.3协议的基础上，通过较小的修改， 实现在用户接入网上，传输以太帧，即以Ethernet技术代替ATM技术作 为链路层协议。
可否直接在以太帧中 数据字段中增加 ONU-ID来替代LLID？
内功心法-MPCP
MPCP-多点控制协议 EPON网络上行采用TDMA技术，因此上行方向在一个时刻只允许一个 ONU发送数据 ，且要做到带宽动态分配，于是需要一种控制机制来协 调各ONU的数据发送和关断。It is MPCP！
MPCP属于OSI参考模型哪层？
• • • •
由于各厂商产品技术差别，以上部分指标只做一般性参考！
EPON协议族
• EPON的标准IEEE802.3ah中定义了EPON的物理层、MPCP(多点控制协议)、OAM(运行管理 维护)等相关内容。 IEEE制定EPON标准的基本原则是尽量在802.3体系结构内进行EPON 的标准化工作，最小程度地扩充标准以太网的MAC协议。
• TDMA（时分多址） 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数据。
如何解决传统 TDMA信道利用 率低的问题？
具有异步传输特色的TDMA——DBA
• 什么是DBA? – PON系统上行方向采用TDMA，同一时刻只允许一台ONU发送数据 – OLT根据不同用户的业务类型和特点合理分配信道带宽。 – DBA能在微秒或毫秒级的时间间隔内完成对上行带宽的动态分配
目录
PON概念 PON技术实现原理
概念 PON系统结构 ODN光功率预算 原理
EPON技术原理 GPON技术原理
协议
EPON与GPON技术对比
10GEPON技术简介
光功率预算
信号衰减=10lg（P0/P） 单位 dB
dBm单位换算—— 以1mw为基准功率时，则功率P对应的 电平为10lg（P/1mw），单位dBm
PON技术原理——下行数据
•
广播方式 PON的下行为广播方式，所有的ONU都能收到相同的数据，但是通过LLID （EPON）或GEM-port-id（GPON）来区分不同的ONU的数据，ONU 过滤广播 报文来接收属于自己的数据。
下行广播 如何实现？ 分光的过程就 相当于广播了！
PON技术原理——上行数据
信号衰减（dB）=发射功率（dBm）—接收功率（dBm）
1310nm波长每公里衰减约0.4dB。，1490nm波长每公里衰减 约0.3dB 光纤熔接点的衰减值一般小于0.2dB 活动连接头损耗约0.5dB 1：2分离器理论衰减约为3dB
EPON课程回顾——小结
PON实现三要素 PON系统组成三角色 PON系统ODN的光功率预算
EPON（以太-无源光网络） 属于PON网络技术中的一种
PON架构＆802.3以太网 协议的基础上发展起来
EPON
以Ethernet作为链路层协议 传输以太网数据帧
标准：IEEE 802.3ah
EPON技术—指标
• 光纤要求: -符合ITU-T G.652要求的单模光纤； -上行应使用1310nm波长； -下行应使用1490nm波长； 线路速率： -上下行1.25Gbps 最大分光比： -1：64 传输距离 -最长传输距离与差分距离不超过20km 发光功率与接收灵敏度 -OLT发光功率＞2dBm，接收灵敏度＜-27dBm -ONU发光功率＞-1dBm，接收灵敏度＜-24dBm
MPCP消息格式
•目的地址(DA)：MPCPDU中的DA为MAC控制组播地址，或者 是MPCPDU的目的端口关联的单独MAC址； •源地址(SA)：MPCPDU中的SA是和发送MPCPDU的端口相关 联的单独的MAC地址； •Length/Type：MPCPDU都进行类型编码，并且承载
帧内按照从上 到下的顺序发 送
PON网络技术
公映许可证电信故字【2016】923号 贵州省电信股份有限公司 —出品 网络监控维护中心 —摄制 度娘 华叔 兴婶 陈鹏 —编剧
——陈鹏
作品——
chenpeng
学习三部曲
入门者：刚在此处现身，当然得先站稳脚跟。 学习基本概念。对技术概念的大体认识是基础。 若一开始就学习繁杂的体系结构，那种感觉 就像是‘我是来打酱油的’。 e.g. 贵州电信公司是什么？ 运用者：介于初学和精通两座塔之间，既然已经 站稳脚跟，就该去摸摸底细了，否则怎么大 展拳脚。 学习技术体系架构，即技术的构成，技术中概念 的细分及关联性。 e.g. 贵州电信公司由哪些部门组成？职责？ 精通者：真正的王者归来，摸爬滚打了一阵，这 回总算闯出了一片天地，不弄它个天翻地覆 怎么行。 学习协议，技术结构关联各方面的具体属性，工 作原理。要想搞开发，攻克技术难题，不学 好协议是不行的。 e.g. 网络监控维护中心具体如何运作， 成员结构，职责？
授权
报告
注册
Register_req
Gate
Report
Register Register_ack
多点MAC控制（1）—— ONU自动注册
源自文库OLT
GATE
发现 时间 窗口
ONU
开始 REGISTER_REQ REGISTER
随机 延迟 广 时间
播 通 道 单 播 通 道
GATE
REGISTER_ACK 发现握手操作完成
“老板，给我来个50M带宽好么。” “50M没有！” “那来个40M也行” “40M也没有！” “那30M总该……” “30也没有！” “什么都没有，还开店！” “谁叫你是10M独享世家，有也不卖！” 固定独享
OLT
“老板，给我来个50M带宽好么。” “60M、70M都行！只要店里有，你随 便挑随便选！” “真的？” “咱们谁跟谁！” “还是共产主义好啊”
MAC_Control_Type域值； •Opcode：操作码指示所封装的特定MPCPDU；
•Timestamp：在MPCPDU发送时刻，时间戳域传递
localTime寄存器中的内容； •Data/Reserved/PAD：这40个八位字节用于MPCPDU的有效
帧内按照从左到右的 顺序发送
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； • FCS：该域为帧校验序列，一般由下层MAC产生。
MPCP协议实现
MPCP定义的5种控制帧：
GATE（ Opcode ＝ 0002）（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（ Opcode ＝ 0003）（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 （ Opcode ＝ 0004）（ONU发出） 在注册规程处理过程中请求注册。 REGISTER （ Opcode ＝ 0005）（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（ Opcode ＝ 0006） （ONU发出） 在注册规程处理过程中表示注册确认。
ONU
吉他
贝斯
•OLT（Optical Line Terminal） •POS（Passive Optical Splitter） – 无源光分路器 •ONU（Optical Network Unit） –通常分为A、B、C三类
PON系统构成——PON设备
• • • 业务汇聚 ONU控制 ONU管理
MPCP协议实现
EPON系统通过MPC PDU来实现OLT与ONU之间的带宽请求、带宽授权、测距等。 MPCP 涉及的内容包括（ONU发送时隙的分配），（ONU的自动发现和加入），（向高层报 告拥塞情况以便动态分配带宽）。MPCP多点控制协议位于MAC Control子层。MAC Control向MAC子层的操作提供实时的控制和处理。
协议
EPON与GPON技术对比
10GEPON技术简介
PON技术原理—三要素
PON WDM 广播 TDMA
•
GPON系统采用WDM技术，实现单纤双向传输
1490nm
1310nm
•
为了分离同一根光纤上多个用户的来去方向的信号，采用以下两种复用技术： – 下行数据流采用广播技术； – 上行数据流采用TDMA技术。
DBA
ONU-1
ONU-2
目录
PON概念 PON技术实现原理
概念 PON系统结构 ODN光功率预算 原理
EPON技术原理 GPON技术原理
协议
EPON与GPON技术对比
10GEPON技术简介
接入网的光辉岁月.PON组合三成员
BEYOND
OLT
POS
鼓手
接入网的光辉岁月
演唱：PON组合
年月把X.25变作过去，DDN的双眼带着失 望，AD只有残留的躯壳，迎接光辉岁 月，……
PON概念
PON——无源光网络
（Passive Optic Network）
接入网技术 有源/无源
SNI
UNI
VS
PON/ADSL/ETH/WLAN
全光网络
EPON /GPON
目前两大主流PON技术
目录
PON概念 PON技术实现原理
概念 PON系统结构 ODN光功率预算 原理
EPON技术原理 GPON技术原理