pon无源光网络Word格式文档下载.docx
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PON在下行方向(从OLT到ONU)是点对多点网络,OLT始终拥有整个下行带宽。
在上行方向(ONU到OLT),PON是多点对一点的网络,多个
ONU都向一个OLT发送数据,共享干路光纤带宽资源。
因此,在上行方向应该采用信道分割机制来避免发生碰撞,公平
有效地利用主干光纤的传输资源。
根据信道分割机制的不同,实用的
PON技术大致分为两类:
一是基于时分复用技术的无源光接入网
(TDM.PON);
二是基于波分复用技术的无源光接入网(WDM—PON)。
PON网络的突出优点是消除了户外的有源设备,所有的信号处理功能
均在交换机和用户宅内设备完成,避免了外部设备的电磁干扰和雷电影响,减少了线路和外部设备的故障率,提高了系统可靠性,同时节省了维护成本。
而且这种接入方式的前期投资小,大部分资会可以等到用户真J下接
入时才投入。
它的传输距离比有源光纤接入系统的短,覆盖的范围较小,但它造价低,无需另设机房,维
护容易。
因此这种结构可以经济地为居家用户服务。
PON应用于光接入网的独特优势:
(a)PON使端局到用户的距离更长。
基于PON的本地环路的距离可达20Km,这远远超过了DSL的最大覆盖范围。
(b)PON最小化了户外和端局内光纤敷设工程量。
PON在端局仅需要一
根光纤、一个
PON端口,这样能使端局设备耗电更少、占空间更少。
(c)PON提供更宽的带宽(由于光纤更靠近用户)。
光纤到楼、光纤到家、甚至光纤到
PC机达到了光纤贯穿到用户所有路径的目标,而光纤Nd,区/路边是
目前来说是最经济的。
(d)作为点到多点的网络,PON适合下行视频组播/广播。
通过波分复
用可以叠加其他
信道到PON上而不用改变设备电路。
(e)PON去掉了远置的复用/解复用设备,这样免去了网络运营商供电、维护之苦,取
代有源复用/解复用设备的无源光分/合路器可埋在地下。
(f)PON方便通过波分复用或提高速率升级,因为无源的光分/合路器
对信号传输是完
全透明的。
以上这些优势使得PON技术成为“第一英里”解决方案的最佳候选者。
2.2TDM—PON介绍
TDM.PON就是上行采用TDMA复用技术传输、下行采用TDM技术传输的PONo人们考虑把TDM—PON应用到用户技术入已经有相当长的时间了。
随着PON技术的发展,
相关标准化组织规范了几种TDM.PON技术网,它们的主要区别在于承载协议的不同。
目
前已标准化的有:
基于ATM的无源光网络(At&
#39;
ON)、基于以太网的无源光网络(EPON)采
用GEM的吉比特无源光网络(GPON。
它们之间的主要区别如下:
2.2.1EPON基本结构*nT作原理【17】【19】
EPON标准是由IEEE的EFM工作小组最早提出的,在很大程度上继承
了ITU.T和FSAN制定的APON标准ITU.TG.983,并采用了符合IEEE8023协议的以太帧承载业务
信息。
EPON是单纤双向系统j采用波分复用技术实现了上下行数据在
一根光纤上的全双
工通信模式,数据传输的速度均为1Gb/s(由于其物理层编码方式为
8B/10B码,所以其线
路码速率为1.25Gb/s)。
EPON的下行方向(即由OLT到ONU)采用广播方式,ONU将接收到所有的下行数据,
根据不同的LLID值提取属于各自的数据并去掉LLID标签。
LLID是指逻辑链路标识,OLT
为每一个注册上的ONU都分配一个LLID标签,根据此LLID来识别不同的ONU。
下行
传输的结构示意图如图2.2所示。
上行方向(由ONU到OLT采用TDMA多址接入方式共享系统,任一时刻只能有一个ONU发送上行数据;
数据首先在ONU处打上各自的LLID标签,然后根据OLT分配的时
隙传送到OLT,其结构示意图如图2.3所示。
2.2.3EPON的关键技术概述【211
EPON的关键技术包括动态带宽分配、OAM功能、实时业务传输质量、安全性考虑等
等多个方面,下面进行简单介绍。
♦动态带宽分配:
EPON中上行方向信道的传输是采用时分复用接入方式束共享光纤的,各个ONU收集来自用户的信息并向OLT发送数据,不同的ONU发送的数据占用不同的时隙,为了避
免产生冲突,OLT必须对上行信道的带宽进行仲裁、分配。
目前EPON动态带宽分配算法
都是状态报告类型的。
ONU通过上行报告帧报告带宽请求,OLT根据
各ONU带宽请求情
况和带宽分配策略决定各ONU的授权,通过下行授权帧(GATE通知各
ONU。
关于EPON
动态带宽分配策略或者说DBA算法,IEEE8023ah并没有规定,由各个制造厂商自行规定。
随着各种宽带业务的发展,用户对带宽的需求将会越来越大,如何根据不同用户的业务类
型与业务特点合理分配信道带宽,使网络提供者以一套最有效的手段利用网络资源,是决
定EPON系统性能的关键技术之一。
动态带宽分配也是目前EPON研
究的热点,目前已经
提出多种EPONDBA算法,其中具有代表性的是IPACT(Interleaved
PollingwithAdaptive
CycleTime算法【22】、IPAQG(IntegratedPeriodicandQuasiPeriodicGranting)DBAt41等等。
♦安全性考虑:
在点对多点的模式下,EPON的下行信道以广播的方式发送给与此相
连接的所有ONU,每个ONU都可以接收OLT发送给所有ONU的信息,所
以产生了一些安全隐患,必须对发送给每个ONU的下行信号进行加密。
加密算法主要有DES(DataEncryptionStandard)AES等,相比而言,AES更为理想。
加密和解密可以在数据链路层、物理层或者三层以上进行。
MAC层以上的加密控制只加密净负荷,而帧头和MAC地址信息都保留,
MAC层以下的加密可以使OLT对整个MAC帧各个部分都加密,给每个合法的ONU分配
不同的密钥,利用密钥对MAC的地址字节、净负荷、校验字节甚至整个MAC帧加密。
在物理层加密也是一种比较有效的方法,它能对整个比特流(包括帧头和循环冗余校验)进
行加密。
在接收端,物理层首先对数据进行解密然后将解密的数据传
送给MAC层验证。
但是,这种方案要求OLT的物理层对不同的ONU使用不同的密钥,由于物理层无连接特
性使得实现起来比较困难。
在第三层加密,需要对有效负荷进行加密,
而且要确保OAM
信息对MAC客户层的可见性。
♦以太网管理:
EPON在OLT和ONU之间定义了OAM子层,提供检测链路的操作,如远端故障指示和远端环回控制,OAM为网络管理员提供了监控网络以及快故障定位和错误告警的能
力。
OAM功能的实现是可选的,可在系统的某些端单独实现可选的
OAM功能,OAM不
包括状念管理、带宽分配和提供功能。
♦实时业务传输质量:
传输话音和视频业务时要求延时既恒定又很小,延时抖动也要小。
为了保证实时语音
业务和IP视频业务的传输,需要有与ATM或SONET相同的QoS并且需要系统易于管理。
一种方法是对不同服务质量要求的信号设置不同的优先权等级。
另一种技术是采用保留带宽
的方法,提供一个开放的高速通道,不传输数据,而专门用来传输语音业务,以确保
POTS(PlainOldTelephoneServic蒔需要保证响应时实时的业务能得到
高速传送。
2.3WDM—PON介绍126I
WDM—PON是基于WDM(
波分复用)方式实现的点到多点无源光网络,即采用波长作为用户端
ONU的标识,利用波分复用技术实现多址接入,能够充分利用光纤的巨大传输带宽。
WDM.PON采用WDMA协议解决信道争用问题。
在OLT侧可使用多
波长光源,下传给ONUl、ONU2、?
NUn的数据以直接调制或外调制方式,加到波长为九l'
九2'
?
九n'
的光载波上发送。
RN处的WDM复用/解复用器用来将每个ONU与特定的波长相对应。
每个ONU分配一对波长分别用于上下行传输,这样就提供了OLT到各ONU固定的虚拟
点对点连接。
下行传输时,通过波分复用器把信号分配给目的ONU。
上行传输时,每个
ONU使用一个特定的波长,通过波分复用器复用到一根光纤上,传送
到OLT因为各个
波长相互独立,上传信号不会发生碰撞,因而不需要定时和网络同步。
WDM—PON以其高带宽、协议透明、线路速率独立、虚拟点对点连接、高安全性和可
扩展性在接入领域中同益突出。
可以说,WDM.PON将是无源光网络发展的长期目标,但
目前出于光器件还未成熟,稳定性高成本成为其发展的一大障碍,短期内在接入网中实现
WDM.PON还不实际。
TDM—PON与WDM.PON的比较
a)带宽:
在TDM—PON中,用户共享带宽,虽然带宽可以灵活有效地动态分配,但
是对算法的要求较高,并要考虑具体的情况,增加用户就会影响其他用户带宽的使用,而
且OLT和0NU及其相关的器件都要工作在线速率下。
而在WDM.PON中,用户独享带宽,
每个用户都有连接到OLT的点到点的光通道,因此不需要动念带宽分
配,WDM.PON能
够在相对低的速率下为每个用户提供高带宽。
b)功率预算:
在TDM.PON中,随着ONU数量的增加,由于分路器的原因信号的光功率损耗也随着增加。
而WDM.PON用的是高效的复用/解复用器(如膜干涉滤光片、声光
滤波器、光纤光栅、阵列波导光栅等),WDM.PON的插入损耗比
TDM.PON的分路损耗
小,并且WDM.PON接收机工作在较低的比特率,因此具有极高的灵敏度。
在激
光器输出
功率相等的情况下,WDM.PON传输距离更远,网络覆盖范围更大。
C)透明性:
TDM.PON中数据分组由TDM复用器的处理,过程复杂。
而WDM.PON系统将数据分组直接映射至波长信道,使得对各种协议和速率透明,将使网管、保护等任
务相对简单,可以提供更强大的OAM&
amp;
P功能。
di高效性:
TDM.PON系统在上行方向上,各ONU必须采用TDMA
协议,才能完成共享传输通道信息访问。
速率和帧结构的任何改变都会使MAC层协议及整个网络设备发
生改变。
而WDM.PON在上行传输时,每个ONU使用一个特定的波长,因此不需要专门
的MAC控制协议,降低了系统复杂度,提高了传输效率
el安全性:
在TDM.PON中,由于下行信号采用广播方式,所有ONU都可接收全部的下行数据,安全性无法保证,必须采用加密技术。
在WDM—PON中,去往不同ONU的
信号要通过波长选路,即WDM.PON中ONU之间是互不干扰的,安全性更有保障。
n易升级:
TDM—PON升级相对困难,而WDM.PON不需对底层结构进行重大改变就能充分利用光纤的巨大容量,并且它的升级和点对点网络一样容易。
g)业务特性:
在业务层面上,将来网络必须具有通用性以适应各种增值业务,如VoIP、
HDTV、IPTV等,QoS的保证成为关键。
而不同用户及其不同业务对吞吐量、时延、时延
偏差、误比特率等有不同要求,难以对QoS作统一要求。
WDM技术
分配不同波长信道,
即专用的虚拟点到点连接,有助于这些难题的解决。
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