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EPON网络的设计与实现PPT课件.pptx

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1、EPON网络的设计与实现123下一代广播电视网的网络构造45EPON的定义 EPON是以无源光网络的结构,采用的以太网协议,集以太网的经济实用性、无源光网络技术的低成本、易维护、易管理性于一体的新型接入网技术代表6FTTH与PON简介FTTH与PON的发展世界各国PON+FTTH的发展状况国内PON+FTTH发展的状况7FTTH与PON的发展FTTH(Fiber To The Home)是光纤接入网发展的一种终极形式。光纤接入网以光纤所达位置分为FTTB(光纤到大楼)、FTTP(光纤到驻地)和FTTC(光纤到路边)等几种情况,统称为FTTX 目前用光纤连接用户主要有两种实现方式:一种是光纤直接

2、连接每个家庭或大楼;另一种是采用无源光网络技术,用分光器把光信号进行分支,一根光纤为多个用户提供服务8FTTH与PON的发展(二)EPON技术作为上述第二种方式的代表,是基于以太网帧结构的无源光网络技术,它不仅继承了以太网的低开销和易用性,还拥有了光网络的高带宽,是实现FTTX众多技术方式中“性价比”最高的一种。EPON技术用以太帧为载体,采用的是一点到多点的结构,无源光纤传输方式,下行速率目前可达到l.25Gbits。上行以突发的以太网包方式发送数据流。EPON提供一定的运行维护和管理(OAM)功能。和传统的以太网相比,EPON主要增加了两部分功能;位于媒体接入控制(MAC)层之下的仿真子层

3、和被作为MAC层一部分的多点控制协议(MPCP)。仿真子层使得下面的点到多点网络在协议上层看来像是多个点到点链路,这一点是通过在每一个分组的开始加上逻辑链路标志(LLID)以取代2个字节的前导码来实现的。EPON技术和现有的设备具有很好的兼容性,新发展的QOS技术使以太网对语音,数据和图像业务的全面支持成为可能。这些技术包括全双工支持、优先级和VL AN等等9世界各国PON+FTTH的发展状况日本在FTTH上的发展一直处于世界领先地位美国作为全球最具规模的宽带接入市场,宽带接入市场总用户数达2740万在韩国,到2006年底,韩国己有700多万FTTH用户;意大利有50万用户;瑞典有40.5万用

4、户;荷兰共有60多万用户。10国内PON+FTTH发展的状况 目前,我国FTTX建设的驱动力也开始浮现出来,其中以视频业务的业务驱动最为明显。这样的视频业务包括视频会议、IPTV以及高画质网游等,其最大特点就是高带宽需求。单就带宽而言,ADSL还可以支持标清的IPTV业务,但是未来采用20Mbit/s左右的HDTV或者一户多视频终端的应用,带宽甚至会高达1OOMbit/s,因此FTTx才是能满足这些业务需求的选择。11EPON原理与关键技术分析PON技术发展进程国际标准化进展情况国内标准化进展情况12PON技术发展进程PON技术可细分为APON、EPON、GPON、2.5GEPON、10GEP

5、ON和WDM-PON技术等多种,目前ITU(International elecommunication Union,国际电信联盟)、FSAN(FULL Service Access Network,全业务接入网联盟)、IEEE(Institute ofElectrical and Electronics Engineers,美国电气电子工程师学会)、BroadbandForum(原DSL FORUM)都在进行相关PON技术的标准化工作,但关注点和侧重点各不相同。13国际标准化进展情况ITUT G.983.x和G.984.x系列标准分别对APON和GPON技术进行了非常完整的标准化工作,包括光

6、收发器接口参数,传输汇聚层、带宽分配管理、远程管理、波长分配等FSAN是一个由欧美电信运营商主导的、专注于光接入技术的国际标准化组织,其成员大部分活跃在ITU-T光接入技术标准工作组是ITU-T在光接入网技术领域方面的技术支撑组织。其技术文稿基本都输出至ITU-T并破采纳为ITU标准,著名的APON和GPON相关系列标准G.983.x和G.984.x技术文稿实际上都来自该标准化组织IEEE在1998年发布了吉比特以太网标准之后,从2000年开始,IEEE通过成立802.3.ah 即EFM(Ethernet for the First Mile,第一英里以太网)工作组的方式开始了EPON的标准化

7、工作。IEEE于2003年完成了EPON技术的标准化工作,它以吉比特以太网技术为基础,通过MAC层之上的MPCP(Multl-Point controlProtocol,多点控制协议)来实现PON的P2MP(Point to Multi-Point,点到多点)传输方式。该标准从设备制造商角度进行制定,协议实现简单,但OAM能力较弱Broadband Forum的前身是DSL Forum,原来是一个专注于研究DSL技术的国际标准化组织,从运营商的业务需求出发,在DSL传输能力,线路诊断、互通性、业务模型等方面进行了深入的研究,发布了一系列技术报告是xDSL技术领域的领导者14国内标准化进展情况从

8、2000年开始,CCSA(chlna Communications standards Association,中国通信标准化会)开始陆续制定和发布多项与PON技术相关的通信行业标准。目前已经完成或正在制定中的标准包括:窄带PON设备技术规范、设备测试规范;APON设备技术规范、设备测试规范;EPON设备技术规范、设备测试规范:EPON设备互通技术规范、互通测试规范:GPON设备技术规范(包括4个部分)、设备测试规范;宽带光接入网总貌;FTTH体系架构和总体要求:PON设备安全技术规范、安全测试规范:2.5GEPON技术规范;GPON互通技术规范。在上述标准中,“EPON系统互通技术规范”从E

9、PON系统层面对IEEE802.3.ah进行了补充,对OLT上的L2功能,QOS能力等进行了明确规定,特别是对EPON OAM进行了大量的扩展,实现丁EPON系统不同厂商OLT设备和ONU设备之间IP业务的互通。该标准得到了业界的极大认同,IEEE 802.3.ah工作组主席在IEEE会议发言中表示该标准已在中国推广并广泛采用。一些国外运营商世纷纷表示愿意采用该标准来规范当地的EPON设备15EPON原理框架与关键技术分析EPON网络结构 一个典型的EPON系统由OLT、ONU、ODN组成,如图所示。OLT(OpticalLine Terminal)放在中心机房,OLT既是一个交换机或路由器,

10、又是一个多业务提供平台,提供面向无源光纤网络的光纤接口。OLT除了提供网络集中和接入的功能外,还可以针对用户的QOSSLA的不同要求进行带宽分配,网络安全和管理配置。ONU(Optlcal Network Unit)为用户端设备。ODN(Optlcal Distributed Network)是光配线网,主要由一个或数个光分配器(Splitter)来连接OLT和ONU,它的功能是分发下行数据并集中上行数据。光分配器是一个简单设备,它不需要电源,可以置于全天候的环境中,一般一个光分配器的分光比为2、4、8、16或32,并可以多级连接。在EPON中,OLT到ONU间的距离最大可达20km。16EP

11、ON网络结构图17EPON层次模型对于以太网技术而言,PON是一个新的物理媒介。802.3工作组定义了新的物理层。而对以太网MAC层以及MAC层以上则尽量做最小的改动以支持新的应用和媒质。EPON的层次模型按照2003年1月发布的IEEE802.3.ah Draft1.3规定EPON系统通过一条共享光纤将多个ONU连接起来,其拓扑结构为不对称的基于无源分光器的树形或分支结构。MPCP就是使这种拓扑结构适用于以太网的一种控制机制。18EPON工作原理信号复用 EPON系统采用WDM技术实现单纤双向传输19为了分离同一根光纤上多个用户的来去方向的信号,EPON采用以下两种复用技术:下行数据采用时分

12、复用(TDM)技术,从局端接口单元发送的信号按时分复用依次送到各个用户单元。这种行为特征与共享媒质网络相同。上行数据流采用TDMA技术。20EPON的关键技术系统同步 系统同步是指由于EPON上行为多点到一点的拓扑结构,每个ONU发送时隙必须与OLT的系统分配的时隙保持一致,以防止各个ONU上行数据发生碰撞ONU的自动识别(1)随机延迟时间:(2)陆机跳过开窗:21EPON的关键技术EPON中TDM业务的传输 尽管数据业务的带宽需求正快速增长,但现有的电路业务还有很大的市场,在短期内仍将发挥其巨大的作用,在今后几年内还是业务运营商的主要收入来源。所以在EPON系统中承载电路交换网业务,将分组交

13、换业务与电路交换业务结合有利于EPON的市场应用和满足不同业务的需要。因此现在大家谈论的EPON实际都是考虑网络融合需求的多业务系统。EFM对TDM在EPON上如何承载,在技术上没有作具体规定,但有一点是肯定的就是要兼容的以太网帧格式。如何保证TDM业务的质量,实际上也就成为多业务EPON的关键技术之一22EPON中信息安全的考虑根据IEEE802.3ah规定,EPON系统物理层传输的是标准的以太网帧,对此,802.3ah标准中为每个连接设定LLID逻辑链路标识每个ONU只能接收带有属于自己的LLlD的数据报,其余的数据报丢弃不再转发。不过LLID主要是为了区分不同连接而设定,ONU侧,如果只

14、是简单根据LLID进行过滤很显然还是不够的。为此IEEE802.3ah工作组从2002年下半年召开几次会议,专门讨论有关EPON的链路安全性的问题,包括研究APON的G983建议中搅动机制,802.1x协议等,会议中另一个主要议题就是关于安全性的问题是单独放在EPON中解决,还是放到整个802体系中解决。最终,会议决定单独成立一个任务组结合EPON的具体情况,负责整个802体系的安全性问题的研究和解决。2003年1月份以原EPON安全小组的主要成员为主的新的工作组=开会议,将在尽量保证以太网体系架构的基础上,结合802.lx等已有以太网关于安全性的协议。加强和完善EPON和其他以太网应用的安全

15、性23关键协议多点控制协议(MPCP)在采用点对多点(P2MP)通信的网络设备中,主单元和从单元之间要采用点到多点控制协议(MPCP)来实现数据的有效传输。EPON系统是一种典型的点到多点传输接入设备,采用MPCP,可以实现一个可控制的网络配置,如ONU的自动发现,终端站点的带宽分配及查询,监控等。MPCP协议在MAC控制层实现,除802.3的31子句定义的消息外,还要引入5条新的控制消息:GATE(授权帧),REPORT(报告帧),REGISTE_REQ(注册请求帧),REGISTER(注册帧),REGISTER_ACK(注册确认帧)。采用MPCP可以优化网络资源如:利用测距,可以实现多个O

16、NU共亨传输线路,提升了带宽利用率:ONU可以报告其带宽需求,使网络管理者根据情况进行动态带宽分配(DBA)。通过P2P仿真,MPCP可以和现有的以太网兼容,传统的以太网帧格式仍然被保留,对等层之间的通信可以由网桥来控制。24动态带宽分配(DBA)带宽分配分为静态和动态两种静态带宽由打开的窗口尺寸决定,动态带宽则根据ONU的需要,由OLT分配。DBA技术是MAC层技术关键,它直接关系到上行信道的利用率和数据时延。TDMA方式的最大缺点在于其带宽利用率较低,采用DBA可以提高上行带宽的利用率,在带宽相同的情况下可以承载更多的终端用户,从而降低用户成本。另外,DBA所具有的灵活性为进行服务水平协商

17、(SLA:Service Level Agreement)提供了很好的实现途径。实现带宽动态分配的关键在于如何获得ONU的实际状态,各种DBA算法获得ONU状态的手段不同,目前MAC层争论的焦点就是DBA算法和802.3.ah标准中是否确定统一的DBA算法。25EPON网络建设规划设计以太无源光网络(EPON)作为一种新兴的光纤接入网技术,其应用方式与传统网络建设时所采用的组网方式有所不同。带宽测算方法,以及网元和光线路方面的规划设计方法需要进行针对性地改进,才能应用于EPON网络的建设规划设计,适应EPON网络建设的需求。而由于EPON本身技术带来的一些建设方式的变化,则需要新的规划和设计方

18、法加以支持。才能更好地进行项目实施26网络组网模式的选择 考虑组网模式的选择,首先是要了解分析网络的服务对象的类型和需求第一类:党政机关、税务、科研单位、企业单位第二类:写字楼,商夏,IT公司集中区第三类:大专院校第四类:宾馆、饭店第五类:住宅小区27 按照ONU的位置不同,FTTX渐进的不同形式可分为三种基本类型:光纤到路边(FTTC),光纤到太楼(FTTB),光纤到家庭(FTTH),FTTC,光纤到路边,其ONU设置在路边的入孔或电线杆 上的分线盒处,有时也可设置在光交接箱里。FTTB,光纤到大楼,是ONU直接放在楼内(如中小企业事业单位办公楼内),再经铜缆将业务分送到各个用户。FTTB比

19、FTTC的光纤化程度更高因而投资会稍大一些,更适合高密度用户区FTTH是一种全光纤网。它是将分光器设置在路边或大楼内,将ONU移到用户家庭或大企业单元用户(如大公司、研究所、政府机关、酒店宾馆等)的使用方式28设备规划 OLT设备一方面将收到来自终端用户的各种业务的信号进行汇聚,按照业务类型的不同分别送入各业务网中。另一方将汇聚网络下发的信号,按照一定的信号格式送入接入部分,向用户传输29设备性能要求 根据建设中应用经验的总结,考虑互通性和将来网络演进,OLT设备首先应符合相应的技术体制,并可以根据需要选择支持语音、数据、视频、TDM等业务能力,宜采用扩展能力强,可在线升级的设备。OLT设备应

20、能灵活地对其所带用能力,宜采用扩展能力强。OLT设备应能灵活地对其所带用户的同类同业务进行汇聚:对于所有以太网IP类业务,应支持通过不同的上联端口区分以及通过相同的上联端口以不同的VLAN等方式区分。30OLT设置方式建议在实际项目规划设计中,OLT布放位置一般会选用以下3种方式:(1)OLT放置于区局机房这样布放的适合于选择覆盖范围比较大的时候。这样的方式在操作和管理上具有一定的优势,适于网络建设的早期。(2)OLT放置于局端机房,相对于放置区局的方式它的覆盖面积相对较小,能够减少光缆资源的消耗,适于网络建设中期,用户相对集中的情况。(3)OLT放置于户外交接箱或小区机房,这种方式最大特点为

21、节省光纤,但管理和维护困难覆盖范围比较小,需要解决供电问题,如无特别情况一般不采取这种方式。OLT位置的选择主要取决于建设实施的场景,根据目前的阶段,一般建议将OLT放置于区局机房。维护与管理和运维成本的优势明显、目前用户的需求和网络建设的阶段是做出这种选择的原因31ONU设备规划设备性能要求 根据建设中应用经验的总结,考虑互通性和将来网络演进,ONU设备应符合相应的技术体制。应支持与OLT之间芯出片级的互联互通。ONU设备应可选择提供PON系统保护倒换功能。ONU可根据不同的应用场合配置不同的用户接口,一般情况下,家庭型ONU可提供1-2个FE接口、l-2个POTS接口;楼楼型ONU和企业型

22、ONU可提供8-24个FE/XDSL/POTS接口或以上接口的组合,或者只提供单个FEGE口通过下挂LANSwitch/DSLAM等设备的方式实现用户接入。如需提供CATV业务,ONU应配置WDM模块及CATV接口。32ONU设置与供电ONU应根据FTTX网络的应用模式、业务需求进行设置:(1)保证光网络通信安全;可将ONU设置在用户终端智能盒内提供保护,或者采用终端光纤信息插座,放置于桌面。(2)对于光纤到大楼的应用,可选择将ONU设置有密闭保护的空间内如:大楼竖井内或室外光交接箱等不同位置。ONU尽量都采用本地供电的方式。(3)如果EPON系统同时解决客户的通信问题,那么我们就需要考虑ON

23、U断电保护问题:a)对于光纤到户的应用,如开展语音业务,可根据需要配置拥有电池模块ONU进行断电保护,但因此会提升建设成本。b)对于光纤到大楼的应用,可根据需要对提供语音接入或承载的ONU引入物业方自建有供电线路实现保护。c)由于目前手机的普及率已经很高,在断电的情况之下,手机完全可以暂时代替固定电话,达到应急通信的目的,所以处于应急通信考虑时,也不必为每个ONU都提供断电保护,因此断电保护的设计可根据实际情况予以考虑。33光配线网ODN规划ODN为ONU和OLT的物理连接提供传输媒质。ODN的主要光特性有:光波长透明性;互换性:光纤兼容性。ODN中两个方向的光传输有如下定义:1、下行方向:用

24、于从OLT到ONU的信号传送。2、上行方向:用于从ONU到OLT的信号传送34光耦合器的性能指标主要有以下性能指标1、插入损耗2、附加损耗3、反射回波损耗4、分光比35ODN结构ODN网络建设以树形或星型结构为主,包括馈线段、配线段和入户段3个段落,段落之间的光分支点分别为光分配点、光用户接入点。ODN的馈线段从OLT局端延伸到各分配点,配线段从分配点延伸到各接入点。入户段则从接入点处延伸到每一个光纤用户,端接在用户室内或直接将入户光缆连接到ONU上。根据接入光缆网的分层结构(主干、配线和引入层)以及OLT的设置位置,对于光纤到户的应用,ODN网的配线光缆段可以是2级配线,有时可以是3级配线;

25、对于光纤到大楼应用,光分配点可以兼作光用户接入点,入户光缆段可以省去。ODN网络涉及的无源光配线设施主要有:光配线架、光交接箱、光分线盒、分光器、光终端盒、光纤信息面板等。36分光方式分光器的使用可采用一级或多级分光,分光方式一般采用等功率方式,也可采用不等功率的方式,主要取决于实际应用的地形和潜在用户分布等因素的影响37在分光结构规划设计时要重点考虑如下问题1)总分路比2)分光方式3)分光器位置38组网模式选择 组网模式的选择要根据业务和用户预测,针对不同的客户群,采用相应的网络组织模式,坚持“细分市场与建设相结合”的原则,逐步铺开网络的建设(1)高档住宅小区(2)工业区(3)商务街或别墅3940414243

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