接入网 PON技术.docx

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接入网PON技术

接入网-PON技术

目录

第1章PON拓扑结构4

1.1基本拓扑结构4

1.2性能比较4

第2章PON的双向传输技术5

2.1光时分多址（OTDMA）5

2.2光波分多址（OWDMA）5

2.3光码分多址（OCDMA）5

2.4光副载波多址（OSCMA）5

第3章PON的双向复用技术6

3.1光波分复用（OWDM）技术6

3.2光时分复用（OTDM）技术6

3.3光码分复用（OCDM）技术6

3.4光频分复用（OFDM）技术6

3.5光副载波复用（OSCM）技术6

3.6光空分复用（OSDM）技术6

3.7时间压缩复用（TCM）技术7

第4章PON功能结构8

4.1光线路终端（OLT）的功能结构8

4.2光网络单元（ONU）的功能结构8

4.3光配线网（ODN）的功能结构8

4.4操作管理维护功能8

4.5光接入网（OAN）基本性能8

第5章PON技术应用9

5.1PON组网应用9

5.2波分复用PON技术应用9

5.310GPON技术应用9

5.4EPON技术特点及网络结构10

5.5EPON传输原理及帧结构11

5.6EPON光路波长分配11

5.7EPON关键技术11

第6章GPON技术13

6.1两大PON技术：

GPON和EPON13

6.2GPON与EPON的比较13

6.3为什么选择GPON14

6.4GPON网络基本性能参数14

6.5GPON标准协议14

6.6GPON原理15

6.7GPON的基本协议概念-T-CONT15

6.8GPON的基本协议概念-DBA16

6.9GPON的基本协议概念-Gemport17

6.10GPON的基本协议概念-流18

6.11GPON的基本协议概念-Flowcontrol18

6.12GPON中的QOS处理19

6.13GPON网络保护方式20

第1章PON拓扑结构

1.1基本拓扑结构

光接入网（OAN）的拓扑结构取决于光配线网（ODN）的结构。

通常ODN可归纳为单星型、树型、总线型和环型等四种基本结构，也就是PON的四种基本拓扑结构。

1.单星型结构

单星型结构是指用户端的每一个光网络单元（ONU）分别通过一根或一对光纤与端局的同一OLT相连，形成以光线路终端（OLT）为中心向四周辐射的星型连接结构。

2.树型结构

在PON的树型结构（也叫多星型结构）中，连接OLT的第一个光分支器（OpticalBranchingDevice，OBD）将光分成n路，每路通向下一级的OBD，如最后一级的OBD也为n路并连接n个ONU。

3.总线型结构

总线（bus）型结构的PON通常采用非均匀分光的光分路器（OBD）沿线状排列。

4.环型结构

环型结构相当于总线型结构组成的闭合环，其信号传输方式和所用器件与总线型结构差不多。

1.2性能比较

为便于PON结构选择，现将总线型、星型、环型及树型拓扑结构从性能上进行比较，如下表所示：

比较内容

总线型

星型

环型

树型

成本投资

低

最高

低

低

维护与运行

测试很困难

清除故障时间长

较好

测试困难

安全性能

很安全

安全

很安全

很安全

可靠性

比较好

最差

很好

比较好

用户规模

适于中规模

适于大规模

适于选择性用户

适于大规模

新业务要求

容易提供

容易提供

每户提供较困难

每户提供较困难

带宽能力

高速数据

基群接入视频

基群接入

视频高速

第2章PON的双向传输技术

在PON中，OLT至ONU的下行信号传输过程是：

OLT送至各ONU的信息采用光时分复用（OpticalTimeDivisionMultiplexing，OTDM）方式组成复帧送到馈线光纤；通过无源光分路器以广播方式送至每一个ONU，ONU收到下行复帧信号后，分别取出属于自己的那一部分信息。

2.1光时分多址（OTDMA）

光时分多址（OpticalTimeDivisionMultipleAccess，OTDMA）方式是指将上行传输时间分为若干时隙，在每个时隙只安排一个ONU，以分组的方式向OLT发送分组信息，各ONU按OLT规定的顺序依次向上游发送。

2.2光波分多址（OWDMA）

采用光波分多址（OpticalWavelengthDivisionMultipleAccess，OWDMA）接入技术，将各ONU的上行传输信号分别调制为不同波长的光信号，送至OBD后，耦合到馈线光纤；到达OLT后，利用光分波器分别取出属于各ONU的不同波长的光信号，再分别通过光电探测器解调为电信号。

2.3光码分多址（OCDMA）

光码分多址（OpticalCodeDivisionMultipleAccess，OCDMA）是指给每一个ONU分配一个多址码。

2.4光副载波多址（OSCMA）

光副载波多址（OpticalSubCarrierMultipleAccess，OSCMA）采用模拟调制技术，将各个ONU的上行信号分别用不同的调制频率调制到不同的射频段，然后用此模拟射频信号分别调制各ONU的激光器（laserDevice，LD），把波长相同的各模拟光信号传输至OBD合路点后再耦合到同一馈线光纤到达OLT，在OLT端经光电探测器后输出的电信号通过不同的滤波器和鉴相器分别得到各ONU的上行信号。

第3章PON的双向复用技术

光复用技术作为构架信息高速公路的主要技术，在过去、现在和将来，对光通信系统和网络的发展及对充分挖掘光纤巨大传输容量的潜力，将起着重要作用。

3.1光波分复用（OWDM）技术

实用化程度最高的当属光波分复用技术，其技术及产品已广泛地应用在光通信系统中。

构成WDM-PON的上行回传通道有四种方案可供选择。

方案一，在ONU也用单频激光器，由位于远端节点的路由器将不同ONU送来的不同波长的信号回到OLT。

方案二，利用下行光的一部分在ONU调制，从第二根光纤上环回上行信号，ONU没有光源。

方案三，在ONU用LED一类的宽谱线光源，由路由器切取其中的一部分；由于LED功率很低，需要与光放大器配合使用。

方案四，与常规PON一样，采用多址接入技术，如TDMA，SCMA等。

3.2光时分复用（OTDM）技术

采用复用技术的目的是提高信道传输信息的容量。

OTDM的复接可分为两种，即以比特为单位进行逐比特交错复接和以比特组为单位的逐组交错复接。

3.3光码分复用（OCDM）技术

光码分复用技术在原理上与电码分复用技术相似。

3.4光频分复用（OFDM）技术

OWDM和OFDM技术都是在光层按其波长将可传输带宽范围分割成若干光载波通道。

3.5光副载波复用（OSCM）技术

OSCM技术不同于OWDM和OFDM技术，OWDM和OFDM都是指光波层进行复用。

OSCM技术的最大优点是：

可采用成熟的微波技术，以较为简单的方式实现宽带、大容量的光纤传输，它可构成灵活方便的光纤传输系统，可以为多个用户提供语音、数据和图像等多种业务。

3.6光空分复用（OSDM）技术

空分复用（SpaceDivisionMultiplexing，SDM）指利用不同空间位置传输不同信号的复用方式，如利用多芯缆传输多路信号就是空分复用方式。

3.7时间压缩复用（TCM）技术

时间压缩复用（TimeCompressionMultiplexing,，TCM）又称“光乒乓传输”。

第4章PON功能结构

4.1光线路终端（OLT）的功能结构

在PON中，OLT提供一个与ODN相连的光接口，在光接入网（OAN）的网络端提供至少一个网络业务接口。

4.2光网络单元（ONU）的功能结构

在PON中，ONU提供通往ODN的光接口，用于实现OAN的用户接入。

ONU的核心功能块包括用户和服务复用功能、传输复用功能以及ODN接口功能。

ONU服务功能块提供用户端口功能，它包括提供用户服务接口并将用户信息适配为64kbit/s或n×64kbit/s的形式。

4.3光配线网（ODN）的功能结构

PON中的ODN位于ONU和OLT之间，ODN全部由无源器件构成，它具有无源分配功能，其功能结构下图所示：

4.4操作管理维护功能

通常将操作管理维护（OAM）功能分成两部分，即光接入网（OAN）特有的OAM功能和OAM功能类别。

4.5光接入网（OAN）基本性能

OAN的容量和ONU的类别如表4.2所示，其中通路传输距离是逻辑距离，即特定传输系统所能达到的最大传输距离。

第5章PON技术应用

5.1PON组网应用

目前无源光纤接入网发展很快，组网方式多种多样。

PON主要采用无源光功率分配器（耦合器）将信息送至各用户。

5.2波分复用PON技术应用

1．两波分复用PON

ITU-T制定的G.983标准只适用于1310nm/1550nm（波分复用WDM）技术，即粗波分复用（CWDM）技术。

OLT与ONU间是明显的点到多点连接，上行和下行信号传输发生在不同的波长窗口中。

当ONU采用TDMA方式上传数据时，为避免数据可能发生的碰撞，OLT与ONU之间要精确定时，ONU按照OLT分配的时隙传送分组。

系统采用单纤波分复用方式来解决双向传输问题，即用1550nm波长（1484～1580nm）传送下行信号；用1310nm波长（1270～1344nm）传送上行信号。

2．波分复用PON

波分复用PON简称为WDM-PON。

WDM-PON的下行传输的关键是多波长光源，目前有许多方法制造多波长光源。

方法一：

选择16个接近精确波长的、离散的分布反馈（DFB）激光器，每个均有温度调谐以便获得满意的信道间隔。

方法二：

使用多频激光器（MultipleFrequencyLaser，MFL）。

方法三：

采用啁啾脉冲WDM光源。

它使用了飞秒级（10－15）光纤激光器来产生一个1500nm附近70nm谱宽的脉冲，此脉冲被22km长的标准单模光纤啁啾。

5.310GPON技术应用

1．10GEPON技术

10GEPON标准小组代码为IEEE802.3av，其定义了两种10GEPON技术：

1、非对称

下行传输速率为10Gbps，上行传输的速率为1Gbps。

下行中心波长为1577nm，上行中心波长为1310nm。

2、对称

下行传输速率为10Gbps，上行传输的速率为1Gbps。

下行中心波长为1577nm，上行中心波长为1270nm。

10GEPON的IEEE802.3av标准相对于原EPON标准改进的核心点是：

1、扩大802.3ah（EPON）标准的上下线带宽，达到10G速率；

2、10GEPON的兼容性，即10GEPON的ONU可以与1GEPON的ONU共存在同一个ODN下。

2．10GGPON技术

10GGPON目前已有成熟标准的实现方式为非对称方式，即下行传输速率为10Gbps，上行传输的速率为2.5Gbps。

在ITU发布的G.987.1、G.987.2、G.987.3及G.988给予规范。

10GGPON非对称方式使用的下行中心波长为1577nm，上行中心波长为1270nm。

10GGPON标准与GPON标准相比，对于物理层改进较大。

具有更长的距离，更大的分光比，更有效的成帧及增强的安全特性。

但是对于GPON的OMCI管理层改动较小，后向兼容GPON。

以太网无源光网络（EPON）接入技术

以太网无源光网络（EthernetPON或EthernetOverPON，EPON）。

EPON是指采用PON的拓扑结构实现以太网的接入。

5.4EPON技术特点及网络结构

一、EPON技术特点

（1）高带宽：

从目前的技术上看，EPON的下行信道为几百/几千Mbit/s的广播方式；上行信道为用户共享的几百/几千Mbit/s信道。

（2）低成本：

EPON提供较大的带宽和较低的用户设备成本，它采用PON结构，使EPON网络中减少了大量的光纤和光器件以及维护的成本，降低了预先支付的设备资金和与SDH及ATM有关的运行成本。

（3）易兼容：

EPON互连互通容易，各个厂家生产的网卡都能互连互通。

以太网技术是目前最成熟的局域网技术。

二、网络结构

EPON位于业务网络接口到用户网络接口间，通过SNI与业务节点相连，通过UNI与用户设备相连。

EPON主要分成三部分，即光线路终端（OLT），光配线网络（ODN）和光网络单元/光网络终端（ONU/ONT）组成。

其中OLT位于局端，ONU/ONT位于用户端。

OLT到ONU/ONT的方向为下行方向，反之为上行方向。

EPON接入网结构如下图所示。

EPON中的ONU采用了技术成熟的以太网络协议，在中带宽和高带宽的ONU中，实现了成本低廉的以太网第二层第三层交换功能。

5.5EPON传输原理及帧结构

在EPON中，根据IEEE802.3以太网协议，传送的是可变长度的数据包，最长可为1518个字节。

在EPON中，OLT传送下行数据到多个ONU，完全不同于从多个ONU上行传送数据到OLT。

OLT根据IEEE802.3协议，将数据以可变长度的数据包广播传输给所有在PON上的ONU，每个包携带一个具有传输到目的地ONU标识符的信头。

EPON下行传输帧结构由一个被分割成固定长度帧的连续信息流组成，其传输速率为1.250Gbit/s，每帧携带多个可变长度的数据包（时隙）。

按照IEEEG.802.3组成可变长度的数据包，每个ONU分配一个数据包，每个数据包由信头、可变长度净负荷和误码检测域组成。

EPON在上行传输时，采用TDMA技术将多个ONU的上行信息组织成一个TDM信息流传送到OLT。

5.6EPON光路波长分配

EPON的光路可以使用两个波长，也可以使用三个波长。

EPON的两波长结构如下图所示，1510nm波长用来携带下行数据、语音和数字视频业务，1310nm波长用来携带上行用户语音信号和点播数字视频、下载数据的请求信号。

5.7EPON关键技术

1．突发同步

由于突发模式的光信号来自不同的端点，所以可能导致光信号的偏差，消除这种微小偏差的措施是采用突发同频技术。

2．大动态范围光功率接收

由于EPON上各个ONU到OLT的距离各不相同，所以各个ONU到OLT的路径传输损耗也互不相同，当各个ONU发送光功率相同时，到达OLT后的光功率互不相同。

3．测距和ONU数据发送时刻控制

由于光信号来自远近不同的光网络单元（ONU），所以可能产生相应的信号冲突，通过距离修正的技术就可以消除这种冲突。

现在，无论是长距离的核心传输网络，还是城域接入网汇聚层部分，数字通信技术已经从ATM为中心，逐渐转移到以IP为基础的视频、音频和数据通信了。

4．带宽分配

EPON分配给每个ONU的上行接入带宽由OLT控制决定。

5．实时业务传输质量

传输实时语音和视频业务要求传输延迟时间既恒定又很小，时延抖动也要小。

6．安全性和可靠性

EPON下行信号以广播的方式发送给所有ONU，每个ONU可以接收OLT发送给所有ONU的信息，这就必须对发送给每个ONU的下行信号单独进行加密。

第6章GPON技术

6.1两大PON技术：

GPON和EPON

（1）GPON与EPON都是在A/BPON的基础上发展起来,有着共同的技术起源。

（2）ITU和IEEE两标准组织定位的不同导致GPON和EPON在技术理念存在较大差异：

a）ITU-T/FSAN是以会员（运营商为主）身份参与的具有官方性质的通信行业标准化组织，制定的标准更关注运营商的业务与可运营需求。

b）IEEE是以工程师个人身份参与的电子/电器行业化标准组织，更关注技术的创新和实现，缺乏对运营商长远需求的理解与分析。

6.2GPON与EPON的比较

P2MP

GPON

EPON

标准

ITU.T

IEEE

速率

2.488G/1.244G

1.25G/1.25G

分光比

1:

64~1:

128

1:

16~1:

32

承载

ATM,Ethernet,TDM

Ethernet

带宽效率

92%

72%

QOS

Verygood，

includingEthernet,TDM,ATM

Good,

onlyethernet

光预算

ClassA/B/C

Px10/Px20

测距

EqD逻辑等距

RTT

DBA

标准格式

厂家自定义

TDM支持

TDMoverEthernet

（PWE3,CESoEthernet）ornativeTDM）

TDMoverEthernet

（PWE3,CESoEthernet）

ONT管理

OMCI

无

OAM

ITU-TG.984（强）

EthernetOAM（弱，厂家扩展）

6.3为什么选择GPON

三大优势：

1、更远的传输距离：

采用光纤传输，接入层的覆盖半径20KM；

2、更高的带宽：

对每用户下行2.5G/上行1.25G（物理层）；

3、分光特性：

局端单根光纤经分光后引出多路到户光纤，节省光纤资源。

GPON支持Triple－play业务，可提供全业务竞争方案可以有效解决双绞线接入的带宽瓶颈，满足用户对高带宽业务的需求，如高清电视、实况转播等，GPON是三网合一的上佳方案。

GPON标准完善，综合业务支持好，技术要求高。

6.4GPON网络基本性能参数

GPON提供以下几种异步传输速率：

0.15552Gbit/sup,1.24416Gbit/sdown

0.62208Gbit/sup,1.24416Gbit/sdown

1.24416Gbit/sup,1.24416Gbit/sdown

0.15552Gbit/sup,2.48832Gbit/sdown

0.62208Gbit/sup,2.48832Gbit/sdown

1.24416Gbit/sup,2.48832Gbit/sdown（目前的主流支持速率）

2.48832Gbit/sup,2.48832Gbit/sdown

Ø支持最大逻辑距离为：

60km

Ø支持最大物理距离为：

20km

Ø支持最大距离差为：

20km

Ø分光比为1：

64，可升级为1：

128

6.5GPON标准协议

ITU-TG.984.1

•GPON网络参数说明

•保护倒换组网要求

ITU-TG.984.2

•PMD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

ITU-TG.984.3

•GPONTC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.984.4

•OMCI消息结构介绍

•OMCI设备管理框架

•OMCI实现原理简述

6.6GPON原理

下行数据

•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。

上行数据

•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。

6.7GPON的基本协议概念-T-CONT

T-CONT（TransmissionContainers）

•T-CONT的全称是TransmissionContainer，传输容器，是的，对于上行数据来说它就是一个“容器”，上行数据就放在这个“容器”中。

但是一定要注意的是，T-CONT并没有物理上对应的概念，也就是说并没有什么物理的容器，它仅仅是个逻辑的概念。

•一个T-CONT对应一种带宽业务流，这种业务流有自己的Qos特征，Qos特征主要体现在带宽保证上，分为固定带宽，保证带宽，保证/不保证带宽，尽力转发，混合方式五种。

T-CONT的主要是从带宽的保证角度而不是从业务的种类（如CBR，UBR等，这里包含了带宽、延时、抖动等等的考虑），来划分的。

•每个T-CONT用Alloc-ID来标识。

每个T-CONT的流量由多个VP或Port组成。

而每个T-CONT中的VP或Port可以是来自任意ONU的。

T-CONT是业务流量的集合体，通过Alloc-ID标识，一种T-CONT只能承载一种数据类型。

T-CONT的由来

•OLT如何区分不同ONT的上行数据？

•下行数据是OLT广播下来的，ONT只需要从这堆信息中间拨出属于自己的那部分信息就行了。

但是上行流就不一样了，因为上行流涉及到一个信息冲突的问题，目前PON技术采用的是上行TDMA，我们要将每个ONT发送数据的时间区分开来，这样OLT才不会混淆上传的数据。

•ONT怎么知道自己在哪个时间开始发数据呢？

ONT怎么知道自己有多长的时间来发送数据呢？

这就需要OLT与ONT之间达成某种协议来完成上述功能。

•如果OLT分配给某ONT的发送时间比较长，那么会发生什么呢？

•如果ONT发送的数据量比较大，也就是说这个ONT的带宽比较大。

那问题来了，就是OLT以什么为分配带宽的标志呢？

最明显的一个答案就是ONT了，是的根据ONT是可以分配带宽，就是说OLT只要安排在哪个时间段内，某个ONT发送数据就行了。

但是这样带来的问题是带宽的浪费。

为什么呢？

因为在某个时间段内如果ONT并没有数据要发送，它还是会占用这段时间的，以至于别的有大量数据要发送的ONT不能利用这段时间类发送数据。

这样势必会造成成本的上升。

有什么好办法么？

GPON采用的是根据T-CONT来分配带宽

6.8GPON的基本协议概念-DBA

1、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

动态带宽分配采用集中控制方式：

所有的ONU的上行信息发送，都要向OLT申请带宽，OLT根据ONU的请求按照一定的算法给予带宽（时隙）占用授权，ONU根据分配的时隙发送信息。

其分配准许算法的基本思想是：

各ONU利用上行可分割时隙反映信元到达的时间分布并请求带宽，OLT根据各ONU的请求公平合理地分配带宽。

基本工作原理为OLT安排好各ONU允许发送上行信号的时隙，发出时隙分配帧。

ONU根据时隙分配帧，在OLT分配给它的时隙中发出自己的上行信号。

这样，ONU之间就可以共同享有上行信道，即众多的ONU共享有限的上行信道带宽。

2、DBA（DynamicallyBandwidthAssignment）的由来

有了T-CONT，OLT就可以根据T-CONT来分配带宽了。

当然一个ONT可以有多个T-CONT，这样带来的好处是