1、“十二五”規(guī)劃系列課程教材 接入網(wǎng)技術(shù)第6章 GPON技術(shù)6.1GPON技術(shù)概述6.2GPON的幀結(jié)構(gòu)及業(yè)務(wù)映射6.3GPON的關(guān)鍵技術(shù)6.4GPON與EPON的比較第6章 GPON技術(shù)學(xué)習(xí)提示本章重點(diǎn)、難點(diǎn)GPON的幀結(jié)構(gòu)和GEM幀結(jié)構(gòu)GPON關(guān)鍵技術(shù)GPON與EPON的區(qū)別學(xué)習(xí)本章目的和要求掌握GPON的幀結(jié)構(gòu)和GEM封裝過(guò)程理解GPON的關(guān)鍵技術(shù)了解GPON與EPON的區(qū)別第6章 GPON技術(shù)6.1GPON技術(shù)概述6.1.1 GPON的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)6.1.2 GPON層次模型6.26.36.4GPON的幀結(jié)構(gòu)及業(yè)務(wù)映射GPON的關(guān)鍵技術(shù)GPON與EPON的比較第6章 GPON技術(shù)6.1 GP

2、ON技術(shù)概述什么是GPON？GPON技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)由誰(shuí)制定的？GPON與EPON在層次結(jié)構(gòu)上有什么不同？探 討第6章 GPON技術(shù)6.1.1 GPON的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) G.984.1 是GPON技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)概述部分，定義了千兆比無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)的總體特性。要求ONU的最大邏輯距離差可達(dá)20km，支持的最大分路比為16, 32或64。 G.984.2 是GPON的物理媒質(zhì)相關(guān)（PMD）層規(guī)范，規(guī)范了GPON系統(tǒng)的物理層要求。 系統(tǒng)下行速率為1.244或2.488Gbit/s，上行速率為0.155, 0.622, 1.244或2.488Gbit/s。 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了在各種速率等級(jí)下OLT和ONU光接口的物理特性。 G.98

3、4.3 是GPON的傳輸匯聚（TC）層規(guī)范，規(guī)范了GPON的幀結(jié)構(gòu)、封裝方法、適配方法、測(cè)距機(jī)制、QOS機(jī)制、加密機(jī)制等要求，是GPON系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)要求。 G.984.4 是GPON系統(tǒng)管理控制接口（OMCI）規(guī)范，實(shí)現(xiàn)多廠家OLT和ONT設(shè)備的互通性。ITU為為GPON技術(shù)制定并發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)制定并發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)第6章 GPON技術(shù)6.1.2 GPON層次模型 C/M平面管理用戶數(shù)據(jù)流，完成安全加密等OAM功能； U平面完成用戶數(shù)據(jù)流的傳輸。 物理媒介相關(guān)子層（PMD） GPON傳輸匯聚子層（GTC） 高層 高層的用戶數(shù)據(jù)和控制/管理信息通過(guò)GTC適配子層進(jìn)行封裝。 GPON使用GEM協(xié)議進(jìn)行

4、封裝 GPON有兩種傳輸模式：一種是ATM模式，信元封裝在ATM塊中傳輸；另一種是GEM模式，GEM幀封裝在GEM塊中傳輸。 第6章 GPON技術(shù)6.1GPON技術(shù)概述6.2.1 GPON的復(fù)用結(jié)構(gòu)6.2.2 GPON的幀結(jié)構(gòu)6.2.3 GEM的幀結(jié)構(gòu)6.2.4 GEM的分片機(jī)制6.2.5業(yè)務(wù)在GPON中的映射方式6.26.36.4GPON的幀結(jié)構(gòu)及業(yè)務(wù)映射GPON的關(guān)鍵技術(shù)GPON與EPON的比較第6章 GPON技術(shù)6.2.1 GPON的復(fù)用結(jié)構(gòu) GPON的上、下行工作原理和EPON一樣，采用WDM實(shí)現(xiàn)一根光纖上傳輸上、下行兩個(gè)方向的數(shù)據(jù)，下行采用廣播的方式，ONU選擇性接收，上行采用TDM

5、A方式實(shí)現(xiàn)不同的ONU在不同的時(shí)間上傳數(shù)據(jù)。 GPON采用GEM傳輸模式時(shí)，GEM是內(nèi)嵌在PON中的，在ONU跟OLT的兩個(gè)PON口之間才能被識(shí)別。 第6章 GPON技術(shù)6.2.1 GPON的復(fù)用結(jié)構(gòu) （1）IF pon：GPON接口，存在于OLT和ONU中，OLT一個(gè)PON接口下不同的ONU用ONU-ID標(biāo)識(shí)，在一個(gè)PON口下唯一，不同PON口之間獨(dú)立使用 （2）GEM Port：GEM端口，ONU和OLT之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ?，不同的業(yè)務(wù)可以通過(guò)一個(gè)GEM port，也可以通過(guò)多各GEM port 傳輸，是OLT到ONU之間的業(yè)務(wù)的最小承載單位，不同的GEM Port用Port-ID標(biāo)識(shí)。 （

6、3）T-CONT：傳輸容器，是一種承載業(yè)務(wù)的緩沖區(qū)。ONU用T-CONT ID來(lái)識(shí)別不同的緩存；OLT用ALLOCATE ID 來(lái)統(tǒng)一標(biāo)識(shí)該P(yáng)ON口下的所有ONU的T-CONT。OLT到ONU間復(fù)用結(jié)構(gòu)示意圖ONU1IF ponONU2IF ponGEM PortGEM PortGEM PortGEM PortGEM PortGEM PortGEM PortT-CONTT-CONTT-CONTIF ponOLT第6章 GPON技術(shù)6.2.2 GPON的幀結(jié)構(gòu) GPON幀分為上行幀和下行幀，每個(gè)幀都是125us 。 下行幀結(jié)構(gòu)包括GTC Header（GTC幀頭）和GTC Payload（GTC

7、信息凈荷） 下行物理控制塊（PCBd）傳送OLT與ONU之間的同步、超幀指示、下行物理層OAM差錯(cuò)檢驗(yàn)和下行信息凈荷長(zhǎng)度等信息。 上行帶寬授權(quán)給ONU的上行數(shù)據(jù)指定傳輸時(shí)隙。Alloc ID為1的T-CONT 為1的ONU 1的上行開始時(shí)隙為100，結(jié)束時(shí)隙為200。 上行幀結(jié)構(gòu)包括 （1）PLOu：上行物理層開銷，用于突發(fā)傳輸同步，ONU在占據(jù)上行信道后首先發(fā)送PLOu單元，以使OLT能夠快速同步并正確接受ONU的數(shù)據(jù)。 （2）PLOAMu：用于承載上行PLOAM信息，包含ONU ID。 （3）PLSu：功率測(cè)量序列，用于調(diào)整光功率。 （4）DBRu：包含DBA域及CRC域，用于申請(qǐng)上行帶寬

8、。 （5）Payload域：填充ATM信元或者GEM幀。第6章 GPON技術(shù) 上行1.24416Gbit/s、下行2.48832Gbit/s是目前支持的主要速率，可升級(jí)到10G GPON。GPON的傳輸速率表上行速率（Gbit/s）下行速率（Gbit/s）0.155521.244160.622081.244161.244161.244160.155522.488320.622082.488321.244162.488322.488322.48832第6章 GPON技術(shù)6.2.3 GEM的幀結(jié)構(gòu) GEM幀由5字節(jié)的幀頭和L字節(jié)的凈荷組成。 PLI：指示的是凈荷的字節(jié)長(zhǎng)度?？梢砸曌饕粋€(gè)指針，用來(lái)指

9、示并找到下一個(gè)GEM幀頭。后面的凈荷最大字節(jié)長(zhǎng)度是4095個(gè)字節(jié)。如果數(shù)據(jù)超過(guò)這個(gè)上限，GEM將采用分片機(jī)制。 Port ID：可以提供4096個(gè)不同的端口，用于支持多端口復(fù)用。 PTI：用來(lái)指示凈荷的類型。PTI最高位指示GEM幀是否為OAM信息，次高位指示用戶數(shù)據(jù)是否發(fā)生擁塞，最低位指示在分片機(jī)制中是否為幀的末尾，當(dāng)為1的時(shí)候表示幀的末尾。 HEC：提供GEM幀頭的檢錯(cuò)和糾錯(cuò)個(gè)功能。第6章 GPON技術(shù)6.2.4 GEM的分片機(jī)制 GEM的分片機(jī)制把超過(guò)長(zhǎng)度限制的用戶數(shù)據(jù)幀分割成若干分割塊，并且在每個(gè)塊的前面都插入一個(gè)GEM幀頭。PTI的最低有效位就是用來(lái)指示這個(gè)分割塊是否為用戶數(shù)據(jù)幀的最

10、后一個(gè)分割塊。 每一個(gè)GEM塊都是連續(xù)的、不跨越幀界的傳輸。分片過(guò)程中要注意當(dāng)前GTC幀凈荷中的剩余時(shí)間，以便合理分片。 在GTC系統(tǒng)中使用分片機(jī)制有兩個(gè)目的：一個(gè)是在每個(gè)分片前面都加上一個(gè)GEM幀頭，另一個(gè)是對(duì)于一些時(shí)間比較敏感的信號(hào)，以高優(yōu)先級(jí)進(jìn)行傳輸。如把語(yǔ)音信號(hào)總是在凈荷區(qū)的前部發(fā)送，GTC幀的幀長(zhǎng)是125s，延時(shí)比較小，從而能保證對(duì)于語(yǔ)音業(yè)務(wù)的QoS。第6章 GPON技術(shù)6.2.5 業(yè)務(wù)在GPON中的映射方式 1TDM業(yè)務(wù)在GPON中的映射方式 TDM業(yè)務(wù)先導(dǎo)入緩存中進(jìn)行排隊(duì)，并且按照固定的字節(jié)數(shù)復(fù)用到GEM幀中進(jìn)行傳輸 第6章 GPON技術(shù)6.2.5 業(yè)務(wù)在GPON中的映射方式 2

11、、以太網(wǎng)業(yè)務(wù)在GPON中的映射方式 GPON系統(tǒng)對(duì)以太網(wǎng)幀進(jìn)行解析，將數(shù)據(jù)部分直接映射到GEM Payload中去進(jìn)行傳輸，GEM幀會(huì)自動(dòng)封裝頭信息。第6章 GPON技術(shù)6.1GPON技術(shù)概述6.3.1 測(cè)距技術(shù)6.3.2 動(dòng)態(tài)帶寬分配技術(shù)6.3.3 GPON網(wǎng)絡(luò)保護(hù)方式6.3.4 GPON中的QoS處理6.26.36.4GPON的幀結(jié)構(gòu)及業(yè)務(wù)映射GPON的關(guān)鍵技術(shù)GPON與EPON的比較第6章 GPON技術(shù)6.3.1測(cè)距技術(shù)各個(gè)ONU和OLT的距離都不一樣，光信號(hào)在光纖上的傳輸時(shí)間不一樣，到達(dá)各ONU的時(shí)刻不一樣。OLT給每個(gè)ONU分配不同的時(shí)隙來(lái)發(fā)送上行的數(shù)據(jù)，如何保證各ONU能夠精確定位

12、時(shí)隙？多個(gè)ONU的上行數(shù)據(jù)如何不沖突，實(shí)現(xiàn)幀同步？探 討第6章 GPON技術(shù)6.3.1測(cè)距技術(shù) OLT通過(guò)Ranging測(cè)距過(guò)程獲取ONU的往返延遲RTD，計(jì)算出每個(gè)ONU的物理距離。 指定合適的均衡延時(shí)參數(shù)EqD，保證每個(gè)ONU發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)不會(huì)在分光器上產(chǎn)生沖突。 Ranging的過(guò)程需要開窗，即Quiet Zone，暫停其他ONU的上行發(fā)送通道。OLT開窗通過(guò)將BWmap設(shè)置為空，不授權(quán)任何時(shí)隙來(lái)實(shí)現(xiàn)。 第6章 GPON技術(shù)6.3.1測(cè)距技術(shù) ONU的激活進(jìn)程在OLT控制下工作，ONU應(yīng)答OLT啟動(dòng)的消息，激活進(jìn)程大致步驟為： （1）OLT開窗廣播給所有ONU； （2）ONU上報(bào)序列碼給OL

13、T； （3）OLT分配ONU ID給ONU； （4）OLT和ONU進(jìn)行測(cè)距（計(jì)算出TRD和EqD）； （5）OLT創(chuàng)建OMCI管理通道； （6）OLT請(qǐng)求密碼（可選)； （7）ONU上報(bào)密碼（可選)； （8）注冊(cè)成功。第6章 GPON技術(shù)6.3.2 動(dòng)態(tài)帶寬分配技術(shù)語(yǔ)音業(yè)務(wù)與數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和視頻業(yè)務(wù)分配的帶寬有什么不同？GPON是如何進(jìn)行帶寬管理的？探 討第6章 GPON技術(shù)6.3.2 動(dòng)態(tài)帶寬分配技術(shù) DBA策略：非狀態(tài)報(bào)告DBA（NSR-DBA）和狀態(tài)報(bào)告DBA（SR-DBA） DBA利用下行幀PCBd中的BWmap來(lái)控制每個(gè)ONT上T-CONT的發(fā)送，從而達(dá)到帶寬動(dòng)態(tài)分配的目的。 NSR-DB

14、A通過(guò)在OLT側(cè)檢測(cè)每個(gè)T-CONT的擁塞狀態(tài)來(lái)進(jìn)行帶寬分配。 SR-DBA是T-CONT向OLT發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)匯報(bào)T-CONT buffer的當(dāng)前狀態(tài)，OLT根據(jù)匯報(bào)調(diào)整帶寬分配。第6章 GPON技術(shù)6.3.2 動(dòng)態(tài)帶寬分配技術(shù) T-CONT的帶寬類型 （1）固定帶寬（Fixed Bandwidth，F(xiàn)B）。預(yù)留的或者循環(huán)申請(qǐng)的帶寬，能夠保證最低的傳送延遲。就算沒(méi)有數(shù)據(jù)發(fā)送，其帶寬也會(huì)預(yù)留不被其他T-CONT使用。 （2）確定帶寬（Assured Bandwidth，AB）。如果ONT的T-CONT buffer中有數(shù)據(jù)發(fā)送，則總能得到有效的調(diào)度。如果T-CONT buffer中沒(méi)有數(shù)據(jù)則其帶寬

15、將被其他T-CONT使用。 （3）盡力而為帶寬（Best Effort Bandwidth，BE）。如果沒(méi)有高優(yōu)先級(jí)的帶寬使用，則盡力而為帶寬將得到調(diào)度。 保證帶寬是確定帶寬和固定帶寬的總和；剩余帶寬是PON口帶寬去掉固定帶寬或者確定帶寬以及其他保留的帶寬后的帶寬。 最大帶寬和最小帶寬是對(duì)每個(gè)ONU的帶寬進(jìn)行極限限制，保證帶寬根據(jù)業(yè)務(wù)的優(yōu)先級(jí)不同而不同，一般語(yǔ)音業(yè)務(wù)的優(yōu)先級(jí)最高，視頻業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)次之，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的優(yōu)先級(jí)最低。第6章 GPON技術(shù)6.3.3 GPON網(wǎng)絡(luò)保護(hù)方式 （1）光纖備份方式 設(shè)備沒(méi)有任何備份措施，主干光纖故障后，由人工切換至備用光纖，業(yè)務(wù)肯定中斷，中斷時(shí)間取決于線路恢復(fù)時(shí)間。

16、如果到用戶的線路故障，業(yè)務(wù)就會(huì)中斷，無(wú)法備份。第6章 GPON技術(shù)6.3.3 GPON網(wǎng)絡(luò)保護(hù)方式 （2）OLT端口備份方式 OLT設(shè)備上有兩個(gè)GPON接口，此種保護(hù)方式僅限于主干光纖出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)切換到備用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)骨干光纖的保護(hù)。保護(hù)對(duì)象僅限于OLT與ODN之間的光纖故障和OLT單板硬件故障，對(duì)其他類型的故障沒(méi)有涉及，可能存在嚴(yán)重安全隱患，無(wú)法滿足客戶需求。無(wú)法定位故障。第6章 GPON技術(shù)6.3.3 GPON網(wǎng)絡(luò)保護(hù)方式 （3）全備份方式 OLT和ONT上均有兩個(gè)GPON接口。OLT的GPON接口要工作在1:1模式下。此種保護(hù)方式一種全保護(hù)光纖倒換方式，OLT與ONU之間有完

17、全不同的兩條通路，可以保證各種故障都得到恢復(fù)。 其中一個(gè)端口始終處于空閑狀態(tài)，造成系統(tǒng)帶寬利用率低。第6章 GPON技術(shù)6.3.3 GPON網(wǎng)絡(luò)保護(hù)方式 （4）混合備份方式 OLT上有兩個(gè)GPON接口。OLT的GPON接口要工作在11模式下。此種保護(hù)方式一種全保護(hù)光纖倒換方式，OLT與ONU之間有完全不同的兩條通路，各種故障都得到恢復(fù)。 支持ONU混合方式，可以是帶一個(gè)PON口的，也可以是帶兩個(gè)PON口的第6章 GPON技術(shù)6.3.4 GPON中的QoS處理 （1）GTC層次的QoS處理 PON系統(tǒng)架構(gòu)是下行方向?yàn)閺V播方式，上行方向?yàn)門DMA方式，所以只對(duì)上行方向的業(yè)務(wù)流提供QoS處理。DBA

18、的算法是GTC的QoS處理性能的關(guān)鍵。 （2）GEM幀的QoS處理 在GEM層主要是針對(duì)每個(gè)GEM Port進(jìn)行業(yè)務(wù)流分類，類似于DSLAM的單PVC多業(yè)務(wù)的處理方式。進(jìn)行優(yōu)先級(jí)修改、流量監(jiān)管和轉(zhuǎn)發(fā)處理。 （3）ETH/TDM的QoS處理 TDM業(yè)務(wù)（非電路仿真QoS處理方式）為面向連接，通過(guò)靜態(tài)配置帶寬嚴(yán)格保證面向連接的QoS。ETH業(yè)務(wù)（包括電路仿真方式的TDM業(yè)務(wù)）主要是基于二層VLAN等標(biāo)識(shí)進(jìn)行業(yè)務(wù)的QoS處理。第6章 GPON技術(shù)GPON中的QoS處理圖ETH/TDMGEMGTCFlow control/ClassificationGPON 業(yè)務(wù)承載層業(yè)務(wù)承載層GPON QoS處理機(jī)

19、制處理機(jī)制T-CONT/DBAVLAN/COS/PQ/GTS/POLICING第6章 GPON技術(shù)6.1GPON技術(shù)概述6.26.36.4GPON的幀結(jié)構(gòu)及業(yè)務(wù)映射GPON的關(guān)鍵技術(shù)GPON與EPON的比較第6章 GPON技術(shù)6.4 GPON與EPON的比較比較項(xiàng)目EPONGPON標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.3ahITU G.984.4網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)點(diǎn)到多點(diǎn)點(diǎn)到多點(diǎn)線路速率上行：1.25Gbit/s下行：1.25Gbit/s上行：1.244Gbit/s下行：2.488Gbit/s分路比/傳輸距離1:32分路比下20km1:64分路比下10km1:64分路比下20km1:128分路比下10km業(yè)務(wù)能力IP、

20、E1、語(yǔ)音IP、E1、語(yǔ)音對(duì)E1的支持能力基于電路仿真（CES）方式實(shí)現(xiàn)基于Native方式和電路仿真（CES）方式實(shí)現(xiàn)QoS特性滿足現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務(wù)QoS要求滿足現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務(wù)QoS要求管理維護(hù)能力主要通過(guò)擴(kuò)展OAM進(jìn)行管理主要通過(guò)OMCI協(xié)議進(jìn)行管理互通行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)已發(fā)布行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)正在制定中第6章 GPON技術(shù)小結(jié)1GPON支持更高的速率和對(duì)稱/非對(duì)稱工作方式，支持多業(yè)務(wù)（ATM業(yè)務(wù)、TDM業(yè)務(wù)及IP/Ethernet業(yè)務(wù)），同時(shí)具有強(qiáng)大的OAM能力。2ITU為GPON技術(shù)制定并發(fā)布了ITU-T G.984.x系列標(biāo)準(zhǔn)，具體包括G.984.1、G.984.2、G.984.3和G.984.4。3GPON由控制/管理平面（C/M平面）和用戶平面（U平面組成）組成。C/M平面管理用戶數(shù)據(jù)流，完成安全加密等OAM功能；U平面完成用戶數(shù)據(jù)流的傳輸。用戶平面分為物理媒介相關(guān)子層（PMD）、GPON傳輸匯聚子層（GTC）和高層；G