PON/GPON技术问答
目录
1.宽带光接入的主要技术有哪些？ (1)
2.点对点光接入的技术和标准有哪些? (1)
3.什么是PON,由哪几部分组成? (2)
4.点对点光接入和PON技术各有什么特点? (4)
5.什么是EPON? (7)
6.什么是GPON? (7)
7.PON标准和技术下一步如何发展? (9)
8.EPON的光接口有几种,具有怎样的传输能力? (10)
9.EPON多点控制协议的主要功能和机制是什么？ (11)
10.什么是LLID? (13)
11.GPON常用的光接口有几种，具有怎样的传输能力？ (15)
12.OLT设备有什么形态？ (15)
13.ONU设备有哪些主要类型和形态？ (16)
14.什么是SFU？ (17)
15.什么是SBU？ (18)
16.什么是HGU？ (18)
17.什么是MDU？ (19)
18.什么是MTU？ (20)
19.什么是CBU？ (21)
20.PON系统的光链路保护主要有哪几种类型？ (21)
21.PON系统如何实现对光链路的监测？ (26)
22.PON系统主要有哪几种应用方式？ (28)
23.PON系统如何应用于FTTB/FTTC？ (29)
24.PON系统如何应用于FTTH/FTTO/FTTP? (31)
25.如何测试PON光接口指标？ (31)
名词解析（缩略语） (38)
1.宽带光接入的主要技术有哪些？
宽带光接入具有传输速率高、距离长、质量好、抗电磁干扰功能强、维护成本低等特点，是接入网的发展方向。根据光纤网络的拓扑结构，宽带光接入技术主要分为点对点和点对多点两大类。
点对点的光接入是指在点到点的光纤网络上实现接入的方式，主要实现技术包括媒质转换器（MC，也可称为光纤收发器）方式和标准化的点对点接入两大类。
点对多点的光接入是指在点到多点的光纤网络上实现多址接入的方式，主要采用无源光网络（Passive Optical Network,PON）技术，包括BPON(Broadband Passive Optical Network)、EPON(Ethernet Passive Optical Network)、GPON(Gigabit-capable Passive Optical Network)等。
在宽带光接入网络中，可以采用宽带光接入技术与基于其他媒质（如铜缆、五类线、无线）的宽带接入技术（如DSL、以太网、WLAN）相结合，向用户提供宽带业务；也可以采用宽带光接入技术和全程光纤直接向最终用户提供更高带宽和质量的业务，这是宽带接入网发展的最终目标。
2.点对点光接入的技术和标准有哪些？
点对点光接入的主要实现技术包括媒质转换器方式和标准化的点对点光接入两大类。
媒质转换器方式无统一标准，需要局端设备与用户端设备成对配套使用，可以提供以太网、EI等多种类型的接口。这种方式目前应
用比较广泛。
标准化的点对点光接入主要基于光纤以太网，目前IEEE和ITU-T分别制定了相关标准。
IEEE802.3规定的点对点光接入包括两种100Mbit/s速率的接口和两种1Gbit/s速率的接口，具体如下。
（1）100Base-LX10：100Mbit/s,双纤双向。
（2）100Base-BX10：100Mbit/s,单纤单向。
（3）1000Base-LX10：1Gbit/s, 双纤双向。
（4）1000 Base-LX10：1Gbit/s, 单纤单向。
这些接口的传输距离均为10km。标准中还规定了相关的操作、管理和维护功能。
ITU-T的点对点光接入标准为G..985和G..986。
G..985规定了速率为100Mbit/s的点对点光接口，在IEEE 802.3中100 Base-FX的规定的基础上，定义了新的单纤双向的PMD （Physicial Medium Dependent）层，目前仅规定了传输距离为10km 的光接口。
G..986规定了速率为1Gbit/s的点对点光接口，在IEEE802.3 1000 Base-FX的基础上，增强了对PMD层的要求，规定了传输距离为10km、20km和30km的3种光接口。标准中还规定了相关的操作、管理和维护功能。
3.什么是PON，由哪几部分组成？
无源光网络（PON）是指一种点对多点的光接入技术及相应的系
统，其局端设备和远端/用户端设备之间的光分配网络只包含无源器件或设施，不包括有源器件或设备。
PON系统由OLT(Optical Line Termination,光线路终端)、ODN(Optical Distribution Network,光分配网络)、ONU(Optical Network Unit,光网络单元)/ONT(Optical Network Termination,光网络终端)三部分组成如图1-1所示。
OLT是PON系统的局端设备，ONU是PON系统的远端/用户端设备，ONT特指用于单用户的ONU（本书统一采用ONU的提法）。
ODN提供OLT与ONU之间的光信号传输通道。ODN以无源光分路器为核心，还可包括光纤/光缆、光连接器以及其他光配线设施（如光配线架、光交接箱、光分线盒、光分歧接头盒）等。实际部署时主要采用一级分光的结构和二级分光的结构（如图1-2所示）。
PON系统最本质的特征有两点：第一是“点对多点”，即OLT 与ONU之间是点对多点关系；第二是“无源”，即ODN中没有源器件或设备，只存在无源器件或设施。
4.点对点光接入和PON技术各有什么特点？
点对点技术的特点是控制简单、带宽独享、业务隔离性和安全性好，但光纤和局端光接口的数量大，导致成本较高。
PON技术的特点是线路带宽和主干光纤为共享方式，可以节省主干光纤和局端光接口，能够有效地降低组网成本，但控制协议较复杂。
图1-3简单描述了点对点光接入系统和PON系统。以接入32个用户为例可以采用以下3种方式。
（1）采用无源点对点方式（如图1-3（a）所示）时，系统需要64个光收发器，32芯（单纤双向）或64芯（双芯双向）光纤。
（2）采用有源点对点方式（如图1-3（b）所示）时，系统包括两级，小区中心设置一个交换机以实现业务收敛和中继功能。整个系统需要66个光收发器，1芯（单纤双向）或2芯（双芯双向）光纤，32芯（单纤双向）或64芯（双芯双向）配线光纤。。
（3）采用PON方式（如图1-3（c）所示）时,系统包括33个光收发器，1芯主干光纤、1个1:32的光分路器，32芯配线光纤。
（c）pon方式
从上述分析可见，PON方式与无源点对点方式相比，不论是光纤还是光收发器都有明显的节省；与有源点对点方式相比，大量节省了光收发器，还省去了小区交换机。
总之，PON技术的主要特点如下。
（1）作为一种光接入技术，与DSL及其他基于金属线的接入技术相比，PON系统的传输速率更高、距离更长、质量更好，不易受电磁干扰，而且能够节省铜这一重要资源。
（2）作为一种无源光接入技术，与有源光接入方式相比，PON 系统能够有效避免有源设备处故障的可能性，其可靠性更高，维护
更为简单，从而显著降低运行维护成本。
（3）作为一种点对多点的技术，与无源点对点方式相比，PON 系统能够有效节省主干光纤及系统中的光接口（光收发器）。
5.什么是EPON？
EPON是指基于以太网技术的无源光网络，是吉比特以太网（GE）技术与点对多点结构的结合。
EPON技术由IEEE组织进行标准化。2001年，IEEE802.3成立了EFM（Ethernet in the First Mile）工作组，主要研究用于接入网的以太网技术，将IEEE802.3规定的MAC层与不同的物理层结合，共包括3类物理媒质、8种物理接口，EPON是其中的一种。2004年6月，EFM工作组制定的IEEE802.3ah得到批准。2005年，IEEE802.3ah 得到批准。2005年，IEEE802.3ah并入IEEE802.3。
EPON采用与吉比特以太网技术相同的帧格式和8B/10B线路编码，能够提供1Gbit/s对称的以太网速率（线路速率1.25GBd对称），支持10km、20km两种最大传输距离，典型光分路比为1:32。EPON 采用波分复用技术实现单纤双向传输，上行波长范围为1260-1360nm （标称波长1310nm），下行波长范围为1480-1500nm（标称波长1490nm）。
6.什么是GPON？
GPON是由FASN(Full Service Access Network,全业务接入网络)组织推动并在ITU-U标准化的一种吉比特级速率的无源光网络技术，其G..984系列标准于2003年开始发布，2009年基本完善。
G..984.1为GPON的总体要求,最初版本与2003年3月发布,2008年3月发布了更新版,其修订1(Amendment1)于2009年10月发布。
G..984.2为GPON的PMD(Physical Medium Dependent,物理媒质相关)层要求，于2003年3月发布，2006年2月和2008年3月分别发布了修订1和修订2
G..984.3为GPON的TC（Transmission Convergence,传输汇聚）层要求，最初版本于2004年2月发布，2008年3月发布了更新版，其更新版修订1和修订2分别于2009年2月和11月发布。
G..984.4为GPON的OMCI(ONT Management and Control Interface,ONT管理控制接口)要求，最初版本于2004年6月发布，2008年2月发布了更新版，其修订1和修订2分别于2009年6月和11月发布。
上述标准中规定了GPON的速率包括下行2.5Gbit/s、上行1.25 Gbit/s非对称和上下行2.5Gbit/s对称两种，目前的设备通常实现非对称速率。GPON物理层传输距离为20km（10 km可选），可支持1:64的分路比。GPON采用波分复用技术实现单纤双向传输，上行波长范围为1290-1330nm（标称波长1310 nm），下行波长范围为1480-1500 nm（标称波长1490nm）。
G..984.5为GPON的波段扩展，在GPON已采用的上下行波段的基础上，提出了3个扩展波段，同时对上行波长范围提出了增强的要求。
G..984.5为GPON的距离扩展。将GPON的传输距离扩展为60
km。
7．PON标准和技术下一步如何发展？
PON标准和技术下一步的发展主要包括以下两方面。
第一，传输能力进一步提高。首先是速率向10Gbit/s发展。
按照IEEE以太网相关标准的发展规律，吉比特以太网的升级时10G以太网，目前10G 以太网的标准已经成熟；相应的，吉比特速率的EPON也应向10G-EPON发展。IEEE802.av规定了10G-EPON 的两种速率模式：10Gbit/s下行、1Gbit/s上行的非对称模式和10Gbit/s 上下行对称模式。
FSAN继续推动了10Gbit/s速率GPON（被称为XG-PON）标准的发展，形成了ITU-T G987.1、G987.2、G987.3和G988等系列标准。与G984系列标准类似，G987.1为XG-PON的总体要求，已于2010年1月发布；G987.2为XG-PON的PMD层要求，也与2010年1月发布；G987.3为XG-PON的TC层要求，目前此标准在2010年6月的ITU-T会议上获得通过。G988为XG-PON的OMCI要求，采用新编号（而不是G987.4）的目的是形成GPON，XG-PON等技术统一的管理标准，此标准于2010年6月获得通过。
G987系列标准规定了XG-PON的两种速率模式：XG-PON1的速率为10Gbit/s下行、2.5Gbit/s上行，XG-PON2采用10Gbit/s对称速率。目前仅规范了XG-PON1，XG-PON2尚未标准化。
另外，PON系统的光接口将支持更高的链路预算，一提供更长的传输距离或更大的分光比。
第二，在功能、性能和管理能力方面进一步完善，以适应大规模运营的需要。光链路测试与诊断、PON系统节能、PON系统传送时间同步等关键技术是近期PON标准和技术研究的热点。
8.EPON的光接口有几种，具有怎样的传输能力？
EPON的光接口采用单纤双向方式，即上下行波分双工，上行波长范围为1260-1360nm(标称波长1310 nm)，下行波长范围为1480-1500 nm(标称波长1490nm)。
IEEE802.3中规定了两种EPON光接口规格：1000Base-PX10和1000Base-PX20。另外，中国电信规定了一种更高光功率预算的光接口规格：1000Base-PX20+。
1000Base-PX10提供上行23dB、下行21 dB的光功率预算（不考虑FEC增益），扣除光功率代价后，得到最大链路预算（Link Budget,在IEEE标准中称为Channel Insertion Loss）20 dB（上行）、19.5 dB （下行）。这种光接口传输能力的标称值为10km、1:16分光，实际设备一般可达到10 km、1:32分光的能力。
1000Base-PX20提供上行、下行均为26 dB的光功率预算（不考虑FEC增益），扣除光功率代价后，得到最大链路预算24dB（上行）、23.5dB（下行），这种光接口传输能力的标称值为20 km、1:16分光或10 km、1:32分光，实际设备一般可达到20 km、1:32分光的能力。
1000Base-PX20+是对IEEE标准的增强，目标是在1000Base-PX20的基础上，将光分路比扩展到1:64。1000Base-PX20+提供上行30 dB、下行29.5 dB的光功率预算(不考虑FEC增益),扣
除光功率代价后,得到最大链路预算28 dB(上行和下行)。实际设备一般可达到20 km、1:64分光的能力。
表2-1给出了EPON光接口的相关指标。
实际工程中，计算系统的最大传输距离时，应考虑分光路器的损耗（含分光损耗和固定损耗）、光纤损耗、连接器（活接头）的数量和损耗等，并留出必要的余量。
9.EPON多点控制协议的主要功能和机制是什么？
EPON是运行在点对多点拓扑上的吉比特以太网，因此需要在吉比特以太网MAC子层功能的基础上增加点对多点控制机制，其基本工作原理如图2-4所示。在下行方向，OLT采用广播方式，把发往任意一个ONU的数据都广播到所有ONU，而每个ONU根据数据帧中的LLID接收属于自己的数据帧并转发，同时丢弃其他ONU的数据帧。而在上行方向，EPON系统采用时分多址（TDMA）方式，每个ONU只能在OLT分配的特定时隙（Time Slot）中发送数据帧，每一个特定时刻只能有一个ONU发送数据帧，否则将产生时隙冲突，导致OLT无法正确接收数据。对ONU发送上行数据帧的时隙进行控制，就是多点控制机制，就是多点控制机制的主要作用之一。
（a）下行数据帧传送原理
（b）上行数据帧传送原理
IEEE802.3标准中定义了MPCP（多点控制协议），在OLT与每个ONU之间建立一个逻辑的点对点链路。使点对多点网络中的MAC客户端能够像在独享链路中一样收发数据帧（即点对多点的物理网络中建立了点对点的逻辑链路）。
MPCP协议的主要功能包括：ONU的发现、注册、测距和定时，上行动态带宽分配。为完成这些功能，主要有以下3中处理机制。
第一，发现处理。对ONU进行发现、注册和认证，在这一过程
中还进行测距和定时。
第二，报告处理。ONU向OLT报告拥塞状态报告，指明每个优先级队列所需的上行带宽。即使没有带宽需求，ONU也周期性地产生报告，用于保持OLT与ONU之间的连接状态。
第三，选通处理。OLT根据ONU的拥塞状态报告，基于特定算法，为不同ONU动态分配上行带宽。
EPON标准定义了一下5种消息（PDU，协议数据单元）以实现上述MPCP功能。
GATE消息分为发现选通（Discovery GATE）和普通选通（Normal GATE）两种，分别用于OLT为ONU提供发现窗口和普通数据传输窗口；另外，OLT可以通过发送Normal GATE消息，保持OLT到ONU的连接状态。
REPORT消息主要作用包括：OLT通过REPORT消息的时间戳（timestamp）对ONU进行测距；ONU通过REPORT消息向OLT 报告ONU上每一个802.1Q优先级队列（共8个）需要的带宽（通过队列长度表示）；通过ONU周期性发送REPORT消息，保持ONU 到OLT的连接状态。
REGISTER-REQ、REGISTER、REGISTER-ACK三条消息用于ONU的发现和注册。
10.什么是LLID？
为在点对多点物理结构上实现点对点逻辑仿真，EPON系统采用MPCP协议，同时引入LLID(Logical Link ID，逻辑链路标识)。在
OLT上启用多个MAC实例，在PON接口上采用LLID标识一个OLT MAC实例与一个ONU之间MAC的逻辑关联。当每个ONU注册成动后，OLT为其分配一个唯一的LLID，与其MAC绑定，并以LLID 为单位分配上行带宽。因此，在EPON系统内，LLID是ONU的唯一标识，也是上行带宽分配和控制的单元。
LLID位长15bit，与 1 bit的Mode字段合成两个字节（Mode&LLID字段）。Mode的使用规划为：用于OLT的SCB(Single Copy Broadcast,单拷贝广播)或多播通道时，值为1；用于OLT的单播通道和ONU时，值为0。对于LLID，0x7FFF值用于未注册的1G-EPON ONU的广播，0x7FFE值用于未注册的10G-EPON ONU 的广播，其他值用于单播；OLT可使用LLID的任意值。
由于LLID的引入，对以太网帧的前导码格式进行了一定的修改，具体方式如表2-2所示。第3字节为LLID的起始定界符（SLD），用0xd5替代原来的0x55。第6、7字节为Mode&LLID字段，替代原来的0x55。
11.GPON常用的光接口有几种，具有怎样的传输能力？
GPON的光接口采用单纤双向方式，即上下行波分双工，上行波长范围为1260-1360nm（标称波长1310 nm），下行波长范围为1480-1500 nm（标称波长1490 nm）。这些规定与EPON光接口相同。
G.984.2中规定了3种GPON光接口规格，包括：Class A,链路预算（衰减范围）为5-20 dB；Class B，链路预算为10-25 dB；Class C，链路预算为15-30 dB。
目前GPON系统最常用的光接口为Class B +和Class C+。
Class B +的光接口在G..984.2修订1中规定，其上下行方向均提供13-28 dB的链路预算。标准中规定的最大光功率预算为28.5 dB，扣除光功率代价0.5dB，即得到最大28 dB的链路预算。
Class C+的光接口在G.984.2修订2中规定，其上下行方向均提供17-32 dB的链路预算。标准中规定的下行方向最大光功率预算为33 dB，扣除光功率代价1dB，即得到最大32 dB的链路预算；上行方向最大光功率预算为32.5dB，扣除光功率代价0.5 dB，即得到最大32dB的链路预算。在具体实现上，通常需要采用FEC功能。这一光接口允许的最大光纤长度为60km.。
另外，在上行波长范围方面，标准规定采用G..984.5中的“缩减波段（Redyced Wavelength Band）”,即1290-1330 nm来实现。12.OLT设备有什么形态？
OLT设备主要有较大容量的机架式及较小容量的盒式两种形态。
一般而言，机架式设备是指高度大于2U的、模块化（插板式）结构的OLT设备。机架式OLT的容量较大、可扩展性强，单位接口的成本较低，对其性能要求也相对较高，是应用较广的OLT设备形态。机架式PON OLT通常能够支持多种类型PON接口板（EPON、GPON、10G-EPON、XG-PON等）的灵活混插，有的还可以支持GE、DSL（ADSL2+/VDSL2）接口板的混插。这种兼容性使OLT设备成为一个大容量的综合接入平台，在应用上更具灵活性，更好地适应技术演进和网络发展的需要。
盒式设备通常只高度小于等于2U的小容量OLT设备。盒式OLT 设备一般采用固定式设计，不支持模块化。盒式OLT设备接口数量少、可扩展性不强，在用户数较少的场合具有初期投资小的优势，其功能和性能也相对较弱。盒式OLT设备也可以通过巧妙的设计，成为一个通用硬件平台，既可作为OLT，也可作为ONU，从而大大提高部署的灵活性和资源的使用效率。
13.ONU设备有哪些主要类型和形态？
ONU设备的种类很丰富。从用户类型看，可以包括家庭（住宅）用户和企业（特别是中小企业）用户。从ONU接入的用户数量看，可以包括单用户独享和多用户共享。从用户接口的数量看，可以是单个，也可以是多个，如4、16、24、48，甚至更多。从放置位置看，可以包括家庭用户室内、家庭用户楼内（室外）、企业内部（如机房、桌面）等。从用户接口类型看，可以包括以太网、ADSL2+、VDSL2、POTS,甚至WLAN。
参照国际通行方式，主要根据用户类型、接入用户数量等维度，可以将ONU设备分为以下5种主要类型。
（1）单住户单元（Single Family Unit,SFU），主要用于FTTH、FTTP场景。
（2）家庭网关单元（Home Gateway Unit,HGU），主要用于FTTH、FTTP场景。
（3）多住户单元（Multi-Dwelling Unit,MDU），主要用于FTTB、FTTN、FTTC、FTTCab、FTTZ等场景。
（4）单商户单元（Sing Business Unit,SBU,），主要用于FTTB （商务楼）、FTTO等场景。
（5）多商户单元（Multi-Tenant Unit,MTU），主要用于FTTB （商务楼）、FTTO等场景。
（6）基站回传单元（Cellular Backhaul Unit,CBU,），主要用于移动基站的回传。
14.什么是SFU?
SFU（单住户单元）型ONU主要用于FTTH场景下的单独家庭（住宅）用户，仅提供宽带接入终端功能（而不具备复杂的家庭网关功能）。
SFU通常具有1、2或4个以太网接口（FE/GE）,提供以太网/IP 业务，也可以根据需要提供V oIP业务（内置IAD）或CATV业务（采用单独波长）。SFU可以放置在用户家庭内部（室内），也可以放在室外。
EPON技术详解 1、EPON技术简介EPON技术由IEEE 802.3 EFM工作组进行标准化。2004年6月，IEEE 802.3EFM工作组发布了EPON标准——IEEE 802.3ah（2005年并入IEEE 802.3-2005标准）。在该标准中将以太网和PON技术相结合，在无源光网络体系架构的基础上，定义了一种新的、应用于EPON系统的物理层（主要是光接口）规范和扩展的以太网数据链路层协议，以实现在点到多点的PON中以太网帧的TDM接入。此外，EPON还定义了一种运行、维护和管理（OAM）机制，以实现必要的运行管理和维护功能。EPON系统的协议参考模型如图1所示。 图1 EPON系统的协议参考模型在物理层，IEEE 802.3-2005规定采用单纤波分复用技术（下行1490 nm，上行1310 nm）实现单纤双向传输，同时定义了1000 BASE-PX-10 U/D和1000 BASE-PX-20 U/D两种PON光接口，分别支持10 km 和20 km的最大距离传输。在物理编码子层，EPON系统继承了吉比特以太网的原有标准，采用8B/10B线路编码和标准的上下行对称1 Gbit/s数据速率（线路速率为1.25 Gbit/s）。在数据链路层，多点MAC控制协议（MPCP）的功能是在一个点到多点的EPON系统中实现点到点的仿真，支持点到多点网络中多个MAC客户层实体，并支持对额外MAC的控制功能。图1示意了EPON协议参考模型及多点MAC控制协议的位置。MPCP主要处理ONU的发现和注册，多个ONU之间上行传输资源的分配、动态带宽分配，统计复用的ONU本地拥塞状态的汇报等。利用其下行广播的传输方式，EPON定义了广播LLID（LLID=0xFF）作为单拷贝广播（SCB）信道，用于高效传输下行视频广播/组播业务。EPON还提供了一种可选的OAM功能，提供一种诸如远端故障指示和远端环回控制等管理链路的运行机制，用于管理、测试和诊断已激活OAM功能的链路。此外，IEEE 802.3-2005还定义了特定的机构扩展机制，以实现对OAM功能的扩展，并用于其他链路层或高层应用的远程管理和控制。相对于BPON和GPON，EPON协议简单，对光收发模块技术指标要求低，因此系统成本较低。另外，它继承了以太网的可扩展性强、对IP数据业务适配效率高等优点，同时支持高速Internet接入、语音、IPTV、TDM专线甚至CATV等多种业务综合接入，并具有很好的QoS保证和组播业务支持能力，是目前建设高质量接入网的重要备选技术之一。2、EPON技术现状自EFMA（Ethernet First Mile Alliance，第一公里以太网联盟）在2004
EPON技术发展 摘要：宽带增值业务的推广，使用户对带宽的需求由原来的几兆变为几兆甚至几十兆。光纤作为传输高速率，大容量，多业务的最佳媒质，是新一代接入网的最好介质，而EPON技术是现阶段光纤接入网建设的最主流成熟的技术。 关键词：宽带接入；点到多点；EPON；ONU；OLT 中图分类号：TN915 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 11-0000-02 The Development of EPON Technology Tang Guichen （China Tietong Baishan Branch,Baishan134300,China） Abstract:The promotion of broadband value-added services made it possible of transfer date from a few megabytes to even tens of megabytes.High-speed optical fiber transmissions have good characteristics on large capacity,multi-media business.It may be the best material on new generation transmissions methods.EPON technology became most mature technology mainstream nowadays. Keywords:Broadband;Access-to-multipoint;EPON;ONU;OLT 一、无源光纤网络的发展过程
PON系统简介交流材料
汇报人: 徐继晖
湖北邮电规划设计有限公司 2007年12月
目
录
1
PON 技术原理 2 3 4 EPON关键技术 EPON系统网元 商用EPON设备简介
2
PON技术的含义
PON技术是一种宽带接入网技术
PON ODN Splitter
Passive Optical Network 无源光网络 Optical Distribution Network 光配线网 光分路器
无源光网络 (PON) 无源光网络 (PON) 指光配线网 (ODN) 不含有任何电子器件及电子电源，全部由光分路 指光配线网 (ODN) 不含有任何电子器件及电子电源，全部由光分路 器 (Splitter) 等无源器件组成，不需要贵重的有源电子设备。 器 (Splitter) 等无源器件组成，不需要贵重的有源电子设备。 是一种点到多点的光纤接入技术。 是一种点到多点的光纤接入技术。 本质特征 本质特征 光配线网 (ODN) 全部由无源光器件组成。 光配线网 (ODN) 全部由无源光器件组成。 3
PON的技术种类
点对多点光纤接入技术 点对多点光纤接入技术— —PON PON技术发展 技术发展
相同的拓扑——无源P2MP
APON z ITU-T标准化 标准已经成熟； z ATM技术； z目前提供的接入速率 相对较低，业务提供 能力有限，没有得到 市场认可。
EPON z IEEE EFM工作组 标准化，编号 802.3ah； z 以太网封装； z 标准完善； z 产品开始在市场上 迅速应用。
GPON z FSAN提出，ITU-T 标准化； z ATM、GEM封装； z 标准较完善； z 支持厂家较少。
协议不同
各种 各种PON PON技术的主要差异在于采用了不同的二层技术 技术的主要差异在于采用了不同的二层技术 4
H3C EPON技术白皮书 H3C EPON技术白皮书 关键词： FTTH FTTB FTTx EPON 技术白皮书 摘要：本文献是关于EPON技术的介绍说明型文档，目的在于说明EPON 是一个什么技术、解决了什么问题。对EPON中的技术细节进行简单描述， 可以帮助你了解EPON这种接入技术的特点。 缩略语：
目录 1 EPON技术介绍 1.1 PON技术发展 1.2 EPON的基本原理 1.3 EPON的技术优点 1.4 EPON的传输原理 2 EPON协议和关键技术介绍 2.1 EPON协议栈介绍 2.1.1 EPON的层次模型 2.1.2 MPCP子层 2.1.3 EPON的物理层（RS子层、PCS子层、PMA子层、PDM子层）2.2 EPON关键技术 2.2.1 EPON数据链路层的关键技术 2.2.2 EPON的QoS问题
1 EPON技术介绍 1.1 PON技术发展 光纤接入从技术上可分为两大类：有源光网络(AON，Active Optical Network)和无源光网络(PON，Passive Optical Network)。１９８３年，ＢＴ实验室首先发明了ＰＯＮ技术；PON是一种纯介质网络，由于消除了局端与客户端之间的有源设备，它能避免外部设备的电磁干扰和雷电影响，减少线路和外部设备的故障率，提高系统可靠性，同时可节省维护成本，是电信维护部门长期期待的技术。PON的业务透明性较好，原则上可适用于任何制式和速率的信号。目前基于PON 的实用技术主要有APON/BPON、GPON、EPON/GEPON等几种，其主要差异在于采用了不同的二层技术。 图1 PON的两个主要标准体系 APON是上世纪90年代中期就被ITU和全业务接入网论坛（FSAN）标准化的PON 技术，FSAN在2001年底又将APON更名为BPON，APON的最高速率为622Mbps，二层采用的是ATM封装和传送技术，因此存在带宽不足、技术复杂、价格高、承载IP业务效率低等问题，未能取得市场上的成功。 为更好适应IP业务，第一英里以太网联盟（EFMA）在2001年初提出了在二层用以太网取代ATM的EPON技术，IEEE 802.3ah工作小组对其进行了标准化，EPON 可以支持1.25Gbps对称速率，随着光器件的进一步成熟，将来速率还能升级到10Gbps。由于其将以太网技术与PON技术完美结合，因此成为了非常适合IP业务的宽带接入技术。对于Gbps速率的EPON系统也常被称为GEPON。100M的EPON 与1G的EPON的不同在速率上的差异，在其中所包含的原理和技术，是一致的，目前业界主要推广的是GEPON，百兆位的EPON也有不多的一些应用。在后面文档中提到的EPON，如果没有特别说明，都是指千兆位的GEPON。 EPON是几种最佳的技术和网络结构的结合。EPON采用点到多点结构，无源光纤传输方式，在以太网上提供多种业务。目前，IP/Ethernet应用占到整个局域网通信的
E P O N技术及工作原理-标准化文件发布号：（9556-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
EPON技术工作原理及应用 1.1 PON技术发展 光纤接入从技术上可分为两大类：有源光网络(AON，Active Optical Network)和无源光网络(PON，Passive Optical Network)。１９８３年，ＢＴ实验室首先发明了ＰＯＮ技术；PON是一种纯介质网络，由于消除了局端与客户端之间的有源设备，它能避免外部设备的电磁干扰和雷电影响，减少线路和外部设备的故障率，提高系统可靠性，同时可节省维护成本，是电信维护部门长期期待的技术。PON的业务透明性较好，原则上可适用于任何制式和速率的信号。目前基于PON的实用技术主要有APON/BPON、GPON、EPON/GEPON等几种，其主要差异在于采用了不同的二层技术。 图1 PON的两个主要标准体系 APON是上世纪90年代中期就被ITU和全业务接入网论坛（FSAN）标准化的PON技术，FSAN在2001年底又将APON更名为BPON，APON的最高速率为622Mbps，二层采用的是ATM封装和传送技术，因此存在带宽不足、技术复杂、价格高、承载IP业务效率低等问题，未能取得市场上的成功。 为更好适应IP业务，第一英里以太网联盟（EFMA）在2001年初提出了在二层用以太网取代ATM的EPON技术，IEEE 802.3ah工作小组对其进行了标准化，EPON可以支持1.25Gbps对称速率，随着光器件的进一步成熟，将来速率还能升级到10Gbps。由于其将以太网技术与PON技术完美结合，因此成为了非常适合IP业务的宽带接入技术。对于Gbps速率的EPON系统也常被称为GEPON。100M的EPON与1G的EPON的不同在速率上的差异，在其中所包含的原理和技术，是一致的，目前业界主要推广的是GEPON，百兆位的EPON也有不多的一些应用。在后面文档中提到的EPON，如果没有特别说明，都是指千兆位的GEPON。 EPON是几种最佳的技术和网络结构的结合。EPON采用点到多点结构，无源光纤传输方式，在以太网上提供多种业务。目前，IP/Ethernet应用占到整个局域网通信的95%以上，EPON由于使用上述经济而高效的结构，从而成为连接接入
什么是EPON技术 EPON（Ethernet Passive OpticalNetwork）是PON技术中最新的一种，由IEEE802.3EFM（Ethernet for the First Mile）提出。EPON是一种采用点到多点网络结构、无源光纤传输方式、基于高速以太网平台和TDM（Time Division Multipexing）时分MAC（Media Access Control）媒体访问控制方式提供多种综合业务的宽带接入技术。 EPON的主要特点包括以下几个方面：成本低、维护简单、容易扩展、易于升级，提供非常高的带宽，服务范围大，带宽分配灵活。 EPON的关键技术主要包括以下几个方面。 测距。因为EPON采用点对多点拓扑结构、TDMA技术实现信息传送。各个ONU与OLT之间的逻辑距离是不相等的。OLT需要有一套测距功能来测试每一个ONU与OLT之间的逻辑距离，并据此来指挥ONU 调整其信号发送延时，使不同距离的ONU所发送的信号能在OLT处准确地复用在一起。目前一般使用比较成熟的、数字计时技术的带内开窗测距法。突发接收。由于EPON上行用TDMA方式，对于OLT来讲，存在多个信号源（ONU）。ONU与OLT之间的距离不同以及线路特性差异将导致各ONU的发送功率相同，OLT接收时却各不相同，这就要求OLT接收机能实现突发接收功能。为了防止数据时域碰撞，必须采用测距和时延补偿技术实现全网时隙同步，使数据包按DBA算法的确定时隙到达。 带宽分配。上行信道中的传输是采用时分复用接入方式来共享光纤的，带宽则根据ONU的需要，由OLT分配。各个ONU收集来自用户的信息并高速向OLT发送数据，不同的ONU发送的数据占用不同的时隙，提高上行带宽的利用率。根据不同用户的业务类型与业务特点合理分配信道带宽，在带宽相同的情况下可以承载更多的终端用户，从而降低用户成本，最有效地利用网络资源。 时钟提取。对于系统的高速率，快速同步是必须解决的核心问题。而其中ONU和OLT以及上下行比特码的时钟一致是其中的关键，目前一般都采用PLL（PhaseLockedLoop）从下行信号中提取时钟，利用帧同步字检测方式实现帧同步。 同步接收。EPON是一个网同步系统，需要实现OLT与ONU之间的快速同步。各个ONU与OLT都需要有一个同步接收的问题，否则一旦发生bit错位或者相位突变，数据接收错误不但影响到数据严重丢失、重传不断，还有可能导致网络拥塞和瘫痪。 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。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（PlainOldTelephoneService）等需要保证响应时间的业务能得到高速传送。 搅动。由于PON固有的组播特性，为了保证信息保密性，系统必须采用所谓搅动的保护措施。该措施介于传输系统扰码和高层编码之间，这种搅动功能实施信息扰码并能为信息保密提供保护。 安全问题。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，所以必须对发送给每个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
EPON技术
目录 1.PON技术发展 (1) 1.1EPON的基本原理 (2) 1.2EPON的技术优点 (4) 1.3EPON的传输原理 (4) 2.EPON协议和关键技术介绍 (6) 2.1协议栈介绍 (6) 2.1.1EPON的层次模型 (6) 2.1.2MPCP子层 (6) 2.1.3EPON的物理层（RS子层、PCS子层、PMA子层、PDM子层） (7) 2.2EPON关键技术 (10) 2.2.1EPON数据链路层的关键技术 (10) 2.2.2EPON的QoS问题 (11)
1. PON技术发展 光纤接入从技术上可分为两大类：有源光网络(AON，Active Optical Network)和无源光网络(PON，Passive Optical Network)。１９８３年，ＢＴ实验室首先发明了ＰＯＮ技术；PON是一种纯介质网络，由于消除了局端与客户端之间的有源设备，它能避免外部设备的电磁干扰和雷电影响，减少线路和外部设备的故障率，提高系统可靠性，同时可节省维护成本，是电信维护部门长期期待的技术。PON的业务透明性较好，原则上可适用于任何制式和速率的信号。目前基于PON的实用技术主要有APON/BPON、GPON、EPON/GEPON等几种，其主要差异在于采用了不同的二层技术。 图1 PON的两个主要标准体系 APON是上世纪90年代中期就被ITU和全业务接入网论坛（FSAN）标准化的PON技术，FSAN在2001年底又将APON更名为BPON，APON的最高速率为622Mbps，二层采用的是ATM封装和传送技术，因此存在带宽不足、技术复杂、价格高、承载IP业务效率低等问题，未能取得市场上的成功。 为更好适应IP业务，第一英里以太网联盟（EFMA）在2001年初提出了在二层用以太网取代ATM的EPON技术，IEEE 802.3ah工作小组对其进行了标准化，EPON可以支持1.25Gbps对称速率，随着光器件的进一步成熟，将来速率还能升级到10Gbps。由于其将以太网技术与PON技术完美结合，因此成为了非常适合IP业务的宽带接入技术。对于Gbps 速率的EPON系统也常被称为GEPON。100M的EPON与1G的EPON的不同在速率上的差异，在其中所包含的原理和技术，是一致的，目前业界主要推广的是GEPON，百兆位的EPON也有不多的一些应用。在后面文档中提到的EPON，如果没有特别说明，都是指千兆位的GEPON。 EPON是几种最佳的技术和网络结构的结合。EPON采用点到多点结构，无源光纤传输方式，在以太网上提供多种业务。目前，IP/Ethernet应用占到整个局域网通信的95%以上，EPON由于使用上述经济而高效的结构，从而成为连接接入网最终用户的一种最有效的通信方法。10Gbps以太主干和城域环的出现也将使EPON成为未来全光网中最佳的最后一公里的解决方案。
EPON技术 中国电信接入网维护及装维技能竞赛教材编写小组编制
目录 第一章EPON技术起源......................................................... - 3 - 1.1 接入网的发展特点.................................................... - 3 - 1.2 接入层业务需求分析.................................................. - 3 - 1.3主要接入技术分析.................................................... - 4 - 1.4 光纤接入的应用模式（FTTx）.......................................... - 4 - 第二章EPON技术特点......................................................... - 4 - 2.1 EPON的定义和组成................................................... - 4 - 2.2 EPON系统数据传输机制............................................... - 5 - 2.3 EPON的网络位置..................................................... - 5 - 2.4 EPON系统组网方式................................................... - 5 - 2.5 技术比较（EPON vs MC）.............................................. - 6 - 2.6 网络和业务比较（EPON vs MC）........................................ - 7 - 第三章 EPON技术应用........................................................ - 8 - 3.1 业务提供............................................................ - 8 - 3.2 EPON的安全机制..................................................... - 8 - 3.3 FTTH网络组网....................................................... - 8 - 3.4 FTTB 网络组网...................................................... - 9 - 3.5 EPON与GPON的特点对比............................................ - 10 -
EPON技术工作原理及应用 1.1 PON技术发展 光纤接入从技术上可分为两大类：有源光网络(AON，Active Optical Network)和无源光网络(PON，Passive Optical Network)。１９８３年，ＢＴ实验室首先发明了ＰＯＮ技术；PON是一种纯介质网络，由于消除了局端与客户端之间的有源设备，它能避免外部设备的电磁干扰和雷电影响，减少线路和外部设备的故障率，提高系统可靠性，同时可节省维护成本，是电信维护部门长期期待的技术。PON的业务透明性较好，原则上可适用于任何制式和速率的信号。目前基于PON的实用技术主要有APON/BPON、GPON、EPON/GEPON等几种，其主要差异在于采用了不同的二层技术。 图1 PON的两个主要标准体系 APON是上世纪90年代中期就被ITU和全业务接入网论坛（FSAN）标准化的PON技术，FSAN在2001年底又将APON更名为BPON，APON的最高速率为622Mbps，二层采用的是ATM封装和传送技术，因此存在带宽不足、技术复杂、价格高、承载IP业务效率低等问题，未能取得市场上的成功。 为更好适应IP业务，第一英里以太网联盟（EFMA）在2001年初提出了在二层用以太网取代ATM的EPON技术，IEEE 802.3ah工作小组对其进行了标准化，EPON可以支持1.25Gbps 对称速率，随着光器件的进一步成熟，将来速率还能升级到10Gbps。由于其将以太网技术与PON技术完美结合，因此成为了非常适合IP业务的宽带接入技术。对于Gbps速率的EPON 系统也常被称为GEPON。100M的EPON与1G的EPON的不同在速率上的差异，在其中所包含的原理和技术，是一致的，目前业界主要推广的是GEPON，百兆位的EPON也有不多的一些应用。在后面文档中提到的EPON，如果没有特别说明，都是指千兆位的GEPON。 EPON是几种最佳的技术和网络结构的结合。EPON采用点到多点结构，无源光纤传输方式，在以太网上提供多种业务。目前，IP/Ethernet应用占到整个局域网通信的95%以上，EPON 由于使用上述经济而高效的结构，从而成为连接接入网最终用户的一种最有效的通信方法。10Gbps以太主干和城域环的出现也将使EPON成为未来全光网中最佳的最后一公里的解决方案。
．EPON技术介绍 EPON 又名GEPON，是由2000年11月成立的EFM(Ethernet in the First Mile，第一英里以太网)工作组提出的，并在IEEE 802.3ah标准中进行规范，其工作重点在EPON的MAC协议上，即最小程度地扩充以太MAC 协议；它在PON层上以Ethernet为载体，上行采用以突发的Ethernet包方式发送数据流。EPON最核心部分是PON 光发送/接收模块，其实现方案是，在与APON 类似的结构和G.983 的基础上，设法保留APON 的物理层PON，而以Ethernet技术代替ATM 技术作为数据链路层协议，构成一个可以提供更大带宽、更低成本和更强业务能力的新的结合体EPON。 EPON 可提供上、下行对称的1.25Gbps线路传输速率（而10Gbps下行线路速率的系统，也正在研究中）。虽然EPON 采用的Ethernet 封装，非常适用于承载IP 业务，但当时IEEE 制定802.3ah 的初衷是为了接入IP数据业务，并没有考虑TDM 业务接入对时钟同步、时延和抖动等方面的特殊要求，因此EPON 所采用的标准Ethernet 封装方式也给其带来了一个致命的缺点，那就是“难以承载话音或电路型数据专线等TDM 业务”，也很难满足电信级的QoS要求。之后，虽然目前国内外均对TDM over Ether net技术进行了积极的研究，我国也制订了通信行业标准《接入网技术要求-基于Ethernet 的无源光网络(EPON)》，且多家EPON 厂商都对IEEE 标准进行了扩充，在EPON 承载TDM 业务和话音业务方面进行了技术创新，例如在提供数据业务的同时，采用预留带宽的方式来提供语音业务，而且多家EPON 厂商也设计出一些新的MAC 机制并增加新的软硬件，但要完全达到TDM 业务要求的严格的QoS更是面临相当大的困难，这给EPON 的应用带来了一定的限制。 2．GPON技术介绍 GPON(Gigabit passive optical network)全名为Gigabit-capable PON 吉比特/千兆位无源光纤网络，也是一种无源被动式光纤网路。GPON 业务是BPON 的一种扩展，相对于其他的PON 标准而言，GPON 标准提供了前所未有的高带宽（下行速率近2.5Gbps），其非对称特性更能适应宽带数据业务市场；它提供QoS 的全业务保障，同时承载ATM 信元和(或)GEM 帧，有很好的提供服务等级、支持Qo S 保证和全业务接入的能力；在承载GEM 帧时，可以将TDM 业务映射到GEM帧中，使用标准的8k Hz(125μs)帧能够直接支持TDM 业务。作为一种电信级的技术标准，GPON 还规定了在接入网层面上的保护机制和完整的OAM功能。其下行最大传输速率可高达2.488Gps，上行最大传输速率达1.244Gb ps，传输距离可达20到37公里，因而具有高带宽、高速、高效传输、大范围覆盖、用户接口丰富等的众多特点，是故，已被大多数运营商视为实现接入网业务的宽带化、综合化改造的理想技术。 作为ITU-T提出的一种灵活的宽带光纤接入技术，在GPON 标准中，明确规定GPON 需要支持的业务类型包括数据业务(Ethernet 业务，包括IP业务和MPEG 视频流)、PSTN 业务(POTS，ISDN 业务)、专用线(T1，E1，DS3，E3和ATM 业务)和视频业务( 数字视频)，可以满足多用户VoIP、采用M PEG-2或-4规格的多视频流(如IPTV)和标准分辨率电视(SDTV)或高清晰度电视(HDTV)和多用户高速互联网接入等“三网合一”的需求。且GPON 中的多业务映射到ATM 信元或GEM帧中进行传送，对各种业务类型都能提供相应的QoS保证。GPON 一般采用树形（或树形）拓扑结构，在需要提供业务保护和通道保护的情况下，可加上保护环，可对某些光网络终端ONT提供保护功能；下图即是GPON 的体系结 构：
无源光网络EPON技术简介 一、无源光网络的概念 1、光纤接入网 近年来，以互联网为代表的新技术革命正在深刻地改变传统的电信概念和体系结构，随着各国接入网市场的逐渐开放，竞争的日益加剧和扩大，新业务需求的迅速出现，有线技术（包括光纤技术）和无线技术的发展，接入网开始成为人们关注的焦点。在巨大的市场潜力驱动下，产生了各种各样的接入网技术。光纤通信具有通信容量大、质量高、性能稳定、防电磁干扰、保密性强等优点。在干线通信中，光纤扮演着重要角色，在接入网中，光纤接入也将成为发展的重点。光纤接入网是发展宽带接入的长远解决方案。 光纤接入网(OAN)，是指用光纤作为主要的传输媒质，实现接入网的信息传送功能。通过光线路终端(OLT)与业务节点相连，通过光网络单元(ONU)与用户连接。光纤接入网包括远端设备——光网络单元和局端设备——光线路终端，它们通过传输设备相连。系统的主要组成部分是OLT和远端ONU。 OLT的作用是为接入网提供与本地交换机之间的接口，并通过光传输与用户端的光网络单元通信。它将交换机的交换功能与用户接入完全隔开。光线路终端提供对自身和用户端的维护和监控，它可以直接与本地交换机一起放置在交换局端，也可以设置在远端。 ONU的作用是为接入网提供用户侧的接口。它可以接入多种用户终端，同时具有光电转换功能以及相应的维护和监控功能。ONU的主要功能是终结来自OLT的光纤，处理光信号并为多个小企业，事业用户和居民住宅用户提供业务接口。ONU的网络端是光接口，而其用户端是电接口。因此ONU具有光/电和电/光转换功能。它还具有对话音的数/模和模/数转换功能。ONU通常放在距离用户较近的地方，其位置具有很大的灵活性。 光纤接入网（OAN）从系统分配上分为有源光网络(AON，Active Optical Network)和无源光网络(PON，Passive OpticaOptical Network)两类。