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pon技术原理.doc

发布时间：2022-06-17 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：2.45M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    第一章 PON 技术原理 随着以太网技术在城域网中的普及以及宽带接入技术的发展，人们 提出了速率高达1 Gbit/s 以上的宽带PON 技术，主要包括EPON 和GPON 技术：“E”是指Ethernet，“G”是指吉比特级。 1987 年英国电信公司的研究人员最早提出了 PON 的概念。1995 年，全业务网络 联盟FSAN(Full Service Access Network)成立，旨在共同 定义一个通用的PON 标 准。1998 年，国际电信联盟ITU-T 工作组，以 155Mbps 的ATM 技术为基础，发 布了G.983 系列APON(ATM PON)标 准。这种标准目前在北美、日本和欧洲应用 较多，在这些地区都有APON 产品的实际应用。但在中国，ATM 本身的推广并不 顺利，所以APON 在 我国几乎没有什么应用。 2000 年底，一些设备制造商成立了第一英里以太网联盟(EFMA)， 提 出 基 于 以 太 网 的 PON 概 念 — — EPON(Ethernet Passive Optical Network)。EFMA 还促成电气电 子工程师协会(IEEE)在2001 年成立第一 英里以太网(EFM)小组，开始正式研究包 括 1.25Gbit/s 的 EPON 在内的 EFM 相关标准。EPON 标准IEEE 802.3ah 在2004 年6 月正式颁布。 2001 年 底 ，FSAN 更 新 网 页 把 APON 更 名 为 BPON(Broadband PON)。实际上，在2001 年1 月左右EFMA 提出EPON 概念的同时，FSAN 也 已经开始了带宽在1Gbps 以上的PON，也就是Gigabit PON 标准的研究。 FSAN/ITU 推出 GPON 技术的最 大原因是由于网络 IP 化进程加速和 ATM 技术的逐步萎缩导致之前基于 ATM 技 术的APON/BPON 技术在 商用化和实用化方面严重受阻，迫切需要一种高传输速 率、适宜IP 业务 承载同时具有综合业务接入能力的光接入技术出现。在这样的背 景下， FSAN/ITU 以 APON 标准为基本框架，重新设计了新的物理层传输速率 和 TC 层，推出了新的GPON 技术和标准。2003 年3 月ITU-T 颁布了描 述 GPON 总 体特性的 G.984.1 和 ODN 物理媒质相关(PMD)子层的 G.984.2GPON 标准，2004 年3 月和6 月发布了规范传输汇聚(TC)层的 G.984.3 和运行管理通信接口的G.984.4 标准。 1
    1.1 PON 组成 PON，Passive Optical Network，无源光网络。 如图 1.1-1，PON 由光线路终端（OLT）、光合／分路器（Spliter）和 光网络单元（ONU）组成，采用树形拓扑结构。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 之间通 过无源光合／分路器连接。 所谓无源，是指在OLT(光线路终端)和ONU(光网络单元)之间的ODN (光分配网络)没有任何有源电子设备。 图 1.1-1 PON 组成结构 PON 使用波分复用（WDM）技术，同时处理双向信号传输，上、下 行信号分别用不同的波长，但在同一根光纤中传送。OLT 到ONU/ONT 的 方向为下行方向， 反之为上行方向。下行方向采用 1490nm，上行方向采 用 1310nm。如图 1.1-2 。 2
    图 1.1-2 PON 单纤双向传输原理 1.2 PON 拓扑 PON 系统的组网方式如下图 1.2-1。有树型拓扑、环型拓扑、总线型 拓扑、树型干冗余拓扑等4种，其中最常见的是树形拓扑。其中最常见的是 树形拓扑。 图 1.2-1 PON 拓扑 3
    1.3 PON 优势 相对成本低，维护简单，容易扩展，易于升级。PON 结构在传输途中 不需电源，没有电子部件，因此容易铺设，基本不用维护，长期运营成本 和管理成本的节省大。 无源光网络是纯介质网络，彻底避免了电磁干扰和雷电影响，极适合 在自然条件恶劣的地区使用。 PON 系统对局端资源占用很少，系统初期投入低，扩展容易，投资回 报率高。 提供非常高的带宽。EPON 目前可以提供上下行对称的 1.25Gb/s 的带宽，并且随着以太技术的发展可以升级到 10Gb/s。GPON 则是高达 2.5Gb/s 的带宽。 服务范围大。PON 作为一种点到多点网络，以一种扇出的结构来节省 CO 的资源， 服务大量用户。用户共享局端设备和光纤的方式更是节省了 用户投资。 带宽分配灵活，服务有保证。G/EPON 系统对带宽的分配和保证都有一 套完整的体系。可以实现用户级的 SLA。 1.4 EPON 上下行工作原理 如图 1.4-1，下行采用纯广播的方式： 1． OLT 为已注册的ONU 分配标示号； 2． 由各个ONU 监测到达帧的标示号，以决定是否接收该帧； 3． 如果该帧所含的标示号和自己的标示号相同，则接收该帧；反之则丢 弃。 4
    图 1.4-1 EPON 下行工作原理 如图 1.4-2，上行采用时分多址接入（TDMA）技术： 1． OLT 接收数据前比较标示号注册列表； 2． 每个ONU 在由局方设备统一分配的时隙中发送数据帧； 3． 分配的时隙补偿了各个ONU 距离的差距，避免了各个ONU 之间的碰 撞。 图 1.4-2 EPON 下行工作原理 1.5 GPON与EPON的区别 EPON和GPON作为光网络接入的两个主力成员,各有千秋,互有竞争,互有补 充,互有借鉴,下面在各个方面对它们作个比较:  速率 EPON 提供固定上下行1.25 Gbps,采用8b/10b线路编码,实际速率为 5
    1Gbps，GPON支持多种速率等级，可以支持上下行不对称速率，下行2.5Gbps 或 1.25Gbps，上行1.25Gbps 或 622 Mbps，根据实际需求来决定上下行速率，选 择相对应光模块,提高光器件速率价格比。  分路比 所谓分路比是指一个OLT端口(局端)带多少个ONU(用户端)，EPON 标准定 义分路比1：32。 GPON标准定义分路比下列几种 1:32； 1:64；1:128。其实， 技术上EPON系统也可以做到更高的分路比,如1：64，1:128，EPON的控制协议 可以支持更多的ONU。 分路比主要是受光模块性能指标的限制,大的分路比会 造成光模块成本大幅度上升; 另外,PON插入损 失15～18dB，大的分路比会降 低传输距离; 过多的用户分享带宽也是大分路比的代价。  QOS QOS (Quality of Service)即服务等级，EPON在MAC层Ethernet包头增加 了64字节的MPCP多点控制协议（multipointcontrolprotocol），MPCP 通过消 息、状态机和定时器来控制访问P2MP点到多点的拓扑结构,实现DBA动态带宽分 配。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提供了对P2MP拓扑架构的基本支持, 但是协议中并没有对业务的优先级进行分类处理,所有 的业务随机的竞争着 带宽 GPON则拥有更加完善的DBA,具有优秀QoS服务能力。 GPON将业务带宽分配 方式分成4种类型，优 先级从高到低分别是固定带宽（Fixed）、保证带宽 （Assured）、非保证带宽（Non-Assured）和尽力而 为带宽（BestEffort）. DBA又定义了业务容器（traffic container, T-CONT）作为上行流量调度单位, 每 个T-CONT由Alloc-ID标识。每个T-CONT可包含一个或多个GEM Port-ID. T-CONT分为5种业务类型， 不同类型的T-CONT具有不同的带宽分配方式，可以 满足不同业务流对时延、抖动、丢包率等不同的 QoS要求。T-CONT类型1的特 点是固定带宽固定时隙，对应固定带宽（Fixed）分配,适合对时延敏感 的业 务，如话音业务；类型2的特点是固定带宽但时隙不确定，对应保证带宽 （Assured）分配,适合对 抖动要求不高的固定带宽业务，如视频点播业务； 类型3的特点是有最小带宽保证又能够动态共享富 余带宽，并有最大带宽的约 束，对应非保证带宽（Non-Assured）分配,适合于有服务保证要求而又突 发 6
    流量较大的业务，如下载业务；类型4的特点是尽力而为（BestEffort），无 带宽保证，适合于时延和 抖动要求不高的业务，如WEB浏览业务；类型5是组 合类型，在分配完保证和非保证带宽后，额外的 带宽需求尽力而为进行分配。  OAM OAM（Operation Administration and Maintenance）即操作、管理和维 护，EPON没有对OAM进行过多的考虑,只是简单的定义了对ONT远端故障指示、 环回和链路监测。并且是可选支持.GPON在物理层定义了PLOAM（Physical Layer OAM）,高层定义了OMC（I ONT Management and Control Interface）, 在多个层面进行OAM管理. PLOAM用于实现数据加密、状态检测、误码监视等功 能。 OMCI 信道协议用来管理高层定义的业务，包括ONU的功能参数集、T-CONT 业务种类与数量、QoS参数， 请求配置信息和性能统计，自动通知系统的运行 事件,实现OLT对ONT的配置、故障诊断、性能和安全 的管理。  业务承载 如图 1.5-1所示，EPON沿用了简单的以太网数据格式，只是在以太网包头 增加了64字节的MPCP点到多点控制协议来实现EPON系统中的带宽分配,带宽轮 讯,自动发现,测距等工作。对于数据业务以外的业务（如TDM同步业务）的支 持没有作过多研究，。很多EPON厂家开发了一些非标准的产品来解决这个问题， 但是都不理想, 很难满足电信级的QoS要求。 GPON基于完全新的传输融合（TC）层，该子层能够完成对高层多样性业务 的适配，如图二所示，定义了ATM封装和GFP封装（通用成帧协议），可以选择 二者之一进行业务封装．鉴于目前ATM应用并 不普及,于是一种只支持GFP封装 的GPON.lite设备应运而生,它把ATM从协议栈中去除以降低成本。 GFP是一种 通用的适用于多种业务的链路层规程, ITU定义为G.7041。GPON中对GFP作了少 量的修改, 在GFP帧的头部引入了Port ID，用于支持多端口复用；还引入了 Frag（Fragment）分段指示以提高系统的有效带宽.并且只支持面向变长数据 的数据处理模式而不支持面向数据块的数据透明处理模式 GPON具有强大的多 业务承载能力。GPON的TC层本质上是同步的，使用了标准的8kHz（125µm）定 长 帧，这使GPON可以支持端到端的定时和其他准同步业务，特别是可以直接支持 TDM业务，就是所 谓的NativeTDM，GPON对TDM业务具备“天然”的支持。 7
    图 1.5-1 GPON与EPON协议栈比较 8
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