培訓膠片GPON原理

GPON原理敏捷響應科學管理協(xié)調發(fā)展1考慮到未來許多的寬帶應用，越來越多的國家認識到必須盡早突破接入“瓶頸”，而光纖是今為止最好的傳輸媒介。本文主要分析GPON技術的產生背景、應用、基本概念和特點，以及GPON系統(tǒng)的管理模式和終端的業(yè)務發(fā)放模式。前言22345PON基本概念GPON協(xié)議分析GPON關鍵技術GPON組網保護目錄1接入網概述6GPON系統(tǒng)管理和業(yè)務發(fā)放32345PON基本概念GPON協(xié)議分析GPON關鍵技術GPON組網保護目錄1接入網概述6GPON系統(tǒng)管理和業(yè)務發(fā)放4接入網概述接入網：接入網位于電信網的末梢，為用戶提供各類接口，將用戶終端如電腦、電視機、電話機等接入網電信網絡，從而為用戶提供各類服務。接入網有線接入網無線接入網銅纜接入網光纖接入網固定無線接入移動無線接入5有線寬帶接入網有線寬帶接入主要包括銅纜接入和光纖接入，目前有線寬帶接入網技術主要包括以下幾種：CableModemGPONVDSL/VDSL2ADSL/ADSL2+EPONP2P

有線寬帶接入銅纜接入光纖接入6接入網光進銅退發(fā)展趨勢ADSL2+PONADSL2+VDSL2CentreofficeHomeVDSL2ONTADSL2+10/100Base-T1km2kmIPDSLAMGECurbBuildingGESplitter1xNFTTCFTTBFTTBFTTHADSL2+VDSL2GEFTTBDSL7光纖接入網的接入方案CurbswitchCOCOCONsubscribersLkmLkmLkmNsubscribersPassiveOpticalSplitter(a)點到點的網絡(b)路邊交換網絡(c)無源光網絡即:PON82345PON基本概念GPON協(xié)議分析GPON關鍵技術GPON組網保護目錄1接入網概述6GPON系統(tǒng)管理和業(yè)務發(fā)放9PassiveOpticalNetwork無源光網絡OLTONUOpticalLineTerminal光線路終端OpticalNetworkUnit光網絡單元PassiveOpticalSplitter無源分光器NGNInternetIPTVONTONTPON是一種點到多點（P2MP）結構的無源光網絡；

PON由光線路終端OLT（OpticalLineTerminal）、光網絡單元ONU（OpticalNetworkUnit）和光分配網絡ODN（OpticalDistributionNetwork）組成；PassiveOpticalSplitter無源分光器PON網絡架構OpticalNetworkTerminal光網絡終端ODN10為什么選擇PON？PON（PassiveOpticalNetworks）三大優(yōu)勢：1、更遠的傳輸距離：采用光纖傳輸，接入層的覆蓋半徑20KM；2、更高的帶寬：GPON上行1.244G/下行2.488G（物理層）；3、無源分光特性：局端光纖經分光后引出多路到戶光纖，節(jié)省光纖資源；采用無源設備，節(jié)省安裝維護成本。<1Mbps3M8M25M100MADSL/ADSL2+CopperBasedVDSL/ADSL2+CopperBasedPONFiberBased2002200320062010時間帶寬需求互聯(lián)網視頻會議遠程控制接入技術業(yè)務需求VoD標清電視視頻會議Game實況TVVoDHDTV<3km<2km<1km~20km覆蓋半徑11幾種PON標準APON:ATMPassiveOpticalNetworksEPON:EthernetPassiveOpticalNetworksGE-PON:Giga-bitEthernetPassiveOpticalNetworksGPON:Gigabit-capablePassiveOpticalNetworksGPONBPONAPONATMEPONETH12GPON基本性能參數(shù)上行速率（Gbps）下行速率（Gbps）0.155521.244160.622081.244161.244161.244160.155522.488320.622082.488321.244162.488322.488322.48832最大邏輯距離60KM最大物理傳輸距離20KM最大差分距離20KM最大分光比1:128目前支持的主要速率132345PON基本概念GPON協(xié)議分析GPON關鍵技術GPON組網保護目錄1接入網概述6GPON系統(tǒng)管理和業(yè)務發(fā)放14GPON標準協(xié)議ITU-TG.984.3GPONTC層規(guī)格要求GTC復用結構及協(xié)議棧介紹GTC幀結構介紹ONU注冊激活流程DBA規(guī)格要求告警和性能ITU-TG-984.1/2/3/4ITU-TG.984.1GPON網絡參數(shù)說明保護倒換組網要求ITU-TG.984.4OMCI消息結構介紹OMCI設備管理框架OMCI實現(xiàn)原理簡述ITU-TG.984.2PMD層規(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15GPON傳輸原理GPON采用WDM（波分復用）技術，實現(xiàn)單纖雙向傳輸。GPON采用點到多點的組網架構，從OLT的PON口到ONU之間只有一根光纖，為了實現(xiàn)單向雙向傳輸，GPON上下行信號采用不用的波長。上行信號的波長為1310nm，下行信號的波長為1490nm。16GPON傳輸原理-下行GPON下行采用廣播的方式進行數(shù)據傳輸。GPON采用點到多點的組網架構，將下行數(shù)據通過廣播的方式復制并發(fā)給每個ONU。ONU根據數(shù)據包頭部包含的gemportID信息對數(shù)據進行過濾，只轉發(fā)屬于本ONU的數(shù)據，丟棄其他的數(shù)據。分光器OLTONU/ONT用戶2123123123123ONU/ONTONU/ONT123用戶3用戶117GPON傳輸原理-上行GPON上行采用TDMA（時分復用）技術傳輸數(shù)據。GPON采用點到多點的組網架構，來自多個ONU的數(shù)據會被發(fā)送到分光器并經過同一根光纖最終到達同個PON口。由于GPON上行信號采用同樣的波長1310nm，為了避免信號沖突，GPON采用時分復用技術。OLT為每個ONU分配特定的數(shù)據傳輸時隙，ONU根據OLT事先分配的時隙進行數(shù)據傳輸。分光器OLTONU/ONT用戶2123123ONU/ONTONU/ONT123用戶3用戶118GPON協(xié)議棧ATMCellGEMFrameGTCTCFrameAAL1/2/5PON-PHYEthernetIPTCP/UDPVideoDataPOTSE1/T1VariousserviceLayer1Layer2Layer3Layer4Layer519GPON復用結構ONUONUONUT-CONTGEMPortT-CONTGEMPortGEMPortT-CONTT-CONTGEMPortGEMPortGEMPortGEMPortGEMPortPON光口

DBA123OLT不同的ONU用ONU-ID標識不同的T-CONT用Alloc-ID標識不同的GEM-PORT用Port-ID標識20GPON幀結構PhysicalControlBlockDownstream(PCBd)PayloadAllocIDStartEndAllocIDStartEnd1100200x300500T-CONT1(ONT1)T-CONTx(ONT2)Slot100Slot200Slot300Slot500PLOuPLOAMuPLSuDBRuxPayloadxDBRuYPayloadyUpstreamBandwidthMap125usDownstreamFramingUpstreamFramingOLTONT1ONT64AllocIDStartEndy501650ONT21xyT-CONTy(ONT2)Slot650Slot501T-CONTxT-CONTy21GPON上行幀結構PLOuPLOAMuPLSuDBRuxPayloadxDBRuyPayloadyPLOuDBRuzPayloadzPreambleAbytesDelimiterBbytesBIP1bytesONU-ID1bytesInd1bytesONU-ID1bytesMsgID1bytesMessage10bytesCRC1bytesDBA1,2,4bytesCRC1bytesGEMheaderFramefragmentGEMheaderFullframeGEMheaderFramefragmentPLI12bitGemPortID12bitPTI3bitHEC13bitONTAONTBUpstreamFramingDBAReportPadifneededT-CONTyT-CONTxT-CONTz22GPON下行幀結構PCBdnPayloadnPCBdn+1Payloadn+1Psync4bytesIdent4bytesPLOAMd13bytesBIP1bytesPlend4bytesPlend4bytesUSBWMapN*8bytesFECInd1bitReserved1bitSuper-frameCounter30bitsBlenBWMapLength12bitsAlenATMPartitionLength12bitsCRC8bitsAccess18bytesAccess28bytes…..Accessn8bytesAllocID12bitsFlags12bitsSStart2bytesSStop2bytesCRC1byteSendPLS1bitSendPLOAMn1bitUseFEC1bitSendDBRu2bitsReserved7bits125usCoverageofthisBIPCoverageofnextBIPDownstreamFraming125us23GPON以太網業(yè)務封裝GEMPayloadHEC13bitsPTI3bitsPortID12bitsPLI12bitsGEMFrameEthernetPacketDASFDPreambleInterpacketgapSALength\TypeMACclientdataFECEOF5bytesGPON系統(tǒng)對以太網幀進行解析，將數(shù)據部分直接映射到GEMPayload中去進行傳輸。GEM幀會自動封裝頭信息。映射的格式清晰，設備很好實現(xiàn)，兼容性好。24GPONTDM業(yè)務封裝TDMTDMdataPayloadTDMfragmentHECPTIPortIDPLIGEMFrameIngressbufferTDMBufferTDM業(yè)務先導入緩存中進行排隊，并且按照固定的字節(jié)數(shù)復用到GEM幀中進行傳輸。這種方式不對具體的TDM業(yè)務進行感知，只進行透傳處理。GEM幀具有定長的特點，對TDM業(yè)務傳輸非常有利。252345PON基本概念GPON協(xié)議分析GPON關鍵技術GPON組網保護目錄1接入網概述6GPON系統(tǒng)管理和業(yè)務發(fā)放26GPON關鍵技術GPON關鍵技術加密DBA測距27測距各個ONU和OLT的距離都不一樣，光信號的光纖上的傳輸時間不一樣，到達各個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(shù)據，如何保證各ONU能夠精確定位時隙？過個ONU的上行數(shù)據如何不沖突，實現(xiàn)幀同步？ONTOLT(inCO)20km3km12km28測距原理1.OLT在T1時刻向ONU發(fā)送一個數(shù)據包，ONU接收到數(shù)據包后把自身時鐘置為T1。2.ONU經過一段時間后在T2時刻向OLT回復一個數(shù)據包。3.OLT在T3時刻收到來自ONU的數(shù)據包。時延計算：RTD=（T3-T1）-（T2-T1）=T3-T2OLTONUTXRXTXRXT1T3T1T2T3-T1T2-T1下行時延上行時延29時延補償OLT通過測距過程獲取ONU的往返時延RTD，計算出每個ONU的物理距離。指定合適的均衡時延EqD，使得每個ONU進行時延補償之后達到一致的時延。Ranging的過程需要開窗，即QuietZone，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(xiàn)。分光器OLTONU2用戶2ONU1ONU3用戶3用戶1RTD1=10us，計算距離=1kmRTD1=20us，計算距離=2kmRTD1=30us，計算距離=3km30GPON關鍵技術GPON關鍵技術加密測距DBA31DBA概念什么是DBA?---DBA,DynamicallyBandwidthAssignment(動態(tài)帶寬分配)---DBA是一種能在微秒或毫秒級的時間間隔內完成對上行帶寬的動態(tài)分配的機制為什么需要DBA？

---可以提高PON端口的上行線路帶寬利用率

---可以在PON口上增加更多的用戶---用戶可以享受到更高帶寬的服務，特別是那些對帶寬突變比較大的業(yè)務DBA分類SR-DBANSR-DBA32DBA實現(xiàn)過程DBA算法邏輯DBA報告BWMapTimeslotT-CONTT-CONTT-CONTONU的調度器ONUOLT控制平面數(shù)據平面33T-CONT類型T-CONTs(TransmissionContainers)：動態(tài)接收OLT下發(fā)的授權，用于管理PON系統(tǒng)傳輸匯聚層的上行帶寬分配，改善PON系統(tǒng)中的上行帶寬。T-CONT的帶寬類型分為FB,AB,NAB,BE。

T-CONT的5種類型，Type1,Type2,Type3,Type4,Type5。34T-CONT類型與帶寬的關系根據業(yè)務的優(yōu)先級，系統(tǒng)對每個ONU設置SLA，對業(yè)務的帶寬進行限制。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(shù)據業(yè)務的優(yōu)先級最低。OLT根據業(yè)務和SLA及ONU的實際情況進行帶寬許可，優(yōu)先級高的可以得到更高的帶寬，滿足業(yè)務需求。35GPON關鍵技術GPON關鍵技術DBA測距加密36AES加密User3ONTUser233133211112ONTONT133211133211OLT加密解密解密解密1133211GPON支持下行廣播數(shù)據進行AES128加密處理。只對GEM幀中的Payload進行加密處理。GPON系統(tǒng)定期的進行AES密鑰交換和更新，提高了線路數(shù)據的可靠性。密鑰更換由OLT發(fā)起密鑰更換請求，ONU響應并將生成的新的密鑰，并分兩部分發(fā)給OLT，且重復發(fā)送三次，OLT收到了新的密鑰后，就要開始進行密鑰切換，將使用新的密鑰的幀號通過相關的命令通知ONU（也是三次），ONU在相應的數(shù)據幀上切換校驗密鑰。AES:AdvancedEncryptSystem一種國際通用的加密算法User1372345PON基本概念GPON協(xié)議分析GPON關鍵技術GPON組網保護目錄1接入網概述6GPON系統(tǒng)管理和業(yè)務發(fā)放38GPON組網保護GPON采用點到多點的組網架構，通過一根光纖傳輸眾多用戶的業(yè)務數(shù)據，一旦光纖鏈路或者物理層器件發(fā)生故障，很多用戶的業(yè)務將受到影響。為了提供網絡高可靠性的保障，GPON通過靈活組網實現(xiàn)不同方式的鏈路備份，滿足不用的應用場景。GPON組網保護包括以下三種類型：TypeA組網保護TypeB組網保護TypeC組網保護39TypeA保護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如果到用戶的線路故障，業(yè)務就會中斷，無法備份IFponIFponIFpon1：N分光器OLTONU#1ONU#N備用光纖TypeA光纖備份

40TypeB保護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(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IFponIFponIFpon2：N分光器OLTONU#1ONU#NTypeBOLT端口備份IFpon

41TypeC保護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。全保護光纖倒換方式，OLT與ONU之間有完全不同的兩條通路，可以保證各種故障都得到恢復。當ONU的主用PON口或用戶線路故障時，ONU會自動將業(yè)務倒換到備用PON口上，業(yè)務通過備用線路和OLT的備份端口上行。業(yè)務基本不會中斷。實現(xiàn)難度較大，成本較高。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。IFponIFponIFpon2：N分光器OLTONU#1ONU#NIFponIFponIFpon2：N分光器

422345PON基本概念GPON協(xié)議分析GPON關鍵技術GPON組網保護目錄1接入網概述6GPON系統(tǒng)管理和業(yè)務發(fā)放43GPON終端認證GPON終端認證是指ONU必須通過OLT的合法性認證之后才能成功向OLT注冊。在GPON系統(tǒng)中，只有通過合法認證的ONU才能接入PON系統(tǒng)，這樣可以滿足運營商實現(xiàn)靈活的、便于維護的管理方式。GONONU的主要認證方式：SN認證Password認證SN+Password認證44GPONSN認證ONUOLTDSFramewithvalidPsyncUpstream-OverheadPLOAM消息SNRequest(BWMap)Serial_Number_ONUPLOAM消息SN匹配成功AssignONUID消息RangingRequest消息RangingReponse消息RangingtimeONU狀態(tài)正常OLT狀態(tài)正常01：初始狀態(tài)02：準備狀態(tài)03：序列碼狀態(tài)04：測距狀態(tài)45GPONPassword認證ONUOLTDSFramewithvalidPsyncUpstream-OverheadPLOAM消息SNRequest(BWMap)Serial_Number_ONUPLOAM消息AssignONUID消息RangingRequest消息RangingReponse消息RangingtimeONU狀態(tài)正常Password匹配成功01：初始狀態(tài)02：準備狀態(tài)03：序列碼狀態(tài)04：測距狀態(tài)RequestPasswordPassword消息05：操作狀態(tài)OLT狀態(tài)正常46GPONSN+Password認證ONUOLTDSFramewithvalidPsyncUpstream-OverheadPLOAM消息SNRequest(BWMap)Serial_Number_ONUPLOAM消息SN匹配成功AssignONUID消息RangingRequest消息RangingReponse消息RangingtimeONU狀態(tài)正常Password匹配成功01：初始狀態(tài)02：準備狀態(tài)03：序列碼狀態(tài)04：測距狀態(tài)RequestPasswordPassword消息05：操作狀態(tài)OLT狀態(tài)正常47GPON系統(tǒng)管理模型-ONT網管通過SNMP協(xié)議對網絡中的OLT設備進行集中管理OLT