内容概要 ( 一 ) 现代电信网络发展趋势 ( 二 )EPON 技术与 FTTX ( 三 ) 接入网中的二层交换技术 ( 四 ) 烽火 EPON 设备介绍

EPON 关键技术和原理

内容概要 ( 一 ) 现代电信网络发展趋势 ( 二 )EPON 技术与 FTTX ( 三 ) 接入网中的二层交换技术 ( 四 ) 烽火 EPON 设备介绍

国内宽带接入网发展现状 (1) 我国宽带发展概况 中国已成为全球最大的 DSL 市场 截止 2007.5, 中国宽带用户为 5824 万, 其中 DSL 用户 4330 万 我国宽带用户发展情况 (M) 宽带接入技术以 DSL 为主, 到 60 51.9 2006 年底,DSL 所占比例为 72 % 2006 年底, 中国电信宽带用户比例为 60% 50 40 30 20 10 0.69 2.54 11.15 23.85 37.5 0 2001 2002 2003 2004 2005 2006

国内宽带接入网发展现状 (2) 中国电信宽带发展现状 中国电信宽带接入技术以 DSL 为主, 约占 70%, 为全球最大的 DSL 运营商 LAN 接入作为 DSL 的重要补充, 约占 30% 热点地区有少量 WLAN 覆盖 DSL 接入主要为用户提供 512k 1M 2M 4M 6M 等下行带宽和 512k 上行带宽 30 25 20 15 10 5 0 中国电信宽带用户发展情况 (M) 28.32 21.02 14.2 7.35 2.54 0.69 2001 2002 2003 2004 2005 2006 LAN 接入通常是小区 10M/100M 共享 中国电信宽带用户每年增长约 700 万

VDSL2 技术 (5) VDSL2 技术发展情况 VDSL2 技术经过近一年发展已取得较大进展, 目前部分设备商已经推出了基于 VDSL2 的测试版本的 DSLAM 设备 ; 目前 VDSL2 技术不成熟, 设备还处于研发和实验室测试阶段, 无法达到电信商用要求 ; 预计预计 2007 年下半年或 2008 年初, VDSL2 技术会达到商用要求 设备传输性能不理想或不稳定, 未能达到电信所期待的效果 多数厂商设备不能后向兼容 ADSL2+ ADSL 终端 不同厂商芯片的局端和终端设备不能互通 VDSL2 维护管理功能尚不成熟

我国 FTTH 发展战略 定位 : 推动 FTTH 时代早日到来, 使我国由通信大国变为通信强国 目标 : 在 2008-2017 年的 10 年时间内, 使我国 FTTH 用户达到 6190 万户 路线 : 国家和政府制定和实施推动 FTTH 的方针 法规和政策 积极推动 分步实施

我国 FTTH 发展目标

FTTH 的多种应用场合 高端居民用户 FTTH 网吧集中接入 农村信息化接入 视频监控接入 普通居民用户 FTTB 商业楼宇接入

北京通信 FTTH 宽 HOUSE 工程介绍 小区干线段 多层公寓楼 联体别墅

长春电信德惠区 FTTB( 一期 ) 项目 一期覆盖用户 4200 户

FTTO 是理想的商业楼宇接入解决方案 类型 1 用户 ANM2000 AN5006 1 POTS IPTV Server GE Cable AN5006 1 FE Softswitch /PSTN FE 光纤分路器 AN5006 类型 2 用户 1 POTS Internet GE STM-1 AN5116 1:32 1 FE 机顶盒 Cable 1 FE MSTP AN5006 类型 3 用户 2 E1 路由器 每个公司一个 ONU, 按需分配带宽 ONU 通过交换机或路由器与公司内部网络相连接 在满足商住两用楼宇的需求时, 尤其能够凸现技术优势 机顶盒 Cable 1 FE

PON 是网吧接入的理想方案 e-fim ANM2000 AN5116 分光器 1:2 ( 不等分 ) IP 城域网 局端 AN5006 网吧 1 分光器 1:2 ( 不等分 ) 网吧 2 分光器 1:2 网吧 N-1 WWW.FIBERHOME.COM.CN 网吧 N 光通信专家

PON 平台用于 全球眼 接入

PON 在农村信息化中的应用 农村信息化场景 A Internet PSTN V5/PRI V5/PRI AN5006 系列 ONU 村委会 多媒体室作为接入点 IPTV FE / GE FE / GE AN5116 系列 DDN E1/STM-1 Soft Switch H.248/H.323/MGCP H.248/H.323/MGCP 乡镇模块局 路边交接箱 ( 内置光分路器 ) AN5006 系列 ONU AN2000 DSLAM AN3000 MSAN 农村信息化场景 B 光纤到村庄,DSL 到农户

FTTH 建设的全面考虑 全面详尽的网络规划 经济适用的接入设备和无源器件 选择适于应用环境的接入用光纤和光缆 精湛熟练的施工技术 烽火科技是唯一可以全套提供设备 器件 光缆和施工技术的企业

内容概要 ( 一 ) 现代电信网络发展趋势 ( 二 )EPON 技术与 FTTX ( 三 ) 接入网中的二层交换技术 ( 四 ) 烽火 EPON 设备介绍

EPON 技术 (1) EPON 技术原理 EPON:Ethernet Passive Optical Network EPON 基于 IEEE802.3-2005 标准, 是以太网技术与无源光网络 (PON) 的结合, 是运行于点对多点环境下的千兆以太网 定义了专门的 PMD 子层 ( 光接口 ), 多点 MAC 控制协议 (MPCP 协议 ), 专门的 OAM MAC 层与以太网相同 对 RS PCS PMA 子层做了少量扩展

EPON 技术 (2) EPON 技术原理 : 下行数据传输方式 下行 TDM 广播方式传输 802.3MAC 帧 由于采用广播方式, 需要通过加密解决数据安全问题 : 采用三重搅动 (Triple Churning) 方式提高数据安全性

EPON 技术 (3) EPON 技术原理 : 上行数据传输方式 上行 TDMA 方式传输 802.3MAC 帧

EPON 技术 (4) EPON 技术特点 传送能力 1000BASE-PX10: 以太网速率 1Gb/s 对称 ( 线路速率 1.25Gb/s,8B/10B 编码 ),10km 至少 1:16( 功率预算上行 5-23dB 下行 5-21dB) 1000BASE-PX20: 以太网速率 1Gb/s 对称 ( 线路速率 1.25Gb/s,8B/10B 编码 ),20km 至少 1:16 ( 功率预算 10-26 db) 目前主流设备可实现 20km 1:32 工作波长 ( 单纤双向 ) 上行 :1260-1360nm( 常用 1310nm) 下行 :1480-1500nm( 常用 1490nm) 下行 CATV:1550-1560nm

EPON 技术 (5) EPON 总体发展情况 EPON 技术和设备已经成熟, 达到了规模商用水平 技术简单 易实现, 经过企业标准的完善, 已达到运营级要求 商用芯片和设备均较多并已比较成熟 ~ 芯片级和系统级互通已全面和大规模实现 在中国电信现场试验中设备已稳定运行一年半以上 成本在不断下降 在日本 韩国已得到百万量级的规模商用

GPON 技术 (1) GPON 技术标准 GPON: Gigabit-capable Passive Optical Networks GPON 基于 ITU-T G.984.x 标准 G.984.1: 总体要求 G.984.2:PMD 子层 G.984.3:TC 子层 G.984.4: 管理控制接口 (OMCI) ITU 标准, 比较详细 速率更高 PON 接口的告警和性能监视能力更强, 能够支持非以太网 /IP 业务

GPON 技术 (2) GPON 技术原理 下行 TDM 广播方式, 上行 TDMA 方式 对于 TDM 业务, 支持定长时隙

GPON 技术 (3) GPON 技术特点 速率 标准规定 7 种对称 非对称速率组合 : 下行 2.5Gb/s 1.25Gb/s, 上行 2.5Gb/s 1.25Gb/s 622Mb/s 和 155Mb/s 目前多数设备实现 2.5G/1.25G 距离 :20km,10km( 可选 ) 分路比 :1:16 1:32 1:64 功率预算 :5-21dB 10-26dB 10-28dB 工作波长 单纤 : 下行 :1480-1500 nm, 上行 :1260-1360 nm 双纤 :( 上下行相同 )1260-1360 nm

GPON 技术 (4) GPON 技术总体发展情况 GPON 技术尚未达到规模商用水平, 需进一步推动其发展成熟 商用芯片少 ( 尤其是 OLT), 不够成熟 不同厂商的互通性尚未解决 设备的功能 性能 稳定性等尚未经规模商用检验 欧美主要运营商的选择 Verizon AT&T FT DT (GPON+VDSL2) Telefonica TI (GPON+VDSL2) 国际主要设备厂商看好的技术

EPON 与 GPON 比较 同一代 PON 技术 相似的技术特点和应用场景 同样的缺陷 : 上下行方向安全性 两种技术的目标和理念 EPON: 以简单的方式满足主要的业务需求 (IP 风格 ) GPON: 以复杂的方式满足完备的业务需求 (ATM 风格 ) GPON 的 PON 接口速率更高 链路级的告警和性能监视能力更强, 能够支持非以太网 /IP 业务, 但目前的成熟度与 EPON 相比有一年半以上的差距 经过企业标准的完善,EPON 已经能够满足运营要求, 实现了大规模的芯片级和系统级互通 EPON 设备与 GPON 设备 ( 成熟后 ) 均可满足近期的主要业务需求

EPON 与 GPON 技术选择 EPON GPON 技术选择最终取决于 技术能力 成本 成熟度 / 产业链 市场及业务需求 时机

FTTx 网络业务支持能力 (1) 网络业务带宽需求假设 提供节目 所需带宽 并发比 标清电视 100 套 100 3M=300M 100% 组播 高清电视 10 套 10 8M=80M 100% 组播 标清点播 多个节目源 3M/ 路 30% 高清点播 多个节目源 8M/ 路 30% 上网 - 2M 33% 话音 2 路 200k 100%

FTTx 网络业务支持能力 (2) FTTB(EPON+DSL/LAN) 网络业务支持能力分析 1Gb/s 1:8 1:16 1:32 16/24/32/ 线 DSL n 为一个 PON 口下所带宽带用户数 带宽需求分析 : 直播 :300M(100 路标清 )+80M(10 路高清 ) 点播 :n 30% 8M 380M+n 30% 8M+n 33% 2M+n 200k 1000M 上网 :n 33% 2M 话音 :n 200k n 190 结论 : 为保证各业务的服务质量, 满配情况下, 单个 PON 口下带的宽带用户不能超过 190 户 随着高清电视频道数的增加, 网络接入带宽需求会进一步增大, 为保证各业务的服务质量, 需要减少 PON 口下所代用户数 ( 减少分光比或减少单个 ONU 所带用户数 )

FTTx 网络业务支持能力 (3) FTTB(GPON+DSL/LAN) 网络业务支持能力分析 2.5Gb/s 1:8 1:16 1:32 1:64 16/24/32/ 线 DSL n 为一个 PON 口下所带宽带用户数带宽需求分析 : 直播 :300M(100 路标清 )+80M(10 路高清 ) 点播 :n 30% 8M 380M+n 30% 8M+n 33% 2M+n 200k 2500M 上网 :n 33% 2M 话音 :n 200k n 650 结论 : 为保证各业务的服务质量, 满配情况下, 单个 PON 口下带的宽带用户最多可支持 650 户, 远超过 EPON 业务支持能力 随着高清电视频道数的增加, 网络接入带宽需求会进一步增大, 为保证各业务的服务质量, 需要减少 PON 口下所代用户数

FTTx 网络业务支持能力 (4) EPON FTTH 网络业务支持能力分析 1Gb/s 1:32 1. 带宽需求分析 : 直播业务 :300M(100 路标清 )+80M(10 路高清 ) 点播业务 :32 30% 8M 485M 上网 :32 33% 2M 话音 :32 200k 2. FTTH 网络环境下, 最大可提供的高清直播电视频道数 : N 8+32 30% 8M+32 33% 2M+32 200k 1000M N 111 结论 : FTTH 组网模式下,EPON 网络能完全满足各种业务的带宽需求 EPON FTTH 网络可支持 111 个 HDTV 频道, 平均每户可至少开展 3 路 HDTV 业务

FTTx 网络业务支持能力 (5) GPON FTTH 网络业务支持能力分析 2.5Gb/s 1:64 1. 带宽需求分析 : 直播业务 :300M(100 路标清 )+80M(10 路高清 ) 点播业务 :64 30% 8M 上网 :64 33% 2M 话音 :64 200k 2. FTTH 网络环境下, 最大可提供的高清直播电视频道数 : N 8+64 30% 8M+64 33% 2M+64 200k 2500M N 286 结论 : 589M GPON FTTH 网络可支持 286 个 HDTV 频道, 平均每户可至少开展 4 路 HDTV 业务 FTTH 组网模式下,GPON 网络能完全满足各种业务的带宽需求, 且 GPON 网络业务能力强于 EPON 网络

FTTP 的发展预测 一定时间内 ADSL FTTB+LAN FTTH 共存 ; 其中短时间内 ADSL 将持续占主流 ( 固网运营商 ), 但 FTTB+LAN,FTTH 市场容量将大量增加 ; 在小区宽带接入方面, 驻地运营商, 新兴运营商将首选 FTTB+LAN 或 FTTH 方式组网 ; FTTH 网络将为用户提供更加丰富的业务, 满足不同用户需求

FTTx 系统 NMI 接入网系统管理功能 ONT 业务节点功能 OLT ODN ONT FTTx 系统的基本组成 : SNI S/R R/S UNI 光线路终端 (OLT, 局端设备 ) 光分配网 (ODN, 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 (ONU/ONT)

OLT 功能模块示意图

ONU 功能模块示意图 业务部分 核心部分 用户端口功能 交换功能 复用 / 解复用功能 ODN 接口功能 ODN 用户 用户端口功能 供电 公共部分 OAM

FTTx 的实现技术

EPON 是当前最合理的 FTTH 选择 成本低, 速率高, 多业务能力强 ; 业界已经有较为丰富和成熟的产品可选择 ;

分路器 连接器型 尾纤型 熔融拉锥型 & 平面波导型

两种常见的分路器 熔锥型分路器 平面光波导功率分路器 (PLC) 优点 : 优点 : 技术成熟, 成本低 损耗对传输光波长不敏感 分光比可以根据需要制作, 可制作不等 分光均匀 分分路器 结构紧凑, 体积小 缺点 : 单只器件分路通道很多, 可以达到 损耗对光波长敏感 32 路以上 均匀性较差, 不能确保均匀分光, 可能 多路成本低, 分路数越多, 成本优影响整体传输距离 势越明显 插入损耗随温度变化变化量大 (TDL) 缺点 : 多路分路器 ( 如 1 16 1 32) 体积 器件制作工艺复杂, 技术门槛较高 比较大, 可靠性也会降低, 安装空间受 相对于熔融拉锥式分路器成本较到限制 高, 特别在低通道分路器方面更处于劣势 2010 年 9 月

两种分路器的比较 2010 年 9 月

产品现状 - 网络拓扑 AN5116-01 AN5006-05 AN5006-06

EPON 分层结构参考模型 (a) 分层结构参考模型 (b) 分层结构参考模型细化

EPON 的关键技术 突发模式光收发器技术 帧结构 测距 动态带宽分配 (DBA) 机制 下行数据安全性技术 业务 QoS 处理 TDM 业务的承载 运行维护管理 (OAM) 功能的实现

突发模式光收发器技术 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 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 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 的接收机和 ONU 的发射器工作在突发模式

小结 EPON 的突出优势 传输距离长 传输距离最大 20 公里 ( 与分路比有关 ) 系统可靠性高 无源光分路器 (ODN) 光纤 实现了接入网带宽质的飞跃 目前可以提供上下行对称的 100Mb/s~1Gb/s 的带宽 将来可以升级到 10Gb/s 的带宽 服务质量有保障 OLT 发挥对整个系统的主控作用, 彻底改变了以太网设备各自为政的局面 EPON 系统具有先进的测距 环回测试 断电告警以及端口状态监视等维护功能, 克服了以太网缺乏 OAM 手段的缺陷 EPON 系统可以对每个用户进行带宽的静态 / 动态分配, 并保证每个用户的 QoS 系统成本低 EPON 在一根光纤上实现双向传输, 节省了光纤资源 ODN 放置在靠近用户的地方, 节约了光纤资源 节约了近 50% 的光收发模块

EPON 的 OAM 功能 EPON 系统定义了一种全新的运行管理和维护协议, 以支持 : Remote Failure Indication( 远端故障指示 ) Remote Loopbak( 远端环回 ) Link Monitoring( 链路监视 ) 不支持功能 和单条链路不相关的管理功能, 比如保护倒换和设备管理 业务提供和协商功能, 比如带宽分配, 速率适配和速度 / 双工协商等功能 OAM 数据的安全性保证和 OAM 实体的认证不在标准定义的范畴 不支持设置 / 写远端 MIB 变量的能力 特点 OAM 的实现和使能是可选的 提供一种实现 OAM 能力发现的机制 提供一种机构扩展机制使高层管理功能的应用成为可能

EPON 技术研究 -MAC 帧结构 传统以太网 MAC 帧 前导码 7Bytes 帧定界符 1Bytes DA 6Bytes SA 6Bytes 长度 / 类型 2Bytes 数据 46 1500Bytes 填充不定 FCS 4Bytes EPON MAC 帧 前导码 8Bytes DA 6Bytes SA 6Bytes 长度 / 类型 2Bytes 数据 46 1500Bytes 填充不定 FCS 4Bytes 55 55 SLD 55 55 LLID LLID CRC8 SLD :SLD 指示 LLID 和 CRC 位置

EPON 的关键技术 MPCP 控制帧 五种类型的 MPCP 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 MPCPDU; 目前定义了 5 中 MPCPDU: GATE(OLT 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

测距 OLT 与各 ONU 间的环路时延不同 : 各 ONU 距 OLT 的光纤路径不同 各 ONU 元器件的不一致性 环境温度的变化和器件老化, 环路延时也会发生不断的变化 测距是保证 PON 系统内 ONU 上行方向不发生时隙冲突的基础 测距包括静态测距和动态测距 : 静态测距 : 用在新的 ONU 安装调试阶段 停机的 ONU 重新投入运行时, 通过开窗测距技术获得往返时延, 并对时延差异进行补偿 动态测距 : 应用于系统运行过程中, 通过检测往返时延的变化对温度 光电器件老化等因素的影响进行补偿 测距要求 测距精度高, 一般要求在全 1~2bit 内 测距过程对运行中的其它 ONU 的影响最小, 保证运行业务的 QOS 测距范围大, 即能提供的均衡延时大