有源光网络和无源光网络

帧周期（2ms） 同步 标识符 ONU1 数据包 ONU3 数据包 ONUn 数据包
┅
信 头
信息净荷 （长度可变）
误码 探测域
可变长度数据包 （ONU1）
EPON下行帧结构
（2）上行帧结构

图示给出EPON的上行帧结构。由图可见，上行帧周 期与下行帧周期相同，也是2ms。每帧包含许多可变 长度的时隙，每个ONU分配一个，用于向OLT发送上 行数据。图中时隙3表示ONU3的数据，该时隙包含2 个可变长度数据包和一些时隙开销。时隙开销包括保 护字节、定时指示符和信号权限指示符。当ONU没有 数据要发送时，它就用空闲字节填充分配给它的时隙。
PON的结构

单星形结构
ONU1 CO ONU2 分 路 器 1...n OLT
ONUn
...

多星形(树形)结构

总线结构
CO 分路器n 分路器2 分路器1
OLT
ONUn
ONU2
ONU1

环形结构
1
ONU1
OBD OLT OBD
ONUn
n
PON的系统结构

组成：OLT、ODN、ONU，且ODN中全是无源器件 共享介质 逻辑上是点到多点结构，物理拓扑可有多种形式 UNI SNI 用户
（1）下行帧结构

由图可见，EPON下行帧周期为2ms。每帧开头是长度为 1字节的同步标识符，用于OLT与ONU之间的时钟同步； 随 后 是 长 度 不 同 的 数 据 包 。 这 些 数 据 包 按 照 IEEE 802.3协议组成，每个数据包包括信头、长度可变的信 息净荷和误码监测域三部分。每个ONU分配一个数据包。

EPON与APON的主要区别是，前者根据IEEE 802.3以太网协议，传送的是可变长度的IP数据包，最 长可为1 518字节；后者则根据ATM协议，传送的是 固定长度（53字节）的信元。

显然， APON系统是不能直接传送IP数据包的。IP要 求将待传数据分割成可变长度的IP数据包，最长可为 65 535字节，其中典型长度为576字节。APON系统如 要传送IP业务，则必须把IP数据包按每48字节分为一

APON系统所需考虑的问题
经济性问题
系统容量和覆盖范围问题 系统升级问题

5.2.2以太网无源光网络
EPON是利用PON(无源光网络)的拓扑结构实现 以太网的接入。

EPON技术的优势：
（1）与现有以太网的兼容性； （2）高带宽； （3）低成本； （4）为灵活供应和快速的服务重组提供了方便；

媒质接入控制（MAC）技术



信元的时隙分配 接入请求/允许 带宽的动态分配
带宽管理由OLT完成 为不同的业务提供优先级Hale Waihona Puke Baidu带宽 上行带宽的占用由媒质接入控制MAC协议实现
5.2.1 ATM无源光网络 APON

APON的关键技术
基于ATM的PON接入网主要由光线路终端 OLT(局端设备)、光分路器(Splitter)、光网络 单元ONU(用户端设备)，以及光纤传输媒质组成， 一般采用TDMA控制的基带传输方式。局端到用户 端的下行方向上，由OLT通过分路器以广播方式 发送ATM信元给各个ONU。
登录卡 S 6 1
S：空余时隙 LACF：本地接入控制字段 FHEC：帧纠错字段
8
8
10 P cells P cells
（bit） P cells
LACF
...
...
...
pad
RAU: 需求接入单元 TAU：登陆卡分配单元 SAU：未预定的剩余接入单元
M=0：TAU第一个信元为消息信元 M=1：TAU第一个信元为管理信元 S： 奇偶校验比特 pad:填充时隙

APON系统的发展趋势
ATM技术会在一定程度上影响APON的前景，但它 仍有自己的发展空间。现在日本NIT、法国电信、 美国南方贝尔和英国电信4家运营者联合推出APON 的大型实验，如果获得成功的话，有可能大大促进 APON系统的商用化。由于APON的标准化程度高，可 以实现大觌模生产和较低成本的要求。根据FSAN集 团估计：如果年产量达到100万单元，某些芯片和 光器件的集成将会使成本大幅降低。APON系统价格 的降低有可能大大加速它的发展，在目前缺乏有效 接人手段的情况下，可以快速占领市场。

APON系统结构
下行（连续比特率） #n #3 #2 #1
...
ATM 交换机 光线路 终端
ONU#1
用 户 用 户 用 户
ONU#2 1芯 （WDM） #1 #2 #3
... ...
#n
ONU#3
上行（猝发模式） 无源光分路器 （1：16）
…
ONU#n 用 户
APON的数据传输


APON在PON上传送ATM信元 APON帧传输的基本原理同PON，只是APON帧中 封装的是ATM信元 APON帧中上行信元格式如下：
PON的关键技术
测距技术 快速比特传送技术 突发信号的收发 搅码技术（扰码） 媒质接入控制（MAC）技术

测距技术
为何需要测距？

采用TDMA，必须保证每个时隙的数据彼此独 立，互不干扰 PON结构中，各ONU到OLT的物理距离不等， 则各ONU到OLT的传输时延不同，如不进行时 延补偿，会出现时隙的重叠，造成数据干扰
3字节 53字节 保障区间 前导符 定界符 ATM（OAM）信元 测距要求 用于OLT同步 信元的开始
APON的帧格式

定时长帧 下行速率为155.52Mb/s时，每帧56个信元 下行速率为622.08Mb/s时，每帧224个信元 1帧=56个信元，每信元53字节
下行帧格式
PLOAM 1 ATM ATM 信元1 信元2

APON的产生及优点
PON系统最早出现在20世纪90年代初期。1996年ITU-T
完成了对G．982的标准化，其主要目标是对2Mbit／s以下 接入速率的窄带PON系统进行定义。但是该规范的标准化 程度很低，只是对系统容量、分路比进行了规定。而对于 双向传输技术、线路速率和帧结构等一系列物理参数都没 有制定标准。主要原因在于各厂商先有窄带PON产品，后 有规范，而且各厂商规范不一，都认为自己是最好的选择， 因此到现在为止ITU-T还没有形成统一完整的规范。规范 的不统一带来的是不能形成器件的大规模生产，以至于价 格居高不下。在全球范围内，日本、德国和美国的一些窄 带PON系统已在应用。
5.2 无源光网络
5.2.1 无源光网络的概念

无源光网络(PON)一般指光传输段采用无源器件（无源光
分路器等），实现点对多点拓扑的光纤接入网。 (1)信号在传输过程中无再生放大 (2)信号由光分路器、无源光功率分配器等传至用户 (3)实现透明传输，信号处理全由局端和用户端设备完成

与有源光网络比： 覆盖范围和传输距离更小 可靠性更高（户外无有源设备，提高抗 干扰能力） 价格更低、安装维护更方便 是光接入网有发展潜力的技术（价格、 维护等优势）
EPON技术的基本网络结构
ONT 1 1
1 3 2
下行 OLT 2 3 3 2 上行 1 1 Bplltbr/ Comblner 2 3 2 1 ONT … … 2 2
1
… …
2 3 3 1
ONT
3 3
SNI
EPON
UNI
EPON系统特点

EPON （ Ethernet PON ）系统是利用 PON 的拓扑结 构实现以太网接入的系统。它属于 IP 接入网，是 PON 技术与以太网技术相结合的产物。目前，IEEE组织已 通过了EPON的相关标准。EPON系统与APON系统相比， 除了传输速率和帧结构不同外，其余技术基本相同。 例如，两者都是采用星形拓扑结构；上行信号采用时 分多址（TDMA）技术；下行信号采用广播方式的时分 复用（TDM）技术。
突发信号的收发

需要快速开启和关闭光电路，以适应上行的突发数据传输 接收端，需要快速调整接收门限，以适应不同距离用户的 信号衰减
搅码技术（扰码）

为了保证共享介质传输的安全性，引入搅码技术 在发送端：通过一个随机码对信息进行异或运算后传送 在接收端：采用相同的随机码再进行一次异或运算，得到 原始数据
用户 用户 ONU1 业 务 网 络
ONU2
ONUn
OBD
ODN
OL T
PON
PON的数据传输
ONU ONU
ONU OBD
下行连续模式 OLT 保护时隙 上行突发模式

PON的帧都是定时长帧，分上行帧和下行帧 为了实现TDMA接入，在上行时隙中传输的数据要求附加开 销。上行时隙格式如下： 附加开销 ATM信元/OAM信元/以太帧 用于OLT同步、标 识信元开始 OAM信元为管理信元， 如带宽申请、测距等
下行2.488Gb/s，上行1.244Gb/s


适配协议采用ITU-T G.7041： GFP（通用成帧协议） 支持多业务、多承载（包括ATM业务、TDM业务以及 IP/Ethernet业务），提供明确的服务质量保证和服务级别， 具有电信级的网络监测和业务管理能力。 GPON成为目前最为理想的宽带光纤接入网技术
…
ATM PLOAM ATM 信元27 2 信元28
…
ATM PLOAM 信元53 3
上行帧格式
ATM 信元1 ATM 信元2
1帧=53个信元，每信元56字节
3字节头部
……
ATM 信元52
ATM 信元53
上下行速率为155.520Mb/s的帧结构
APON的延续－GPON


弱化ATM 保留了APON的许多优点，与APON有很多相同之处，但更 高效、高速 支持上、下行不对称速率：

APON系统的技术难点
测距 突发模式同步技术 突发信号的收发 搅码技术 媒体接入控制(MAC)协议

APON的接入控制方案及帧结构
8 NM 8 8 8 S 10 FHEC LACF LACF LACF LACF （bit） 管理 信息 单元 信元
16 前置码 NM<32
R 1
1 M 6 LOQ 1 S 8 P LAC P
APON：ATM Passive optical network 在PION上传送ATM信元 标准规范：ITU-T的G.983 ONU与OLT之间传送ATM信元 速率：上/下行对称 155.52Mbps/155.52Mbps 上/下行非对称 155.52Mbps/622.08Mbps 无放大器作用距离：20km 双向通信：可用两条分离的光纤，波长1310nm区 也可复用一条光纤，异波长双工 （上行：1310nm区 下行：1550nm区）
组，然后在每组前面加5字节的信头，构成一个各
ATM信元，才能进行传输。

不难看出，利用APON系统传输IP业务，不仅增大了开 销，浪费了带宽，而且还要增加信息的传输时延以及 OLT与ONU的设备成本。相反，采用EPON系统传输IP业 务，不仅减少了开销，提高了带宽利用率，而且也是
最为经济的。
EPON帧结构
的时隙 ONU在指定的上行时隙中用测距PLOAM信元应答 OLT计算往返时延，并与理想时延比较，计算出差值，发 送一个测距时间给ONU ONU根据测距时间调整均衡时延
快速比特传送技术

测距精度有限，各ONU到OLT的上行比特流存在相位差异 需要采用某种技术实现快速同步 基本策略先实现位同步、再进行信元同步 普通的滑动技术不能满足快速同步要求，需采用其他技术
为确保多个ONU到OLT间的正确传输，必须引 入测距机制，使各ONU到OLT的逻辑距离相等


测距技术
测距技术基本策略 单独测距+传输数据时测距相结合(粗测＋精测）
单独测距在ONU初装联网时必须进行 传输数据时测距可根据OLT的配置而定

测距的基本原理
OLT向ONU发送测距允许消息，消息中指明ONU的上行应答
第五章 有源光网络和无源光网络
5.1有源光网络技术AON

有源光纤接入网(AON)，是指从局端设备到用户分配单元之间 均用有源光纤传输设备，即光电转换设备、有源光电器件以及 光纤等。 可分为基于PDH和基于SDH的AON 现通常是基于SDH的AON

特点 传输容量大：155Mb/s或622Mb/s的接入速率 传输距离远：不加中继器，距离70多公里 技术成熟：无论PDH设备还是SDH设备，都已广泛应用 给有源设备供电是一件麻烦事
PON的数据传输


下行：OLT向各ONU采用广播通信方式，传输连续时隙流 （下行帧） 局端数据→ OLT →封装成连续时隙流下行帧 以广播方式传送 →各ONU收到信元流，取出属于自己的 数据→用户终端 上行：采用TDMA技术（动态分配），突发传送时隙流（上 行帧） 各ONU共享ODN，且数据突发性强。 各ONU向OLT申请带宽→OLT授权ONU发送（上行的发 送时隙、带宽分配等） → 获得授权的ONU在指定时隙发 送