EPON技术及测试.ppt
《EPON技术及测试.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《EPON技术及测试.ppt(97页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、EPON技术及测试,PON技术,PON(Passive Optical Network)无源光网络的定义 PON是一种应用于接入网,局端设备(OLT)与多个用户端设备(ONU/ONT)之间通过无源的光缆、光分/合路器等组成的光分配网(ODN)连接的网络。 OLT(Optical Line Terminal)光线路终端 ONU(Optical Network Unit)光网络单元 ONT( Optical Network Terminal)光网络终端 ODN(Optical Distribution Network)光分配网 下行数据广播发送,每个ONU根据下行数据的标识信息接收属于自己的数据,
2、丢弃其他用户的数据 上行数据分时发送,各ONU的发送时间与长度由OLT集中控制TDMA的接入机制,PON的原理信号复用,PON系统采用WDM技术,实现单纤双向传输(强制)。 为了分离同一根光纤上多个用户的来去方向的信号,采用以下两种复用技术: 下行数据流采用TDM技术; 上行数据流采用TDMA技术。,1490nm,1310nm,PON基本原理下行传输,下行数据广播发送,每个ONU根据下行数据的标识信息接收属于自己的数据,丢弃其他用户的数据,下行数据的安全?,PON基本原理上行传输,上行数据分时发送,各ONU的发送时间与长度由OLT集中控制TDMA的接入机制,上行数据的同步?,EPON技术,EP
3、ON,基本特点 OLT与ONU之间信号传输基于IEEE 802.3以太网帧 传输线路速率下行/上行:1250 Mbit/s / 1250 Mbit/s 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仿真子层是EPON/MPCP协议中的关键组件 逻辑分光比1:32(1:64) 支持A、B类ODN网络,OLT功能模块示意图,ONU功能模块示意图,EPON的关键技术,突发模式光收发器技术 帧结构 测距 动态带宽分配(DBA)机制 下行数据安全性技术 业务QoS处理 TDM业务的承载
4、 运行维护管理(OAM)功能的实现,突发模式光收发器技术,OLT光接收机的快速功率恢复 要求OLT在每个接收时隙的开始处迅速调整0-1判决门限 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光接收机的突发同步技术 上行接收数据相位的突变要求OLT的接收机工作在突发模式接收状态 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,1000BASE-PX10和1000BASE-PX20具有以下基本特征: 点到多点的光纤传输; 在单模光纤上,以1000Mbps速率,分路比为1:32,传输距离达到10km; 在单
5、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。,RS子层对点到点仿真的扩展,对IEEE 802.3规范的RS子层的扩展,以便多种数据链路层能够使用统一的物理层接口。系统具体支持的MAC数仅仅受实现手段限制,但在某一时刻只能有唯一的MAC能与RS子层连接。 实现原理:注册过程完成后,MAC层的MODE和LLID变量被赋值,该MAC可以是OLT多个MAC中的一个或ONU的唯一MAC。LLID和MODE用来标识一个数据包是由哪个MAC发送和接收。OLT的PCS工作模式为单向模式。 扩展后的RS子层数据的前导码由以下部分构成:
6、SLD(LLID定界符)、LLID和CRC8。SLD用来定界LLID和CRC8,LLID域识别源MAC或目的MAC。CRC8用于校验。,PCS子层对数据监测和前向纠错的扩展,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。1000BASE-X设备可使用自协商机制进行连
7、接,但在1000BASE-PX的P2MP网络中,禁止使用自协商协议。 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。,采用光介质的点到多点以太网络特征,支持规范定义的点到点仿真(P2PE); OLT支持多个LLID和MAC客户端; 每个ONU至少支持一个LLID; 支持单拷贝广播机制; 支持动态带宽分配的灵活体系结构; 使用32比特时间戳来发布定时信息; 基于MAC控制的体系结构; 对已发现设备进行测距来提高网络性能; 进行连续测距以补偿往返时间的变
8、化。,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,通用MPCPDU,目的地址(DA)
9、: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,对16比特发送进行计数。时间戳计时步进值为16比特。 Data/Reserved/P
10、AD: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,一般由下层MAC产生。,选通(GATE),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。 为了将GATE消息作为MPCP从而使得OLT到ONU保持激活状态,授权的个数可以被设置为0。,REPORT,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
11、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。,REGISTER_REQ MPCPDU的标志域,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。,REGISTER MPCPDU的标志域,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
12、。,REGISTER_ACK MPCPDU的标志域,EPON技术研究下行帧结构,前导码 8Bytes,DA 6Bytes,SA 6Bytes,长度/类型 2Bytes,数据 461500Bytes,填充 不定,FCS 4Bytes,以太网MAC帧,EPON MAC帧,EPON技术研究上行帧结构,行帧由突发的以太网帧MPCP上行控制帧物理层的突发开销组成,MPCP发现过程,进程由OLT发起,它周期性地产生合法的发现时间窗口(Discovery Time Windows),使OLT有机会检测到非在线的ONU。 发现进程的下一步是OLT向新发现的ONU发送注册(Register)消息,该消息包含ON
13、U的LLID以及OLT要求的同步时间。 OLT可以要求ONU重新执行发现进程并重新注册。同样,ONU也可以通知OLT请求注销,然后通过发现进程进行重注册。,测距,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 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,一般要求在全 12b
14、it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,EPON测距,RTT= Tdownstream +Tupstream= TresponseTwait=(t2-t0)-(t1-t0)= t2-t1,动态带宽分配(DBA)机制,相对于静态带宽分配(SBA),DBA是指实时地(ms级)改变PON中各ONU上行带宽的机制 优点:实现高效的上行带宽利用率和服务质量保证 重点:DBA算法 具体要求: 业务透明 低时延和低时延抖动 公平带宽分配 健壮性好 实时性强,下行数据的安全性,因为PON的多点广播特性,所有的下行数据都会被广播到PON系统中所有的
15、ONU上。如果有一个匿名用户将它的ONU接收限制功能去掉,那么它就可以监听到所有用户的下行数据,这在PON系统中称为“监听威胁” PON网络的另一个特点是,网络中ONU不可能监测到其它ONU的上行数据 在PON上解决安全性的措施是ONU通过上行信道传送一些保密信息(如数据加密密钥),OLT使用该密钥对下行信息加密,因为其它ONU无法获知该密钥,接收到下行广播数据后,仍然无法解密获得原始数据,下行数据安全性,加密算法:AES-128 加密机制:每1秒更新一次密钥,Churning,为提高用户数据的保密性,下行方向应支持三重搅动(Triple Churning)功能。 系统针对每个LLID的搅动功
16、能,每个LLID有独立的密钥。 搅动由OLT提出密钥更新要求,ONU提供3字节搅动密钥,OLT使用此密钥完成搅动功能。 在启用搅动功能后,对所有的数据帧和OAM帧进行搅动。 搅动密钥是ONU由上行用户数据中提取的3字节数据与3字节随机数Exclusive OR (XOR)异或相加的结果。这24位码,分别定义为(MSB)X1X8,P1P16(LSB)。,Churning-密钥更新同步过程,Triple Churning-加密,三重搅动采用3个级联的搅动器,每个搅动器均执行上述规定的单重搅动操作,每次搅动使用的密钥不同。 第一级搅动功能采用原始的24比特密钥(X1-X8, P1- P16,) 第二
17、级搅动所采用的密钥由原始24比特密钥右循环移位一字节后获得(P9-P16, X1-X8, P1-P8) 第三级搅动所采用的密钥由将原始24比特密钥右循环移位二字节时移获得 (P1-P16, X1-X8)。,Triple Churning-解密,三重解搅动的实现为三重搅动功能的简单镜像,业务QoS处理,EPON 支持IEEE802.1p 支持IP TOS 队列调度算法:SP、WRR、SP+WRR 支持端口限速 GPON GPON提供四种服务质量的传送业务,按优先级顺序依次为:fixed bandwidth(固定带宽)、assured bandwidth(保证带宽)、non-assured ban
18、dwidth(非保证带宽)和best effort bandwidth(尽力而为带宽)。 定义了5中T-CONT类型 通过OLT与ONU之间的信息交换,OLT获得ONU中T-CONT的种类和数量,并为其分配Alloc-ID,在DBA(动态带宽分配)机制的控制下,实现不同T-CONT的有服务质量差异的传送。,EPON-业务QoS处理与带宽控制,采用IEEE802.1p 或IP TOS机制,实现业务优先级区分,业务拥塞发生在交换芯片上,PON系统上下行基本不会拥塞,但须进行更精确的带宽控制和管理,无连接、只能简单的控制带宽(根据LLID1个ONU) 一个PON口相当于交换芯片的一个逻辑端口,对TD
19、M业务的承载,从IEEE802.3工作组制定EPON标准的原则来看,具体的业务封装由高层协议支持,因此,对于TDM业务在EPON中的传送,目前由私有协议解决(如PWE3等) 需重点解决如下问题: TDM信号与以太网之间高效合理的适配封装; TDM信号的严格同步定时; 电路业务的QoS的保证:时延、时延抖动,单拷贝广播,充分发挥EPON网络点到多点结构的特点,实现在EPON系统中高效视频组播,使同一个组播组的用户共享一条流,从而提高下行带宽的利用率。,光纤保护倒换:骨干光纤冗余,OLT:采用单个PON端口,PON口处内置12光开关,由OLT检测线路状态 光分路器:使用1:N光分路器; ONU:无
20、特殊要求。,光纤保护倒换:OLT PON口冗余,OLT:备用的OLT PON端口处于冷备用状态,由OLT检测线路状态、OLT PON端口状态,倒换应由OLT完成。 光分路器:使用2:N光分路器; ONU:无特殊要求。,光纤保护倒换:全保护,OLT:主、备用的OLT PON端口均处于工作状态; 光分路器:使用2个1:N光分路器; ONU:在PON端口前内置光开关装置,由ONU检测线路状态,并决定决定主用线路,倒换应由ONU完成。,运行维护管理(OAM)功能,不需要人工干预,PON系统自动完成对新ONU的发现和注册(包括初始测距) 在系统开通运行后,随业务发展需要增加新ONU,或故障修复后的ONU
21、要重新加入到系统,都要求这些ONU能够自动地加入而不影响正常工作的ONU 在线的性能监测、各种故障告警和远端故障指示、远端近端环回等 OLT对ONU进行远程管理的交互通道及通信协议,要求有一定的开放性和扩展性,EPONOAM功能,支持功能: Remote Failure Indication(远端故障指示) Remote Loopbak(远端环回) Link Monitoring(链路监视) 不支持功能 和单条链路不相关的管理功能,比如保护倒换和设备管理 业务提供和协商功能,比如带宽分配,速率适配和速度/双工协商等功能 OAM数据的安全性保证和OAM实体的认证不在标准定义的范畴 不支持设置/写
22、远端MIB变量的能力 特点 OAM的实现和使能是可选的。 提供一种实现OAM能力发现的机制。 提供一种扩展机制使高层管理功能的应用成为可能,EPON技术特点总结,与以太网系列标准兼容 适合承载基于以太网的业务 以太网技术成熟且已大规模应用,设备成本低 实现电信级可运营的应用,需解决ONU的互通和可管理问题,包括如下技术细节: 对TDM业务承载方式的标准化 动态带宽分配(DBA)机制的标准化 下行带宽分配和控制机制的完善 下行数据加密算法与密钥交换机制的标准化 OAM功能的进一步扩充以满足运营商需求,EPON设备、试验网测试,EPON系统参考模型,TP1:PMA子层与PMD子层下行差分信号测试点
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- EPON 技术 测试
链接地址:https://www.31doc.com/p-2771939.html