GPON幀結(jié)構(gòu)分析

1、GPON幀結(jié)構(gòu)分析編號：版本：V1.0編制：審核：批準：Allrightsreserved版權(quán)所有侵權(quán)必究(forinternaluseonly)(僅供內(nèi)部使用)文檔修訂記錄日期Date修訂版本RevisionVersion修改章節(jié)SecNo.修改描述ChangeDescription作者Author1 前言4.1.1 縮略語42 技術(shù)背景4.3 GTC成幀技術(shù)分析5.3.1 GTC成幀概述53.2 GTC下行成幀分析53.2.1 下行物理控制塊(PCBd)53.3 XX技術(shù)在GPON系統(tǒng)中的應(yīng)用143.4 XXX技術(shù)與EPON的區(qū)別154 我司設(shè)備XX的實現(xiàn)錯誤！未定義書簽。4.1 與標準差

2、異錯誤！未定義書簽。4.2 測試實踐與應(yīng)用錯誤！未定義書簽。5 FAQ錯誤！未定義書簽。6 參考資料161前言GPON(Gigabit-CapablePON)技術(shù)是基于ITU-TG.984.X標準的最新一代寬帶無源光綜合接入標準，具有高帶寬，高效率，大覆蓋范圍，用戶接口豐富等眾多優(yōu)點，被大多數(shù)運營商視為實現(xiàn)接入網(wǎng)業(yè)務(wù)寬帶化，綜合化改造的理想技術(shù)。正是GPON高帶寬，高效率，用戶接口豐富等特點決定了GPON技術(shù)的數(shù)據(jù)幀組織形式及其結(jié)構(gòu)，下面我們將對相關(guān)內(nèi)容進行介紹。1.1縮略語GPONGigabitPassiveOpticalNetwork吉比特無源光網(wǎng)絡(luò)Alloc-IDAllocationId

3、entifier分配標識符DBADynamicBandwidthAssignment動態(tài)帶寬分配GEMGPONEncapsulationMethodGPON封裝模式GTCGPONTransmissionConvergenceGPON傳輸匯聚PCBdPhysicalControlBlockdownstream下行物理控制塊PLOuPhysicalLayerOverheadupstreamT-CONTTransmissionContainer傳輸容器2技術(shù)背景近年來隨著接入網(wǎng)光進銅退、FTTH等概念的深入，相應(yīng)的GPON、EPON等技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，GPON相比EPON擁有更高帶寬、更高效率、

4、接入業(yè)務(wù)多樣等優(yōu)勢，受到了業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注，近兩年GPON的大規(guī)模應(yīng)用也印證了GPON技術(shù)會有廣闊的明天。GPON技術(shù)主要有如下幾種傳輸標準：0.15552Gbps上行1.24416Gbps下行0.62208Gbps上行1.24416Gbps下行1.24416Gbps上行1.24416Gbps下行0.15552Gbps上行2.48832Gbps下行0.62208Gbps上行2.48832Gbps下行1.24416Gbps上行2.48832Gbps下行2.48832Gbps上行2.48832Gbps下行其中1.24416Gbps上行2.48832Gbps下行是目前最常用的GPON傳輸速率，本文介紹

5、的GPON成幀技術(shù)也是基于該傳輸速率標準的。3GTC成幀技術(shù)分析3.1 GTC成幀概述GTC上、下行幀結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。凈荷部分組成。上行GTC幀由多個突發(fā)（PLOu）以及一個或多個與特定Alloc-ID下行GTC幀由下行物理控制塊（PCBd）和GTCburst）組成。每個上行突發(fā)由上行物理層開銷關(guān)聯(lián)的帶寬分配時隙組成。下行GTC幀提供了PON公共時間參考和上行突發(fā)在上行幀中的位置進行媒質(zhì)接入控制。本文主要介紹了下行速率為2.48832Gbit/s,上行速率為1.24416Gbit/s的GPON幀技術(shù)，下行幀長為125us,即38880字節(jié)，上行幀長為125us,即19440字節(jié)。3.2 G

6、TC下行成幀分析3.2.1 下行物理控制塊（PCBd）圖2下行物理控制塊結(jié)構(gòu)下行物理控制塊（PCBd）結(jié)構(gòu)如圖2所示，PCBd由多個域組成。OLT以廣播方式發(fā)送PCBd,每個ONU均接收完整的PCBd信息，并根據(jù)其中的信息進行相應(yīng)操作。物理同步（Psync）域固定長度為32字節(jié)，編碼為0xB6AB31E0,ONU利用Psync來確定下行幀的起始位置。Ident域4字節(jié)的IDENT域用于指示更大的幀結(jié)構(gòu)。最高的1比特用于指示下行FEC犬態(tài)，低30位比特為復(fù)幀計數(shù)器。PLOAMd攜帶下行PLOA踹息，用于完成ONU激活、OMCC建立、加密配置、密鑰管理和告警通知等PONTC層管理功能。t細的各個P

7、LOAMI息介紹本文不涉及。BIP域BIP域長8比特，攜帶的比特間插奇偶校驗信息覆蓋了所有傳輸字節(jié)，但不包括FE俄驗位（如果有）。在完成FEC“錯后（如果支持），接收端應(yīng)計算前一個BIP域之后所有接收到字節(jié)的比特間插奇偶校驗值，但不應(yīng)覆蓋FE儂驗位（如果有），并與接收到的BIP值進行比較，從而測量鏈路上的差錯數(shù)量。下行凈荷長度（Plend）域下行凈荷長度域指定了帶寬映射（Bwmap的長度，結(jié)構(gòu)如圖3所示。為了保證健壯性，Plend域傳送兩次。帶寬映射長度（Blen）由Plend域的前12比特指定，因此在125ds時間周期內(nèi)最多能夠分配4095個帶寬授權(quán)。BWmap勺長度為8xBlen字節(jié)。Pl

8、end域中緊跟Blen的12比特用于指定AT怏的長度（Alen）,本文只介紹GEMI式進行數(shù)據(jù)傳輸白方法，ATM1式不涉及，Alen域應(yīng)置為全0。BWmap帶寬映射（BWmap是8字節(jié)分配結(jié)構(gòu)的向量數(shù)組。數(shù)組中的每個條目代表分配給某個特定T-CONT勺帶寬。映射表中條目的數(shù)量由Plend域指定。每個條目的格式見圖4。圖4BwmapM示意圖Alloc-ID域Alloc-ID域為12比特，用于指示帶寬分配的接收者，即特定的T-CON誠ONU1上行OMC通道。這12個比特無固定結(jié)構(gòu)，但必須遵循一定規(guī)則。首先，Alloc-ID值0253用于直接標識ONU在測距過程中，ONUJ第一個Alloc-ID應(yīng)在

9、該范圍內(nèi)分配。ONU勺第一個Alloc-ID是默認值，等于ONU-ID（ONU-ID&PLOAM!息中使用），用于承載PLOAM1OMCI可選用于承載用戶數(shù)據(jù)流。如果ON需要更多的Alloc_ID值，則將會從255以上的ID值中分配。Alloc-ID=254是ONlB活階段使用Alloc-ID,用于發(fā)現(xiàn)未知的ONUAlloc-ID=255是未分配的Alloc-ID,用于指示沒有T-CONT能使用相關(guān)分配結(jié)構(gòu)。Flags域Flags域為12比特，包含4個獨立的與上行傳輸功能相關(guān)的指示符，用于指示上行突發(fā)的部分功能結(jié)構(gòu)。Bit1110987654321Bit0Bit11（MSB）:發(fā)送功率

10、等級序號（PLSu）Bit10:指示上行突發(fā)是否攜帶PLOAMu域Bit9:指示上行突發(fā)是否使用FEC功能Bit8Bit7:指示上行突發(fā)如何發(fā)送DBRuo00:不發(fā)送DBRu01:發(fā)送“模式0”DBRu（2字節(jié)）10：發(fā)送“模式1”DBRu（3字節(jié)）11：發(fā)送“模式2”DBRu（5字節(jié)）Bit6-0:預(yù)留StartTime域StartTime域長16bit,用于指示帶寬分配時隙的開始時間。該時間以字節(jié)為單位，在上行GT曬中從0開始，并且限制上行幀的大小不超過65536字節(jié)，可滿足2.488Gb/s的上行速率要求。StopTime域StopTime域長16bit,用于指示帶寬分配時隙的結(jié)束時間。

11、該時間以字節(jié)為單位，在上行GTC#中從0開始。StopTime域指示了該帶寬分配時隙的最后一個有效數(shù)據(jù)字節(jié)。3.2.2 TC凈荷域BWmap之后是GT/荷域。GT腳荷域由一系列GE順組成。GE除荷域的長度等于GT曬長減去PCB長度。ONU（據(jù)GEM幀頭中攜帶的12比特Port-ID值過濾下行GEM幀。ONU經(jīng)過配置后可識別出屬于自己的Port-ID，只接收屬于自己的GE幀并將其送到GEMF戶端處理進程作進一步處理。注意，可把Port-ID配置為從屬于PONH勺多個ONU并利用該Port-ID來傳遞組播流。GEM方式下應(yīng)使用唯個Port-ID傳遞組播業(yè)務(wù)，可選支持使用多個Port-ID來傳遞。O

12、N皮持組播的方式由OLT®過OMCI接口發(fā)現(xiàn)和識別。3.3 GTC上行成幀分析3.3.1 上行幀結(jié)構(gòu)開銷GTC突發(fā)PLOuPLOAMuDBRuGTC凈荷DBRuGTC停荷G分配時隙米.分配時棣圖5上行幀結(jié)構(gòu)上行突發(fā)GTC幀結(jié)構(gòu)如圖5所示，每個上行傳輸突發(fā)由上行物理層開銷（PLOu）以及與Alloc-ID對應(yīng)的一個或多個帶寬分配時隙組成。下行幀中的BWmap信息指示了傳輸突發(fā)在幀中的位置范圍以及帶寬分配時隙在突發(fā)中的位置。每個分配時隙由下行幀中BWmap特定的帶寬分配結(jié)構(gòu)控制。1 .上行物理層開銷（PLOu）上行物理層開銷如圖6所示，PLOu字節(jié)在StartTime指針指示的時間點之前

13、發(fā)送。PLOuPreambleDetimiter8IPONU-IDIndAbytesBbytes1bytes1bytes1bytes圖6上行物理層開銷（PLOu）域 Preamble、Delimiter:前導(dǎo)字段、幀定界符根據(jù)OLT發(fā)送的Upstream_Overhead消息和Extended_Burst_Length消息指示生成。 BIP:該字段對前后兩幀BIP字段之間的所有字節(jié)（不包括前導(dǎo)和定界）做奇偶校驗，用于誤碼監(jiān)測 ONU_id:該字段唯一指示當前發(fā)送上行數(shù)據(jù)的ONU-ID,ONU-ID在測距過程中配給ONU。OLT通過比較ONU-ID域值和帶寬分配記錄來確認當前發(fā)送的ONU是否正確

14、。Ind:該域向OLT報告ONU的實時數(shù)據(jù)狀態(tài)，各比特位功能所示如下:Bit位功能7(MSB)緊急的PLOAM等待發(fā)送（1=PLOAM等待發(fā)送，0=無PLOAM等待）6FEC狀態(tài)（1=FEC打開，0=FEC關(guān)閉）5RDI狀態(tài)（1=錯誤，0=正確）4預(yù)留，不使用3預(yù)留，不使用2預(yù)留，不使用1預(yù)留，不使用0(LSB)預(yù)留給將來使用。2.物理層OAM(PLOAM)物理層OAM(PLOAM)消息通道用于OLT和ONU之間承載OAM功能的消息，消息長度固定為13字節(jié)，下行方向由OLT發(fā)送至ONU,上行方向由ONU發(fā)送至OLT。用于支持PONTC層管理功能，包括ONU激活、OMCC建立、加密配置、密鑰管理

15、和告警通知等。PLOAM!息僅在默認的Alloc-ID的分配時隙中傳輸，詳細的各個PLOAM!息介紹本文不涉及。3.上行動態(tài)帶寬報告(DBRu)DBRu用于上報T-CONT的狀態(tài)，為了給下一次申請帶寬，完成ONU的動態(tài)帶寬分配。但不是每幀都有，當BWmap的分配結(jié)構(gòu)中相關(guān)Flags置1時，發(fā)送DBRu域。DBRu字段由DBA域和CRC域構(gòu)成，如下圖所示：DBA(1,2,4Byte)CRC(1Byte) DBA域根據(jù)帶寬分配結(jié)構(gòu)要求的DBA報告模式不同，DBA域預(yù)留8bit、16bit或32bit的域。必需注意的是，為了維護定界，即使OLT要求的DBA模式已經(jīng)被廢除或者ONU不支才|該DBA模式

16、，ONU也必須發(fā)送長度正確的DBA域。 CRC域用于完成對DBRu域的CRC校驗。3.3.2GTC凈荷域GTC數(shù)據(jù)凈荷，可以是數(shù)據(jù)GEM幀，也可以是DBA狀態(tài)報告。凈荷長度等于分配時隙長度減去開銷長度。1、GEM幀：由符合GEM格式的數(shù)據(jù)幀構(gòu)成。PLOuPLOAMuDBRuPayloadGEMHeaderFrameFragmentGEMHeaderFullFrameGEMHeaderFrameFragment圖7GEM方式數(shù)據(jù)幀構(gòu)成2、DBA報告：包含來自O(shè)NU固定長度的DBA報告，用于ONU的帶寬申請和報告。圖8動態(tài)帶寬報告幀構(gòu)成3.4OLT與ONU的定時關(guān)系3.4.1 概述本文中只介紹ON

17、U處于O5狀態(tài)的上下行幀交互過程中OLT與ONU的定時關(guān)系，下面提供幾個定義：下行幀的開始時間是指發(fā)送/接收PSync域第1個字節(jié)的時刻。上行GTC幀的開始時間是指值為0的StartTime指針所指示的字節(jié)發(fā)送/接收（實際或計算的）的時刻。上行發(fā)送時間是指帶寬分配結(jié)構(gòu)中StartTime參數(shù)指示的字節(jié)發(fā)送/接收的時刻。對于非相鄰結(jié)構(gòu)的上行發(fā)送，StartTime參數(shù)指示的發(fā)送字節(jié)緊跟上行突發(fā)的PLOu域。特殊的，序列號響應(yīng)時間定義為發(fā)送/接收Serial_Number_ONU消息第1個字節(jié)的時刻。3.4.2 ONU上行發(fā)送定時所有的上行發(fā)送事件都以承載BWmap的下行幀開始時間為參考點，BWm

18、ap中包含了相應(yīng)的帶寬分配結(jié)構(gòu)。需要特別注意的，ONU發(fā)送事件不以接收相應(yīng)帶寬分配結(jié)構(gòu)的時間為參考點，因為下行幀中帶寬分配結(jié)構(gòu)的接收時間可能會發(fā)生變化。ONU在任何時刻都維護一個始終運行的上行GTC幀時鐘，上行GTC幀時鐘同步于下行GTC幀時鐘，二者之間保持精確的時鐘偏移。時鐘偏移量為ONU響應(yīng)時間和必要延時的總和，如圖所示。圖9ONU上行發(fā)送定時示意ONU響應(yīng)時間是一個全局參數(shù)，它的取值應(yīng)保證ONU有充分時間接收包括上行BWmap在內(nèi)的下行幀、完成上行和下行FEC（如果需要）并準備上行響應(yīng)。ONU響應(yīng)時間值為35±1s。名詞“必要延時（RequisiteDelay）”是指要求ONU

19、應(yīng)用到上行發(fā)送的超過正常響應(yīng)時間的總的額外延時。必要延時的目的是為了補償ONU的傳輸延時抖動和處理延時抖動。ONU的必要延時值基于OLT規(guī)定的均衡延時參數(shù)，在ONU的不同狀態(tài)下會發(fā)生變化。3.5GEM幀到GTC凈荷的映射3.5.1 概述GTC協(xié)議以透明方式承載GEM流。二是為復(fù)用提供端口標識。GEM幀到GTC凈荷的映射示意見圖GEM協(xié)議有兩個功能：一是用戶數(shù)據(jù)幀定界,10。1.1.2 GEM幀格式GEM幀頭格式見圖11。GEM幀頭由凈荷長度指示（PLI）、Port-ID、凈荷類型指示（PTI）和13比特的幀頭差錯控制（HEC）域組成。PLI以字節(jié)為單位指示緊跟幀頭的凈荷段長度L。通過PLI可查

20、找下一個幀頭從而提供定界。由于PLI域只有12比特，所以最多可指示4095字節(jié)。如果用戶數(shù)據(jù)幀長大于4095字節(jié)，則必須要拆分成小于4095字節(jié)的碎片。Port-ID用來標識PON中4096個不同的業(yè)務(wù)流以實現(xiàn)復(fù)用功能。每個Port-ID包含一個用戶傳送流。在一個Alloc-ID或T-CONT中可以傳輸1個或多個Port-ID。PTI編碼含義如下表所示：PTI編碼含義000用戶數(shù)據(jù)碎片，不是幀尾001用戶數(shù)據(jù)段，是幀尾010預(yù)留011預(yù)留100GEMOAM,不是幀尾101GEMOAM,是幀尾110預(yù)留111預(yù)留HEC字段提供幀頭的檢錯和糾錯功能。1.1.3 用戶數(shù)據(jù)分片因為用戶數(shù)據(jù)幀長是隨機的

21、，所以GEM協(xié)議必須支持對用戶數(shù)據(jù)幀進行分片，并在每個GTC凈荷域前插入GEM幀頭。注意分片操作在上下行方向都可能發(fā)生。GEM幀頭中PTI的最低位比特就是用于此目的。每個用戶數(shù)據(jù)幀可以分為多個碎片，每個碎片之前附加一個幀頭，PTI域指示該碎片是否是用戶幀的幀尾。一些PTI使用示例見圖12。示例B示例上示例圖12PTI使用示例1.1.4 用戶業(yè)務(wù)到GEM幀的映射GPON系統(tǒng)通過GEM通道傳輸普通用戶協(xié)議數(shù)據(jù)，可支持多種業(yè)務(wù)接入。下面介紹幾種常用的用戶業(yè)務(wù)到GEM幀的映射。以太網(wǎng)幀到GEM幀的映射以太網(wǎng)幀直接封裝在GEM幀凈荷中進行承載。在進行GEM封裝前，前導(dǎo)碼和SFD字節(jié)被丟棄。每個以太網(wǎng)幀可

22、能被映射到一個單獨的GEM幀或多個GEM幀中，如果一個以太網(wǎng)幀被封裝到多個GEM幀中，則應(yīng)進行數(shù)據(jù)分片。一個GEM幀只應(yīng)承載一個以太網(wǎng)幀。如圖13指示了由以太網(wǎng)幀映射到GEM上的對應(yīng)關(guān)系。以太網(wǎng)包S字節(jié)GEM幀圖13以太網(wǎng)幀映射到GEM上IP包到GEM幀的映射IP包可直接封裝到GEM幀凈荷中進行承載。每個IP包（或IP包片段）應(yīng)映射到一個單獨的GEM幀中或多個GEM幀中，如果一個IP包被封裝到多個GEM幀中，則應(yīng)進行數(shù)據(jù)分片。一個GEM幀只應(yīng)承載一個IP包的情況如圖14所示。圖14IP包映射到GEM幀上TDM幀到GEM幀的映射GEM承載TDM業(yè)務(wù)的實現(xiàn)方式有多種：TDM數(shù)據(jù)可直接封裝到GEM幀

23、中傳送;或者先封裝到以太網(wǎng)包中再封裝到GEM中傳送等多種方式。TDM數(shù)據(jù)封裝到GEM的方式如圖15所示。該機制是利用可變長度的GEM幀來封裝TDM幀。具有相同Port-ID的TDM數(shù)據(jù)分組會匯聚到TC層之上。TDn字節(jié)緩存器GEMWJ輸入緩薦器圖15TDM幀映射到GEM幀上通過允許GEM幀長根據(jù)TDM業(yè)務(wù)的頻率偏移進行變化可實現(xiàn)TDM業(yè)務(wù)到GEM幀的映射。TDM片段的長度由凈荷長度指示符（PLI）字段指示。TDM源適配進程應(yīng)在輸入緩存中對輸入數(shù)據(jù)進行排隊，每當有幀到達（即每125s）GEM幀復(fù)用實體將記錄當前GEM幀中準備發(fā)送的字節(jié)數(shù)量。一般情況下，PLI字段根據(jù)TDM標稱速率指示一個固定字節(jié)

24、數(shù)，但經(jīng)常需要多傳送或少傳送一些字節(jié)，這種情況將在PLI域中反映出來。如果輸出頻率比輸入信號頻率快，則輸入緩存器開始清空，緩沖器中的數(shù)據(jù)量最終會降到低門限以下。此時將從輸入緩存器中少讀取一些字節(jié)，緩沖器中的數(shù)據(jù)量將上升至低門限以上。相反的，如果輸出頻率比輸入信號頻率慢，則輸入緩存器開始填滿，緩沖器中的數(shù)據(jù)量最終會上升到高門限以上。此時將從輸入緩存器多讀取一些字節(jié)，緩沖器中的數(shù)據(jù)量將降至高門限以下。3.6 GTC成幀技術(shù)在GPON系統(tǒng)中的應(yīng)用GPON成幀技術(shù)在GPON系統(tǒng)中應(yīng)用主要體現(xiàn)在GPON局端設(shè)備與終端設(shè)備的數(shù)據(jù)交互過程，下面就結(jié)合用戶數(shù)據(jù)在GPON系統(tǒng)中的傳輸過程來介紹GTC成幀技術(shù)的實

25、現(xiàn)。GPON系統(tǒng)用戶業(yè)務(wù)處理過程如圖15所示，上行方向，語音信號輸入ONU后經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換封裝成以太網(wǎng)包后被封裝在GEM幀中，其GEMport-id為6,以太網(wǎng)業(yè)務(wù)直接封裝在GEM幀中，其port-id為4,ONU在OLT分配的上行T-CONT時隙內(nèi)將攜帶GEM4、GEM6的T-CONT傳遞給OLT,OLTPON芯片將上行GTC凈荷中的GEM4、GEM6分別傳遞給GEM客戶端進行處理，GEM客戶端在TM功能模塊中對GEM幀進行解封裝，解出以太網(wǎng)包，并記錄這類以太網(wǎng)包與GEMPORT的對應(yīng)關(guān)系，解出的以太網(wǎng)包通過主交換芯片傳輸給上聯(lián)接口板進行上聯(lián)匯聚。下行方向，上聯(lián)板過來的數(shù)據(jù)通過主交換芯片傳輸給GPON板TM模塊，TM模塊通過記錄的GEMPORT與以太網(wǎng)包的對應(yīng)關(guān)系確定相應(yīng)GEMPORT,并將以太網(wǎng)包封裝成GEM幀，組成下行GTC凈荷，由下行幀傳輸至ONU,ONU根據(jù)GEMPORT解封裝成以太網(wǎng)包，根據(jù)對應(yīng)關(guān)系傳遞到相應(yīng)端口輸出。LSWET