EPON学习指南

目录

第一章:EPON技术原理 (3)

第一节：PON技术简介 (3)

第二节：EPON技术 (5)

多点控制协议-MPCP (6)

EPON传输原理 (7)

EPON层次模型 (8)

MPCP子层 (9)

EPON的物理层（RS子层、PCS子层、PMA子层、PDM子层） (9)

PCS子层 (10)

FEC子层 (11)

PMA子层 (11)

PMD子层 (11)

小结 (12)

EPON数据链路层的关键技术 (13)

EPON数据链路层的关键技术 (13)

EPON的QoS问题 (15)

1. 安全性 (16)

2. 业务区分 (16)

第三章EPON产品与应用 (17)

第一节 EPON产品介绍 (17)

OLT主机(S7502/S7503/S7506/S7506R) (17)

EPON设备组成（ONU设备） (18)

EPON设备组成（ONU设备） (19)

EPON设备组成（POS设备） (21)

第二节典型应用 (22)

EPON运营商组网应用 (22)

EPON行业组网应用 (22)

FTTH解决方案 (23)

小区接入FTTB解决方案 (23)

商务楼宇FTTB解决方案 (24)

IPTV(组播)解决方案 (24)

EPON广电解决方案一 (25)

EPON广电解决方案二 (25)

EPON广电解决方案二（续） (26)

网吧一条街解决方案 (26)

边远地区解决方案 (27)

边远地区解决方案二 (27)

视频监控解决方案 (28)

第一章:EPON技术原理

第一节：PON技术简介

无源光网络（PON, passive optical Network) 用来解决现在用户对接入带宽的需求迫切，传统ADSL为主的接入方式，难以满足用户高带宽，双向传输能力以及安全性方面的要求。由于光纤的传输距离远，抗干扰能力强，容量大能优势，光纤逐渐成为接入网传输介质的首选。

PON的组成结构：

PON由三部分组成：

●光线路终端（OLT-Optical Line Terminal）

●光网络单元(ONU-Optical Network Unit ),

●和无源分光器(POS-Passive Optical Splitter )

PON结构的特点：

PON是一各种非对称，点到多点（P2MP)结构，OLT和ONU所扮演的角色不同，OLT相当于Master的角色，ONU相当于Slave（奴隶）的角色.

优点1：是大量节约光纤，大量节约光收发器。

优点2：因为信号在PON传输过程，中不经过有源电子器件，减少潜在故障点，使用无源设备简化了网络层次结构，扁平化的网络结构更易于维护和管理。

优点3：PON传输距离长（10~20KM)，完全克服了以太网和xDSL接入方式在距离上的局限性，大大增强了运营商的端局部署的灵活性。

优点4：PON与xDSL相比带宽更高，完全满足未来HDTV在线播放业务需要。

优点5：多用途，PON是天然的广播网络，采用单纤波分复用技术，可以在OLT端交有线电视信号叠加进PON网络中传输，在用户端再通过分离器分离出来，PON可以传送数据也可以传送有线电视信号。

技术优势小结：

●节省大量光纤和光收发器，较传统光纤接入方案成本低

●大量使用无源设备，可靠性高，显著降低维护费用

●网络扁平化，结构简单更利于运营商对网络的管理

●最高20km的接入距离，使运营商端局部署更加灵活

●组网模型不受，可以灵活组建树型、星型拓扑网络

●应用广泛，不仅仅是运营商宽带接入，也可作为广电视频的传输网络，视频监控的图像

传输网络

●现阶段十分适合我国FTTB网络的建设以及广电的HFC双向改造，以及运营商的大客户

宽带接入

EPON的主要标准：

APON: ATM over PON，ITU G.983协议标准，就是在PON网络上传输ATM信元，最高速率622Mbps

GPON: Gigabit PON, ITU G984协议标准，对APON的升级和扩展，采用通用帧格式提供多种业务的支持。最高速率为2.5Gbps.

EPON: Ethernet over PON, IEEE 802.3ah协议标准，就是在PON网络上传输以太网格式的报文，可以支持1.25Gbps对称速率。

三种标准的区别：

●APON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。

●GPON在高速率和支持多业务方面有优势，但技术复杂、成本较高，产品的成熟度不高。●EPON基于以太网技术，协议简单而高效。成本方面相比APON，GPON具有明显的优势。

目前从技术上对比GPON、EPON各有优缺点，两者在FTTH领域各有市场；可见的未来，EPON 将会走在GPON的前面

、

第二节：EPON技术

本节围绕两个问题而展开讨论：

1.ONU如何分辨出收到的数据是OLT发给自己的？

2.OLT如何分配信道资源，以避免ONU的上行数据冲突？

EPON信道复用技术:采用WDM技术，实现单纤双向传输

EPON传输方式：上行业务为TDMA方式。下行业务为广播方式。

多点控制协议-MPCP

与以太网P2P结构不同，PON是P2MP的结构。ONU对于上行信道资源存在竞争，需要一种仲裁机制来避免上行数据冲突并且合理地分配信道资源。802.3ah协议规定了相应的控制协议——多点控制协议（MPCP，Multi-point MAC Control Protocol）。

MPCP主要定义了多点MAC控制子层（Multi-point MAC Control sublayer）来扩展并代替了802.3协议所定义的MAC控制子层（MAC Control sublayer）。MPCP协议的控制帧的优先级要高于MAC Client数据帧的优先级。

多点MAC控制通过控制MAC客户端的接收和发送使其工作在点对多点光网络中，而对MAC客户端来说就好象连接到一个独享的链路上。为了达到此目的，多点MAC控制协议遵循以下原则：

●MAC客户端通过多点MAC 控制子层发送和接收帧。

●多点MAC 控制决定何时允许客户端接口控制复用器发送一个帧。

●在某些情况下，当MAC 客户端发送帧时MAC 控制可能产生控制帧，并利用MAC 控

制帧传送优先级高于MAC 客户帧的特性，优先发送MAC 控制帧。

●通过使用时分复用(TDMA)的方法，在任意给定时刻仅允许一个MAC 在网络中发送上行

帧，使得多个MAC 可以在共享介质上操作。

●通过GATE 处理功能协调此类发送的GATE。

●通过发现处理功能在网络中发现新设备并允许其发送数据。

●利用报告处理功能提供的反馈机制可以合理地控制网络带宽的分配。

●P2MP 网络的操作是非对称的，其中OLT 为主设备，ONU 为从设备。

802.3ah定义的数据链路层

EPON传输原理

MPCP协议报文

EPON与APON最大的区别是EPON根据IEEE802.3协议，包长可变至1518字节传送数据，而APON根据ATM协议，按照固定长度53个字节包来传送数据，其中48个字节负荷，5个字节开销。这种差别意味着APON运载IP协议的数据效率低且困难。用APON传送IP业务，数据包被分成每48个字节一组，然后在每一组前附加上5个字节开销。这个过程耗时且复杂，也给OLT 和ONU增加了额外的成本。此外，每一48个字节段就要浪费5个字节，造成沉重的开销，即所谓的ATM包的税头。相反，以太网传送IP流量，相对于ATM开销急剧下降。

EPON从OLT到多个ONU下行传输数据和从多个ONU到OLT上行数据传输是十分不同的。所采取的不同的上行/下行技术分别如图3所示：

当OLT启动后，它会周期性的在本端口上广播允许接入的时隙等信息。ONU上电后，根据OLT 广播的允许接入信息，主动发起注册请求，OLT通过对ONU的认证（本过程可选），

允许ONU接入，并给请求注册的ONU分配一个本OLT端口唯一的一个逻辑链路标识（LLID）。

图3（上）图4（下）

数据从OLT到多个ONU以广播式下行（时分复用技术TDM），根据IEEE802.3ah协议，每一个数据帧的帧头包含前面注册时分配的、特定ONU的逻辑链路标识（LLID），该标识表明本数据帧是给ONU（ONU1、ONU2、ONU3......ONUn）中的唯一一个。另外，部分数据帧可以是给所有的ONU（广播式）或者特殊的一组ONU（组播），在图3的组网结构下，在分光器处，流量分成的三组信号，每一组载到所有ONU的信号。当数据信号到达ONU时，ONU 根据LLID，在物理层上做判断，接收给它自己的数据帧，摒弃那些给其它ONU的数据帧。举例，图3中，ONU1收到包1、2、3，但是它仅仅发送包1给终端用户1，摒弃包2和包3。

对于上行，采用时分多址接入技术（TDMA）分时隙给ONU传输上行流量。当ONU在注册时成功后，OLT会根据系统的配置，给ONU分配特定的带宽，（在采用动态带宽调整时，OLT 会根据指定的带宽分配策略和各个ONU的状态报告，动态的给每一个ONU分配带宽，动态带宽调整的进一步说明见后面章节）。带宽对于PON层面来说，就是多少可以传输数据的基本时隙，每一个基本时隙单位时间长度为16ns。在一个OLT端口（PON端口）下面，所有的ONU与OLT PON端口之间时钟是严格同步的，每一个ONU只能够在OLT给他分配的时刻上面开始，用分配给它的时隙长度传输数据。通过时隙分配和时延补偿，确保多个ONU的数据信号耦合到一根光纤时，各个ONU的上行包不会互相干扰。

对于安全性的考虑。上行方向，ONU不能直接接收到其它ONU上行的信号，所以ONU之间的通信，都必须通过OLT，在OLT可以设置允许和禁止ONU之间的通信，在缺省状态下是禁止的，所以安全方面不存在问题。对于下行方向，由于EPON网络，下行是采用广播方式传输数据，为了保障信息的安全，从几个方面进行保障：

●所有的ONU接入的时候，系统可以对ONU进行认证，认证信息，可以是ONU的一个

唯一标识（如MAC地址或者是预先写入ONU的一个序列号），只有通过认证的ONU，

系统才允许其接入。

●对于给特定ONU的数据帧，其它的ONU在物理层上，也会收到数据，在收到数据帧

后，首先会比较LLID（处于数据帧的头部）是不是自己的，如果不是，就直接丢

弃，数据不会上二层，这是在芯片层实现的功能，对于ONU的上层用户，如果想窃

听到其它ONU的信息，除非自己去修改芯片的实现。

●加密，对于每一对ONU与OLT之间，可以启用128位的AES加密。各个ONU的密钥

是不同的。

●VLAN隔离：通过VLAN方式，将不同的用户群、或者不同的业务在不同的VLAN，

保障相互之间的信息隔离。

EPON层次模型

对于以太网技术而言，PON是一个新的媒质。802.3工作组定义了新的物理层。而对以太网MAC层以及MAC层以上则尽量做最小的改动以支持新的应用和媒质。EPON的层次模型如下：

图5 EPON的层次模型

MPCP子层

EPON系统通过一条共享光纤将多个DTE连接起来，其拓扑结构为不对称的基于无源分光器的树形分支结构。MPCP就是使这种拓扑结构适用于以太网的一种控制机制。

EPON作为EFM讨论标准的一部分，建立在MPCP（Muti-Point Control Protocol多点控制协议）基础上，该协议是MAC control 子层的一项功能。MPCP使用消息，状态机，定时器来控制访问P2MP（点到多点）的拓扑结构。在P2MP拓扑中的每个ONU都包含一个MPCP 的实体，用以和OLT中的MPCP的一个实体相互通信。作为EPON/MPCP的基础，EPON实现了一个P2P仿真子层，该子层使得P2MP网络拓扑对于高层来说就是多个点对点链路的集合。该子层是通过在每个数据报的前面加上一个LLD（Logical Link Identification）逻辑链路标识来实现的。该LLID将替换前导码中的两个字节。PON将拓扑结构中的根结点认为是主设备，即OLT；将位于边缘部分的多个节点认为是从设备，即ONU。MPCP在点对多点的主从设备之间规定了一种控制机制以协调数据有效的发送和接收。系统运行过程中上行方向在一个时刻只允许一个ONU发送，位于OLT的高层负责处理发送的定时、不同ONU的拥塞报告、以便优化PON系统内部的带宽分配。EPON系统通过MPC PDU来实现OLT与ONU之间的带宽请求、带宽授权、测距等。

MPCP涉及的内容包括ONU发送时隙的分配，ONU的自动发现和加入，向高层报告拥塞情况以便动态分配带宽。MPCP多点控制协议位于MAC Control子层。MAC Control向MAC子层的操作提供实时的控制和处理。

EPON的物理层（RS子层、PCS子层、PMA子层、PDM子层）EPON物理层通过GMII接口与RS层相连，担负着为MAC层传送可靠数据的责任。物理层的主要功能是将数据编成合适的线路码；完成数据的前向纠错；将数据通过光电、电光转换完成数据的收发。整个EPON物理层由如下几个子层构成：

物理编码子层(PCS)

●前向纠错子层(FEC)

●物理媒体附属子层(PMA)

●物理媒体依赖子层(PMD)

同千兆以太网的物理层相比，唯一不同的是EPON的物理层多了一个前向纠错子层（FEC），其它各层的名称、功能、顺序没有太大的变化。前向纠错子层完成前向纠错的功能。这个子层是一个可选的子层，它处在物理编码子层和物理媒体附属子层中间。它的存在引入使我们在选择激光器、分光器的分路比、接入网的最大传输距离时有了更大的自由。从宏观上讲，除了FEC层和PMD层以外，各子层基本上可以同千兆以太网兼容

PCS子层

PCS子层处于物理层的最上层。PCS子层上接GMII接口下接PMA子层，其实现的主要技术为8b/10b，10b/8b编码变换。由于10比特的数据能有效地减小直流分量，便于接收端的时钟提取，降低误码率，因此PCS层需要把从GMII口接收到的8位并行的数据转换成10位并行的数据输出。这个高速的8b/10b编码器的工作频率是125MHz，它的编码原理基于

5b/6b和3b/4b两种编码变换。PCS的主要功能模块为：

●发送过程：从RS层通过GMII口发往PCS层的数据经过发送模块的处理(主要是8B/10B)：

根据GMII发来的信号连续不断地产生编码后的数据流，经PMA的数据请求原语把他们立即发往PMA服务接口。输入的并行八位数据变为并行的十位数据发往PMA。

●自动协商过程：设置标识通知PCS发送过程发送的是空闲码、数据、还是重新配置链路。

●同步过程：PCS同步过程经PMA数据单元指示原语连续接收码流，并经同步数据单元指

示原语把码流发往PCS接收过程。PCS同步过程设置同步状态标志指示是否PMA层发送来的数据是否可靠。

●接收过程：从PMA经过同步数据单元指示原语连续接收码流。PCS接收过程监督这些码

流并且产生给GMII的数据信号，同时产生供载波监听和发送过程使用的内部标识、接收信号、监测包间空闲码。PCS子层的发送、接收过程在自动协商的指示下完成数据收发、空闲信号的收发和链路配置功能。具体数据的收发满足RD平衡规则。在链路上传输的数据除了256个数据码之外，还有12个特殊的码组作为有效的命令码组出现。

在EPON系统中，按照单纤双向全双工的方式传送数据。当OLT通过光纤向各ONU广播时，为了对各ONU区别，保证只有发送请求的ONU能收到数据包，802.3ah标准引入了LLID。这是一个两字节的字段，每个ONU由OLT分配一个网内独一无二的LLID号，这个号码决定了哪个ONU有权接收广播的数据。这个两字节的字段所处的位置见下图所示。

图6 LLID在帧中的位置

这个字段占据了原千兆以太网802.3z中前导码（preamble）部分两个字节的空间，同802.3z标准相比SPD（或称SLD，LLID定界符在EPON中为0XD5）的位置也滞后了。对于

在EPON中新增的LLID，我们可以把它当作数据发送出去，不用对PCS作什么变动。但是对于EPON中SPD位置的这种变化，我们必须给以足够的重视。我们知道，普通的千兆网技术发送状态机根据EVEN或ODD的指示选择第一个或第二个字节用/S/来替代，也就是说SPD

的位置可以是变化的。而在EPON的PCS技术中，SPD的位置是固定的，我们要准确地把前导码的第三个字节用/S/来替代，否则ONU会收不到正确的以太网包。这是因为SPD在整个八字节的前导码中有固定的位置，它起着指示LLID和CRC位置的作用。如果它不能出现在以太网包头中的第三个字节的话，我们就不能够得到正确的LLID值。没有正确的LLID，处于等待状态的ONU就得不到想要的数据。

在各ONU向OLT突发发送数据的时候，得到授权的ONU在规定时隙里发送数据包，没有得到授权的ONU处于休息状态。这种在上行时不是连续发送数据的通信模式叫突发通信。在OLT侧，PCS的发送和接收都处于连续的工作模式；而在ONU侧的PCS子层接收方向是连续接收OLT侧来的广播数据，而在发送方向，却是在断断续续地工作。因此EPON的PCS子层不仅要能像普通的千兆PCS子层一样在连续的数据流状态下能正常工作，在面对突发发送和突发接收时也要保持稳定。其中OLT侧的突发同步和突发接收是实现EPON系统PCS子层技术的关键。

FEC子层

FEC子层的位置处在PCS和PMA之间，是EPON物理层中的可选部分。它的主要功能如下：●发送 FEC子层接收从PCS层发过来的包，先进行10b/8b的变换，然后执行FEC的编码

的算法，用校验字节取代一部分扩展的包间间隔，最后再把整个包经过8b/10b编码并把数据发给PMA层。

●字节对齐 FEC子层接收从PMA层的信号，对齐帧。当选择FEC子层的时候，PMA子层的

字节对齐就被禁止。

●接收把经字节对齐之后的数据进行RS译码、插入空闲码后发送数据到PCS层。

对于EPON系统而言，使用前向纠错技术的具体优点可以概括如下：

●可以减小激光器发射功率预算，减少功耗；

●可以增加光信号的最大传输距离；

●能有效地减小误码率，满足高性能光纤通信系统的要求便，是一个很好的选择方案。

此外EPON中所使用的光器件均为无源光器件，因此信号的传输距离有限，在一些接入距离较大的地方，FEC技术尤其重要。

PMA子层

EPON的PMA层技术同千兆以太网PMA层技术相比没有什么变化，其主要功能是完成串并、并串转换，时钟恢复并提供环回测试功能，它同相邻子层的接口是TBI接口。

PMD子层

EPON的PMD子层的功能是完成光电、电光转换，按1.25Gbps的速率发送或接收数据。802.3ah要求传输链路全部采用光无源器件，光网络能支持单纤双向全双工传输。上下行的激光器分别工作在1310nm和1490nm窗口；光信号的传输要做到当光分路比较小的时候，最

大传输20km无中继。

按所处位置的不同，光模块又可以分为局端和远端两种。对于远端的光模块而言，接收机处于连续工作状态，而发送机则工作于突发模式，只有在特定的时间段里激光器才处于打开状态，在剩下的时间段里，激光器并不发送数据。由于激光器发送数据的速率是1.25Gbps，因此要求激光器的开关的速度要足够快。同时要求在激光器处于关闭状态时，要使从PMA 层发送过来的信号全部为低，以确保不工作的ONU激光器的输出总功率叠加不会对正在工作的激光器的信号造成畸变影响。

小结

MPCP的五种控制帧:

•GATE（OLT发出）OLT控制ONU何时发送数据。

•REPORT（ONU发出）ONU定期向OLT报告自己的状态。

•REGISTER_REQ（ONU发出）ONU向OLT请求注册。

•REGISTER（OLT发出）OLT向ONU确认ONU请求注册成功。

•REGISTER_ACK（ONU发出）ONU向OLT确认ONU注册成功。

MPCP定义的三个处理过程

•Discovery Processing (OLT可以在网络中发现新的ONU，为成功注册的ONU分配LLID，并且将该ONU的MAC地址与相应的LLID绑定)

OLT周期性地广播GATE帧，GATE帧包括了传输的开始时间及时间窗口的长度。

未注册的ONU收到GATE帧，就等待这个周期向OLT发送REGISTER_REQ帧。为了避免多个ONU同时接入带来的冲突，每个ONU在传输REGISTER_REQ帧时，等待一个随机的时间。

OLT会向注册成功的ONU发送一个REGISTER帧，其中包括了OLT分配给ONU的LLID，以及OLT要求的同步时间等。

ONU收到REGISTER帧之后，等待OLT再次发送来GATE帧，在GATE消息指示的周期内向OLT 返回REGISTER_ACK帧，表示确认注册成功，ONU整个注册过程就完成了。

•Report Processing (OLT根据来自ONU的REPORT帧，了解ONU的带宽请求和实时状态，实现对各个ONU 的带宽动态分配和实时状态的监控。)

Report Processing的任务是处理网络中REPORT帧的产生和终结。REPORT帧是由更高层产生的，由MAC Client交付给多点MAC控制子层。REPORT帧用来通告带宽需求，也用来重置OLT的看门狗定时器。

REPORT帧必须周期性产生，即使没有带宽请求也会产生。相当于ONU的Keep-alive消息。

一旦OLT的看门狗定时器超时，OLT会认为ONU已经离线而注销该ONU。正确的机制是应该使OLT周期性地确认ONU的存在。

•Gate Processing (OLT控制ONU在某一时隙发送数据帧或控制帧，是对ONU使用上行信道传输的授权过程。)

MPCP的一个主要的思想就是通过OLT分配使用信道资源的授权，能够在多个ONU中决定单个ONU传输。

ONU的传输时间窗口是由GATE帧包含的开始时间与时间长度决定的。ONU在本地定时器与GATE帧包含的开始时间相同时开始传输，在GATE帧包含的时间长度到达前一段时间结束传输，以留有充分的空隙关掉激光器。

OLT一次可以向一个ONU发送多个GATE帧，但保证不能大于ONU注册时OLT提供的最大值。

EPON测距与时延补偿

EPON上行传输采用TDMA方式，由OLT来决定ONU发送数据的时间，由于每个ONU距离OLT 远近不同会产生时延差异，如果没有有效的时延补偿机制仍然会造成上行数据传输冲突。

EPON测距和时延补偿是上行信道复用的关键技术

在Discovery Processing过程中，OLT对新注册的ONU测距，计算出每个ONU的RTT （Round Trip Time）值。

OLT使用RTT来调整每个ONU的授权时间。

OLT也可以在收到MPCP PDU的时候启动测距.

EPON数据链路层的关键技术

EPON数据链路层的关键技术

数据链路层的关键技术主要包括：上行信道的多址控制协议（MPCP）、ONU的即插即用问题、OLT的测距和时延补偿协议以及协议兼容性问题。

由于下行信道采用广播方式，带宽分配和时延控制可以由高层协议完成，因而上行信道的MPCP便成为EPON的MAC层技术的核心。目前的802.3ah标准确定在EPON的MAC层中增加MPCP子层。

MPCP子层的基石主要有3点：一是上行信道采用定长时隙的TDMA方式，但时隙的分配由OLT实施；二是对于ONU发出的以太网帧不作分割，而是组合，即：每个时隙可以包含若干个802．3帧，组合方式由ONU依据QoS决定；三是上行信道必须有动态带宽分配（DBA）功能支持即插即用、服务等级协议（SLA）和QoS。

1. DBA

目前MAC层争论的焦点在于DBA的算法及802．3ah标准中是否需要确定统一的DBA 算法，由于直接关系到上行信道的利用率和数据时延，DBA技术是MAC层技术的关键。带宽分配分为静态和动态两种，静态带宽由打开的窗口尺寸决定，动态带宽则根据ONU的需要，由OLT分配。TDMA方式的最大缺点在于其带宽利用率较低，采用DBA可以提高上行带宽的利用率，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。另外，DBA所具有的灵活性为进行服务水平协商（SLA）提供了很好的实现途径。

目前的方案是基于轮询的带宽分配方案，即：ONU实时地向OLT汇报当前的业务需求（Request）（如：各类业务的在ONU的缓存量级），OLT根据优先级和时延控制要求分配（Grant）给ONU一个或多个时隙，各个ONU在分配的时隙中按业务优先级算法发送数据帧。由此可见，由于OLT分配带宽的对象是ONU的各类业务而非终端用户，对于QoS这样一个基于端到端的服务，必须有高层协议介入才能保障。

固定时限上行帧

时限动态分配的上行帧

动态分配过程：

在周期n-1中，ONU发送REPORT帧给OLT，REPORT帧中包含ONU每个队列缓存的数据流量情况。

在周期n中，DBA算法产生GATE帧，给每个ONU分配授权时间。

在周期n+1中，ONU根据OLT分配的指定时间进行数据传送。

在周期n中，DBA对前一个周期中收集的信息进行处理，先对用户配置的最小带宽进行预留，最小带宽之和不能超过1G。如果最大带宽之和大于1G，则按最大带宽的加权比例进行平均分配，在n+1周期中正确执行。

2. 系统同步

因为EPON中的各ONU接入系统是采用时分方式，所以OLT和ONU在开始通信之前必须达到同步，才会保证信息正确传输。要使整个系统达到同步，必须有一个共同的参考时钟，在EPON中以OLT时钟为参考时钟，各个ONU时钟和OLT时钟同步。OLT周期性的广播发送同步信息给各个ONU，使其调整自己的时钟。EPON同步的要求是在某一ONU的时刻T(ONU 时钟)发送的信息比特，OLT必须在时刻T(OLT时钟)接收他。在EPON中由于各个ONU到OLT 的距离不同，所以传输时延各不相同，要达到系统同步，ONU的时钟必须比OLT的时钟有一个时间提前量，这个时间提前量就是上行传输时延，也就是如果OLT在时刻0发送一个比特，ONU必须在他的时刻RTT(往返传输时延)接收。RTT等于下行传输时延加上上行传输时延，这个RTT必须知道并传递给ONU。获得RTT的过程即为测距(ranging)。当EPON系统达到同步时，同一OLT下面的不同ONU发送的信息才不会发生碰撞。

3.测距和时延补偿

由于EPON的上行信道采用TDMA方式，多点接入导致各ONU的数据帧延时不同，因此必须引入测距和时延补偿技术以防止数据时域碰撞，并支持ONU的即插即用。准确测量

各个ONU到OLT的距离，并精确调整ONU的发送时延，可以减小ONU发送窗口间的间隔，从而提高上行信道的利用率并减小时延。另外，测距过程应充分考虑整个EPON的配置情况，例如，若系统在工作时加入新的ONU，此时的测距就不应对其它ONU有太大的影响。EPON 的测距由OLT通过时间标记（Timestamp）在监测ONU的即插即用的同时发起和完成。

图7 测距和时延补偿

基本过程如下：OLT在T1时刻通过下行信道广播时隙同步信号和空闲时隙标记，已启动的ONU在T2时刻监测到一个空闲时隙标记时，将本地计时器重置为T1，然后在时刻T3回送一个包含ONU参数的（地址、服务等级等）在线响应数据帧，此时，数据帧中的本地时间戳为T4；OLT在T5时刻接收到该响应帧。通过该响应帧OLT不但能获得ONU的参数，还能计算出OLT与ONU之间的信道延时RTT＝T2－T1＋T5－T3＝T5－T4。

之后，OLT便依据DBA协议为ONU分配带宽。当ONU离线后，由于OLT长时间（如

3 min）收不到ONU的时间戳标记，则判定其离线。

4. RTT补偿

在OLT侧进行延时补偿，发送给ONU的授权反映出由于RTT补偿的到达时间。

例如，如果OLT在T时刻接收数据，OLT发送包括时隙开始的GATE＝T-RTT 。在时戳和开始时间之间所定义的最小延时，实际上就是允许处理时间。在时戳和开始时间之间所定义的最大延时，是保持网络同步

RTT的计算：

RTT=(T3-T1)-(T2-T1)=T3-T2

GATE帧中含有“时间戳”字段，ONU用这个“时间戳”刷新本地时间寄存器。OLT可以通过收到的REPORT帧计算出RTT来进行实验补偿。

EPON的QoS问题

在EPON中支持QoS的关键在3个方面：一是物理层和数据链路层的安全性；二是如何支持业务等级区分；三是如何支持传统业务。

1. 安全性

在传统的以太网中，对物理层和数据链路层安全性考虑甚少。因为在全双工的以太网中，是点对点的传输，而在共享媒体的CSMA／CD以太网中，用户属于同一区域。但在点到多点模式下，EPON的下行信道以广播方式发送，任何一个ONU可以接收到OLT发送给所有ONU的数据包。这对于许多应用，如付费电视、视频点播等业务是不安全的。MAC层之上的加解密控制只对净负荷加密，而保留帧头和MAC地址信息，因此非法ONU仍然可以获取任何其它ONU的MAC地址；MAC层以下的加密可以使OLT对整个MAC帧各个部分加密，主要方案是给合法的ONU分配不同的密钥，利用密钥可以对MAC的地址字节、净负荷、校验字节甚至整个MAC帧加密。

根据IEEE 802.3ah规定，EPON系统物理层传输的是标准的以太网帧，对此，802.3ah标准中为每个连接设定LLID逻辑链路标识，每个ONU只能接收带有属于自己的LLID的数据报，其余的数据报丢弃不再转发。不过LLID主要是为了区分不同连接而设定，ONU侧如果只是简单根据LLID进行过滤很显然还是不够的。为此物理层ONU只接收自己的数据帧，AES加密，ONU认证。

2. 业务区分

由于EPON的服务对象是家庭用户和小企业，业务种类多，需求差别大，计费方式多样，而利用上层协议并不能解决EPON中的数据链路层的业务区分和时延控制。因此，支持业务等级区分是EPON必备的功能。目前的方案是：在EPON的下行信道上，OLT建立8种业务队列，不同的队列采用不同的转发方式；在上行信道上，ONU建立8种业务端口队列，既要区分业务又要区分不同用户的服务等级。此外，由于ONU要对MAC帧组合，以便时隙突发并提高上行信道的利用率，所以进一步引入帧组合的优先机制用于区分服务。

第三章EPON产品与应用第一节 EPON产品介绍

OLT主机(S7502/S7503/S7506/S7506R)

OLT业务板

(LS8M1PT8GA / LS8M1PT4GA (10km)

LS8M1PT8GB0 / LS8M1PT4GB0 (20km)

OLT业务板特性信息

EPON OLT单板基本结构

OLT单板内没有交换芯片，通过内部总线经过背板与主控板相连，二、三层交换完全依靠主控板的交换芯片，属于集中式的转发结构，OLT单板对外提供8个1G光口。

EPON设备组成（ONU设备）

ONU设备

ET204 / ET300 （10km）

ET204-L20 / ET300-L20 （20km）

ONU（ET204/ET300）特性信息

EPON ONU（ET204）主要结构

●ET204内部有交换芯片，提供4个FE电口和1个GE光口。

●由于ET204最初定位在FTTH市场，自带的交换芯片为SOHO级别的芯片，不支持标准

的802.1q，igmp-snooping等协议，因此使用上受到一些。

EPON设备组成（ONU设备）

ONU子卡设备

LS6M1PU1SA/LS6M1PU1SB （10km/20km）

LSNM1PU1S/LSNM1PU1SA（10km/20km）

ONU设备

S3100C系列交换机，可以插入ONU子卡。

ONU（S3100 ONU子卡）特性信息

ONU设备

EC主机，可以插入ONU子卡。

EPON设备组成（POS设备）

分光器

支持多种分光比

1*2(多种功率比)：1*4、1*8、1*16、1*32 1U盒式分光器

室外型分光器

分光器特性信息

第二节典型应用EPON运营商组网应用

EPON行业组网应用

FTTH解决方案

小区接入FTTB解决方案

商务楼宇FTTB解决方案

IPTV(组播)解决方案

EPON广电解决方案一

EPON广电解决方案二

EPON广电解决方案二（续）

网吧一条街解决方案

边远地区解决方案

边远地区解决方案二

视频监控解决方案