文章目录一、前言二、技术对比(PON vs WiFi vs Ethernet)三、物理层四、一对多冲突处理五、帧结构六、上线流程PONWIFI一、前言通信行业会涉及有线、无线、光通信。并且光通信PON和无线通信有相似性都是基于电磁波进行通信都是集中式拓扑和一对多场景所以本文将以太网、PON、WIFI协议进行一个对比形成更深入的理解。二、技术对比(PON vs WiFi vs Ethernet)对比项PON (GPON/XGSPON)WIFI (IEEE 802.11 ax/be)以太网 (IEEE 802.3)物理介质​单模光纤​ (SMF)空气​ (自由空间)双绞线​ (Copper) / 光纤承载介质​光信号 (红外波段)电磁波 (射频 RF)电信号 (电压差)双工模式​全双工​ (上下行波长分离)下行广播上行TDMA半双工​ (同一信道收发不能同时进行)注WiFi 7的MLO改善了这一点全双工​ (千兆及以上)百兆及以下可选半双工通信对象​OLT → 多 ONU (点对多点)AP → 多 STA (点对多点)点对点 (Point-to-Point)复用/多址​TDMA​ (时分) WDMA​ (波分)OFDMA​ MU-MIMO​ (空分)无 (独占信道)架构​OLT - 分光器 - n*ONUAP - n*STASwitch - n*Device拓扑结构​树型/总线型​ (逻辑星型)星型​ (逻辑总线型)星型​ (通过交换机)冲突解决​DBA​ (动态带宽分配由OLT调度)CSMA/CA​ ( RTS/CTS)CSMA/CD​ (仅半双工) / 全双工无视自协商​无 (硬件规格固定通过OMCI下发)动态速率调整​ (基于SNR)Auto-Negotiation​ (FLP脉冲)流控​**DBA (间接)**​ / GEM Port限速WMM​ (基于优先级队列)IEEE 802.3x PAUSE Frame​上线过程​O1-O5 状态机Serial Number - Ranging - OMCIScan - Auth - AssocBeacon - Probe - 4-way HandshakeLink UpAuto-neg - Up认证​SN / LOID / Password​ (PLOAM层)WPA2/3-PSK​ 或802.1X/EAP​802.1X​ (端口认证非必须)物理层/MAC层编码​NRZ / PAM4​ (高速率)FEC (RS/G.FEC)OFDM / DSSSLDPC / Convolutional Code4D-PAM5 / PAM3​ (2.5G/5G/10G)帧类型​PLOAM​ (管理),OMCI​ (业务),GEM​ (数据)管理帧,控制帧,数据帧​Ethernet II,802.3 LLC/SNAP​QoS​DBA (T-CONT Type)GEM Port PriorityWMM​ (Voice/Video/Best Effort)**802.1p (CoS)**​ /DSCP​重传机制​无​ (靠FEC纠错丢弃误码帧)ARQ​ (Block Ack / ACK)无​ (靠上层TCP重传)低功耗模式​Dozing​ (Sleep Mode)PSM​ /WMM-PS​ /TWT​EEE​ (Energy Efficient Ethernet)寻址方式​Alloc-ID​ (逻辑) /ONU-ID​BSSID / MAC Address​MAC Address​帧结构​GTC/GEM Frame(PLOu, PLOAM, GEM Header)PPDU​ (物理层)MPDU​ (MAC层)Ethernet Frame(Preamble, SFD, DA, SA, Type/Len)帧长度​可变​ (GEM: 53B cell based or packet)可变​ (Max MSDU 2304B)64B - 1518B​ (标准)Jumbo Frame (9K)管理方式​OAM​ (OMCI/TR069) -带外​带内管理​ (CAPWAP/WebUI)带内管理​ (SSH/SNMP)频谱/波长​下行 1490nm​ /上行 1310nm(XGS-PON: 1577/1270)2.4GHz / 5GHz / 6GHz​基带信号​ (DC-250MHz)帧保护机制​FEC​ (前向纠错)FCS​ (CRC32) /FEC​ (WiFi 6)FCS​ (CRC32)典型带宽瓶颈​OLT 上联口 / 分光比干扰 / 信道竞争 / MCS线缆质量 / 交换机背板三、物理层PON通信光信号传输需要介质否则损耗太大需要光纤传输。而WIFI使用电磁波直接使用空气传播。PON使用不同的电磁波波长区分上下行光通信中的两个低损耗窗口。比如GPON中GPON下行波长为1490nm上行波长为1310nm。WIFI则是频分复用不同频率的电磁波划分成一个个信道用于减少干扰增加带宽。四、一对多冲突处理一对多场景PON的架构OLT | / \ ONU ONUWIFI架构AP | / \ STA STA两者架构类似都需要集中转发STA之间不直接通信ONU之间也不直接通信。那么多个ONU或者STA该如何发送数据呢如何进行冲突处理PONPON中使用TDMA技术每个ONU分配时隙由OLT统一管理时隙避免冲突。 由下行的报文中的BWMP字段来分配。下行发送者只有OLT无冲突使用广播形式发送。WIFI1CSMA/CA技术“先听后说”发送数据前先检查是否有其它人在发送如果有则进行指数退避。2RTS/CTS为了解决隐藏终端问题引入RTS/CTS机制发送前先请求信道使用不过RTS效率太低只有在报文长度超过RTS threshold时才会开启。3OFDMA WIFI6中引入OFDMA在CSMA/CA上进行一个补充和PON类似将信道划分成RU时分复用由AP统一协调多个STA合适发送数据。以太网100M半双工以太网中采用CSMA/CD技术冲突检测技术发送数据后检测线路电平是否有冲突如果有冲突则进行冲突退避。并且会再发送一些数据加剧这种冲突使得其它终端也能感受到冲突然后进行退避。上线阶段如何避免冲突前面说的PON中的TDMAWIFI6中的OFDMA集中分配时隙/RU都需要ONU/AP上线后获取的IDPON是ONU_ID、alloc id,wifi是AID后才能集中调度那么在上线过程中如何避免冲突1PON上线过程中会有开窗操作禁止其它ONU发光有一个静默期用于上线处理如果同时存在多个ONU上线那么会有冲突退避策略此时不是CSMA载波侦听技术而是上线失败会退避也是指数退避。2WIFI6中上线过程OFDMA没有建立则是使用CSMA/CA技术通过信道竞争来解决。五、帧结构PON的帧封装层次分为GEM帧和GTC帧可以对应mac帧和物理帧。每一个GTC帧是一个625us的时间窗口里面可以包含多个ONU的帧。数据帧使用GEM帧进行封装在以太帧前加一个GEM帧头。gem帧 PTI表示GEMPORT的ID号。GTC帧物理层的一些同步码以及BWMP控制DBA带宽分配PLOAM帧内容。WIFIMPDUMAC层封装。PPDU物理层封装。802.11 MAC HeaderMAC头-CSDN博客物理层帧头PLCPPLCP层将MAC层的MPDU转换为PSDUPLCP服务数据单元并添加前导序列和PHY头部形成PPDU。PPDU的结构包括以下部分前导序列Preamble 用于接收端的同步操作确保数据帧能够被正确检测。 包括SYNC字段全1用于同步和SFD字段标识帧开始。PHY头部PHY Header 包含信号字段指示调制方式和传输速率、服务字段保留字段、长度字段传输PSDU所需时间和CRC字段校验前述字段的完整性。PSDU 实际承载的数据部分可能是数据包、管理帧或控制帧。其实就是MPDU帧间隔帧间隔、guardtime、前导码PON和WIFI中均存在。不过WIFI中存在短帧间隔和长帧间隔。长帧间隔用于抢占信道使用。帧类型PONWIFI控制帧PLOAM上线控制RTS/CTS控制数据转发相关管理帧OMCI管理PON和上层业务ASSOC等上线管理等。数据帧GEM帧承载数据六、上线流程PON和WIFI都需要上线认证过程。PONPON上线经历两个阶段1O1-O5激活流程。2OMCI配置流程。O1-O5主要做的事1、测距TDMA系统时间对齐。2、分配ONU_ID。3、认证SN。4、分配OMCC控制通道allocid和gemport都和onu id一致。OMCI配置流程通过控制通道OMCC然后下发OMCI报文配置数据通道的TCONT和GEMPORT配置完成后可以进行DHCP网络层通信。WIFIWIFI比PON多了一步扫描开放环境需要扫描对应的SSID可以事主动probe也可以监听beacon帧。WIFI上线主要敬礼如下步骤1扫描2链路层认证3assoc4四次握手认证EAPoL