1、第第1頁頁 項目 epon的基本原理； epon的參考模型； 光網絡要求； 業務承載能力； sni和uni接口； 功能要求； 業務承載要求。交流目的 分析epon中國標準； 了解epon的關鍵技術； 了解epon的工作原理。pon技術技術 pon（passive optical network）無源光網絡的定義pon是一種應用于接入網，局端設備（olt）與多個用戶端設備（onu/ont）之間通過無源的光纜、光分/合路器等組成的光分配網（odn）連接的網絡。olt（optical line terminal）光線路終端onu（optical network unit）光網絡單元ont（ opti

2、cal network terminal）光網絡終端odn（optical distribution network）光分配網 下行數據廣播發送，每個onu根據下行數據的標識信息接收屬于自己的數據，丟棄其他用戶的數據 上行數據分時發送，各onu的發送時間與長度由olt集中控制tdma的接入機制pon的原理信號復用 pon系統采用wdm技術，實現單纖雙向傳輸（強制）。 為了分離同一根光纖上多個用戶的來去方向的信號，采用以下兩種復用技術：下行數據流采用tdm技術；上行數據流采用tdma技術。1490nm1310nmpon基本原理下行傳輸基本原理下行傳輸 下行數據廣播發送，每個onu根據下行數據的標

3、識信息接收屬于自己的數據，丟棄其他用戶的數據下行數據的安全？pon基本原理上行傳輸基本原理上行傳輸 上行數據分時發送，各onu的發送時間與長度由olt集中控制tdma的接入機制上行數據的同步？epon關鍵技術epon 基本特點olt與onu之間信號傳輸基于ieee 802.3以太網幀傳輸線路速率下行/上行：1250 mbit/s / 1250 mbit/s以mac控制子層的mpcp（multi point control protocol）機制為基礎，mpcp通過消息、狀態機和定時器來控制訪問p2mp的拓撲結構p2p仿真子層是epon/mpcp協議中的關鍵組件邏輯分光比1：32（1：64）支持

4、a、b類odn網絡attenuation range (itu-t rec. g.982)dbclass a: 5-20、class b: 10-25、class c: 15-30olt功能模塊示意圖 onu功能模塊示意圖 業務部分 用戶端口功能 用戶端口功能 用戶 供電 公共部分 oam 復用/解復用功能交換功能 odn接口功能 核心部分 odn epon的關鍵技術的關鍵技術 突發模式光收發器技術 幀結構 測距 動態帶寬分配（dba）機制 下行數據安全性技術 業務qos處理 tdm業務的承載 運行維護管理（oam）功能的實現突發模式光收發器技術突發模式光收發器技術 olt光接收機的快速功率恢

5、復要求olt在每個接收時隙的開始處迅速調整0-1判決門限 onu光發射機的突發發射和關斷為抑制自發散射噪聲，要求onu的激光器能夠快速的冷卻和回暖 olt光接收機的突發同步技術上行接收數據相位的突變要求olt的接收機工作在突發模式接收狀態 olt的接收機和onu的發射器工作在突發模式epon協議棧協議棧 在ieee802.3ah-2004中，定義了epon系統的iso/osi參考模型（如圖 2所示）。其中，與高層接口的是傳統的mac客戶子層，負責將高層的業務流映射進epon中進行傳送；oam子層是新增加的一項可選功能模塊，主要用于傳遞olt與onu間的操作、維護和管理（oam）消息；多點mac

6、控制子層則是epon的核心功能層，負責一個olt與多個onu的通信控制和協調，利用mac控制幀（如gate、report等）實現控制信息的交互；mac子層則是通信的主體，與普通以太網mac沒有區別；適配子層（rs子層）則被用于實現點到點的仿真（p2pe：point to point emulation），用于對epon內部的邏輯鏈路標識（llid）進行處理；數據鏈路層與物理層通過gmii接口通信； 物理編碼子層（pcs）則在完成傳統pcs子層8b/10b編解碼和字節同步的功能之外，新增加了可選的前向糾錯（fec）模塊，以進一步提高系統的性能；pma子層則主要完成串并和并串轉換及時鐘提取等功能，

7、與普通千兆以太網技術一致；pmd子層則主要完成信號的光電轉換，根據epon自身的特點，要求olt的光收發模塊具有突發接收的能力，而onu的光收發模塊則必須具備突發發送的能力。由于epon中各個onu距離olt物理距離的差異，到達olt側的不同onu的光功率可能有很大的差異，因此要求olt側的光接收機具有自動閾值控制（atc）的功能。此外，由于epon上行為tdma的工作方式，每個onu只能在預先分配好的時段內發送數據，否則將在olt側造成接收沖突。因此要求onu側的光發射機具有突發發送的功能，在不屬于自己的時段內應不發光或只發微弱的光（45dbm），在屬于自己的發送授權到來時，能迅速將光發射功

8、率調整到正常工作水平。epon協議層次epon設備模型efm epon開放式接入業務模型 上圖為efm建議的一種epon開放式接入系統架構。從圖中可以看出，對于epon系統本身，既可以是只提供光/電轉換的媒體轉換器，也可以是具有l2匯聚功能的業務集中器，具體實現可以根據用戶的實際需要確定。在這個開放系統架構中，有2種業務模型：一種是通過l3業務復用交換設備與一個集成的業務提供商相連，同時提供多種寬帶接入業務；另一種是通過l2帶寬集中器直接與各業務提供商的ip router、voip gateway、video server等相連，提供靈活的業務選擇。此種架構可以最大限度提高epon系統設計的靈

9、活性，降低設備成本，保護現有投資，具有強大的擴容和升級能力，便于實現業務平面與承載平面的分離，易于開展多項增值業務。從圖中還可以清楚看出，對于epon olt設備，是不需要提供l3路由等功能的，否則將影響系統的模塊化分割和業務的靈活性與擴展性。epon的參考模型oltoltonuonu1 1onuonu2 2onuonun n1:n無源光分路器odnodnsniuniifpon ifpon sni：業務節點接口uni：用戶網絡接口ifpon：pon 專用接口 鏈路仿真技術鏈路仿真技術工作原理 鏈路仿真技術是用于解決epon點到多點的拓撲結構與傳統以太網拓撲結構的兼容而開發的，可以在邏輯層面實現

10、olt與多個onu的通信機制。ieee 802系列標準定義了兩種類型的媒質：共享的媒質和全雙工。在共享媒質情況下，所有站點都連接到同一個訪問域，每次最多只能有一個站點發送數據，但所有站點都可以一直接收數據。在全雙工方式下，通常采用一個點到點的鏈路連接兩個站點或一個站點與一個網橋，此時，每個站點都可以同時發送和接收數據?；谝陨隙x，網橋將不轉發從一個端口發送回本端口的幀，即連接在同一網橋端口的所有站點可以在不需要網橋參與的情況下互相通信。這就會引起一個有趣的現象：同一epon系統內部連接到不同onu的用戶之間在沒有3層處理的情況下無法實現相互通信。為了解決這一問題，同時易于與其他以太網的無縫集

11、成，在epon系統內引入了新的鏈路仿真技術，以實現同一epon系統內連接到不同onu的用戶之間可以互相通信。 為了標識不同的onu和onu的不同端口或同一端口的不同業務類型，引入了llid這一僅在epon內部使用的標記，所有的epon內部操作如帶寬分配、地址學習、vlan模式等都是基于每個llid實現的，一個onu可以擁有1個或多個llid值。圖表示出了一種鏈路仿真技術的工作原理。上層共享局域網仿真（ulsle：upper layer shared lan emulation）模塊通過檢查幀的目的mac地址處理同一epon系統內部和epon系統與外部用戶間的通信。llid信息通過替換原有前導碼

12、的第六和第七字節來傳遞，其中第六字節的最高位（第7比特）用于指示傳輸模式。 “0”表示該幀為單播幀，“1”表示該幀為廣播或多播幀。onu上行發送的幀都會攜帶自身的源mac地址和llid信息，在olt內部通過mac地址的學習，建立onu各用戶的mac地址與所使用的llid對應表。在olt側，當接收到的幀的目的地至少有一個位于epon系統外部時，將該幀轉發至外部接口；當接收到的幀的目的地至少有一個位于epon系統內部時，修改該幀的llid信息后將該幀轉發回epon系統。olt下行發送時，根據幀的目的mac地址，查詢對應的llid，并將該值插入前導碼中的llid域。onu接收到下行幀時，當llid的

13、模式比特為“0”，且llid屬于該onu，則接收該幀，并將其轉發至該llid所對應的端口；當llid的模式比特為“1”，且llid不屬于該onu，同樣接收該幀，并提交高層處理；所有其他類型的幀都將被丟棄。epon內不同onu間通信原理示意 同一epon系統內部不同onu間通信的處理方式示意。從onu1發送過來的damac7的幀到達olt側的ulsle模塊時，由于其da已存在于已有的dallid對應表中，說明該da幀應發送回該epon系統內。于是將該幀的llid域改為llid4后下行單播發送，cpe4可以無須通過l3設備即可順利接收來自同一pon內部onu發送過來的數據幀，也就是通常所說的epo

14、n peerpeer功能。這也就為同一epon內部多種業務流的靈活、高效、快速傳送提供了重要的技術支撐。絕對時標技術 為了避免多個onu上行突發發送時的沖突，epon系統采用了先進的絕對時標（absolute timestamp）技術，即同一epon系統內部所有設備的定時都以olt側的定時為基準。系統通過上下行mpcp幀的timestamp域傳遞定時信息。 gate和report操作是mpcp協議的兩種操作模式（分別如圖 5和圖 6所示）。在olt側，發送gate幀（discovery gate和normal gate）的同時將本地時鐘計數器的值插入該幀的時標域。在normal gate中，還

15、將包含olt分配給該onu的發送起始和結束時刻。onu接收到屬于自己的gate幀后，提取其時隙起始和結束時刻存入相應寄存器，并將本地定時寄存器的值改為gate幀中的時標值，同時比較這兩個時標值的差是否大于guard_threshold的值（ieee規定該變量的默認值為4*16bits time），若大于該值，則認為時標發生了較大漂移，onu將發起一次重新注冊來修正。epon系統中rtt值的計算上下行帶寬控制與sla 為了滿足預先簽訂的服務水平協議（sla：service level agreement），需要對epon每個用戶的上下行帶寬進行精確控制。在圖 8中，通過使用下行scheduler

16、，結合嚴格優先級或加權公平排隊（wfq：weighted fairqueuing）等技術可以實現高優先級的業務始終能得到最高的服務質量，在實現用戶帶寬控制的同時，也可以保證不同業務對延時和抖動等指標的不同要求。epon olt芯片上下行帶寬管理實現方式示意 為了保證不同業務在epon內部能夠得到與其業務類型相匹配的服務，在onu側上行方向定義了不同的分類規則，查找引擎（lue：look up engine）利用這些規則確定從uni端口發送過來的包的流向，以建立特定類型的包與所使用的隊列的對應關系。而每個llid又與某一個或某幾個隊列相對應，通常選擇1個llid對應1個隊列。onu側每個llid

17、的上下行數據使用完全獨立的隊列進行處理，最大限度保證上下行業務的sla和qos onu側隊列分類與過濾機制示意圖動態帶寬分配（dba）技術 眾所周知，諸如語音等實時性業務對時延和時延的變化極其敏感。因此，除了在epon下行方向應用一定的帶寬管理策略，還必須保證實時性業務上行傳送時的延時和抖動等指標要求。采用基于每個llid的上行帶寬分配算法可以很好解決這一難題。通常在epon系統中，為了更好滿足tripleplay對qos的要求，每個onu最多可分配3個llid，每個llid又可以包括多個隊列。 動態帶寬分配即指在olt側，通過運行一定的帶寬分配算法，根據不同onu不同時刻的流量特性，結合用戶

18、服務水平協議（sla），通過reportgate機制實現上行帶寬的有效利用，同時保證不同優先級業務服務質量的一種高級功能。盡管各種動態帶寬分配算法層出不窮，但是其實現歸根結底都包括以下三個實現階段（如圖 10所示）：帶寬信息收集、帶寬分配和帶寬執行。 通過來自不同onu的report幀收集每個onu等待發送的數據隊列的大小，利用特定的帶寬分配算法，綜合考慮sla、優先級和帶寬利用率等因素，計算出分配給每個onu的下一輪詢周期的帶寬數量，通過normal gate發送給每個onu。 onu則根據接收到的發送起始和結束時間，合理安排各種優先級的數據突發發送。為了提高帶寬分配的即時性和有效性，通常利

19、用wfq算法，為不同sla的用戶設定不同的權重。此外，還可以基于單獨的llid分配帶寬，以支持多種業務的綜合接入。在有實時性業務傳送的情況下，要求tdm業務的輪詢周期小于2ms，通常為1ms；視頻業務的輪詢周期通常設置為25ms；普通數據業務輪詢間隔可以再長一些，通常為510ms，以實現在保證業務qos要求的前提下，盡可能提高系統帶寬利用率。 dba實現原理示意圖 為了一種上行帶寬分配模型，此時將業務分為高優先級（hp：higher priority）和盡力而為型（be：best effort）兩種。為了保證tdm業務的抖動最小，每個帶寬分配周期的起始位置將分配給onu的tdm業務數據包。假設

20、tdm數據包所包含的tdm業務長度為1ms，系統保護時間（guard time）為20ns至1us，數據流量為一泊松過程，包的長度服從所給出的分布。tdm數據包的延時與epon系統的負載之間的關系如圖 12所示，從圖中可以看出，高優先級的tdm數據包無論在網絡負載輕還是重的情況下，都能維持在600us的水平。 epon的系統配置epon系統由局側的光線路終端（olt）、用戶側的光網絡單元（onu）和光分配網絡（odn）組成，為單纖雙向系統。在下行方向（olt到onu），olt發送的信號通過一個1:n的無源光分路器（或幾個分路器的級聯）到達各個onu；在上行方向（onu到olt），一個onu發送

21、的信號只會到達olt，而不會到達其他onu。為了避免數據沖突并提高網絡利用效率，上行方向采用tdma多址接入方式并對各onu的數據發送進行仲裁。odn在一個olt和一個或多個onu間提供一條或多條光通道，每個光通道被限制在一個特定波長窗口內。由于是無源分路，因此在保密性和安全性方面需要采取特殊措施。光網絡要求 odn要求； pmd子層； rs子層； oam子層； mpcpodn要求 epon系統的odn應符合以下規定中的一種：olt和onu之間的最大傳輸距離為10km，支持的最大分路比為1:32；olt和onu之間的最大傳輸距離為20km，支持的最大分路比為1:16。 epon系統為單纖雙向系

22、統，上、下行應分別使用不同的波長，其中上行應使用1260nm1360nm波長，下行應使用1490nm1500nm波長，如果實現catv，則應使用1550nm1560nm波長。pmd子層 epon系統可使用兩種物理層類型：1000base-px10和1000base-px20，分別支持10km傳輸和20km傳輸。 在epon系統中，通過單模光纖網絡和點到多點的拓撲結構，單個下行pmd（d-pmd）在下行方向（d-pmd到u-pmd）通過廣播方式向多個上行pmd（u-pmd）發送數據；在上行方向接收多個u-pmd的突發數據。上下行方向使用同一根光纖。pmd類型定義描述描述1000basepx10-

23、u1000basepx10-d1000basepx20-u1000basepx20-d單位單位光纖類型b1.1, b1.3單模光纖光纖數目1標稱發射波長1310149013101490nm發射方向上行下行上行下行最小范圍（注1）0.5m10km0.5m20km最大通道插入損耗（注2）2019.52423.5db最小通道插入損耗（注3）510db注1：如果在鏈路上啟用前向糾錯，可獲得較大的最小傳輸范圍；也可以允許鏈路上有較高的通道插入損耗。注2：在標稱發射波長處。注3：鏈路的差分插入損耗是通道最大插入損耗和最小插入損耗之差。注4：插入電纜或元件產生的信號損耗，通常指衰減。插入損耗以接收信號電平的

24、對應分貝（db）來表示。 通道插入代價描述描述1000base-px101000base-px20單位單位上行上行下行下行上行上行下行下行光纖類型b1.1, b1.3 單模光纖光纖測量波長13101550（注1）13101550（注1）nm標稱距離1020km可獲得光功率預算（注2）23.021.026.026.0db信道插入損耗（最大）（注3）2019.52423.5db信道插入損耗（最?。ㄗ?）510db代價分配（注5）31.522.5db光配線網絡的光回波損失（最?。?0dbllid的定義txd7txd6txd5txd4txd3txd2txd1txd0modellid14llid13l

25、lid12llid11llid10llid9llid8txd7txd6txd5txd4txd3txd2txd1txd0llid7llid6llid5llid4llid3llid2llid1llid0 每個pon可以有32768個llid； mode在onu mac中始終為0，在olt mac中，可為1或0，定義如下：當llid用來表示一個單拷貝廣播或是組播通路時，置為1；在表示單播數據時，置位0。這一變量值為0 x7fff時，表示對未注冊onu mac的廣播幀，對于注冊后的onu mac可以用0 x7fff之外的其它值。 oam子層 操作、管理和維護（oam）子層提供了諸如遠端故障指示和遠端環

26、回控制等管理鏈路運行的一種機制。oam給網絡運營者提供了保障網絡良好運行狀態和快速故障定位的能力。 oam信息由oam協議數據單元（oampdu）承載，oampdu包含的控制和狀態信息可用于管理、測試和診斷已激活oam功能的鏈路。oampdu僅在對等oam實體間的單一鏈路上傳送，不會被mac客戶端（如橋設備和交換機）轉發。 oam不包括狀態管理、帶寬分配和提供功能 。 它們是itu-t y.1730的子集。 oam的功能遠端故障指示指示對端本地接收通道處于不工作狀態；支持單向操作的物理層設備在故障期間可支持oam遠端故障指示；符合附錄c規定的用戶接入物理層設備在故障期間可支持olt至onu的單

27、向oam遠端故障指示操作；除上面列出的物理層設備外，其他設備在故障期間不支持oam遠端故障指示 單向操作，一些設備在物理層有專門的遠端故障指示機制。遠端環回：提供了一種支持數據鏈路層幀一級環回模式的機制。鏈路管理支持包括診斷信息的事件通知；支持輪詢mib變量。其他oam的實現和激活是可選的；完成oam能力的發現；可擴展用于高層應用。oam遠端環回 oam提供了一個數據鏈路層幀級的遠端環回模式，該模式可選。oam遠端環回可用于故障定位和鏈路性能測試。當遠端dte處于oam遠端環回模式時，在任意時刻可要求本地和遠端dte統計性能并進行比較。在環回幀發送到遠端dte之前、期間或之后，均可產生這種詢問

28、請求。此外，由oam子層對環回幀進行分析以確定鏈路運行是否正常。下圖描繪了oam環回幀經過本地和遠端dte各子層的傳輸路徑。 epon網絡的基本特征支持規范定義的點到點仿真(p2pe)；olt支持多個llid和mac客戶端；每個onu至少支持一個llid；支持單拷貝廣播機制；允許動態帶寬分配的靈活體系結構；使用32比特時間戳來發布定時信息；基于mac控制的體系結構；對已發現設備的進行測距來提高網絡性能；進行連續測距以補償往返時差。為什么需要多llid為什么采用多llid在epon的工作范圍內，所有業務調度和管理都是以llid為依據的，其它的標記（如802.1p tag）并不能被識別和處理標準中

29、對多llid技術的規定國標送審稿（2005.5.26） b.1.2“每個onu至少支持一個llid”多llid技術的兼容性 的多llid是可配置的；多llid在什么場合有用在單純提供數據業務的ftth應用場合，多llid確實沒有明顯的作用大多數場合的ftth需要提供包括語音、數據、視頻等多種業務，此時，多llid將顯示出極大的技術優勢在fttb的應用場合，多llid將對不同用戶的管理和控制提供直接的技術保障可以按照llid來進行sla配置4個可配置參數：低時延/普通時延最小保障帶寬最大允許帶寬最大突發尺寸組播和scb 在下行方向，pon是一種廣播介質。為利用pon的這一能力，使olt向onu發

30、送廣播幀時不對每個onu都拷貝該幀，因此引入單拷貝廣播(scb)支持。 olt針對每個onu至少有一個mac與之對應。此外，olt還有一個標記為scb的mac。scb mac處理所有下行廣播業務，但是不能用于上行方向的業務流（客戶注冊除外）。組播功能可通過可選的上層功能實現。這些層可能需要在olt中進行為某些或者所有的onu實例化額外的mac（組播mac），從而使mac的總數超過(onu數+1)個。 當把scb mac連接到802.1d橋接端口時，由于廣播自身特點從而有可能形成回路。因此建議不把scb mac連接到802.1d橋接端口。 時延要求 mpcp協議依賴于嚴格定時，這是通過時間戳的分

31、發實現的。為了維護時間戳機制的正確性，相應的實現必須保證從mac到phy的時延不變。實際的時延大小取決于實現方式。但是，遵循規范的實現應該使所實現的mac棧時延維持在一定范圍內，而該范圍變化不超過16比特時間。 為了使得onu在接收到選通消息后有足夠的處理時間，olt的一個授權不應該小于1024個時間量子(time_quantum)。onu應該用小于這個時間段的時間來處理所有的消息。olt不應該以大于每1024個時間量子(time_quantum)一個消息的速度向一個onu發布消息。 時間量子(time_quantum)的單位是16納秒。自動發現與注冊（1） 發現是指新連接或者非在線的onu接

32、入pon的進程。olt執行該進程，它周期性地提供發現時間窗口(discovery time windows)，在此期間，非在線的onu有機會讓olt檢測到。這些窗口的周期沒有定義，由廠商決定。olt通過廣播發現選通消息指示發現周期。該消息包含發現窗口的開始時間和長度。非在線的onu在接收到該消息之后等待該周期的開始，然后向olt發送register_req消息。發現窗口是唯一有多個onu同時訪問pon的窗口，因此這些發送可能發生沖突。為了減少發送沖突，所有的onu使用一種競爭算法。通過模擬onu到olt距離的隨機分布等措施可以減少沖突發生的概率。每個onu在發送register_req消息前應

33、該等待一段隨機大小的時間，該時間段小于發現時間窗口的長度。值得注意的是在一個發現時間周期內olt可能會接收到多個有效的register_req消息。register_req消息中包括onu的mac地址以及最大等待授權的數目。olt接收到有效的register_req消息后，將注冊該onu，分配和指定新端口的標識(llid)，并將相應的mac和llid綁定。自動發現與注冊（2） 對于olt，該進程的下一步就是向新發現的onu發送注冊(register)消息，該消息包含onu的llid以及olt要求的同步時間。同時，olt響應等待授權的最大數?，F在olt已經有足夠的信息用于調度onu訪問pon，并

34、發送標準的選通(gate)消息讓onu發送register_ack。當接收到register_ack，該onu的發現進程就完成了，該onu被注冊，并且可以開始發送正常的消息流。層管理(layer management)負責執行mac綁定以及開始對新注冊的onu進行發送和接收。 olt可以要求onu重新進行發現進程并重新注冊。同樣，onu也可以通知olt請求注銷。然后onu可以通過發現進程進行重注冊。對于olt，register消息可以指示一個值，重注冊(reregister)或者注銷(deregister)，如果聲明上述的任一種，那么將強制接收到該消息的onu進行重注冊。對于onu，regis

35、ter_ack消息包含注銷位，該比特通知olt應該注銷本onu。 報告處理 報告處理功能模塊負責處理網絡中的隊列狀態報告的產生和終結。上層產生報告并由mac控制客戶端傳遞給mac控制子層。狀態報告用于上報帶寬的需求，也可用來為olt安裝看門狗定時器。 即使沒有帶寬請求，也應該周期性的產生報告，這將保證olt的看門狗定時器不會因超時注銷onu。為了保證該機制正常運轉，olt將周期性地向onu授權。mpcp gate（olt發出）允許接收到gate幀的onu立即或者在指定的時間段發送數據 report（onu發出）向olt報告onu的狀態，包括該onu同步于哪一個時間戳、以及是否有數據需要發送。 register_req （onu發出）在注冊規程處理過程中請求注冊。 register （olt發出）在注冊規程處理過程中通知onu已經識