《xPON技术介绍》PPT课件.ppt

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xPON原理介绍 对比到现网的接入“瓶颈”，光纤是今为止最好的传输媒介。本胶片主要分析PON技术的产生背景、应用、基本概念和特点，并分别介绍GPON、EPON基本原理及差异。前言Page 学习完此课程，您将会：掌握PON的概念及发展背景理解光接入网络架构掌握PON的关键技术掌握GPON的主要协议掌握EPON的主要协议了解GPON、EPON提供的基本业务目标Page 第1章光接入网概述第2章PON基本概念第3章PON关键技术第4章GPON协议分析第5章EPON协议分析第6章PON承载的基本业务第7章GPONPKEPON内容介绍Page ServiceAccessCoreX.25ADSLEthernetPSTNIPATMFRGSM/GPRSCDMACablePDHSDHWirelessVoiceWirelessDataHighSpeedInternetVoiceStreamingDial-upVoIPMessageFTTHGPONDSLWirelessEth/IP/MPLSAggregationNetworkLocation&PresenceMessageOnlineGamingVoiceDataVideoStorageDirectory接入网的发展趋势－AlloverIPPage 如何解决“距离与带宽”的矛盾ISDNHDSLADSLADSL2+VDSL2xDSL技术……???xDSL技术很难解决距离与带宽的矛盾问：怎么办？答：“光进铜退”！采用光纤接入网是不错的方案！Page 光纤接入网的接入方案(a)点到点的网络(b)路边交换网络(c)无源光网络即:PONCurbswitchCOCOCONsubscribersLkmLkmLkmPassiveopticalsplitterNsubscribersPage ADSL2+PONADSL2+VDSL2CentreofficeHomeVDSL2ONTADSL2+10/100Base-T1km2kmIPDSLAMGECurbBuildingGESplitter1xNFTTCFTTBFTTBFTTHADSL2+VDSL2GEFTTBDSLFTTX场景分析Page 第1章光接入网概述第2章PON基本概念第3章PON关键技术第4章GPON协议分析第5章EPON协议分析第5章PON承载的基本业务第6章GPONPKEPON内容介绍Page PassiveOpticalNetwork无源光网络OLTONUOpticalLineTerminal光线路终端OpticalNetworkUnit光网络单元PassiveOpticalSplitter无源分光器PSTNInternetCATVONUONUPON是一种点到多点（P2MP）结构的无源光网络；PON由光线路终端OLT（OpticalLineTerminal）、光网络单元ONU（OpticalNetworkUnit）和无源分光器POS（PassiveOpticalSplitter）组成；PassiveOpticalSplitter无源分光器什么是PON?Page ONU/ONTOLTServicenode分光器T参考点V参考点R/SS/RODNUNISNIIFponIFponONUOpticalNetworkUnit光网络单元ONTOpticalNetworkTerminal光网络终端ODNOpticalDistributionNetwork光分配网络OLTOpticalLineTerminal光线路终端SNIServiceNodeInterface业务节点UNIUserNetworkInterface用户网络接口PON网络参考模型Page PON的三大优势：1、更远的传输距离，采用光纤传输，覆盖半径20KM；2、更高的带宽，达1.25G或2.5G.3、分光特性,，节省光纤资源。<1Mbps3M8M25M100MADSL/ADSL2+CopperBasedVDSL/ADSL2+CopperBasedPONFiberBased2002200320062010时间带宽互联网视频会议远程控制接入技术业务需求VoD标清电视视频会议Game实况TVVoDHDTV<3km<2km<1km~20km覆盖半径为什么选择PON?Page APON:ATMPassiveOpticalNetworksEPON:EthernetPassiveOpticalNetworksGE-PON:Giga-bitEthernetPassiveOpticalNetworksGPON:Gigabit-capablePassiveOpticalNetworksEPONGEPONGPONATMAPONBPONEthernetEPONGPON几种PON标准Page PONAPON/BPONGPONEPONITU-TG.983.xITU-TG.984.xIEEE802.3ah国际标准国际标准国际标准国家标准Q3/2000国家标准国家标准Q4/2004Q3/2004PON技术标准化进展Page PON系统采用WDM技术，实现单纤双向传输（强制）。采用不同光波分别传上、下行数据；下行数据流采用广播技术（分光器上物理层复制）；上行数据流采用TDMA技术。1490nm1310nmPON原理----数据复用Page 第1章光接入网概述第2章PON基本概念第3章PON关键技术第4章GPON协议分析第5章EPON协议分析第5章PON承载的基本业务第6章GPONPKEPON内容介绍Page 什么是DBA?---DBA,DynamicallyBandwidthAssignment(动态带宽分配)---DBA是一种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的机制为什么需要DBA？---可以提高PON端口的上行线路带宽利用率---可以在PON口上增加更多的用户---用户可以享受到更高带宽的服务，特别是那些对带宽突变比较大的业务PON关键技术--DBADBA概念Page 提高最大带宽利用率无DBA,利用率40%有DBA,利用率达到80%减小突发时延无DBA:100ms有DBA:<10msDBA带来的优势Page EndUser1EndUser3ONTEndUser233133211112ONTONT133211133211OLT加密解密解密解密1133211由于下行数据在分光器上为广播复制，每个ONU都可以收到同样的数据。在OLT上需要采用加密处理，提高线路数据的可靠性。GPON与EPON支持的加密算不同，GPON采用AES128加密处理，EPON采用三重搅动算法。PON系统的数据安全Page IFponIFponIFpon1：N分光器OLTONU#1ONU#N备用光纤TypeA光纤备份IFponIFponIFpon2：N分光器OLTONU#1ONU#NTypeBOLT端口备份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.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PON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。PON网络基本保护方式Page 第1章光接入网概述第2章PON基本概念第3章PON关键技术第4章GPON协议分析第5章EPON协议分析第5章PON承载的基本业务第6章GPONPKEPON内容介绍Page ITU-TG.984.3GPONTC层规格要求GTC复用结构及协议栈介绍GTC帧结构介绍ONU注册激活流程DBA规格要求告警和性能ITU-TG-984.1/2/3/4产品开发简单产品兼容性强ITU-TG.984.1GPON网络参数说明保护倒换组网要求ITU-TG.984.4OMCI消息结构介绍OMCI设备管理框架OMCI实现原理简述ITU-TG.984.2PMD层规格要求2.488Gbps下行光接口参数规格要求1.244Gbps上行光接口参数规格要求物理层开销分配GPON标准协议Page GPON提供以下几种异步传输速率：1.24416Gbit/sup,2.48832Gbit/sdown（目前的主流支持速率）支持最大逻辑距离为：60km支持最大物理距离为：20km支持最大距离差为：20km分光比为1：64，可升级为1：128GPON网络基本性能参数ONUOLTONU距离差:20km逻辑距离:60km逻辑分光比:128UNISNIPage 广播方式：GPON的下行帧长为固定的125us，下行为广播方式，所有的ONU都能收到相同的数据，但是通过GEMPORTID来区分不同的业务的数据，ONU通过过滤来接收属于自己的数据。GPON原理----下行数据Page TDMA方式：GPON的上行是通过TDMA（时分复用）的方式传输数据，上行链路被分成不同的时隙，根据下行帧的upstreambandwidthmap字段来给每个ONU分配上行时隙，这样所有的ONU就可以按照一定的秩序发送自己的数据了，不会产生为了争夺时隙而冲突。每帧共有9120个时隙。GPON原理----上行数据Page GPON协议栈IPDATADATAMACGEMGTC01010111010101000010101Page 一个OLT与多个ONTONUONUONUT-CONTGEMPortT-CONTGEMPortGEMPortT-CONTT-CONTGEMPortGEMPortGEMPortGEMPortGEMPort不同的ONU用ONU-ID标识不同的T-CONT用Alloc-ID标识不同的GEM-PORT用Port-ID标识PON光口每个GPON端口，支持1：64分光比，即可提供64路ONT接入。每个ONU上可以有多个T-CONT,每个TCONT可以绑多个GEMPORT.T-CONT就相当于一个物理的缓存，只有绑定了DBA模板才能限速。DBA123OLT我司简化做法：AllocID=T-CONTID*256+ONUIDPage PhysicalControlBlockDownstream(PCBd)PayloadAllocIDStartEndAllocIDStartEnd1100200x300500T-CONT1(ONT1)T-CONTx(ONT2)Slot100Slot200Slot300Slot500PLOuPLOAMuPLSuDBRuxPayloadxDBRuYPayloadyUpstreamBandwidthMap125usDownstreamFramingUpstreamFramingOLTONT1ONT64GPON帧结构AllocIDStartEndy501650ONT21xyT-CONTy(ONT2)Slot650Slot501T-CONTxT-CONTyPage GEMPayloadHEC13bitsPTI3bitsPortID12bitsPLI12bitsGEMFrameEthernetPacketDASFDPreambleInterpacketgapSALengthTypeMACclientdataFECEOF5bytesGPON系统对以太网帧进行解析，将数据部分直接映射到GEMPayload中去进行传输。GEM帧会自动封装头信息。映射的格式清晰，设备很好实现，兼容性好。以太网业务在GPON中的映射方式Page TDMTDMdataPayloadTDMfragmentHECPTIPortIDPLIGEMFrameIngressbufferTDMBufferTDM业务先导入缓存中进行排队，并且按照固定的字节数复用到GEM帧中进行传输。这种方式不对具体的TDM业务进行感知，只进行透传处理。TDM业务在GPON中的映射方式Page OLT通过Ranging测距过程获取ONU的往返延迟RTD（RoundTripDelay），从而指定合适的均衡延时参数EqD（EqualizationDelay），保证每个ONU发送数据时不会在分光器上产生冲突。Ranging的过程需要开窗，即QuietZone，暂停其他ONU的上行发送通道。OLT开窗通过将BWmap设置为空，不授权任何时隙来实现。GPON测距方式ONTOLT(inCO)20km3km12kmPage OLT内部DBA模块不断收集DBA报告信息，进行相关计算，并将计算结果以BWMap的形式下发给各ONU。各ONU根据BWMap信息在各自的时隙内发送上行突发数据，占用上行带宽。DBA算法逻辑DBA报告BWMapTimeslotT-CONTT-CONTT-CONTONU的调度器ONUOLT控制平面数据平面GPONDBA的实现过程Page PayloadUSBWMapDataReportPCBdD/SDirectionU/SDirectionOLTONT①②③④OLT根据上次计算的结果在下行帧头中下发BWMap。ONU根据带宽分配信息在规定的时隙上发送目前T-CONT中等待发送的数据状态报告。OLT收到ONU的状态报告后，经过DBA计算并更新BWMap，在下一帧进行下发。ONU收到OLT下发的BWMap消息后，在指定的时隙上发送数据。DBA的实现Page T-CONTs(TransmissionContainers)：动态接收OLT下发的授权，用于管理PON系统传输汇聚层的上行带宽分配，改善PON系统中的上行带宽。T-CONT的带宽类型分为FB,AB,NAB,BE。T-CONT的5种类型，Type1,Type2,Type3,Type4,Type5。T-CONT带宽术语Page 根据业务的优先级，系统对每个ONU设置SLA，对业务的带宽进行限制。最大带宽和最小带宽是对每个ONU的带宽进行极限限制，保证带宽根据业务的优先级不同而不同，一般语音业务的优先级最高，视频业务优先级次之，数据业务的优先级最低。OLT根据业务和SLA及ONU的实际情况进行带宽许可，优先级高的可以得到更高的带宽，满足业务需求。T-CONT类型和带宽类型之间的关系Page GTCPON系统架构是下行方向为广播方式，上行方向为TDMA方式，所以只对上行方向的业务流提供QoS处理。QoS处理的最小单元是T-CONT，T-CONT可以看作是ONU业务流的承载容器，调度机制是DBA（动态带宽分配）。DBA的算法是GTC的QoS处理性能的关键。GEM在GEM层主要是针对每个GEMPort进行业务流分类，类似于DSLAM的单PVC多业务的处理方式。针对流分类后的业务分别进行优先级修改、流量监管和转发处理。ETH/TDMTDM业务（非电路仿真方式）为面向连接，系统可以通过静态配置带宽严格保证面向连接的QoS。ETH业务（包括电路仿真方式的TDM业务）主要是基于二层VLAN、COS等标识进行业务的QoS处理，QoS主要处理机制分为流分类、监管、队列调度、拥塞处理、整形，它们的实现复杂度是影响QoS处理性能的关键GPON中的QoS处理ETH/TDMGEMGTCFlowcontrol/ClassificationGPON业务承载层GPONQoS处理机制T-CONT/DBAVLAN/COS/PQ/GTS/POLICINGPage 第1章光接入网概述第2章PON基本概念第3章PON关键技术第4章GPON协议分析第5章EPON协议分析第5章PON承载的基本业务第6章GPONPKEPON内容介绍Page 广播方式：EPON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来区分不同的业务的数据，ONU通过过滤来接收属于自己的数据。这里需要注意：EPON数据包是变长的。GPON下行帧是定长的。EPON原理----下行数据EPON是基于以太网方式的无源光网络，EPON在传送过程中不处进原有以太网帧结构，所以相对较简单。Page TDMA方式：EPON的上行是通过TDMA（时分复用）的方式传输数据，每个ONU收到数据报文后都还会收到OLT发给它的grant消息，每个ONU按OLT告知的时间点发送OLT指定的报文数量，这样所有的ONU就可以按照一定的秩序发送自己的数据了，不会在上行光路上冲突了。EPON原理----上行数据Page EPON与Ethernet帧比较IPGDASAFCS...IPGCRCEPONIPGPreambleDASAFCS...IPGEthernetSLDLLIDRsvd0x55SLD0x550x55Enc0x5×0x55搅动信息表示字段Flag01101Key-Index0Start_of_packetdelimitersmode1bitLLID15bitsLogical_link_idmode＝0——P2P模式mode＝1——广播模式LLID＝0x7FFF——广播IDPage EPON协议栈应用层传输IP链路层物理层RS子层物理层IPDATADATAMAC01010111010101000010101MACLLID前导码业务数据流Page 多点MAC控制层功能MAC数据链路层物理层多点MAC控制层物理层MAC数据链路层物理层多点MAC控制层物理层MPCP协议OLTONU_iOLT和多个ONU通过MPCP协议对话，实现：控制MAC帧的发送和接收；GateProcessing；DiscoveryProcessing；ReportProcessing。从而完成“多点MAC控制层”的功能。Page 多点MAC控制层MPCP消息格式MODE:标记是P2P模式还是Broadcast模式；LLID：逻辑链路标记，maxnum＝32767；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地址；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；长度/类型：MPCPDU都进行类型编码，并且承载MAC_Control_Type域值；操作码：操作码指示所封装的特定MPCPDU；时间戳：在MPCPDU发送时刻，时间戳域传递localTime寄存器中的内容；数据/填充：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；校验码：该域为帧校验序列，一般由下层MAC产生。Page 控制消息MPCP在MAC控制层实现，引入了5条新的控制消息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。Page EPON协议栈-业务数据流转发(下行)OLT链路层物理层RS子层多点MAC控制MAC物理层链路层物理层RS子层多点MAC控制MAC物理层ONTMACDadaLLIDOAMOAMMACDataEPON系统中OLT、ONT可以被视为二层转发设备。Page EPON协议栈-控制数据流转发(下行)OLT链路层物理层RS子层多点MAC控制MAC物理层链路层物理层RS子层多点MAC控制MAC物理层ONTOAMOAMMACdata控制流业务流MACMPCPMACMPCPLLIDMPCPMPCPPage EPON协议栈-业务数据流转发(上行)OLT链路层物理层RS子层多点MAC控制MAC物理层链路层物理层RS子层多点MAC控制MAC物理层ONTMACDadaOAMOAMMACData上行数据不能立即发送，必必须先放到缓存里，何时发送由多点MAC控制决定等我收到了OLT发给我的“授权”，数据才能向OLT发送MPCP授权：你发800吧！800字节Go！LLID最后，我还要报告一下：我仓库里还有1100呢！MPCP我还有1100要发呢，下次多关照一下！！这次我发完了关断上行光Page 发现时间窗口随机延迟时间开始REGISTER_REQREGISTERGATEREGISTER_ACK广播通道单播通道OLTONTGateONU注册步骤1：OLT通过广播一个发现GATE消息来通知ONU发现窗口的周期。步骤2：ONU发送含MAC地址的注册请求消息。步骤3：注册ONU，分配和制定LLID。绑定MAC和LLID目的MAC:组播MAC授权内容：如果你是已注册的，不要发数据，如果你还没注册，请在某时间内注册！！目的MAC:OLT的MAC源MAC:ONT的MAC内容：我要注册^_^！我要注册！我要注册！我已经注册过！我会保持沉默的。OLT学到ONT的MAC,分配一个LLID,并做相关绑定后给ONT发送LLID目的MAC:组播MAC源MAC:OLT的MAC内容：MACA:LLID=10MACB:LLID=11MACC:LLID=12我LLID=10！存起来！我LLID=11！存起来！目的MAC:ONTA的MAC源MAC:OLT的MAC内容：MACA的LLID=10，如果正确，收到请回答。我是MACALLID=10！我来回答！目的MAC:OLT的MAC源MAC:ONTA的MAC内容：我是MACA，我的LLID=10，完全正确,Over!ABPage GATE和REPORT交互过程GATE消息指示ONU的发送窗口，包括窗口的开始时间和长度。当ONU的LocalTime计数器和GATE消息中的StartTime相同时，ONU开始发送。ONU将给结束发送留有足够的余量，从而保证在授权长度间隔用完前关闭激光器。REPORT用于上报带宽的需求，也可用来为OLT安装看门狗定时器（watchdogTimer）。即使没有带宽请求，也应该周期性的产生报告，这将保证OLT的看门狗定时器不会因超时注销ONU。为了保证该机制正常运转，OLT将周期性地向ONU授权。Page EPONDBA的实现过程OLT的MPCP会下发Gate消息给ONU，允许ONU可以进行发现消息的发送和正常数据的发送。在正常发送窗口内，ONU可以报告针对每个802.1Q优先级队列所需的上行带宽。Page DBA举例(b)ONU1发送数据6000bytes。发送完数据,ONU1发出request信号,表明buffer还有550bytes。OLT根据RTT时间,计算出ONU1的发送完成时间,并提前给ONU2发送grant信号,允许ONU2发送3200bytes。Page DBA举例(c)(1)OLT收到ONU1的请求后,更新pollingtable。ONU2发送数据,并请求下一次的带宽(5700bytes)。Page DBA举例(d)OLT根据表中的RTT计算出ONU2发送完的时间,并在适当的时刻发送grant允许ONU3发送数据。ONU3发送数据,并请求下一次带宽(4400bytes),OLT更新pollingtable中ONU2的数据。Page 第1章光接入网概述第2章PON基本概念第3章PON关键技术第4章GPON协议分析第5章EPON协议分析第6章PON承载的基本业务第7章GPONPKEPON内容介绍Page BRASAAAServerIPCoreASP/ISPCPEMSEEthernetMA5600TSoftswitchInternetIPTVServerMiddlewareNMSTL1/CORBA/APIBBserviceplatformCarrier’sOSSNotificationIPTVPhonePCSFU(HG8xx)CPEMDU(MA5606T)VDSL2NSPIPVoiceCBU/MTUE1FEODNSplitterBasestationPBXPhonePCSBU(OT925)E12G/3GPONTriple-Play端到端解决方案Page xDSL线路改造，有利于原来的铜缆资源的利用GPON+xDSL解决方案Page 第1章光接入网概述第2章PON基本概念第3章PON关键技术第4章GPON协议分析第5章EPON协议分析第6章PON承载的基本业务第7章GPONPKEPON内容介绍Page P2MPGPONEPON标准ITU.TIEEE速率2.488G/1.244G1.25G/1.25G分光比1:64~1:1281:16~1:32承载ATM,Ethernet,TDMEthernet带宽效率92%72%QOSVerygood，includingEthernet,TDM,ATMGood,onlyethernet光模块等级ClassA/B/CPx10/Px20测距EqD逻辑等距RTTDBA标准格式厂家自定义OAMITU-TG.984OMCI(强)EthernetOAM（弱，厂家扩展）GPON与EPON应用的比较Page P2MPGPONEPON业务支持力度支持全业务的设计,对TDM类业务支持有天然优势，而且GEM封装简单、开销低，满足了高效传输变长数据包的要求。而且可以满足未来新业务的传输要求。仅考虑以太网数据业务，基于对点到点以太网的扩展以支持点到多点的网络，标准本身只考虑支持以太网数据业务，未考虑多业务的需求。前景和机会北美正在实施由BPON向GPON迁移的计划，所以BPON逐渐会被GPON取代，另外，很多主流运营商也在积极试验和部署GPON网络，巨大机会即将来临。有规模应用,但发展速度较慢。在日本、韩国有规模应用优势，设备大部分由日本厂商提供。中国电信目前选择EPON。互通性FSAN标准组织大力协调互通测试工作。设备互通性良好。缺乏权威的组织引导其互通性测试工作，互通困难，主要由运营商引导完成。运营成本因标准完善，目前成本高，但应用规模加大后成本将下降更快，从成本构成上看，GPON与EPON最大的不同就是光模块，其它差异很小。因为GPON采用更严格的技术标准，满足B类光功率预算的光模块价格太高，几乎占ONT成本的50％.因为EPON有规模应用的基础，目前成本比GPON低30%，GPONOLT能支持2.5Gbps的带宽、1:64的分支能力，线路效率高达93％；而EPONOLT只能提供1Gbps带宽、1:32的分支能力，线路效率也只有70%左右。GPONOLT的性能几乎是EPONOLT的2倍，而成本构成上没有2倍以上的差异。GPON与EPON应用的比较Page