epon技术原理协议.ppt

EPON技术原理技术交流PON（无源光网络)的工作原理下行数据广播发送上行采用TDMA方式 TDMA (Time Division Multiple Access ) 下行波长为1490nm OLT发送的混合数据通过Splitter到 达每个ONU； 每个ONU只接收发给自己的数据，丢 弃其它数据；上行波长为1310nm 每个ONU在OLT允许的时间段内向OLT 发送数据； 无需冲突检测 报文不需要分片EPON基本特点– 采用8B/10B的线路编码，数据速率为上下行对称1Gbps,线路比 特率为上下行对称1.25Gbps – 以MAC控制子层的MPCP（multi point control protocol）机制为 基础，MPCP通过消息、状态机和定时器来控制访问P2MP的拓 扑结构 – P2P仿真子层(RS协调子层的扩展功能） – 分光比1：32 – 支持A、B类ODN网络 – OLT与ONU之间信号传输基于IEEE 802.3以太网帧Attenuation range (ITU-T Rec. G.982)dBClass A: 5-20、Class B: 10-25、 Class C: 15-30EPON的关键技术• 突发模式光收发器技术 • EPON MAC帧结构 • MPCP自动发现 • 测距技术 • 动态带宽分配（DBA）机制 • 下行数据安全性技术 • 业务QoS处理 • 运行维护管理（OAM）功能的实现突发模式光收发器技术EPON的数据信号突发性，同一逻辑电 平有不同的电平幅度。

•ONU光发射机的突发发射和关断 – 为抑制自发散射噪声，要求 ONU的激光器能够快速的冷却 和回暖 •OLT光接收机的快速功率恢复 – OLT与各ONU的距离不等，光 信号的衰减对各ONU是不同的 OLT接收到的功率电平在各 个时隙是不同的远近效应)为 了正确检测接收比特流，OLT 接收机必须在每一个突发时隙 的开头迅速调整0-1判决门限 AGC •OLT光接收机的突发同步技术 – 上行接收数据相位的突变 •OLT的接收机和ONU的发射器工作 在突发模式EPON协议栈物理媒质相关（PMD）子层• 主要完成光纤连接，光/电转换等功能PMD为光/电收发 机，把输入的电压变化状态变为光波或光脉冲，以便在 光纤中传输 • 规定了1000BASE-PX10和1000BASE-PX20两种光模块 ： • 在单模光纤上，以1000Mbps速率，分路比为1:16，传输 距离达到10km； • 在单模光纤上，以1000Mbps速率，分路比为1:16，传输 距离达到20km； • 在物理层业务接口上，误码率小于等于10-12 • 目前的PX10/20光模块分别可以达到1:32的分路比和 10/20公里的传输距离物理媒质相关（PMD）子层描述1000BASEP X10-U1000BASEP X10-D1000BASEP X20-U1000BASEP X20-D单单位光纤类纤类 型B1.1, B1.3单单模光纤纤 光纤纤数目1 标标称发发射波长长1310149013101490nm 发发射方向上行下行上行下行 最小范围围（注1）0.5m～10km0.5m～20km 最大通道插入损损耗（注2 ）2019.52423.5dB最小通道插入损损耗（注3 ）510dB注1：如果在链链路上启用前向纠错纠错 ，可获获得较较大的最小传输传输 范围围；也可以允许许 链链路上有较较高的通道插入损损耗。

注2：在标标称发发射波长处长处 注3：链路的差分插入损耗是通道最大插入损耗和最小插入损耗之差物理媒质接入（PMA）子层•为PCS提供了一种与媒介无关的方法，支 持使用串行比特的物理媒介，发送部分把 10位并行码组转换为串行位流，发送到 PMD层；接收部分把来自PMD层的串行数 据，转换为10位并行数据PCS子层对数据监测和前向纠错的扩展•主要完成物理层8B/10B编码转换 •对IEEE 802.3定义的PCS层的扩展，以支持在点对多点物理介质中 的突发模式操作 •突发模式操作：为了避免近端ONU的发射噪声造成远端ONU的信号 衰减，ONU的激光器在信号发送间隔必须能够关闭为了控制激光 器，PCS必须进行扩展以便能根据信号状态产生tx_enable信号，在 正确的时刻开/关激光器 •标准定义了可选择的前向纠错机制（FEC），用于提高光连接可靠 性和传输距离，增大分光比或者是延长传输距离 •FEC具有以下基本特性： – 保证帧格式符合1000BASE-X PCS； – 支持功能可选； – 向后兼容1000BASE-X设备； – 支持PCS子层10-12误码特性； – 支持FEC子层10-4误码特性。

MAC控制子层• MAC控制子层主要负责ONU的接入控制， 通过MAC控制帧完成对ONU的初始化，测 距和动态带宽分配，采用申请/授权机制， 执行一整套多点控制协议 (MPCP).MPCP 的主要功能是轮流检测用户端的带宽请求 ，并分配带宽和控制网络启动过程OAM子层OAM子层主要功能 • 远端故障显示，通告本端，本地设备的接 收回路有故障 • 远端回环测试，提供数据链路层帧方式的 回环测试 • 链路监测，提供带有诊断信息的事件通告 能力，支持对MIB的轮询和允许用户扩展以 使上层更方便的管理EPON MAC帧结构前导码 7Bytes帧定界符 1BytesDA 6BytesSA 6Bytes长度/类型 2Bytes数据 46—1500Bytes填充 不定FCS 4Bytes前导码 8BytesDA 6BytesSA 6Bytes长度/类型 2Bytes数据 46—1500Bytes填充 不定FCS 4Bytes5555SLD5555LLIDLLIDCRC8传统以太网MAC帧EPON MAC帧SLD:SLD指示LLID和CRC位置EPON的关键技术——MPCP控制帧•GATE（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（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 （ONU发出） – 在注册规程处理过程中请求注册 •REGISTER （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 （ONU发出） – 在注册规程处理过程中表示注册确认五种类型的MPCP帧§ MPCP在OLT和ONU之间规定了一种控制机制来协调数据的发送和接收；§ MPCP功能是基于专门的协议数据报文完成的，即MPCPDU；§ 目前定义了5种MPCPDU：通用MPCPDU•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地址对 于源于OLT端的MPCPDU，源地址可以是任意 一个单独MAC的地址 •Length/Type：MPCPDU都进行类型编码，并且 承载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寄存器中的内容该域长度为32 比特。

时间戳计时步进值为16ns •Data/Reserved/PAD：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 •FCS：该域为帧校验序列选通（GATE）帧• GATE消息的目的在于给ONU 分配发送窗口，使得ONU可以 进行发现消息的发送以及正常 的数据发送 • 一个GATE消息可包括4个授权 • Gate消息的另一个作用是使得 OLT到ONU保持激活状态 报告（REPORT）帧•报告(REPORT)消息有几个功 能 •每个报告消息中的时间戳用 于计算RTT •ONU在每个报告消息中指明 针对每个802.1Q优先级队列 所需的上行带宽 •报告消息用于保持ONU到 OLT的激活状态为了保持 OLT端的链路，ONU将周期 性地发布报告消息 •OLT可以明确的请求一个报 告消息 REGISTER_REQ•REGISTER_REQ MPCPDU由某个 未发现ONU的MAC控制实体产生 该MPCPDU被标记为广播类型的 LLID 值值指示描述 0保留接收时时忽略 1RegisterONU注册尝试尝试 2保留接收时时忽略 3DeregisterONU的重注册请请求。

相应应的，解除分配 的MAC并重新使用 LLID 4-255保留接收时时忽略Flag域 REGISTER•REGISTER MPCPDU由对应于所有 ONU的MAC控制实体产生，并被标 记为广播LLID 值值指示描述 0保留接收时时忽略 1Register要求ONU进进行重注册 2Deregister请请求解除端口分配并 释释放LLID，相应应的也 要解除MAC分配 3Ack请请求重注册成功 4Nack高层实层实 体否定重注册 请请求 5-255保留接收时时忽略Flag域 REGISTER_ACK•REGISTER_ACK MPCPDU由对应 于某个激活的ONU的MAC控制实体 产生，该MPCPDU被标记为单播类 型的LLID 值值指示描述 0Nack上层实层实 体否定请请求 的重注册尝试尝试 1Ack重注册进进程成功确 认认 2-255保留接收时应时应 忽略Flag域MPCP发现过程－－ONU的发现、注册和认证nOLT以一定间隔发送一 个发现窗口（如1秒） 新上线的ONU可以利 用这个窗口进行注册 和认证，进而被OLT接 纳如果多个ONU在4 个授权开窗内引起注 册冲突，采用随机延 迟时间或随机跳过开 窗解决冲突。

nOLT基于MPCP消息中的 timestamp字段进行测 距 nOLT基于ONU的MAC地址 进行ONU的认证ONU完成注册后的MPCP协议交互•ONU完成注册后，系统维持一个Keep-alive机制： •OLT定期（最低50ms一次）发送Gate消息给ONU，ONU也定期（最 低50ms一次）发送Report消息给OLT； •如果ONU在一定时间内没有收到OLT发来的任何MPCP消息，则认为 与OLT之间的链路异常或者OLT的MPCP协议异常，也将自动解注册 ； •MPCP协议基于MPCPDU中的timestamp进行动态测距，确保多个 ONU上行TDMA的有序性测距技术•OLT与各ONU间的环路时延不同： –各ONU距OLT的光纤路径不同 –各ONU元器件的不一致性 –环境温度的变化和器件老化，环路延时也会发生不断的变化 •各个ONU对OLT的时延不同，各个ONU发出的信号会在上行信道发生碰撞，且信 号到达OLT的时间具有不确定性这些特点决定了必须采用测距技术补偿因ONU 和OLT之间距离不同和温度变化引起的传输时延差异，使所有ONU感觉到与OLT 的逻辑距离相同•测距是保证PON系统内ONU上行方向不发生时隙冲突的基础，测距包括静态测距和动态测 距： –静态测距：用在新的ONU安装调试阶段、停机的ONU重新投入运行时，通过开窗测距 技术获得往返时延，并对时延差异进行补偿 –动态测距：应用于系统运行过程中，通过检测往返时延的变化对温度、光电器件老化 等因素的影响进行补偿 •测距要求： –测距精度高，一般要求在±1～2bit内 –测距过程对运行中的其它ONU的影响最小，保证运行业务的QOS –测距范围大，即能提供的均衡延时大测距OLTONUt0OLT本地时间=t0OLT本地时间=t2MPCPDU的时间戳域为t0设置ONU本地时间=t0ONU本地时间=t1MPCPDU的时间戳域为t1时间时间t1t0t0t1TdownstreamTupstreamTwaitTresponseR。