第6章GPON技術

1、“十二五”規(guī)劃系列課程教材 接入網技術第6章 GPON技術6.1GPON技術概述6.2GPON的幀結構及業(yè)務映射6.3GPON的關鍵技術6.4GPON與EPON的比較第6章 GPON技術學習提示本章重點、難點GPON的幀結構和GEM幀結構GPON關鍵技術GPON與EPON的區(qū)別學習本章目的和要求掌握GPON的幀結構和GEM封裝過程理解GPON的關鍵技術了解GPON與EPON的區(qū)別第6章 GPON技術6.1GPON技術概述6.1.1 GPON的技術標準6.1.2 GPON層次模型6.26.36.4GPON的幀結構及業(yè)務映射GPON的關鍵技術GPON與EPON的比較第6章 GPON技術6.1 GP

2、ON技術概述什么是GPON？GPON技術標準由誰制定的？GPON與EPON在層次結構上有什么不同？探 討第6章 GPON技術6.1.1 GPON的技術標準 G.984.1 是GPON技術標準概述部分，定義了千兆比無源光網絡的總體特性。要求ONU的最大邏輯距離差可達20km，支持的最大分路比為16, 32或64。 G.984.2 是GPON的物理媒質相關（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。 標準規(guī)定了在各種速率等級下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的幀結構、封裝方法、適配方法、測距機制、QOS機制、加密機制等要求，是GPON系統(tǒng)的關鍵技術要求。 G.984.4 是GPON系統(tǒng)管理控制接口（OMCI）規(guī)范，實現多廠家OLT和ONT設備的互通性。ITU為為GPON技術制定并發(fā)布的標準技術制定并發(fā)布的標準第6章 GPON技術6.1.2 GPON層次模型 C/M平面管理用戶數據流，完成安全加密等OAM功能； U平面完成用戶數據流的傳輸。 物理媒介相關子層（PMD） GPON傳輸匯聚子層（GTC） 高層 高層的用戶數據和控制/管理信息通過GTC適配子層進行封裝。 GPON使用GEM協(xié)議進行

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6.1GPON技術概述6.2.1 GPON的復用結構6.2.2 GPON的幀結構6.2.3 GEM的幀結構6.2.4 GEM的分片機制6.2.5業(yè)務在GPON中的映射方式6.26.36.4GPON的幀結構及業(yè)務映射GPON的關鍵技術GPON與EPON的比較第6章 GPON技術6.2.1 GPON的復用結構 GPON的上、下行工作原理和EPON一樣，采用WDM實現一根光纖上傳輸上、下行兩個方向的數據，下行采用廣播的方式，ONU選擇性接收，上行采用TDM

5、A方式實現不同的ONU在不同的時間上傳數據。 GPON采用GEM傳輸模式時，GEM是內嵌在PON中的，在ONU跟OLT的兩個PON口之間才能被識別。 第6章 GPON技術6.2.1 GPON的復用結構 （1）IF pon：GPON接口，存在于OLT和ONU中，OLT一個PON接口下不同的ONU用ONU-ID標識，在一個PON口下唯一，不同PON口之間獨立使用 （2）GEM Port：GEM端口，ONU和OLT之間數據傳輸的通道，不同的業(yè)務可以通過一個GEM port，也可以通過多各GEM port 傳輸，是OLT到ONU之間的業(yè)務的最小承載單位，不同的GEM Port用Port-ID標識。 （

6、3）T-CONT：傳輸容器，是一種承載業(yè)務的緩沖區(qū)。ONU用T-CONT ID來識別不同的緩存；OLT用ALLOCATE ID 來統(tǒng)一標識該PON口下的所有ONU的T-CONT。OLT到ONU間復用結構示意圖ONU1IF ponONU2IF ponGEM PortGEM PortGEM PortGEM PortGEM PortGEM PortGEM PortT-CONTT-CONTT-CONTIF ponOLT第6章 GPON技術6.2.2 GPON的幀結構 GPON幀分為上行幀和下行幀，每個幀都是125us 。 下行幀結構包括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差錯檢驗和下行信息凈荷長度等信息。 上行帶寬授權給ONU的上行數據指定傳輸時隙。Alloc ID為1的T-CONT 為1的ONU 1的上行開始時隙為100，結束時隙為200。 上行幀結構包括 （1）PLOu：上行物理層開銷，用于突發(fā)傳輸同步，ONU在占據上行信道后首先發(fā)送PLOu單元，以使OLT能夠快速同步并正確接受ONU的數據。 （2）PLOAMu：用于承載上行PLOAM信息，包含ONU ID。 （3）PLSu：功率測量序列，用于調整光功率。 （4）DBRu：包含DBA域及CRC域，用于申請上行帶寬

8、。 （5）Payload域：填充ATM信元或者GEM幀。第6章 GPON技術 上行1.24416Gbit/s、下行2.48832Gbit/s是目前支持的主要速率，可升級到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6.2.3 GEM的幀結構 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)長度?？梢砸曌饕粋€指針，用來指

9、示并找到下一個GEM幀頭。后面的凈荷最大字節(jié)長度是4095個字節(jié)。如果數據超過這個上限，GEM將采用分片機制。 Port ID：可以提供4096個不同的端口，用于支持多端口復用。 PTI：用來指示凈荷的類型。PTI最高位指示GEM幀是否為OAM信息，次高位指示用戶數據是否發(fā)生擁塞，最低位指示在分片機制中是否為幀的末尾，當為1的時候表示幀的末尾。 HEC：提供GEM幀頭的檢錯和糾錯個功能。第6章 GPON技術6.2.4 GEM的分片機制 GEM的分片機制把超過長度限制的用戶數據幀分割成若干分割塊，并且在每個塊的前面都插入一個GEM幀頭。PTI的最低有效位就是用來指示這個分割塊是否為用戶數據幀的最

10、后一個分割塊。 每一個GEM塊都是連續(xù)的、不跨越幀界的傳輸。分片過程中要注意當前GTC幀凈荷中的剩余時間，以便合理分片。 在GTC系統(tǒng)中使用分片機制有兩個目的：一個是在每個分片前面都加上一個GEM幀頭，另一個是對于一些時間比較敏感的信號，以高優(yōu)先級進行傳輸。如把語音信號總是在凈荷區(qū)的前部發(fā)送，GTC幀的幀長是125s，延時比較小，從而能保證對于語音業(yè)務的QoS。第6章 GPON技術6.2.5 業(yè)務在GPON中的映射方式 1TDM業(yè)務在GPON中的映射方式 TDM業(yè)務先導入緩存中進行排隊，并且按照固定的字節(jié)數復用到GEM幀中進行傳輸 第6章 GPON技術6.2.5 業(yè)務在GPON中的映射方式 2

11、、以太網業(yè)務在GPON中的映射方式 GPON系統(tǒng)對以太網幀進行解析，將數據部分直接映射到GEM Payload中去進行傳輸，GEM幀會自動封裝頭信息。第6章 GPON技術6.1GPON技術概述6.3.1 測距技術6.3.2 動態(tài)帶寬分配技術6.3.3 GPON網絡保護方式6.3.4 GPON中的QoS處理6.26.36.4GPON的幀結構及業(yè)務映射GPON的關鍵技術GPON與EPON的比較第6章 GPON技術6.3.1測距技術各個ONU和OLT的距離都不一樣，光信號在光纖上的傳輸時間不一樣，到達各ONU的時刻不一樣。OLT給每個ONU分配不同的時隙來發(fā)送上行的數據，如何保證各ONU能夠精確定位

12、時隙？多個ONU的上行數據如何不沖突，實現幀同步？探 討第6章 GPON技術6.3.1測距技術 OLT通過Ranging測距過程獲取ONU的往返延遲RTD，計算出每個ONU的物理距離。 指定合適的均衡延時參數EqD，保證每個ONU發(fā)送數據時不會在分光器上產生沖突。 Ranging的過程需要開窗，即Quiet Zone，暫停其他ONU的上行發(fā)送通道。OLT開窗通過將BWmap設置為空，不授權任何時隙來實現。 第6章 GPON技術6.3.1測距技術 ONU的激活進程在OLT控制下工作，ONU應答OLT啟動的消息，激活進程大致步驟為： （1）OLT開窗廣播給所有ONU； （2）ONU上報序列碼給OL

13、T； （3）OLT分配ONU ID給ONU； （4）OLT和ONU進行測距（計算出TRD和EqD）； （5）OLT創(chuàng)建OMCI管理通道； （6）OLT請求密碼（可選)； （7）ONU上報密碼（可選)； （8）注冊成功。第6章 GPON技術6.3.2 動態(tài)帶寬分配技術語音業(yè)務與數據業(yè)務和視頻業(yè)務分配的帶寬有什么不同？GPON是如何進行帶寬管理的？探 討第6章 GPON技術6.3.2 動態(tài)帶寬分配技術 DBA策略：非狀態(tài)報告DBA（NSR-DBA）和狀態(tài)報告DBA（SR-DBA） DBA利用下行幀PCBd中的BWmap來控制每個ONT上T-CONT的發(fā)送，從而達到帶寬動態(tài)分配的目的。 NSR-DB

14、A通過在OLT側檢測每個T-CONT的擁塞狀態(tài)來進行帶寬分配。 SR-DBA是T-CONT向OLT發(fā)送數據時匯報T-CONT buffer的當前狀態(tài)，OLT根據匯報調整帶寬分配。第6章 GPON技術6.3.2 動態(tài)帶寬分配技術 T-CONT的帶寬類型 （1）固定帶寬（Fixed Bandwidth，FB）。預留的或者循環(huán)申請的帶寬，能夠保證最低的傳送延遲。就算沒有數據發(fā)送，其帶寬也會預留不被其他T-CONT使用。 （2）確定帶寬（Assured Bandwidth，AB）。如果ONT的T-CONT buffer中有數據發(fā)送，則總能得到有效的調度。如果T-CONT buffer中沒有數據則其帶寬

15、將被其他T-CONT使用。 （3）盡力而為帶寬（Best Effort Bandwidth，BE）。如果沒有高優(yōu)先級的帶寬使用，則盡力而為帶寬將得到調度。 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每個ONU的帶寬進行極限限制，保證帶寬根據業(yè)務的優(yōu)先級不同而不同，一般語音業(yè)務的優(yōu)先級最高，視頻業(yè)務優(yōu)先級次之，數據業(yè)務的優(yōu)先級最低。第6章 GPON技術6.3.3 GPON網絡保護方式 （1）光纖備份方式 設備沒有任何備份措施，主干光纖故障后，由人工切換至備用光纖，業(yè)務肯定中斷，中斷時間取決于線路恢復時間。

16、如果到用戶的線路故障，業(yè)務就會中斷，無法備份。第6章 GPON技術6.3.3 GPON網絡保護方式 （2）OLT端口備份方式 OLT設備上有兩個GPON接口，此種保護方式僅限于主干光纖出現故障時，系統(tǒng)會自動切換到備用系統(tǒng)，實現了對骨干光纖的保護。保護對象僅限于OLT與ODN之間的光纖故障和OLT單板硬件故障，對其他類型的故障沒有涉及，可能存在嚴重安全隱患，無法滿足客戶需求。無法定位故障。第6章 GPON技術6.3.3 GPON網絡保護方式 （3）全備份方式 OLT和ONT上均有兩個GPON接口。OLT的GPON接口要工作在1:1模式下。此種保護方式一種全保護光纖倒換方式，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。 其中一個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6.3.3 GPON網絡保護方式 （4）混合備份方式 OLT上有兩個GPON接口。OLT的GPON接口要工作在11模式下。此種保護方式一種全保護光纖倒換方式，OLT與ONU之間有完全不同的兩條通路，各種故障都得到恢復。 支持ONU混合方式，可以是帶一個PON口的，也可以是帶兩個PON口的第6章 GPON技術6.3.4 GPON中的QoS處理 （1）GTC層次的QoS處理 PON系統(tǒng)架構是下行方向為廣播方式，上行方向為TDMA方式，所以只對上行方向的業(yè)務流提供QoS處理。DBA

18、的算法是GTC的QoS處理性能的關鍵。 （2）GEM幀的QoS處理 在GEM層主要是針對每個GEM Port進行業(yè)務流分類，類似于DSLAM的單PVC多業(yè)務的處理方式。進行優(yōu)先級修改、流量監(jiān)管和轉發(fā)處理。 （3）ETH/TDM的QoS處理 TDM業(yè)務（非電路仿真QoS處理方式）為面向連接，通過靜態(tài)配置帶寬嚴格保證面向連接的QoS。ETH業(yè)務（包括電路仿真方式的TDM業(yè)務）主要是基于二層VLAN等標識進行業(yè)務的QoS處理。第6章 GPON技術GPON中的QoS處理圖ETH/TDMGEMGTCFlow control/ClassificationGPON 業(yè)務承載層業(yè)務承載層GPON QoS處理機

19、制處理機制T-CONT/DBAVLAN/COS/PQ/GTS/POLICING第6章 GPON技術6.1GPON技術概述6.26.36.4GPON的幀結構及業(yè)務映射GPON的關鍵技術GPON與EPON的比較第6章 GPON技術6.4 GPON與EPON的比較比較項目EPONGPON標準IEEE 802.3ahITU G.984.4網絡結構點到多點點到多點線路速率上行：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)務能力IP、

20、E1、語音IP、E1、語音對E1的支持能力基于電路仿真（CES）方式實現基于Native方式和電路仿真（CES）方式實現QoS特性滿足現網業(yè)務QoS要求滿足現網業(yè)務QoS要求管理維護能力主要通過擴展OAM進行管理主要通過OMCI協(xié)議進行管理互通行業(yè)標準已發(fā)布行業(yè)標準正在制定中第6章 GPON技術小結1GPON支持更高的速率和對稱/非對稱工作方式，支持多業(yè)務（ATM業(yè)務、TDM業(yè)務及IP/Ethernet業(yè)務），同時具有強大的OAM能力。2ITU為GPON技術制定并發(fā)布了ITU-T G.984.x系列標準，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平面管理用戶數據流，完成安全加密等OAM功能；U平面完成用戶數據流的傳輸。用戶平面分為物理媒介相關子層（PMD）、GPON傳輸匯聚子層（GTC）和高層；G