FTTH建设装维培训基地参考教材—FTTH基础知识.pdf
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1、华中国电棺V CHINA TELECOMFTTH建设装维培训基地参考教材parti-FTTH基础知识1内容提纲 FTTH技术简介 FTTH技术概况 PON系统基本原理 FTTH PON系统的实现 FTTH组网结构 EPON技术简介 GPON技术简介 PON系统的多业务承载 典型PON系统及其应用 下一代PON技术 光进铜退文件解读2令中国电棺V CHINA TELECOMFTTH技术概况宽带光纤接入及fttx的概念 FTTH、FTTO、FTTP以全程光纤的方式实现最终用户的接入,包 括家庭用户和企业用户,用户接入设备(如 ONU)由单个用户(家庭、企业或办公室)独享根据光纤到达用户侧的位置不同
2、,宽带光接入网的应用方式(建设 模式)包括以下几种,这些模式统 称为FTTx-FTTNFiber To The Node,光纤到节点-FTTZFiber To The Zone,光纤至I小区-FTTCabFiber To The Cabinet,光纤至交接箱-FTTCFiber To The Curb,光纤到路边-FTTBFiber To The Building,光纤至楼-FTTPFiber To The Premise,光纤到用户驻地-FTTHFiber To The Home,光纤到户-FTTOFiber To The Office,光纤到办公室3令中国电棺V CHINA TELECOM
3、FTTH技术概况-主要的pon技术相同的拓扑P2Mp光纤BPONEPONGPONFSAN提出,ITU-T标准化ATM封装技术成熟在北美有一定规模商用IEEE 802.3标准以太网封装技术简单、成本低标准较完善技术成熟,已经规模应用FSAN提出,ITU-T标准化GEM封装技术复杂,成本略高标准仍在完善已试商用和小规模部署封装协议不同目前FTTH常用的PON技术为EPON和GPONFTTH技术概况-主要的pon技术中困电棺CHINA TELECOMIEEE EPONITU-T GPON下行线路速率1.25G2.5G上行线路速率1.25GL25G 或 2.5G线路编码8B/10BNRZ(+scram
4、bling)分路比646 4传输距离20km20km数据链路层协议Ethernet协议,简单Ethernet over GEM and/orATMTDM支持能力TDM over PacketTDM over GEM,采用了 125us的帧长及定时机制,能够比较容易地支持Native TDM业务和话音业务运行和管理Eth 0AM(可选SNMP)PLOAM+OMCI下行数据流加密三重搅动AES系统成本低低5令中国电棺V CHINA TELECOM无源光网络(PON)系统基本原理 上行方向为TDMA方式各ONU上行数据分时发送,各ONU的发送时间与长度由OLT集中控制特定ONU发来终端用户3ONU3
5、无源光网络(PON)系统基本原理令中固电唁V CHINA TELECOM 下行方向为广播方式下行数据广播发送,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送往特定ONUONU3 终端用户37令中国电棺V CHINA TELECOM无源光网络(PON)系统基本原理 无源光网络(PON)是指一种点对多点的光接入技术及相应系统 PON系统局端设备和远端/用户端设备之间的光分配网络只包 含无源器件或设施 PON系统的基本组成:-光线路终端(OLT,局端设备)-光分配网(ODN,光纤环路系统,包含光分路器、光纤光缆及 光缆分线盒、光缆交接箱等一系列无源器件)-光网络单元(ON
6、U,用户端设备)NMI接入网系统管理功能SNI S/R R/S UN,8令中国电棺V CHINA TELECOM无源光网络(PON)系统基本原理 PONOLT和ONU的功能模块-PON的核心功能模块-与L2交换机类似的功能模块ODN 接 J_L 口功能ODN接 口功能OLT,复用/I解复用 II功能千兆以 太接口交换 功能核心 网络TDM接口 千兆以.太接口OAM与L2交换机或DSLAM类似9令中国电唁CHINA TELECOMFTTH PON系统的实现(1)机架式OLT(大型):采用插板式 结构,功能复杂、容量大,实现难 度高。包括如下板卡-接口板(或者称为线卡)-主交换板-主控板(主控和主
7、交换板可能合 在一个板卡)-上联板(GE/10GE)盒式OLT(小型):1U高一体化 小设备:2-4个POND,1-2个 上联GE口.功能简单,容量小,实 现容易GE/10GE 光口GE/10GE)出口L2 Switch Fabric(主交换板)|_J控制模块(主控板)P O N接口模块(接口板)P O N接口模块(接口板)P O N接口模块(接口板)ULLIUPON 光接口PONPON 光接口机架式OLT设备框图令中国电棺V CHINA TELECOMFTTH PON系统的实现FE/GE POTS(RJ-11)PON接口模块是核心语音处理模块以VoIP的方式提 供语音业务CPU负责整个ONU
8、的控制和管 理(包括与OLT与网管的通信)ONU设备框图令中国电棺V CHINA TELECOMFTTH PON系统的实现 SFU(单住户单元)型ONU-主要用于单独家庭用户,仅支持宽带接入终端功能,具有1或4个以太网接口,提供 以太网/IP业务,可以支持VoIP业务(内置IAD)或CATV业务,主要应用于FTTH 的场合(可与家庭网关配合使用,以提供更强的业务能力)。HGU(家庭网关单元)型ONU主要用于单独家庭用户,具有家庭网关功能,相当于带PON上联接口的家庭网关,具有4个以太网接口、1个WLAN接口和至少1个USB接口,提供以太网/IP业务,可 以支持VoIP业务(内置IAD)或CAT
9、V业务,支持TR-069远程管理。主要应用于 FTTH的场合。SBU(单商户单元)型ONU-主要用于单独企业用户和企业里的单个办公室,支持宽带接入终端功能,具有以太 网接口和E1接口,提供以太网/IP业务和TDM业务。主要应用于FTTO的场合。FTTH PON系统的实现(4)电中固电信V CHINA TELECOM ODN网络配套器材-局端配线设施:光配线架等-光分配点设施:光配线架、光交接箱、光分线盒、光分路器、光分歧接头盒等-光用户接入点设施:光分路器、光分线盒、光分歧接头盒等-用户端接设施:用户智能终端盒、光纤信息面板-其他基本器材:光缆、光纤连接器、尾纤等中心机房OLT北爱交接蒋拄墙式
10、光分路单元13令中国电唁V CHINA TELECOMFTTH组网结构Scenario 1VoIP TInternet 无源光介质尸已6=前向纠错GMH=千兆比媒质无关接口MD1=媒质相关接口OAM=运行、管理和维护OLT=光线路终端ONU=光网络单元PCS=物理编码子层PHY=物理层 乂人=物理媒质附加 PMD=物理媒质相关!=调和子层EPON协议栈(2)电中国电唁*CHINA TELECOM MAC Client(媒体访问控制客户端)子层提供终端协议栈的以太网MAC和上层之间的接口 OAM子层负责有关EPON网络运维的功能 MAC控制子层负责ONU的接入控制,通过MAC控制帧完成对ONU的
11、初始化、测距、和动 态带宽分配。采用申请/授权(Request/Grant)机制,执行多点控制协议(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 MAC(Medium Access Control,媒介接入控制)子层负责物理层的数据转发功能。将上层通信发送的数据封装到以太网的帧结构 中,并决定数据的发送和接收方式23EPON协议栈(3)电中国电唁*CHINA TELECOM RS(Reconciliation Sublayer,协调子层)子层将MAC层的业务定义映射成GMII接口的信号。RS子层定义了EPON的前导码格式,它在原以太网前导码的基础上引
12、入了逻辑链路标识(LLID)区分OLT与各个ONU的逻辑连接,并增加了对前导码的8位循环冗余校验(CRC8)PCS(Physical Coding Sublayer,物理编码子层)将GMII发送的数据进行编码/解码(8B/10B),使之适合在物理媒质上传送 PMA(Physical Medium Attachment,物理媒介接入)子层为PCS提供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位并行码转换为串行码流,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。生成并接收线路上的信号24EPON协议栈(4)电中国电唁*CHINA TELECOM P
13、MD(Physical Medium Dependent,物理媒介相关)子层主要完成光纤连接、电/光转换等功能。PMD为电/光收发器,把输入的电压变化状态变为光波或光脉冲,以便能在光纤中传输 MDI(Medium Dependent Interface,媒质相关接 口)规范物理媒质信号和传输媒质与物理设备之间的机械和电器接口 GMII(Gigabit Media Independent I nterface,吉比特媒质无关接 口)允许多个数据终端混合使用各种吉比特速率物理层25EPON协议栈EPON系统的物理层规范 令 中圄电唁*CHINA TELECOM PCS(Physical Codin
14、g Sublayer,物理编码子层):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-数据监测:扩展突发模式操作,为了避免近端ONU的自发辐射噪声干扰 远端ONU的信号,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。-前向纠错(FEC):用于提高光连接可靠性和传输距离。-在物理层1 0一4误码率的情况下使得数据层的误码率达到1。-12误码率-约3dB的编码增益26EPON协议栈EPON系统的物理层规范中困电棺CHINA TELECOM PMA(Physical Medium Atta
15、chment,物理媒介接入)子层:-时钟(bit)同步-接收机对输入数据流的相位和频率同步时间-为使ONU工作在OLT相同的时钟基准上,ONU的发送(TX)时钟 必须跟踪ONU接收(RX)的时钟-码组对齐(Byte同步)-码组对其(奇偶对齐)-TCDR和Tcode_group_alignnierLt值之和应 小 于432ns-TCDR:400ns内比特同步-Tcode_group_alignment:32ns 内完成码组对齐27EPON协议栈EPON系统的物理层规范 令 中圄电唁*CHINA TELECOM PMD(Physical Medium Dependent,物理媒介相关)子层:-规定
16、了 1000BASE-PX10和1000BASE-PX20两种光模块支持点到多点 光纤媒质-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IO*-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28令中国电棺V CHINA TELECOMEPON协议栈EPON系统的物理层规范描述1000BASEPX10-U1000BASEPX10-D1000BASEPX20-U1000BASEPX20-D单位光纤类型B1.1,BL
17、3单模光纤光纤数目1标称发射波长1310149013101490nm发射方向上行下行上行下行最小范围(注1)0.5m 10km0.5m 20km最大通道插入损耗(注2)2019.52423.5dB最小通道插入损耗(注3)510dB描述1000BASEPX20-U1000BASE 1PX20-DGoobasePX20+-U1000BASE 1PX20+-D单位光纤类型B1.1,B13单模光纤光纤数目1标称发射波长1310149013101490nm发射方向上行下行上行下行最小范围(注1)0.5m 20km0.5m 20km最大通道插入损耗(注2)2423.52828dB最小通道插入损耗(注3)1
18、0dB29令中国电棺V CHINA TELECOMEPON协议栈EPON系统的物理层规范突发模式光收发器技术-OLT的接收机和ONU的发射器工 作在突发模式-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-OLT还要进行大范围的自动增益调 整(AGC)-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TeK Run:50.0MS/S Sample W30EPON协议栈 EPON系统的数据链路层协议 令 中圄电唁*C
19、HINA TELECOM RS(Reconciliation Sublayer,协调子层)子层-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。RS子层实现将具体的MAC实体与其MAC帧的一对一的 对应关系-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-就RS子层而言,EPON标准仅修改了传统GE(1000BASELX)标准中 的前导码和帧定界符部分,对以太网帧的主体部分未
20、作任何改变-EPON系统中以太网帧的前导码和帧定界符合并为一个8字节的前导码(Preamble)字段。该字段由以下部分构成: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 MACo CRC8用于校验31EPON协议栈 EPON系统的数据链路层协议 令 中圄电唁*CHINA TELECOM EPON技术研究一 一MAC帧结构传统以太网MAC帧前导码帧定界符DASA长度/类型数据填充FCS7ByteslBytes6Bytes6Bytes2Bytes46 1500Bytes不定4BytesEPON MAC帧TXDOJ:前导码 8Bytes
21、DA6BytesSA 6Bytes长度/类型 2Bytes46 1500Bytes填充 不定FCS4BytesX/X.偏移量数据域原前导码/SFD替换后的前导码/SFD1-0 x55相同2*0 x55相同5555SLD5555LLIDLLIDCRC83SLD0 x550 xd5:SLD指示LLID和CRC位置4-0 x55相同5-0 x55相同第5字节的第6、第7比特被中国电信和国 内用于搅动信息标识字段(Enc)6LLID|I5:8|0 x55(注 1)7LLID7:00 x55(注 2)8CRC80 xd5计算从3到7字节之间数据的CRC注1:mo de映射到TXD7,l o g ic a
22、link_id14映射到TXD6,l o g ic alin kj d凶映射到)12:l o g ic al/ink id7映射到TXD7.l o g ic al l ink id0映射到TXD0。32EPON协议栈 EPON系统的数据链路层协议 令 中圄电唁*CHINA TELECOM RS(Reconciliation Sublayer,协调子层)子层-SLD-SLD域用于进行LLID的定位,取值为0 xD5。-LLID:两个字节,由MODE和logicalink_id联合构成。-Mode变量:Ibit,在ONU MAC中始终为0,在OLTMAC中,可为1或0:-当LLID用来表示一个单拷
23、贝广播或是组播通路时,置为1;-在表示单播数据时,置为0。-Logical_link_id:15bit-值为0 x7FFF时,表示对未注册ONU MAC的广播帧-对于注册后的ONU MAC可以用0 x7FFF之外的其它值。-CRC-8CRC8域是一个8位循环冗余码 用于对SLD和LLID域进行校验 其生成多项式是:G(x)=x8+x2+x+133EPON协议栈EPON系统的数据链路层协议 守 中国电唁*CHINA TELECOM多点MPCP控制帧-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MPCP数据单元-目前定义了
24、5种MPCP数据单元:-GATE(OU: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。34令中国电棺V CHINA TELECOMEPON协议栈EPON系统的数据链路层协议 MPCPDU的通用帧格式目的地址(DA):MPCPDU中的DA为MAC
25、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 一个辛独MAC的地址。-长度/类型(Length/Type):用于标识MAC控制帧,值16进制的88-08-操作码(Opcode):操作码指示所封装的特定 MPCPDU-时间标签(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-信息域(Data/Reserved/PA
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