PON (Passive Optical Networks)
優(yōu)勢:
- 傳輸距離遠险掀,接入網覆蓋半徑可達20KM
- 更高的帶寬:上行1.25G/下行2.5G
- 分光特性(P2MP),局端光纖分光后多路到戶,節(jié)省光纖資源
PON是端到多點結構(P2MP)的無源光網絡租副,主要構成:
OLT (Optical Line Terminal) 光線路終端
ODN (Optical Distribution Network) 光分配網絡
ONU/ONT (Optical Network Unit/Terminal) 光網絡單元/終端
POS (Passive Optical Splitter) 無源分光器
三種重要的PON技術分別是APON, EPON, GPON
EPON標準是IEEE 802.3ah抗愁, 實現在用戶接入網上,傳輸以太幀衡查,即以Ethernet技術代替ATM技術作為鏈路層協議瘩欺。
EPON優(yōu)點在于:成本低,易維護拌牲,易擴展升級俱饿;提供高帶寬,上下行1.25G塌忽,可升級到10G拍埠;服務范圍大;帶寬分配靈活砚婆,服務有保證械拍,支持DBA,DiffServ装盯,PQ/WFQ坷虑,WRED。
GPON與EPON的區(qū)別主要在于:
帶寬:GPON下行可達2.5G; 分光比埂奈,GPON 可達1:128迄损, EPONSHI 1:64; 帶寬效率GPON 92%, EPON 72%; QOS, GPON支持Ethernet, TDM, ATM, EPON僅支持Ethernet账磺;其他在光模塊等級芹敌,測距, DBA和OAM方面各有區(qū)別垮抗。
EPON采用WDM技術氏捞,單纖雙向,下行采用廣播技術冒版,上行TDMA(Time Division Multiple Access) 時分復用技術液茎。
OLT向ONU以廣播方式發(fā)送以太網數據,并發(fā)起和控制測距,發(fā)起并控制ONU功率控制捆等,為ONU分配帶寬滞造; ONU則為用戶提供EPON接入,選擇接收OLT發(fā)送的廣播數據栋烤,響應測距和功率控制命令谒养,對用戶以太網數據進行緩存,并在OLT分配的發(fā)送窗口向上行發(fā)送明郭。
ONU通過LLID來區(qū)分和過濾收到的廣播买窟。 LLID包含在以太網幀頭,是注冊是分配的唯一邏輯鏈路標識薯定。
ONU接入可以通過MAC地址或ONU的序列號進行認證蔑祟,通過認證的ONU才允許接入。
ONU在物理層收到數據后沉唠,根據LLID進行選擇丟棄,這是芯片層的功能苛败,數據不上二層满葛。在每一對ONU/OLT之間,可以啟用128位的AES加密罢屈。另外還可以通過VLAN進行信息隔離嘀韧。
ONU上行流量采用TDMA技術,OLT動態(tài)分配帶寬缠捌,即可傳輸數據的時隙锄贷,每個基本時隙單位時間長度位16ns。通過時隙分配和時延補償曼月,ONU的上行數據包不會互相干擾谊却。
EPON網絡標準:
光纖:要符合ITU-T G.652要求的單模光纖;
上行波長:1260nm <> 1360nm
下行波長:1480nm <> 1560nm
1540nm <> 1560nm 可選實現CATV業(yè)務
速率上下行1.25G
分光比1:32哑芹,傳輸距離達10KM
分光比1:16炎辨, 傳輸距離達到20KMM
EPON支持最大分光比1:64, 一個EPON端口可同時支持64個ONU聪姿。
EPON協議框架模型:
AOM:運行碴萧,管理集合維護子層(Operation Administration Maintence);
MPMC: 多點MAC控制層 (Multi-point MAC Control)
MAC: Media Access Control
RS: 調和子層 (Reconciliation Sublayer)炫隶,實現數據鏈路層到物理層之間的接口沾谓,在EPON系統(tǒng)中添加/終結LLID。
PCS:物理編碼子層(Physical Code Sublayer)曼尊,支持點到多點盟榴, FEC曹质。
PMA: 物理媒介附加子層 (Physical Medium Attachment), 支持時鐘恢復,提供環(huán)回測試,支持P2MP功能咆繁,實現PMD擴展讳推。
PMD:物理媒介相關子層(Physical Medium Dependent),shiyong 1000BASE-PE接口。
在以太網的封裝:
Ethernet前導位(preamble)有7個字節(jié)玩般,EPON幀利用3個字節(jié)银觅,其中LLID字段占2個,CRC字段占1個坏为。
LLID: Logical Link Identification, 邏輯鏈路ID究驴, 其中0x7FFF表示廣播鏈路,其他用于單播匀伏。
EPON標準在鏈路層增加一個多點控制子層MPMC洒忧, 用于管理OLT和ONU之間的管理或控制信息交互,OLT和多個ONU通過OAM對話够颠。 MPMC子層可以用于協調數據的有效發(fā)送和接收熙侍,ONU自動注冊,DBA履磨, 測距和定時蛉抓。
MPMC消息格式為:
MODE(1bit) + LLID(15bit): 前導碼2個字節(jié)
CRC: 1字節(jié)
目的地址 6B
源地址 6B
長度/類型 88-08 2B
操作碼 2B
時間戳 4B
數據/保留/填充 40B, 不使用時填充為0,并在接收時忽略
校驗碼 (4B)
MODE用于表示是廣播還是其他剃诅, LLID 最大數字是32767巷送。
LLID由RS子層產生。
多點控制MPCP定義了5種幀:
GATE (Opcode = 0002)由OLT發(fā)出矛辕,允許收到GATE幀的ONU立即或者指定時段發(fā)送數據笑跛;
REPORT(Opcode - 0003) 向OLT報告ONU狀態(tài),包括ONU同步在哪個時間戳聊品,是否有數據需要發(fā)送飞蹂;
REGISTER_REQ (Opcode - 0004) 請求注冊, ONU發(fā)出;
REGISTER (Opcode - 0005) 由OLT通知ONU已經識別了注冊請求翻屈;
REGISTER_ACK(Opcode - 0006) 晤柄, ONU發(fā)出,表示注冊確認妖胀;
還有一種控制幀PAUSE (Opcode - 0001),接收方在功能參數表明的時間段停止發(fā)送非控制幀的請求芥颈。該幀沒有時間戳。
EPON -> ONU的下行業(yè)務數據流處理流程:
1. OLT從上行口收到數據赚抡;
2. OLT查詢MAC地址與LLID對應關系表爬坑,將LLID插入數據幀的前導碼中,根據MAC地址轉發(fā)表涂臣,將數據幀轉發(fā)到相應業(yè)務板端口盾计;
3. 業(yè)務板廣播數據包到所有ONU售担;
4. ONU收到后檢查LLID字段,匹配接收署辉,否則丟棄族铆;
5. ONU查詢自己的MAC地址轉發(fā)表,將數據發(fā)送到指定ETH端口哭尝;
下行控制數據流處理流程:
1. OLT的MPCP層發(fā)出控制幀哥攘;
2. OLT同樣插入LLID后轉發(fā)業(yè)務板端口;
3. 業(yè)務板廣播到所有ONU材鹦;
4. ONU根據LLID接收數據幀逝淹;
5. ONU收到數據幀后(LLID匹配),查詢目的MAC地址桶唐,發(fā)現是自己的MAC地址后栅葡,將控制層發(fā)往上層處理;
6. ONU的MPCP層收到數據包尤泽;
EPON上行業(yè)務流的轉發(fā): ONU -> OLT欣簇, ONU收到終端用戶數據后,先放到緩存坯约, 當OLT的MPMC子層確認后醉蚁,ONU增加LLID標識,按照OLT告知的時間點發(fā)送鬼店。
流程:
1. ONU收到用戶數據。
2. ONU將數據存入緩存黔龟,等待OLT的DBA授權妇智;
3. DBA發(fā)送含授權信息的控制幀;
4. ONU收到控制幀氏身;
5. ONU按照控制幀的指示發(fā)送規(guī)定數量的數據幀巍棱,并檢查緩存,將緩存的剩余數量告知OLT (LLID)蛋欣;
6. OLT收到后航徙,進行目的MAC地址的查看和源MAC地址學習后,將數據幀發(fā)送到OLT上行口
7. ONU不發(fā)送數據陷虎,上行口關閉到踏。
PON關鍵技術:
測距和DBA
1. OLT根據DBA算法向ONU發(fā)送授權時間窗口;
2. 測量OLT下行發(fā)送到上行接收的數據信號環(huán)路時延尚猿,并據此對ONU授權時間窗口進行延時補償窝稿,保證上行數據不會沖突;
3. 測距方式:帶內開窗法凿掂、帶外法伴榔、擴頻法纹蝴;
OLT和ONU都有每16ns增1 的32比特計數器,以提供本地時間戳踪少。 往返時間RTT(Round Trip Time)等于定時器的值和接收到的時間戳之間的差塘安。
DBA:動態(tài)帶寬分配 (Dynamically Bandwidth Assignment)
能在微秒或毫秒級完成上行帶寬動態(tài)分配,用途:
1. 提高PON端口上行線路帶寬利用率援奢;
2. 可以在PON口上增加更多的用戶兼犯;
3. 用戶可享受更高帶寬的業(yè)務;
DBA功能:提高上行帶寬效率萝究;允許靈活的SLA策略免都;充分支持增強型業(yè)務特征。
P2MP網絡操作是非對稱的帆竹,其中OLT是主設備绕娘,ONT是從設備。
EPON終端管理通過OAM擴展協議栽连。
CTC OAM是中國電信定義的险领,定義了OLT和ONU之間交互信息的格式和機制。OLT通過OAM協議對ONU進行配置秒紧,支持ONU離線配置和上線后配置恢復绢陌。ONU本身不需要保存配置信息,利于業(yè)務發(fā)放和對終端的維護熔恢;
ONU注冊進程由OLT發(fā)起脐湾,周期產生合法的發(fā)現時間窗口,使OLT可以檢測到非在線的ONU叙淌。 OAM層基本功能包括:遠端故障指示秤掌、遠端環(huán)回、鏈路管理鹰霍。
OAM信息由OAM協議數據單元(OAMPDU)承載闻鉴,包含控制和狀態(tài)信息。其僅在對等OAM實體間單一鏈路上傳送茂洒,不會被mac客戶端(交換器和網橋)轉發(fā)孟岛。