1、GPON基礎(chǔ)知識,2010年4月,目錄,PON原理 GPON與EPON GPON相關(guān)標準 GPON協(xié)議分析 GPON關(guān)鍵技術(shù) GPON ONU業(yè)務模型 應用場景及相關(guān)概念,什么是PON?,Passive Optical Network 無源光網(wǎng)絡,OLT,ONU,Optical Line Terminal 光線路終端,Optical Network Unit 光網(wǎng)絡單元,PSTN,Internet,ONU,ONU,PON由光線路終端OLT（Optical Line Terminal）、光網(wǎng)絡單元 ONU（ Optical Network Unit）和無源分光器POS（Passive Optic

2、al Splitter）組成；,Passive Optical Splitter 無源分光器,ONU Optical Network Unit 光網(wǎng)絡單元 ONT Optical Network Terminal 光網(wǎng)絡終端 ODN Optical Distribution Network 光分配網(wǎng)絡 OLT Optical Line Terminal 光線路終端 WDM Wavelength Division Multiplex Module 波分復用模塊接口,PON原理-數(shù)據(jù)復用,PON系統(tǒng)采用WDM技術(shù)，實現(xiàn)單纖雙向傳輸（強制）。,ODN 波長,G.652標準單模光纖 下行（OLT到ON

3、U）波長1490nm，承載語音和數(shù)據(jù)信號 上行（ONU到OLT）波長1310nm ，承載語音和數(shù)據(jù)信號 下行還可以使用1550nm的波長，用于承載CATV視頻信號 上下行是否可以采用相同波長？,ODN 波長,上下行采用相同波長時，需要考慮的問題 ONU和OLT側(cè)的光模塊，需要一個1：2的分光器，接收和發(fā)送都衰減了3dB； 發(fā)射器前面需要加隔離器，防止接收波長的影響；,ODN 光纖,多模光纖 中心玻璃芯較粗，可傳多種模式的光。 模間色散較大，傳輸距離比較近。 一般用橙色（橘紅色）表示，也有的用灰色表示。,單模光纖 中心玻璃芯很細，只能傳一種模式的光。 其模間色散很小，傳輸距離較長。 一般用黃色表

4、示,ODN 光纖連接器,FC Ferrule Connector 螺絲緊固型。 用于公共通信線路，局域網(wǎng)，CATV，測量儀器等（如光功率計、可調(diào)衰減器）。 SC Subscriber Connector/Standard Connector 推壓型，可以很容易地裝卸 。 是最普通的連接器。重量輕，體積小，便于操作 。 用于OLT和ONU的PON口。 LC Lucent Connector / Local Connector 為推壓型，可以很容易地裝卸 。 是超小型光連接器，可以進行高密度裝配 。 用于OLT上連接口,ODN 光纖連接器,PC Physical Contact 微球面研磨拋光。

5、回波損耗40dB，常用于電信網(wǎng)絡，傳輸數(shù)據(jù)和語音信號。 藍色接頭。 APC Angled Physical Contact。 呈8度角并做微球面研磨拋光。 回波損耗60dB，常用于有線電視網(wǎng)絡，傳輸CATV信號。 綠色接頭。,PON原理-數(shù)據(jù)復用,為了分離同一根光纖上多個用戶的來去方向的信號，采用以下兩種復用技術(shù)： 下行數(shù)據(jù)流采用廣播技術(shù)； 上行數(shù)據(jù)流采用TDMA技術(shù)。,PON組網(wǎng)保護方式,主干光纖出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)會自動切換到備用系統(tǒng)，實現(xiàn)了對骨干光纖的保護 保護OLT與ODN之間的光纖故障和OLT單板硬件故障 上行采用1+1負荷分擔方式,OLT,分光器,PON端口A,PON端口B,上行端口A

6、,上行端口B,下行1：1,上行11,ONU,ONU,ONT,目錄,PON原理 GPON與EPON GPON相關(guān)標準 GPON協(xié)議分析 GPON關(guān)鍵技術(shù) GPON ONU業(yè)務模型 應用場景及相關(guān)概念,TPON,APON/ BPON,GPON,EPON,國際標準,ITU-T G.983.x,ITU-T G.984.x,IEEE 802.3ah,國際標準,國際標準,國際標準,ITU-T G.982,國家標準,YD/T 1077-2000,國家標準,YD/T 1090-2000,國家標準,國家標準,PON技術(shù)標準化情況,GPON/EPON發(fā)展史,GPON和EPON,EPON,GPON,TCP+UDP

7、etc.,IP,Ethernet,Layer 2,Layer 3,Layer 4,Layer 5 or more,Layer 1,PON-PHY,TDME1,話音,視頻,數(shù)據(jù),VoIP,AES (Optional),AAL1/AAL2,AAL5,GEM Frame,PON-PHY,TDME1,話音,視頻,數(shù)據(jù),VoIP,AES (Optional),窄帶PON,A/BPON,GPON,NG-PON,EPON,10G EPON,ITU-T/FSAN,IEEE 802.3,過去,將來,ITU和IEEE兩標準組織定位的不同導致GPON和EPON在技術(shù)理念存在較大差異： ITU-T/FSAN是以國家/

8、企業(yè)會員身份參與的具有官方性質(zhì)的通信行業(yè)標準化組織，制定的標準更關(guān)注運營商的業(yè)務需求如何得到實現(xiàn)與滿足。 IEEE是以工程師個人身份參與的電子/電器行業(yè)化標準組織，更關(guān)注技術(shù)的創(chuàng)新和實現(xiàn)，但缺乏對運營商實際需求的理解與分析。,PON：Passive Optical Network 無源光網(wǎng)絡,GPON具有更高帶寬和更大分光比,GPON業(yè)務承載更高效，下行的有效帶寬是EPON的2.55倍，上行是1.37倍。,GPON的分光能力是EPON的2倍，覆蓋相同用戶時可節(jié)省一半的主干光纖。,采用GPON技術(shù)進行光接入網(wǎng)絡建設(shè)，可節(jié)省線路成本和局端設(shè)備投資50。,EPON,1:32,GPON,1:64128

9、,GPON支持更精細的業(yè)務模型,EPON只定義了兩種業(yè)務模型：固定帶寬（帶寬獨享）、盡力而為（帶寬共享，不保證服務質(zhì)量） ，只能開展只有兩種業(yè)務優(yōu)先級的綜合業(yè)務。 GPON增加“保障帶寬”（不用時共享，用時優(yōu)先保證）業(yè)務模型的定義，可組合開展多種優(yōu)先級的綜合業(yè)務。,企業(yè)用戶,家庭用戶,EPON：企業(yè)用戶帶寬和家庭用戶帶寬無法共享上行帶寬。 GPON：在保證服務質(zhì)量的同時可以實現(xiàn)家庭用戶和企業(yè)用戶上行帶寬的共享。,家庭監(jiān)控（2M）,可視電話（0.4M）,寬帶業(yè)務,EPON：每用戶分配3M帶寬，其中2.4M獨享，帶寬共享率20%。 GPON：每用戶分配3M帶寬，其中0.4M獨享，帶寬共享率為86.

10、7%。,GPON具備SDH的線路時鐘傳送能力,OLT,Splitter,ONT,ONT,ONT,城域網(wǎng),ONT,OLT,線路時鐘同步,Femto Cell,Femto Cell,GPON是同步系統(tǒng)，采用定長幀結(jié)構(gòu)，具備天然的線路時鐘傳送能力，能夠提供和SDH一樣精度的線路時鐘，可作為微基站的接入手段。 EPON本質(zhì)是以太網(wǎng)，是異步系統(tǒng)，承載線路時鐘能力有限。,時鐘源,GPON具備更好的光纖線路管理能力,EPON： 人工維護光纖網(wǎng)絡和排障,收發(fā)光功率 偏置電流 溫度,由于EPON標準已停止發(fā)展，在線路檢測機制上缺乏統(tǒng)一標準，光纖線路發(fā)生故障后，只靠人工進行故障定位。（不排除通過專利技術(shù)來實現(xiàn)）

11、GPON標準制定了光纖測試系統(tǒng)OLS，能夠動態(tài)監(jiān)測信號的質(zhì)量，再通過專家系統(tǒng)預測系統(tǒng)的壽命和定位故障位置、變被動維護為主動防護。,OLT,ONU,ONU,ONU,光纖線路診斷系統(tǒng),OLS (光纖鏈路在線實時檢測),GPON： 自動進行光纖網(wǎng)絡的維護和診斷,ONU,ONU,ONU,OLT,更高的QoS和時鐘同步能力 GPON是全同步系統(tǒng)，傳輸窄帶業(yè)務時延小，時鐘精度非常高 GPON的QoS帶寬分配機制更靈活 保護倒換和維護管理等標準定義清晰完善,先進完善的技術(shù)標準，是 保障產(chǎn)品商用成功的關(guān)鍵,支持更好的光纖線路管理能力 支持OLS光纖線路檢測功能，及時排障和事前預警,GPON比EPON的優(yōu)勢總結(jié)

12、,更高帶寬，更大分光比，更高發(fā)射功率 GPON下行有效帶寬是EPON的2.5倍，上行有效帶寬是EPON的1.3倍，業(yè)務體驗更好 EPON最大1：32；GPON 1：64大大節(jié)省線路成本 GPON覆蓋范圍在同等比分光下高于EPON,支持更精細的多業(yè)務模型 支持“保障帶寬”模型，帶寬利用效率更高 可組合開展多種優(yōu)先級的綜合業(yè)務,GPON/EPON主要技術(shù)指標對比,目錄,PON原理 GPON與EPON GPON相關(guān)標準 GPON協(xié)議分析 GPON關(guān)鍵技術(shù) GPON ONU業(yè)務模型 應用場景及相關(guān)概念,ITU G.984.x,G.984.1 GPON總體特性說明（2003/03） GPON網(wǎng)絡參數(shù)說明

13、 保護倒換組網(wǎng)要求 建議的接口類型和業(yè)務類型 G.984.2 GPON PMD（Physical Media Dependent）層規(guī)格要求（2003/03，2008/03） ODN參數(shù)規(guī)格要求 2.488Gbps下行光接口參數(shù)規(guī)格要求 1.244Gbps上行光接口參數(shù)規(guī)格要求 物理層開銷分配,ITU G.984.x,G.984.3 GPON TC（ Transmission Convergence）層規(guī)格要求（2004/02，2009/02） GTC復用結(jié)構(gòu)及協(xié)議棧介紹 GTC幀結(jié)構(gòu)介紹 GTC消息（PLOAM） ONU注冊激活流程 DBA規(guī)格要求 加密和FEC 告警和性能 G.984.4

14、OMCI（ONT Management Control Interface）接口規(guī)格要求（2004/06，2009/08修訂） OMCI 消息結(jié)構(gòu)介紹 OMCI 設(shè)備管理架構(gòu) OMCI 業(yè)務模型及相關(guān)實體說明 OMCI 實現(xiàn)原理,傳輸速率,0.15552 Gbit/s up, 1.24416 Gbit/s down 0.62208 Gbit/s up, 1.24416 Gbit/s down 1.24416 Gbit/s up, 1.24416 Gbit/s down 0.15552 Gbit/s up, 2.48832 Gbit/s down 0.62208 Gbit/s up, 2.488

15、32 Gbit/s down 1.24416 Gbit/s up, 2.48832 Gbit/s down 2.48832 Gbit/s up, 2.48832 Gbit/s down,GPON數(shù)據(jù)封裝,OLT,ONU,ETH,TDM,SDH,ETH,TDM,SDH,GEM,ONU從UNI口接收到上行的ETH、TDM或SDH數(shù)據(jù)。 ONU把上行數(shù)據(jù)封裝為GEM幀，發(fā)送給OLT。 OLT把GEM幀解封裝為ETH、TDM或SDH數(shù)據(jù)，通過上聯(lián)口發(fā)送出去。 下行方向進行類似的處理。,目錄,PON原理 GPON與EPON GPON相關(guān)標準 GPON協(xié)議分析 GPON關(guān)鍵技術(shù) GPON ONU業(yè)務模型

16、應用場景及相關(guān)概念,GPON協(xié)議分析,從控制和業(yè)務的角度，GPON由控制/管理平面和用戶平面組成 C/M平面完成的工作：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,GPON協(xié)議棧,GPON協(xié)議棧,GTC成幀子層（GTC Frame Sublayer） 復用解復用功能 幀頭的產(chǎn)生和解碼 基于Alloc-ID的內(nèi)部交換功能 適配子層（TC Adaptation sublayer） ATM TC 適配器，GEM TC 適配器 處理從GTC成幀子層來的PDU OMCI 適配器 通過gemportId識別OMCI通道 與GEM TC適配器交換OMCI通道數(shù)據(jù)，傳到OMCI實體,

17、GPON C/M平面,GPON C/M平面,嵌入OAM Embedded Operations, Administration and Maintenance 進行ONU物理層的管理維護操作，如DBA、FEC標識等 位于上下行幀的特定頭字節(jié)中 PLOAM幀 Physical Layer Operations, Administration and Maintenance 進行ONU物理層的管理維護操作，如ONU注冊、建立OMCI通道等 由ONU ID標識，位于上下行幀的頭字節(jié)中 使用管理T-CONT分配的帶寬 OMCI幀 ONU Management and Control Interface

18、 進行ONU業(yè)務層的管理維護操作，如配置ONU的業(yè)務、進行ONU側(cè)流量統(tǒng)計等 由管理GEM Port Id標識，需要封裝到GEM幀中，位于載荷字節(jié)中 使用管理T-CONT分配的帶寬,GPON U平面,GPON U平面,下行方向 GEM幀通過OLT封裝在GEM塊中傳到ONU ONU的成幀子層對GEM幀解壓 由適配子層根據(jù)Port-ID進行過濾 送至相應GEM客戶端 上行方向 GEM通過一個或多個T-CONT進行傳輸 每個T-CONT只和一個或多個GEM流相關(guān),GPON標識,ONU Optical Network Unit T-CONT Transmission Container GEM Por

19、t GEM：GPON Encapsulation Method,GPON標識 ONU,PON用戶終端，由ONU Id標識。 這里的ONU Id是系統(tǒng)內(nèi)部使用的，不等于用戶配置ONU時使用的索引值； 用戶在配置ONU時，系統(tǒng)會自動為其分配一個ONU Id； 用戶配置ONU時使用的索引值，在單個PON口內(nèi)不能重復；,GPON標識 T-CONT,上行帶寬調(diào)度的最小單位，由Alloc Id來標識。 這里的Alloc Id是系統(tǒng)內(nèi)部使用的，不等于用戶配置T-CONT時使用的索引值； 用戶在配置T-CONT時，系統(tǒng)會自動為其分配一個Alloc Id； 用戶配置T-CONT時使用的索引值，在單個ONU內(nèi)不能

20、重復，不同ONU之間可以重復。如在ONU 1下面配置了T-CONT 1，在ONU 2下面還可以配置T-CONT 1； 按用途分類：管理T-CONT，業(yè)務T-CONT。 管理T-CONT由系統(tǒng)自動配置，用于為OLT和ONU之間的管理信息分配帶寬； 業(yè)務T-CONT由用戶進行配置，用于為上下行業(yè)務數(shù)據(jù)流分配帶寬； 從帶寬的保證角度，而不是業(yè)務的角度來劃分的 OLT在下行幀中，告訴ONU各個Alloc Id的上行數(shù)據(jù)時隙。,GPON標識 T-CONT,OLT在下行幀的BWmap字段中，把各個T-CONT的上行時隙發(fā)送給ONU。 ONU在這些時隙中，發(fā)送上行的數(shù)據(jù)。,GPON標識- GEM Port,

21、數(shù)據(jù)流的最小單位，由Port Id來標識。 標識具體業(yè)務流承載的通道，虛連接 這里的Port Id是系統(tǒng)內(nèi)部使用的，不等于用戶配置GEM Port時使用的索引值； 用戶在配置GEM Port時，系統(tǒng)會自動為其分配一個Port Id； 用戶配置GEM Port時使用的索引值，在單個ONU內(nèi)不能重復，不同ONU之間可以重復。如在ONU 1下面配置了GEM Port 1，在ONU 2下面還可以配置GEM Port 1； 按方向分類：下行GEM Port 、上行GEM Port 、雙向GEM Port 。 下行的GEM Port常用于傳輸下行的廣播、組播和洪泛數(shù)據(jù)； 雙向的GEM Port常用于傳輸單

22、播數(shù)據(jù)； 上行的GEM Port很少使用； 按用途分類：管理GEM port，業(yè)務GEM port。 管理GEM Port由系統(tǒng)自動配置，用于在OLT和ONU之間傳輸管理信息； 業(yè)務GEM Port由用戶進行配置，用于傳輸上下行業(yè)務數(shù)據(jù)流； 以太幀按照一定的規(guī)則，映射到GEM幀中。,GPON標識 - GEM Port,以太幀到GEM幀的映射 以太幀的幀間隔、前導符、定界符、以及同步BIT被丟棄，載荷部分被復制為GEM的載荷 GEM幀的頭字段 PLI表示載荷的長度； Port-ID通常由以太幀的VLAN TAG映射得到，具體映射規(guī)則由用戶配置； PTI表示GEM幀的類型，如當前的載荷是管理信息，

23、還是業(yè)務數(shù)據(jù)； CRC對頭字段進行校驗；,GPON標識 - GEM Port,GEM封裝從GFP演化而來，只是在GFP幀上增加了PORT ID以及PTI字段而已。同時GEM的封裝大大提高了效率，高達90以上,目錄,PON原理 GPON與EPON GPON相關(guān)標準 GPON協(xié)議分析 GPON關(guān)鍵技術(shù) GPON ONU業(yè)務模型 應用場景及相關(guān)概念,GPON下行數(shù)據(jù)幀格式,下行幀是連續(xù)的結(jié)構(gòu)。PCBd表示下行物理控制塊，包含有下行的管理參數(shù)。載荷字段由很多的GEM幀組成,GPON下行數(shù)據(jù)幀格式-PCBd,GPON上行數(shù)據(jù)幀格式,上行幀由很多ONU Burst組成，每個Burst表示一個ONU的上行數(shù)

24、據(jù) 每個ONU Burst包含有一個或多個Allocation interval，每個Allocation interval表示該ONU的一個T-CONT的上行數(shù)據(jù),GEM幀結(jié)構(gòu),PLOAM幀結(jié)構(gòu),OMCI幀結(jié)構(gòu),DBA定義及功能,定義 OLT根據(jù)ONU上T-CONT發(fā)送緩存占用情況，動態(tài)為其分配上行傳輸時隙 分類 根據(jù)OLT獲取T-CONT緩存占用情況的方式，DBA可以分為兩類 TM (Traffic monitoring) DBA： OLT對一個T-CONT的上行流量進行持續(xù)的檢測，根據(jù)流量的波動情況，推測出該T-CONT邏輯緩存的當前占用情況，從而為其分配相應的帶寬。 SR (Statu

25、s reporting)-DBA ：OLT要求ONU上報其各個T-CONT的邏輯緩存的當前占用情況，從而為其分配相應的帶寬。 功能 自動檢測用戶流量變化，并調(diào)整相應帶寬，從而為用戶提供更優(yōu)質(zhì)的服務。 DBA能實現(xiàn)傳輸帶寬在各用戶之間的動態(tài)共享，提高了帶寬的利用率，從而可以在保證服務質(zhì)量的基礎(chǔ)上，接入更多的用戶。,GPON QoS- GTC層,GTC層上只針對上行方向的業(yè)務流提供QoS處理 QoS的最小控制單元為T-CONT Gemport映射到T-CONT匯聚后才能上傳 一個T-CONT對應一種帶寬業(yè)務流 這種流有其特有的QoS特征 體現(xiàn)在帶寬保證上 固定帶寬，保證帶寬，非保證帶寬，盡力而為帶

26、寬，混合模式 T-CONT之間的調(diào)度機制 SBA（靜態(tài)） DBA（動態(tài)）,GPON QoS- GEM層,OLT側(cè) 基于Gemport的流分類 業(yè)務流的帶寬控制 優(yōu)先級調(diào)度 ONU側(cè) 用戶業(yè)務流到Gemport的映射 Gemport到T-CONT的映射,DBA功能框圖,OLT獲取各個T-CONT邏輯緩存的占用情況。 OLT根據(jù)T-CONT的緩存占用情況和配置的帶寬參數(shù)，計算出當前為這個T-CONT分配的上行帶寬值，通過下行幀的BWmap字段發(fā)送給ONU。 ONU收到該帶寬信息后，負責將帶寬具體分配給T-CONT上的各個隊列。OLT可以通過管理通道，設(shè)置ONU的T-CONT上的隊列調(diào)度策略。,BW

27、map字段,Alloc-ID，T-CONT的標識符。 Flags，定義一些標識信息，如是否需要ONU上報該T-CONT的緩存信息。 SStart，上行時隙起始時間。 SStop，上行時隙結(jié)束時間。 CRC，校驗字節(jié)。,上行帶寬的類型,固定帶寬（Fixed bandwidth） 在T-CONT激活之后，OLT就為其分配該帶寬，不管T-CONT上是否有上行流量。 保證帶寬（Assured bandwidth） 當T-CONT有帶寬需求時，必須分配給它的帶寬。如果T-CONT的帶寬需求小于配置的保證帶寬，多出來的配置帶寬可以被其他的 T-CONT使用。 非保證帶寬（Non-Assured bandw

28、idth） 當T-CONT有帶寬需求時，也不一定分配給它的帶寬。只有在所有的固定帶寬和保證帶寬都分配完之后，才會進行非保證帶寬的分配。 盡力而為帶寬（Best-Effort bandwidth） 是優(yōu)先級最低的帶寬類型。在固定帶寬、保證帶寬和非保證帶寬都分配完之后，如果帶寬還有剩余，才會進行盡力而為帶寬的分配。,上行帶寬的類型（續(xù)）,最大帶寬（Maximum bandwidth） 不管該T-CONT上的實際上行流量有多大，分配的帶寬值都不能大于最大帶寬。 等于固定帶寬、保證帶寬、非保證帶寬和盡力而為帶寬的和。 類型間優(yōu)先級 固定帶寬、保證帶寬、非保證帶寬和盡力而為帶寬，優(yōu)先級依次降低。 對同一

29、個T-CONT，不會同時配置非保證帶寬和盡力而為帶寬。,上行帶寬類型和T-CONT類型的關(guān)系,T-CONT類型1，僅包含固定帶寬，有確定的帶寬和時隙，適合于對時延和抖動都很敏感、流量速率固定或波動很小的業(yè)務，如話音業(yè)務。 T-CONT類型2，僅包含保證帶寬，有確定的帶寬，但是時隙不確定，適合于對時延和抖動要求不高、流量速率受限的業(yè)務，如視頻點播業(yè)務。 T-CONT類型3，包括保證帶寬和非保證帶寬，有最小帶寬保證又能夠動態(tài)共享剩余帶寬，并有最大帶寬的約束，適合于有服務保證要求而又突發(fā)流量較大的業(yè)務。 T-CONT類型4，僅包含盡力而為帶寬，在固定帶寬、保證帶寬、非保證帶寬分配后，競爭使用剩余帶寬

30、，適合于時延和抖動要求不高的業(yè)務，如WEB瀏覽業(yè)務。 T-CONT類型5，是其它類型的組合，兼具其他類型的特點，適合于大部分的業(yè)務流。,下行流量調(diào)度方式,基于PON口 基于ONU 基于Gemport 缺省使用基于PON口的調(diào)度方式,基于PON口,這種調(diào)度方式只會針對PON口下業(yè)務優(yōu)先級進行調(diào)度。每個PON口下有8個調(diào)度隊列，對應業(yè)務的8個優(yōu)先級。 配置方法： 在GPON模式下，使用schedule-mode命令，明確使用PON口調(diào)度 （可選）在PON下使用命令pon-bandwidth配置PON口帶寬，比如配置100000kbps，那么這個PON口的下行最大流量就不是2.5Gbps了，而是100000kbps,基于ONU的下行流量調(diào)度方式,這種方式針對ONU來調(diào)度，PON口下對每個ONU都有一個調(diào)度隊列。 一般這種方式應用為配置FTTB+LAN,基于Gempor