華爲光貓電源power，pon、los、lan，引出 無源光網絡PON的原理

 

無源光網絡（Passive Optical Network ，PON） 主要採用無源光功率分配器（耦合器）將信息送至各用戶。因爲採用了光功率分配器，使功率下降，所以較適合於短距離使用。

PON（無源光網絡）是指ODN（光配線網）中不含有任何電子器件及電子電源，ODN所有由光分路器（Splitter）等無源器件組成，不須要貴重的有源電子設備。一個無源光網絡包括一個安裝於中心控制站的光線路終端（OLT），以及一批配套的安裝於用戶場所的光網絡單元（ONUs）。在OLT與ONU之間的光配線網（ODN）包含了光纖以及無源分光器或者耦合器。
 

PON技術的發展

APON（ATM PON）
1995年提出，1996年由13家大型網絡運營商同它們的主要設備供應商組成了FSAN (Full Service Access Network)聯盟，155Mb/s的PON系統技術規範，ATM傳輸協議，ITU-T G.983系列標準

BPON（Broadband PON）
2001年，APON標準後來獲得了增強，可支持622Mb/s的傳輸速率，同時加上了動態帶寬分配、保護等功能，能提供以太網接入、視頻發送、高速租用線路等業務，寬帶的PON

GPON（Gigabit PON）
FSAN聯盟進行1Gb/s以上速率的PON標準研究，但願提出一種方案，除了能運行在更高的速率外，還要在多業務、OAM&P、可擴縮性等方面較之其它的PON效率更高。這一研究使得Gigabit PON(GPON)出現。2003年1月，ITU-T批准確立了GPON標準G.984.一、G.984.2和G.984.3

EPON（Ethernet PON）
是一種新型的光纖接入網技術，它採用點到多點結構、無源光纖傳輸，在以太網之上提供多種業務。它在物理層採用了PON技術，在鏈路層使用以太網協議，利用PON的拓撲結構實現了以太網的接入。所以，它綜合了PON技術和以太網技術的優勢：低成本；高帶寬；擴展性強，靈活快速的服務重組；與現有以太網的兼容性；方便的管理等等。

 

無源光網絡PON的原理

1、光纖接入網的接入方案

(a)    P2P，點對點的網絡傳輸成本過高，浪費光纖資源。

(b)    光纖到路邊交換機，下降了傳輸成本，可是在接入側增長了帶電設備，增長了故障點，也相應的增長了維護成本。

(c)    PON網絡以點到多點的方式，不只下降了傳輸成本，也避免了接入側故障點的增長。

 

2、PON網絡架構

無源光網絡（PON）是一種採用點到多點（P2MP）結構的單纖雙向光接入網絡，其典型拓撲結構爲樹型。

PON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，爲單纖雙向系統。在下行方向（OLT到ONU），OLT發送的信號經過ODN到達各個ONU。在上行方向（ONU到OLT），ONU發送的信號只會到達OLT，而不會到達其餘ONU。ODN在OLT和ONU間提供光通道。

 

 

3、FTTx場景

FTTC (Fiber to the Curb) 光纖到路邊

FTTB (Fiber to the Building) 光纖到樓

FTTH (Fiber to the Home) 光纖到戶

 

4、PON技術標準化狀況

 

 

5、EPON數據複用方式

lEPON系統採用WDM（Wavelength Division Multiplexing）技術，實現單纖雙向傳輸

下行數據流採用廣播技術

上行數據流採用TDMA (Time Division Multiple Access)技術

 

 

6、EPON下行數據

廣播方式：EPON的下行爲廣播方式，全部的ONU都能收到相同的數據，可是經過LLID來區分不一樣的ONU的數據，ONU 過濾廣播報文來接收屬於本身的數據。

 

7、EPON上行數據

TDMA: OLT統籌管理ONU發送上行信號的時刻，發出時隙分配幀。ONT根據時隙分配幀，在OLT分配給它的時隙中發送本身的上行信號。（相關技術：測距、DBA）

 

8、EPON協議簡介

lMAC Client：MAC地址主機（一般指一個ONT或者ONU）

lOAM：  Operation Administration Maintenance 運行、管理和維護子層

lMPMC：Multi-Point MACControl 多點MAC控制子層

lMAC：   Media Access Control 媒體訪問控制

lRS：       Reconciliation Sublayer 調和子層

lGMII：   Gigabit Media Independent Interface 千兆比媒質獨立接口

lPCS：     Physical Code Sublayer 物理編碼子層

lFEC：     Forward Error Correction 前向糾錯

lPMA：   Physical Medium Attachment 物理媒質附加子層

lPMD：   Physical Medium Dependent 物理媒質相關

lMDI：    Medium Dependent Interface 媒質相關接口

 

 

9、MPCP子層

MPCP：Multi-point Control Protocol 多點控制協議

OLT和多個ONU經過MPCP協議對話，實現：

    控制MAC幀的發送和接收；

    Gate Processing；

    Discovery Processing；

    Report Processing。

從而完成「多點MAC控制層」的功能。

 

EPON系統經過一條共享光纖將多個DTE鏈接起來，其拓撲結構爲不對稱的基於無源分光器的樹形分支結構。MPCP就是使這種拓撲結構適用於以太網的一種控制機制。 EPON做爲EFM討論標準的一部分，創建在MPCP（Muti-Point Control Protocol多點控制協議）基礎上，該協議是MACcontrol 子層的一項功能。MPCP使用消息，狀態機，定時器來控制訪問P2MP（點到多點）的拓撲結構。在P2MP拓撲中的每一個ONU都包含一個MPCP的實體，用以和OLT中的MPCP的一個實體相互通訊。做爲EPON/MPCP的基礎，EPON實現了一個P2P仿真子層，該子層使得P2MP網絡拓撲對於高層來講就是多個點對點鏈路的集合。該子層是經過在每一個數據報的前面加上一個LLD（Logical Link Identification）邏輯鏈路標識來實現的。該LLID將替換前導碼中的兩個字節。PON將拓撲結構中的根結點認爲是主設備，即OLT；將位於邊緣部分的多個節點認爲是從設備，即ONU。MPCP在點對多點的主從設備之間規定了一種控制機制以協調數據有效的發送和接收。系統運行過程當中上行方向在一個時刻只容許一個ONU發送，位於OLT的高層負責處理髮送的定時、不一樣ONU的擁塞報告、以便優化PON系統內部的帶寬分配。EPON系統經過MPC PDU來實現OLT與ONU之間的帶寬請求、帶寬受權、測距等。 MPCP涉及的內容包括ONU發送時隙的分配，ONU的自動發現和加入，向高層報告擁塞狀況以便動態分配帶寬。MPCP多點控制協議位於MAC Control子層。MAC Control向MAC子層的操做提供實時的控制和處理。

 

10、多點MAC控制層（ ONU自動註冊）

 

自動發現技術：

發現是指新鏈接或者非在線的ONU接入PON的進程。該進程由OLT發起，它週期性地產生合法的發現時間窗口(Discovery Time Windows)，使OLT有機會檢測到非在線的ONU。發現時間窗口的週期沒有定義，由廠商定。

在EPON系統中，最開始的也是相當重要的一步就是要解決光網絡單元ONU的註冊問題.。爲實現PON系統良好的可擴展性和方便的操做維護管理，在系統開通運行後，隨業務發展須要增長新的ONU或故障修復後的ONU要從新加入到系統時，但願這些ONU可以自動地加入而不影響正常工做的ONU。所以ONU的自動加入是PON系統的關鍵技術之一。

發現處理

步驟1：OLT經過廣播一個發現GATE消息來通知ONU發現窗口的週期。發現GATE消息包含發現窗口的開始時間和長度；

步驟2：非在線ONU接收到該消息後將等待該週期的開始，而後向OLT發送REGISTER_REQ消息（REGISTER_REQ消息中包括ONU的MAC地址以及最大等待受權（Pending Grant）的數目）；

步驟3：OLT接收到有效的REGISTER_REQ消息後，將註冊該ONU，分配和指定新端口的標識(LLID)，並將相應的MAC和LLID綁定。OLT向新發現的ONU發送註冊(Register)消息，該消息包含ONU的LLID以及OLT要求的同步時間。同時，OLT還對ONU最大等待受權的數目進行響應；

 

11、EPON與Ethernet幀比較

 

12、EPON關鍵技術

 

突發控制

EPON的點對多點（P2MP）的特殊結構和時分多址（TDMA）的接入方式了決定了OUN發送機工做在突發發送的模式下。ONU在何時發送數據，是由OLT來指示的，當OUN發送數據時，打開激光器，發送數據；當ONU不發送數據時，爲了不對其餘ONU的上行數據形成干擾，必須徹底關閉激光器。這樣，ONU上的激光器就須要不斷地快速（ns級別）打開和關閉。所以，傳統的針對連續傳輸設計的APC（自動功率控制）迴路，不能在突發模式發送的狀況下正常工做（連續模式的自動功率控制迴路之因此不能正常工做在突發模式下，是因爲當激光器關閉時，直流偏置切斷，當激光器被從新打開時，自動功率控制迴路已丟失了原來的狀態，直流偏置呈現不連續的變化）。

爲實現突發發送有2個方案：

一、採用數字APC電路；

二、改進傳統的自動功率控制系統。

具體實現方式不在這裏描述。方案1相比方案2存在一個缺點：它須要有一個微控制器的參與，並須要一塊高速的RAM，不利於模塊的集成，成本較高。

測距

EPON系統點對多點的特殊結構致使了各ONU的數據幀延時不一樣，爲防治數據在時域碰撞，並支持ONU的即插即用，必須引入測距技術。

各個ONU和OLT的物理距離不一樣、環境溫度的變化和光電器件的老化等因素都會產生傳輸時延。在ONU的註冊階段，爲補償因爲物理距離差別形成的的試驗，進行靜態測距；而在通訊過程當中，爲校訂溫度變化、期間老化等因素引發的時延漂移，會進行動態測距。

DBA

DBA算法就是實時地改變EPON的各ONU上行帶寬的機制。EPON中若是用帶寬靜態分配，對數據通訊這樣的變速率業務很不適合，如按峯值速率靜態分配帶寬則整個系統帶寬很快就被耗盡，帶寬利用率很低，而動態帶寬分配使系統帶寬利用率大幅度提升。

經過DBA，咱們能夠根據ONU突發業務的要求，經過在ONU之間動態調節帶寬來提升PON上行帶寬效率。

DBA具備以下的功能：

一、提升上行帶寬的效率

二、容許靈活的SLA策略

三、充分支持加強型業務特性

DBA採用集中控制方式：

全部的ONU的上行信息發送，都要向OLT申請帶寬，OLT根據ONU的請求按照必定的算法給予帶寬（時隙）佔用受權，ONU根據分配的時隙發送信息。其分配准許算法的基本思想是：各ONU利用上行可分割時隙反應信元到達的時間分佈並請求帶寬，OLT根據各ONU的請求公平合理地分配帶寬，並同時考慮處理超載、信道有誤碼、有信元丟失等狀況的處理。

 

光纖衰減和光功率預算