EPON－標(biāo)準(zhǔn)與關(guān)鍵技術(shù)孫有越Saturday,February4,20231北京瑞斯康達(dá)科技發(fā)展有限公司帶寬需求導(dǎo)致接入網(wǎng)成為瓶頸Internet的飛速發(fā)展導(dǎo)致對(duì)帶寬需求的激增20/80變?yōu)?0/20，接入網(wǎng)成為瓶頸。xDSL在覆蓋距離和帶寬上不能滿足未來(lái)的需求。眾多用戶分享CableModem/HFC的帶寬，也無(wú)法滿足需求。光纖價(jià)格下降，進(jìn)一步靠近用戶，F(xiàn)TTx必然成為接入網(wǎng)的主流發(fā)展趨勢(shì)。由于所適用的地理環(huán)境不同，xDSL和CableModem/HFC仍然會(huì)繼續(xù)發(fā)展。2北京瑞斯康達(dá)科技發(fā)展有限公司PON技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生接入網(wǎng)的規(guī)模/對(duì)成本的考量限制了光纖分布拓?fù)?北京瑞斯康達(dá)科技發(fā)展有限公司PON的拓?fù)銹ON采用P2MP拓?fù)洌谠春湍康拈g的信號(hào)傳播路徑上沒(méi)有有源器件。長(zhǎng)距離、高帶寬、不受周圍環(huán)境的干擾維護(hù)簡(jiǎn)單天然的廣播特性4北京瑞斯康達(dá)科技發(fā)展有限公司PON的構(gòu)成OLT（OpticalLineTerminal）放在中心機(jī)房，用來(lái)連接接入網(wǎng)和骨干網(wǎng)。處于管理者的地位。POS（PassiveOpticalSplitter）是用來(lái)連接OLT和ONU的無(wú)源設(shè)備。有方向性，下行分光，上行合光。分線率為2×N，并可以進(jìn)行級(jí)聯(lián)。無(wú)源設(shè)備維護(hù)簡(jiǎn)單，但分線率/級(jí)聯(lián)數(shù)越高傳輸距離越短。ONU（OpticalNetworkUnit）放在用戶駐地側(cè)，用來(lái)連接接入網(wǎng)和最終用戶。處于被管理者的地位。5北京瑞斯康達(dá)科技發(fā)展有限公司PON技術(shù)的分支－WDMvs.TDMWDMvs.TDMWDM容量高，但對(duì)ONU要求高（波長(zhǎng)可調(diào)的光Modem），而ONU占PON的大部分成本。TDM容量相對(duì)小，但對(duì)ONU要求低，易于實(shí)現(xiàn)。WDM用來(lái)實(shí)現(xiàn)上下行流量分離上下行使用同一根光纖，但使用不同的波長(zhǎng)。下行方向廣播，每個(gè)ONU都能接收。上行方向ONU僅在屬于自己的時(shí)隙內(nèi)線速發(fā)送。6北京瑞斯康達(dá)科技發(fā)展有限公司PON技術(shù)的分支－BPON/GPONITU-T頒布的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)1996年，ITU-T頒布G.982，窄帶PON。1995年，F(xiàn)SAN制訂APON（ATM），使用ATM作為承載協(xié)議，后更名為BPON（Broadband）并于1997年交給ITU-T，隨后幾年頒布G.983系列標(biāo)準(zhǔn)。BPON的物理層規(guī)范將線路速率限制在622M，而ATM承載IP分組的效率又不高，于是2001年FSAN著手改進(jìn)BPON，將線路速率提高到2.5G并加入GFP作為承載協(xié)議，稱為GPON（Gigabit）。2003~2004年ITU-T頒布對(duì)應(yīng)的G.984系列標(biāo)準(zhǔn)。G.985－基于光接入系統(tǒng)的100M點(diǎn)到點(diǎn)以太網(wǎng)，2003年。7北京瑞斯康達(dá)科技發(fā)展有限公司EPON標(biāo)準(zhǔn)IEEEEFM工作組802.3ah-2004，自802.3-2002后的最大一次修訂，顯示了IEEE將以太網(wǎng)技術(shù)推向接入網(wǎng)的決心。修改/增補(bǔ)的內(nèi)容包括：針對(duì)P2P和P2MP等拓?fù)涞慕尤肟刂茖右?guī)范（MAC）針對(duì)雙絞線和光纖等介質(zhì)的物理層規(guī)范（PHY）OAMEPON是802.3ah的核心內(nèi)容，使用千兆以太網(wǎng)作為承載協(xié)議。8北京瑞斯康達(dá)科技發(fā)展有限公司EPON的關(guān)鍵技術(shù)Burst-ModeTransceiverMPCP（Multi-PointControlProtocol）DBA（DynamicBandwidthAlgorithm）LTE（LogicalTopologyEmulation）加密FEC（ForwardErrorCorrection）OAM9北京瑞斯康達(dá)科技發(fā)展有限公司Burst-ModeTransceiver突發(fā)模式OLT的接收器在每個(gè)時(shí)隙都調(diào)整判決門限以克服遠(yuǎn)近效應(yīng)。ONU的發(fā)送器在不發(fā)送時(shí)徹底關(guān)閉（以免噪聲在不屬于自己的時(shí)隙內(nèi)對(duì)OLT的接收器產(chǎn)生干擾），而打開(kāi)時(shí)能迅速穩(wěn)定。10北京瑞斯康達(dá)科技發(fā)展有限公司MPCPEPON在下行方向是共享介質(zhì)，在上行方向上則要表現(xiàn)為獨(dú)享介質(zhì)。每個(gè)ONU都要明確的知道自己應(yīng)該在什么時(shí)候發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送多長(zhǎng)時(shí)間，以免產(chǎn)生沖突。除了避免沖突之外，控制每個(gè)ONU的發(fā)送時(shí)間也達(dá)到了分配帶寬的目的，但MPCP僅僅是帶寬分配的執(zhí)行者而不是決策者。EFM工作組將MPCP設(shè)計(jì)為MAC的附加功能，依賴MAC控制幀實(shí)現(xiàn)，避免了設(shè)計(jì)新的MAC。11北京瑞斯康達(dá)科技發(fā)展有限公司MPCP（續(xù)）12北京瑞斯康達(dá)科技發(fā)展有限公司MPCP（續(xù)）13北京瑞斯康達(dá)科技發(fā)展有限公司MPCP－帶寬分配模式MPCP有兩種工作模式自動(dòng)發(fā)現(xiàn)帶寬分配帶寬分配模式使用GATE消息和REPORT消息，由MAC控制幀傳送。GATE消息由OLT送給指定的ONU，給它分配一個(gè)發(fā)送時(shí)隙（起始時(shí)間和持續(xù)長(zhǎng)度）。REPORT消息由ONU送給OLT，報(bào)告本地狀況（如buffer占用率等），在使用DBA的系統(tǒng)中這將影響帶寬分配決策。OLT和每個(gè)ONU都需要維護(hù)各自的MPCP時(shí)鐘并保持同步。14北京瑞斯康達(dá)科技發(fā)展有限公司MPCP－帶寬分配模式（續(xù)）15北京瑞斯康達(dá)科技發(fā)展有限公司MPCP－MPCP時(shí)鐘同步MPCP時(shí)鐘的同步一個(gè)32比特的計(jì)時(shí)器，每比特代表16ns。OLT在將Gating進(jìn)程產(chǎn)生的GATE消息發(fā)出去之前加上一個(gè)時(shí)間戳，記錄當(dāng)時(shí)的時(shí)間（由Controlmultiplexer完成）。ONU收到GATE消息后將本地的MPCP時(shí)鐘設(shè)為時(shí)間戳攜帶的時(shí)間（由Controlparser完成）。ONU要不斷的根據(jù)從線路數(shù)據(jù)中恢復(fù)的時(shí)鐘來(lái)校準(zhǔn)自己的時(shí)鐘。這種同步方案的兩個(gè)前提：OLT知道每個(gè)ONU的RTT時(shí)間（自動(dòng)發(fā)現(xiàn)時(shí)完成）。MAC層和PHY層的處理延時(shí)是常量。16北京瑞斯康達(dá)科技發(fā)展有限公司MPCP－自動(dòng)發(fā)現(xiàn)模式自動(dòng)發(fā)現(xiàn)模式同是MAC控制功能，全雙工流控的默認(rèn)狀態(tài)是允許發(fā)送而MPCP的默認(rèn)狀態(tài)則是不允許發(fā)送，如果沒(méi)有自動(dòng)發(fā)現(xiàn)，新加入的ONU將永遠(yuǎn)沉默。測(cè)量每個(gè)ONU的RTT（Round-TripTime）也是自動(dòng)發(fā)現(xiàn)的重要功能。使用GATE、REGISTER_REQ、REGISTER、和REGISTER_ACK消息，由MAC控制幀傳送。17北京瑞斯康達(dá)科技發(fā)展有限公司MPCP－自動(dòng)發(fā)現(xiàn)模式（續(xù)）18北京瑞斯康達(dá)科技發(fā)展有限公司MPCP－自動(dòng)發(fā)現(xiàn)模式（續(xù)）自動(dòng)發(fā)現(xiàn)的過(guò)程OLT決定發(fā)起一輪自動(dòng)發(fā)現(xiàn)，廣播一個(gè)特殊的GATE消息，里面定義了一個(gè)發(fā)現(xiàn)窗口，任何已注冊(cè)的ONU都不得在該窗口內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)。一個(gè)未注冊(cè)的ONU收到該消息后將本地的MPCP時(shí)間設(shè)為時(shí)間戳攜帶的時(shí)間。到達(dá)發(fā)現(xiàn)窗口的起始時(shí)間后再等待一段隨機(jī)延時(shí)（避免多個(gè)未注冊(cè)的ONU發(fā)生沖突），然后發(fā)送REGISTER_REQ消息，里面包含了自己的MAC地址。發(fā)送時(shí)加上時(shí)間戳，記錄本地的MPCP時(shí)間。收到REGISTER_REQ消息后OLT知道了要注冊(cè)的ONU的MAC地址和RTT時(shí)間，OLT向這個(gè)ONU發(fā)送REGISTER消息（這次不再是廣播），里面包含了分配給這個(gè)ONU的LLID。隨后再向這個(gè)ONU發(fā)送GATE消息，給它分配發(fā)送時(shí)隙。收到REGISTER消息后ONU要返回一個(gè)REGISTER_ACK消息，這個(gè)消息在收到的GATE消息指定的時(shí)隙內(nèi)發(fā)送。19北京瑞斯康達(dá)科技發(fā)展有限公司MPCP－RTT測(cè)量20北京瑞斯康達(dá)科技發(fā)展有限公司MPCP－RTT測(cè)量（續(xù)）這種測(cè)量方法排除了本地處理時(shí)間的干擾，為大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議所用。21北京瑞斯康達(dá)科技發(fā)展有限公司DBA在接入網(wǎng)從來(lái)都沒(méi)有過(guò)度供給，帶寬需求總是超出預(yù)算。靜態(tài)的帶寬分配一不能充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，二不能滿足QoS，在Triple-Play年代會(huì)被淘汰。根據(jù)ONU后客戶的SLA、ONU內(nèi)各隊(duì)列的空滿程度以及每個(gè)隊(duì)列所屬的業(yè)務(wù)類型等因素來(lái)決定分配給每個(gè)ONU的發(fā)送時(shí)隙。ONU也應(yīng)該有一套隊(duì)列調(diào)度機(jī)制與之配合最簡(jiǎn)單的隊(duì)列調(diào)度就是用隊(duì)列中較短的幀填滿當(dāng)前發(fā)送時(shí)隙而將隊(duì)頭的長(zhǎng)幀留到下一個(gè)時(shí)隙。隊(duì)列調(diào)度可能造成TCP亂序，起到相反的效果。22北京瑞斯康達(dá)科技發(fā)展有限公司LTEP2PE（Point-to-PointEmulation）23北京瑞斯康達(dá)科技發(fā)展有限公司LTE（續(xù)）LLID（LogicalLinkIdentifier）24北京瑞斯康達(dá)科技發(fā)展有限公司LLID的格式LLID置于Preamble中Preamble對(duì)于全雙工鏈路已經(jīng)沒(méi)有意義。OAM原本有Preamble-based和Frame-based兩派。25北京瑞斯康達(dá)科技發(fā)展有限公司加密可能的危險(xiǎn)單是LLID不足以防止ONU查看本不屬于自己的數(shù)據(jù)。一個(gè)簡(jiǎn)單的分光器就能在光纖上竊取數(shù)據(jù)。對(duì)抗的手段不是802.3ah標(biāo)準(zhǔn)的一部分（802.1ae）采用AES算法進(jìn)行加密（AdvancedEncryptionStandard）。上/下行都要數(shù)據(jù)都要加密，以幀為對(duì)象，除了Preamble之外都要加密（Preamble里含有LLID）。有初始密鑰，要不定期的更換密鑰，用OAMPDU交換密鑰（OAMPDU本身也被加密）。26北京瑞斯康達(dá)科技發(fā)展有限公司FEC發(fā)端編碼，收端糾錯(cuò)降低BER，延長(zhǎng)傳輸距離或提高分線率。FCS只具備檢錯(cuò)功能。RS(255,239)Reed-Solomon編碼，在無(wú)線系統(tǒng)中廣泛使用。體系碼，不改變編碼對(duì)象，編碼結(jié)果附加在其后。2^8–1=255，8比特為一個(gè)符號(hào)，即以字節(jié)為編碼單元。255–239=16，可以糾8個(gè)錯(cuò)符號(hào)。每239個(gè)字節(jié)產(chǎn)生16字節(jié)的糾錯(cuò)碼。27北京瑞斯康達(dá)科技發(fā)展有限公司FEC（續(xù)）編碼與傳輸編碼時(shí)幀長(zhǎng)如果不是239字節(jié)的倍數(shù)就填充。所有的編碼結(jié)果都置于幀后，用特殊的字符串指示。FEC只是可選項(xiàng)，這種結(jié)構(gòu)使得支持和不支持FEC的ONU可以共存于同一EPON中。28北京瑞斯康達(dá)科技發(fā)展有限公司EPONvs.BPON/GPON傳輸EPON線路編碼是8B/10B碼，BPON/GPON則是擾碼傳輸，流派不同，但后者效率高。EPON，1.25G的線路速率只能傳1G的數(shù)據(jù)（含開(kāi)銷）。GPON，1.25G的線路速率傳1.25G的數(shù)據(jù)（含開(kāi)銷）。速率目前EPON的上/下行速率都是1G，以后可以升級(jí)到10G。BPON是155M/622M可選，GPON是155M/622M/1.25G/2.5G可選，上/下行可以不對(duì)稱，比EPON靈活。距離EPON要求在分線率為16的前提下達(dá)到20公里。以20公里來(lái)計(jì)量，GPON可以實(shí)現(xiàn)64的分線率，但能以可接受的成本實(shí)現(xiàn)這樣的光功率預(yù)算的光模塊現(xiàn)在還沒(méi)有出現(xiàn)。29北京瑞斯康達(dá)科技發(fā)展有限公司EPONvs.BPON/GPON（續(xù)）成幀以太網(wǎng)幀是傳輸IP分組的最佳選擇（以太網(wǎng)非常普遍，無(wú)需轉(zhuǎn)換），ATM效率較低，信元稅一直為人詬病。BPON/GPON每幀125us，每秒8K幀，與傳統(tǒng)TDM業(yè)務(wù)的定時(shí)方式相符。短而定長(zhǎng)的幀結(jié)構(gòu)對(duì)控制延時(shí)和抖動(dòng)有利。GFP的效率較高，但是在傳送IP分組時(shí)由于短而定長(zhǎng)的幀結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的分組/重組（GEM）使得它不能發(fā)揮優(yōu)勢(shì)。定時(shí)以太網(wǎng)本身就不是嚴(yán)格定時(shí)的網(wǎng)絡(luò)，EPON寬松的保護(hù)間隔浪費(fèi)了一些網(wǎng)絡(luò)資源。BPON/GPON定時(shí)嚴(yán)格，但對(duì)設(shè)備要求很高，尤其是光模塊。這個(gè)問(wèn)題在高速的GPON中尤其明顯。30北京瑞斯康達(dá)科技發(fā)展有限公司EPONvs.BPON/GPON（續(xù)）結(jié)論BPON標(biāo)準(zhǔn)最成熟，元件供應(yīng)商和設(shè)備制造商都已能控制成本，部署范圍最廣。EPON相對(duì)簡(jiǎn)易，對(duì)以IP為核心的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)支持最佳，對(duì)定時(shí)嚴(yán)格的業(yè)務(wù)的支持則比不上BPON和GPON。EPON標(biāo)準(zhǔn)制定時(shí)間長(zhǎng)，這個(gè)過(guò)程中元件供應(yīng)商和設(shè)備制造商也在走向成熟。GPON標(biāo)準(zhǔn)過(guò)于復(fù)雜，元件供應(yīng)商少，現(xiàn)階段無(wú)法控制成本，改走BPON－EBPON－