（通信与信息系统专业论文）gpon的10ge交换平台.pdf

雩一煳煳 摘要 一v 关键词：带宽，g p o n ，接入网，交换平台 武汉邮电科学研究院硕士学位论文 a b s t r a c t t h er a p i dd e v e l o p m e n to fb r o a d b a n di sg r e a t l yc h a n g e dp e o p l e sd a i l yl i v e sa n dt h e t e l e c o m m u n i c a t i o n si n d u s t r yo p e r a t i o n sa n db u s i n e s sm o d e l s i nd a i l yl i f e ，b a s e do nt h e b r o a d b a n dn e t w o r kt e c h n o l o g y ，v i d e oa n da u d i oe n t e r t a i n m e n tc o n t e n t ，o n l i n eg a m e s ， v i r t u a lc o m m u n i t i e st os h a r ei n f o r m a t i o n , s u c ha sm u l t i - m e d i ai n f o r m a t i o ns e r v i c e sa r e b e i n gi n c r e a s i n g l yw i d e l yu s e dt op r o v i d ep e o p l e 、析t l lm o r ec o n v e n i e n ta n da b u n d a n tw a y o fl i f e a sf o rt h et e l e c o m m u n i c a t i o n si n d u s t r y t h et r a d i t i o n a ls i n g l ev o i c e b a s e db u s i n e s s m o d e l ，o rf o rw e bb r o w s i n g ，e - m a i la n ds oo ns i m p l ei n t e r a c ta c c e s sb a n d w i d t ht op r o v i d e t h em a i nm o d e ，i sr a p i d l yt ot h ei n t e g r a t i o no fm u l t i m e d i aa p p l i c a t i o n si no r d e rt op r o v i d e t h e 伽ls e r v i c eb u s i n e s sm o d e ld e v e l o p m e n t g i g a b i tp a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k ( g p o n ) f i b e ra c c e s st e c h n o l o g yi sf o rt h eo p e r a t o r s t op r o v i d ec a r r i e r c l a s s 如l l - s e r v i c eb r o a d b a n da c c e s sn e t w o r ks o l u t i o n se m e r g e d , t om e e t t h er e q u i r e m e n t so ff u l l s e r v i c eb r o a d b a n dn e t w o r kd e v e l o p m e n ti nt h ed i r e c t i o n g p o n t e c h n o l o g yi sb a s e do nt h ei t u - t g 9 8 4 xs t a n d a r do ft h el a t e s tg e n e r a t i o no fi n t e g r a t e d p a s s i v eo p t i c a l b r o a d b a n da c c e s s s t a n d a r d ，h i 曲b a n d w i d t h , h i g h - e f f i c i e n c y ，l a r g e c o v e r a g e ，r i c hu s e ri n t e r f a c ea n dm a n yo t h e ra d v a n t a g e s ，m o s to ft h eo p e r a t o r sa st o a c h i e v eb u s i n e s sb r o a d b a n da c c e s sn e t w o r k , ac o m p r e h e n s i v et r a n s f o r m a t i o no ft h ei d e a l t e c h n o l o g y 。 。 。 mf i r s tc h a p t e ro ft h i st h e s i sf i r s tp r o p o s e dt h ec o n c e p to fg p o n ，a th o m ea n d a b r o a df o rg p o na p p l i c a t i o n ss t a t u sa n a l y s i sd o n e c h a p t e ri nt h eu n d e r s t a n d i n go ft h e b a s i cp r i n c i p l e so fg p o ns y s t e mo nt h eb a s i so ft h ed i s c u s s i o no fi t st e c h n i c a l c h a r a c t e r i s t i c s i nt h e l i r d c h a p t e rd e t a i l s t h e k e yg p o nt e c h n o l o g yb a s e do nt h e r e a l i z a t i o no ft h e10 g eg p o n i nt h ef o u r t hc h a p t e ri st h e10 g ep l a t f o r mo fg p o nd e s i g n , i n c l u d i n gi t sn e t w o r k , h a r d w a r ea n dp e r f o r m a n c ea n a l y s i so ft h ed i a g r a m t h ef i v ec h a p t e r i st h es t r u c t u r e so ft h eg p o n p l a t f o r mf o rt h ee x c h a n g eo fe q u i p m e n ta n dk e yi n d i c a t o r s n 圮i n t e r o p e r a b i l i t yt e s tr e s u l t ss h o wt h a tf u l lc o m p l i a n c e 、析t l lt h er e q u i r e m e n t so f i n d i c a t o r sc a nb ep u ti n t ou s e c h a p t e rv ii sa s u m m a r y o ft h ef u l lt e x t k e yw o r d s ： b a n d w i d t h ，g p o n ，a c c e s s n e t w o r k ，e x c h a n g ep l a t f o r m 武汉邮电科学研究院硕士学位论文 第一章绪论 近1 0 多年来，通信业务的主要变化之一是数据业务通信量在整个通信中占据越 来越大的比重。随着i n t e r n e t 的发展，数据业务在2 0 0 2 年末已经超过传统的语音业 务通信量。伴随着通信业务形式的改变，用户对作为整个通信网络系统的边缘网络一 一接入网的要求越来越高，这些要求主要体现为追求高带宽、高比特速率、高效率、 低成本及其比较好的安全性。作为接入网最新技术的g p o n 网络能比较好地满足这些 要求，有望成为下一代网络系统主要的接入技术。 1 1 国内外g p o n 技术的发展现状及趋势 1 1 1g p o n 的起源 p o n 技术最早于1 9 8 7 年由英国电信公司的研究人员提出，当时研究人员主要是 为了解决在用户住地利用昂贵的光纤为用户提供高带宽的同时如何降低平均单个用 户的投资。p o n 网的基本原理是在一定的物理限制和带宽限制条件下，让尽可能多的 终端设备( 光网络终端o n t ) 来共享局端设备( 光线路终端o l t ) 和馈送光纤n 3 。由 于在覆盖某地区时这种方案需要的光纤较少，局端的光接口成本较低( 一个光接口可 服务于整个网络) ，因此它能为企业或住宅用户经济地提供高速光连接，而用传统的 点到点和环形结构则不太经济。p o n 技术提出以后由于没有足够的比较好的业务刺 激市场需求，因而发展缓慢。上世纪9 0 年代的中期由于局域网及其i n t e r n e t 的发展， 数据业务的日益增加刺激了市场需求，p o n 技术才开始快速应用起来。1 9 9 5 年，全业 务接入网联盟( f s a n ：f u l ls e r v i c ea c c e s sn e t w o r k ) 成立，其目的是制定p o n 设备 的统一标准，以使设备商和运营商一起进入p o n 设备市场，开展竞争，此举直接推动 p o n 技术规范的制定。其第一个成果是在i t u - tg 9 8 3 建议系列中规范了1 5 5m b sp o n 系统的标准。由于使用异步传输模式( a t m ) 作为承载协议，该系统被称为a i m 无源 光网络( a p o n ) 系统，后因常被人误解为只能提供a t m 业务，故改称为宽带无源光网 ( b p o n ) 系统，以表明这种系统能提供以太网接入、视频分配、高速租用线等宽带业 务。但是，对这第l 代f s a n 系统来说，最常用的称呼还是a p o n 。后来，a p o n 标准经 武汉邮电科学研究院硕士学位论文 过增强，可支持6 2 2m b s 的比特率，并且在保护方式、动态带宽分配( d b a ) 和其它 方面增加了新的特点。 与f s a n 研究p o n 系统规范的同时，2 0 0 0 年另外一些设备制造商成立了第一英里 以太网联盟( e f m a ：t h ef i r s tm il eo fe t h e r n e ta l l i a n c e ) ，并促成i e e e 在2 0 0 1 年成立了第一英里以太网( e f m ) 小组，开始正式研究包括1 2 5 g b s 的e p o n 在内的 e f m 相关标准。e p o n 的提出主要是考虑到现有的局域网绝大多数采用的是以太网技 术，e f m a 因而试图制定一种全新的接入网技术适应这种现状。e p o n 的基本原理是在 与a p o n 类似的网络结构和g 9 8 5 的基础上，设法保留a p o n 的精华部分物理层 采用p o n 技术，而数据链路层e t h e r n e t 协议代替a t m 协议，从而提供更高带宽、更 低成本和更宽的业务接人能力。e p o n 比较适合传输突发性比较强、对时延不很敏感 的各种数据业务，而对时延敏感性业务如语音等业务不适合传输，在安全性等方面也 有待进一步加强瞳3 。 在2 0 0 1 年，f s a n 启动了一项新的工作，对工作在lg b s 以上的p o n 网进行标 准化。除了支持高速率的这一点以外，整个协议一直是开放的，以便重新考虑和寻求 在支持多业务、o a m & p ( 操作、维护、管理) 功能和扩展性方面最佳和最有效的方案。 作为其最新的工作成果，即是推出了g p o n ，它能提供前所未有的带宽并支持多业务， 特别是以本色格式和极高的效率同时支持数据和t d m ( 时分复用) 。2 0 0 3 年1 月3 1 日，i t u - t 批准了g p o n 标准g 9 8 4 1 和g 9 8 4 2 。g 9 8 4 1 是关于g p o n 系统一般特 性的标准，包括体系结构、比特率、传输距离和安全性等。g 9 8 4 2 则把速率提高到 2 5 g b p s ，至少是前一标准的两倍。 1 1 2g p o n 概述 g p o n ( g i g a b it c a p a b l ep o n ) 技术是基于i t u tg 9 8 4 x 标准的最新一代宽带无 源光综合接入标准，具有高带宽、高效率、大覆盖范围、用户接口丰富等众多优点， 被大多数运营商视为实现接入网业务宽带化、综合化改造的理想技术。 g p o n 最早由f s a n 组织于2 0 0 2 年9 月提出，i t u - t 在此基础上于2 0 0 3 年3 月完 成了i t u - tg 9 8 4 1 和g 9 8 4 2 的制定，2 0 0 4 年2 月和6 月完成了g 9 8 4 3 的标准 2 武汉邮电科学研究院硕士学位论文 化。从而最终形成了g p o n 的标准族。 g p o n 在单根光纤上支持2 5 0 0 m b p s 下行速率及1 2 5 0 m b p s 上行速率。约9 2 的利用 率使单纤能够提供的有效带宽大大高于x d s l 以及其它光纤接入技术，可以更好的支 持如高清晰i p t v 、视频点播等高带宽应用。 基于g p o n 技术的设备基本结构与已有的p o n 类似，也是由局端的o l t ( 光线路终 端) ，用户端的o n t o n u ( 光网络终端或称作光网络单元) ，连接前两种设备由单模光 纤( s mf i b e r ) 和无源分光器( s p l i t t e r ) 组成的o d n ( 光分配网络) 以及网管系统组成。 对于其他的p o n 标准而言，g p o n 标准提供了前所未有的高带宽，下行速率高达 2 5 g b i t s ，其非对称特性更能适应宽带数据业务市场。提供服务质量( q o s ) 的全业 务保障，同时承载a t m 信元和g p o n 封装( g e m ) 帧，有很好的提供服务等级、支持 q o s 保证和全业务接入的能力。承载g e m 帧时，可以将t d m 业务映射到g e m 帧中，使 用标准的8 k h z ( 1 2 5 i ls ) 帧能够直接支持t d m 业务。作为电信级的技术标准，g p o n 还规定了在接入网层面上的保护机制和完整的o a m 功能。 在g p o n 标准中，明确规定需要支持的业务类型包括数据业务( e t h e r n e t 业务， 包括i p 业务和m p e g 视频流) 、p s t n 业务( p o t s ，i s d n 业务) 、专用线( t 1 ，e 1 ，d s 3 ， e 3 和a t m 业务) 和视频业务( 数字视频) ，并提供全面的q o s 保证不同业务的质量和服 务水平要求。如g p o n 可以将t d m 业务直接映射到g e m 帧中，使用标准的8 k h z ( 1 2 5us ) ， 确保高质量的t d m 支持。g p o n 中的多业务映射到a t m 信元或g e m 帧中进行传送，对 各种业务类型都能提供相应的q o s 保证。 g p o n 定义了完整的o m c i ( o n t 管理控制接口) 。通过o m c i ，运营商可以实现对 o n t 的远程管理，提高业务开通和故障排除的效率，并大大降低了运维的成本。 g p o n 中清晰定义了a e s ( 先进加密算法) ，支持1 2 8 b i t 严格的加密机制，提供 更加严格的安全和保护机制，确保运营商网络和业务的安全可靠运行。 简言之，g p o n 是为了满足运营商在统一网络上支持多业务融合的需求而量身定 制的。它能够提供电信级的大容量、高带宽、高可靠、互通性以及可管理性等诸多运 营商级特性，为全业务宽带网络的构建以及多媒体增值应用的部署提供最佳平台。 3 武汉邮电科学研究院硕士学位论文 1 1 3 国外g p o n 技术研究的现状及应用情况 g p o n 目前还处在市场试商用阶段，并没有大规模推出商用产品。经过2 0 0 6 年的 历练，g p o n 已经逐步走向成熟。从产业链到成本、市场，g p o n 都表现出了更强劲的 后势。目前，全球已有多个芯片厂商推出了正式商业的g p o n 芯片，包括f r e e s c a l e 、 c o n e x a n t 、b r o a d l i g h t 、p m c 、a m c c 等，芯片价格与e p o n 芯片价格相当。 全球支持g p o n 的设备厂商超过3 7 个，如阿尔卡特朗讯、北电、c a l i x 、摩托罗 拉、t e l l a b s 、日立、f l e x l i g h t 、n e c 等。g p o n 由于其完善的全球性标准，使得越来 越多的设备商投入在其中，产业链逐步壮大并达到成熟。 经过两年的发展，g p o n 已经形成了成熟的产业链。由于g p o n 已有多家芯片厂商 开始提供正式商用芯片，g p o n 设备成本在2 0 0 6 年开始大幅下降。目前，g p o n 的o n t 价格已经与e p o n 处于同一水平。 由于g p o n 在单根光纤上可以提供下行超过2 3 g ，上行超过1 1 g 的带宽，相对 于e p o n 上下行不超过9 0 0 m 的实际带宽，意味着g p o n 可以在相同业务模式下，单根 光纤支持更多用户，从而为运营商节省端局费用以及干线光纤资源。 g p o n 目前可以做到类似的价格水平为运营商提供电信级q o s 保障的更高带宽服 务。2 0 0 6 年全球有超过4 0 个g p o n 试商用以及正式商用案例，案例遍布全球，其中 包括日本。经过半年左右的现网测试以及试商用运行，加之越来越多的设备厂商开始 提供g p o n 设备，全球多个运营商开始或者计划大规模部署g p o n 。 v e r i z o n 在2 0 0 6 年底开始部署g p o n 设备以取代b p o n ，计划每年部署3 0 0 万线 f t t h ，2 0 1 0 年在全美将部署1 8 0 0 万线f t t h 。法国电信在2 0 0 6 年1 2 月宣布结束g p o n 现网测试并开始正式部署g p o n ，先期( 两年) 将部署1 0 0 万线f t t h ，并计划在2 0 0 8 年以前用户数达到1 5 万至2 0 万。e p o n 目前主要是在日本有大规模部署，从2 0 0 3 年 开始，经过大约3 年的积累，日本e p o n 部署量约为4 0 0 万线o n t 。 总的来说，2 0 0 9 年g p o n 全球市场应用将有望急速增长并超过e p o n 。 4 武汉邮电科学研究院硕士学位论文 1 1 4 国内g p o n 技术研究的现状及应用情况 在国内，目前e p o n 对g p o n 保持了绝对市场优势。从2 0 0 7 年开始推广，到2 0 0 8 年第三季度，以e p o n 为组网基础的f t t x 国内用户已经突破4 0 0 万线，而g p o n 还处 于互通测试阶段。从商用规模上讲，e p o n 和g p o n 已经存在巨大差距，因此，很多业 内评论认为，g p o n 已经黯然失色。 但也有人认为是全业务运营商对多业务承载的需求，“g p o n 在多业务承载、全 业务运营上更有优势。”g p o n 标准由f s a n 组织制定，而f s a n 是一家由运营商主导 的标准组织。专家表示，g p o n 标准非常全面，这也是g p o n 标准成型慢的一个原因。 随着全业务时代到来，运营商对宽带发展的竞争，也不再停留在简单提高接入带宽的 层面上，多业务承载综合竞争已经十分明确。也有专家表示，多重业务承载是g p o n 优势，g p o n 能否在新的发展趋势下追上e p o n 还是一个未知数。 不过，介于目前g p o n 还未完全成熟，且全业务发展模式尚未定型，一些设备商 认为，未来发展趋势是e p o n 、g p o n 以混插组网模式为主。从目前经营e p o n 多年的日 本和韩国发展情况来看，e p o n 并不是接入的终极技术，两国都在积极寻求e p o n 的升 级路线。而g p o n 还握有多业务承载性能优势这张牌，g p o n 阵营也乐观认为g p o n 将 在2 0 0 9 年获得爆发。 j 然而2 0 0 9 年，功能更加强大的i o g ep o n 即将登场，在本届通信展期间，中兴通 讯就率先推出了i o g ep o n 样机，给g p o n 阵营施加了巨大的压力。不过，技术标准的 竞争还不是g p o n 最担心的，目前，在与e p o n 的竞争中，g p o n 最致命的短板是未能 从规模推广中获得宝贵的商用经验。 e p o n 在国内推广的一年多里，运营商和设备商对成本核算、设备形态、组网模 式、语音等业务承载做了大量工作，可以说，正是这些工作的顺利开展，才促进了 e p o n 的迅速规模商用。而g p o n 恰恰是缺少了这些商用经验。g p o n 要想去取得类似的 成功，先得在商用推广上向e p o n 学习。关键问题是g p o n 设备商的互通标准制定十分 繁琐，仅是这一项，就已经减缓g p o n 追赶e p o n 的步伐，而e p o n 正是凭借互通标准 的迅速成型而拉大了与g p o n 的距离。目前运营商、设备商和f s a n 组织已经在g p o n 互通标准的成型上做最后努力。 5 武汉邮电科学研究院硕士学位论文 在商用模式上，设备商已经开始支持e p o n 和g p o n 混插，这一举措给g p o n 的商 用节约了不少时间，如果运营商和设备商配合足够默契，g p o n 在e p o n 创建的一些组 网规范中，直接使用也未尝不可。 此外，g p o n 还必须把握住自己的主战场叫d m 业务承载和基站回传，积极开展 市场推广和建立合适的商用模式。虽然基于g p o n 的基站回传解决方案还不是主流技 术，但很多设备商已经在向运营商提供相关的解决方案，并且非常看好其在3 g 领域 中的发展前景。g p o n 仍有市场空间。 其实在国内，e p o n 、g p o n 同属于刚刚起步的状态，很多技术规范和商用模式还 处在逐步完善过程中。在中国电信找到最适合e p o n 发展的f t t b 模式之后，e p o n 迅 速进入发展快车道。不仅如此，e p o n 规模商用，还让f t t b 价格也迅速降到了运营商 可以接受的价格。而g p o n 要向e p o n 学习的众多商用经验中，首先要找到一条适合自 身业务开展的模式。 2 就目前的国内接入市场而言e p o n 占一定的优势，e p o n 能够从运营商的经济成本 的角度出发，实现灵活的接入和网络部署，在国内诸多f ，i t h 试点工程中，e p o n 已崭 露头角。但是g p o n 在技术上比e p o n 完善，g p o n 在扰码效率、传输汇聚层效率、承 载协议效率和业务适配效率等方面都是最高的，g p o n 应该具有更广阔、更长远的应j 用前景。两种技术必将共存于未来的接入网中，e p o n 和g p o n 发展的最佳策略是走向 融合，下一代p o n 网络系统x p o n ，是一个充分兼容现有标准的高速p o n 网络平台， 代表着p o n 网络的发展方向。 1 2 本课题的来源、研究目的及其意义 宽带的迅猛发展正在极大地改变人们的日常生活方式以及电信业的运营和商业 模式。在日常生活中，基于宽带网络技术的视音频内容娱乐、网络游戏、虚拟社区多 媒体信息发布共享等信息服务正在被越来越广泛的使用，给人们提供更加丰富和便利 的生活方式；而对于电信行业，传统的以单一话音为主的商业模式，或是以面向网页 浏览、电子邮箱等简单互联网访问为主的带宽提供模式，正在迅速向以提供融合多媒 体应用的全业务商业模式发展。 6 武汉邮电科学研究院硕士学位论文 未来将是一个宽带无处不在的世界：用户需要能够在任意屏幕上( 包括电脑、电 视、手机等多种终端) 随时随地享受到各种融合的宽带多媒体服务。全业务宽带不仅 可以满足终端消费者对于便利性的追求，更有助于运营商提升消费者忠诚度，吸引新 用户，创造新的收入流。随着全业务融合时代的到来，应用将会前所未有的丰富。包 括高清晰i p t v 等在内的多种增值多媒体服务，将成为运营商收入的重要来源，同时， 也必将对运营商构建全业务宽带网络提出新的要求。 作为全业务宽带网络的重要部分，宽带接入网络正在发生深刻的变化。一方面， x d s l 技术逐步从a d s l a d s l 2 a d s l 2 + 等向能够提供更高带宽的v d s l 2 升级，而这也要 求v d s l 2d s l a m 更加地靠近用户侧。随着v d s l 2 局点数量级的增加，也就提出了高效 汇聚大量d s l a m 的要求；另一方面，由于双绞线技术在带宽提供、接入距离等多方面 的天然缺陷，光纤正在迅速取代铜线成为理想的接入媒介。 国内主要固网运营商紧跟宽带接入网络的发展趋势，均提出了“d s l a m 下移和 “光进铜退 的战略，为满足全业务宽带要求的网络发展指明了方向。g p o n ( g i g a b i t p a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k ，吉比特无源光网络) 光纤接入技术正是为运营商提供电信 级全业务宽带接入网络解决方案应运而生的。 1 3 论文完成的主要工作及拟解决的关键问题 1 3 1 论文完成的主要工作 本论文设计的i o g eg p o n 交换平台不仅可以为用户提供传统的语音、数据接入， 还可以提供对于i p t v 等新业务的支持，与其他系统配合提供a d s l 、v d s l 、以太网等 宽带业务接入，满足各种用户的多样化业务需求。同时，还可以与m s t p 、s d h 等传 输技术配合，可以提供方便而丰富的组网和应用，适应不同的网络情况，快速建网并 接入用户。i o g eg p o n 交换平台提供的多种容量的局端设备和系列化的用户端设备， 是适应f t t h 、f t t b 、f ，i t o c 、f t t c a b 等各种应用场合的个全面的光接入解决方案。 本论文主要完成i o g eg p o n 交换平台的核心交换盘硬件设计，从主要芯片模块的 功能特点及芯片结构出发，完成电路图及电路板的设计。对硬件的结构功能模块进行 7 武汉邮电科学研究院硕士学位论文 了分析，然后研究了各功能模块的实现。 1 3 2 论文拟解决的关键问题 以下是本论文的主要工作以及要解决的关键问题： ( 1 ) 硬件设计 硬件功能与关键技术关键器件：从整个系统的功能结构和从主交换盘的功能特点 及芯片结构出发，完成电路图及整个硬件的设计。 ( 2 ) 实验测试 对于i o g eg p o n 交换平台的测试，主要测试系统的需求规格指标满足情况以及系 统在现网环境中的适应性。通过实验测试，证实i o g eg p o n 交换设计的可行性。 8 武汉邮电科学研究院硕士学位论文 第二章g p o n 的系统结构和技术特点 2 1g p o n 系统结构 无源光网络包括一个安装予中央控制站的光纤线路终端( o l t ) ，以及安装于客 户端的光纤网络单元( 0 n t ) 口1 。在o l t 与o n t 之间的光纤分布网络( o d n ) 包含了光 纤以及无光源分波器或耦合器。在p o n 的架构中，一个光纤终端( o l t ) 下可以有多 个无源光网络的单元。每一个单元均可形成一个独立的p o n 网，藉由并不昂贵的分波 器和光纤分布连接多种不同类型的o n t 。对于接入网络的无源性设计，减少了对电子 元件的需求，如此一来便可以降低维修成本的支出。 2 1 1g p o n 系统参考模型 与p o n 系统类似，g p o n 系统通常由局侧的o l t 、用户侧的o n u 和o d n 组成，通常 采用点到多点的网络结构。o d n 由单模光纤和光分路器、光连接器等无源光器件组成， 为o l t 和o n u 之间的物理连接提供光传输媒质啪。g p o n 系统参考配置见图2 1 。 9 武汉邮电科学研究院硕士学位论文 o n u ： 光网络单元 o d n - 光分配网 o l t ：光线路终端删：波分复用模块 f i e ： o l t 和o n u 处使用不同波长的网络单元 a f ； 适配功能( 有时可包含在o n u 中) s n i ：业务节点接口 u n i ： 用户网络接口 s 参考点：0 l t o n 【j 的下行上行的光纤接入点r 参考点：0 l t o 唧的上行下行的光纤接入点 a b 参考点：如果不采取其他波长( 基于f f d i 技术) 提供其他业务，则无这两个参考点 i f 确，参考点r s 和s r 的接口，是g p o n 系统的特有接口，该接口支持o l t 和o n u 直接的传输协议 s n m p ：简单网络管理协议，g p o n 系统通过s n m p 接口与电信管理网( 1 枷) 相连，并通过s n m p 协议 对网元进行管理 注： f 是否是网管接口s m n p 的操作对象取决于业务 图2 1g p o n 系统参考配置 图中w d m 表示波分复用器，如没有采用波分复用，这个模块就没有。a 、b 点当不 采用波分复用时也不定义。n e 代表使用与o l t 、o n u 不同波长的网元( 如1 5 5 0 h m 波 长的c a t v 设备) 。 2 1 26 p o n 的网络体系结构 图2 2 为g p o n 系统的网络体系结构佑1 。同所有的无源光网络接入系统相同，g p o n 主要由o l t 、o n u o n t 以及o d n 三部分组成。o l t 为接入网提供网络侧与核心网之间 的接口，通过o d n 与各o n u 连接。作为p o n 系统的核心功能设备，o l t 具有集中带宽 分配、控制各o n u 、实时监控、运行维护管理p o n 系统的功能。o n u 为接入网提供用 户侧的接口，提供话音、数据、视频等多业务流与o d n 的接入，受o l t 集中控制。系 1 0 武汉邮电科学研究院硕士学位论文 统支持的分支比为1 ：1 6 3 2 6 4 ，随着光收发模块的发展演进，支持的分支比将达到 l ：1 2 8 。在同一根光纤上，g p o n 可使用波分复用( w d m ) 技术实现信号的双向传输。 根据实际需要，还可以在传统的树型拓扑基础上采用相应的p o n 保护结构来提高网络 的生存性。 用户驻地网接入网 核心网 i 0 n o 图2 2g p o n 系统的网络体系结构 2 1 3o l t 和o n u 的功能 o l t o l t 网络侧经标准s n i 接口连接到城域网随1 。o l to d n 侧提供比特率、功率预算、 抖动等特性符合g p o n 标准的光接口。o l t 主要由业务接口功能、交叉连接功能和p o n 核心功能3 个功能模块组成。典型的功能模块如图2 3 所示。 武汉邮电科学研究院硕士学位论文 p o n 核心模块交叉连接模块业务模块 o d n 接口 p o nt c业务 功能 接口功能 适配 交叉连接功能 o d n 接口 p o n t c 业务 功能接口功能 适配 图2 3o l t 功能结构 ( 一) p o n 核心模块( p o nc o r es h e l1 ) 由o d n 接口功能和p o nt c 功能两部分组成。o d n 接口功能在g 9 8 4 2 中规范， p o nt c 功能在g 9 8 4 3 中规范。其中p o nt c 功能包括：媒质接入控制，0 a m 、d b a 、 o n u 管理和为交叉连接功能进行的p d u 定界。每个p o n 的t c 选择支持a t m 、g e m 和双 重模式中的一种。 ( 二)交叉连接模块( c r o s sc o n n e c ts h e l1 ) 交叉连接模块提供p o n 核心模块和业务模块的连接。o l t 根据连接模式是g e m 、 a t m 或双重模式提供相应的交叉连接功能。 ( 三)业务模块( s e r v i c es h e l l ) 提供p o n 业务中业务节点接口和t c 帧接口的转换。 0 n u g p o no n u 的主要功能能模块和o l t 相似。由于o n u 只有一个p o n 接口( 再使用 保护倒换结构的情况下，最多可有2 个接口) ，交叉连接功能可以省略掉，取而代之 的是业务的复用和解复用功能。o n u 的典型配置如图2 4 所示。每个p o n 的t c 选择 1 2 武汉邮电科学研究院硕士学位论文 支持a t m 、g e m 和双重模式中的一种。 p o n 核心模块 业务模块 o d n 接口 p o n t c 业务 功能接口功能 ， 适配 i 、， o d n 接口 p o n t c ! 、 业务 功能接口功能 适配 复用解复用 图2 4o n u 功能结构 2 2g p o n 的标准系列和特点 2 2 1g p o n 的标准系列 由于网络i p 化进程加速和a t m 技术的逐步萎缩，导致之前基于a t m 技术的a p o n b p o n ( 即a t mp o n 宽带p o n ) 技术在商用化和实用化方面严重受阻，现实迫切需要 一种高传输速率、适宜i p 业务承载同时具有综合业务接入能力的光接入技术。而全 业务接入网联盟f s a n ( f u l ls e r v i c ea c c e s sn e t w o r k ) 自1 9 9 6 年成立以来就一直致 力于无源光网络( p o n ) 的技术标准研究。该组织最终于2 0 0 1 年提出了1 g b i t s 以上 速率的p o n 标准g p o n 的概念。随后，在不同组织和厂商的共同推动下，i t u 于2 0 0 3 年1 月正式通过并颁布了g p o n 标准系列中的两个标准g 9 8 4 1 和g 9 8 4 2 。在2 0 0 4 年i t u 又相继批准了g 9 8 4 3 和g 9 8 4 4 。最终形成了g 9 8 4 x 标准族。至此，g p o n 技术标准基本完成。实质上，g p o n 是基于i t u 川g 9 8 4 x 系列标准的最新一代宽带 无源光网络综合接入设备，它的标准主要包括四个部分： ( 一) g 9 8 4 1 ：该标准主要规范了g p o n 系统的总体特性，具体包括光接入网 ( o a n ) 的体系结构、业务类型、s n i 和u n i 、物理速率、逻辑传输距离以及系 1 3 武汉邮电科学研究院硕士学位论文 统的性能目标忉： ( 二)g 9 8 4 2 ：该标准2 0 0 3 年定稿，主要规范了g p o n 系统的物理媒质相关p m d 层要求。g 9 8 4 2 除了要求系统下行速率为1 2 4 4 g b i t s 或2 4 8 8 g b i t s 、 上行速率为1 5 5 m b i t s 、6 2 2 m b i t s 、1 2 4 4 g b i t s 或2 4 8 8 g b i t s 以外， 还规定了在各种速率等级下o l t 和o n u 光接口的物理特性，提出了1 2 4 4 g b i t s 及其以下各速率等级的o l t 和o n u 光接口参数。但是，对于2 4 8 8 g b i t s 速率等级并没有定义光接口参数。 较高，对光器件特性提出了更高要求， 级是比较困难的8 l ； 原因在于：此速率等级的物理层速率 在p o n 中实现2 4 8 8 g b i t s 速率等 ( 三)g 9 8 4 3 ：该规范2 0 0 3 年完成，规定了g p o n 的传输汇聚t c ( t r a n s m is s i o n c o n v e r g e n c e ) 子层、帧格式、测距、安全、动态带宽分配d b a ( d y n a m i cb a n d a l l o c a t i o n ) 、操作维护管理功能等。g 9 8 4 3 通过引入一种新的传输汇聚子 层，实现了承载g p o n 封装模式g e m ( g p o ne n c a p s u l a t i o nm e t h o d ) 业务流和 a i m 业务流的承载。g e m 是一种新的封装结构，主要用于封装那些长度可变 的数据信号和t d m ( 时分复用和复用器) 业务四1 ； ( 四) g 9 8 4 4 ：2 0 0 4 年6 月正式完成的g 9 8 4 4 规范提出了对o n t 管理控制接 口o m c i ( o n tm a n a g e - - m e n ta n dc o n t r o li n t e r f a c e ) 的要求，目标是实现多 厂家o l t 和o n t 设备的互通性。该建议指定了协议无关的m i b 管理实体，模 拟了o l t 和o n t 之间信息交换的过程。其中，o n t 是指用于f t t h 并具有用户 端口功能的o n u n 0 1 。 纵观g p o n 系列标准的发展史，我们不难发现这是一个渐进的、不断深入完善的 过程：g 9 8 4 1 对g p o n 提出了总体目标，要求o n u 的最大逻辑距离差可达2 0 k m ，支 持的最大分路比为1 6 、3 2 或6 4 。不同的分路比对设备的要求不同。从分层结构上看， i t u 定义的g p o n 由p m d ( 物理媒质相关) 层和t c 层构成，分别由g 9 8 4 2 和g 9 8 4 3 进行规范。g 9 8 4 3 中规范了g p o n 的帧结构、封装方法、适配方法、测距机制、o o s 机制、加密机制等要求，是g p o n 系统的关键技术要求。g 9 8 4 4 则在前3 个标准的 基础之上，进一步规范了g p o n 系统中o n t 的管理控制接口。 1 4 武汉邮电科学研究院硕士学位论文 g p o n 标准除正在讨论和制定光层检测方面的内容外，标准组织联盟f s a n 认为现 有的业务对带宽的需求还没有达到非常急迫的程度，因此他们当前的工作重心是制定 有关中间过渡标准g 9 8 4 e n h 和g 9 8 4 e x t 。至于下一代接入网的标准制定将到2 0 1 0 年以后再考虑。 2 2 2g p o n 系统的特点 f s a n 制定g p o n 规范的目的就是支持现有及其未来可能出现的多种不同业务，为 用户提供高速率、高带宽、安全性好、价格低廉的接入网技术。g p o n 支持高速率和 对称非对称工作方式，同时还有很强的支持多业务和o a m 的能力。它能够支持当前 业界所有业务和讨论中的适用于商业和住宅用户的新业务。g p o n 标准中已明确规定 要求支持的业务类型包括：数字业务( e t h e r n e t 业务，包括i p 业务和m p e g 视屏流) 、 p s t n 业务( p o t s 、i s d n 业务) 、专用线( t 1 、e 1 、d s 3 、e 3 和a t m 业务) 和视频业务 ( 数字视频) 。g p o n 中的多业务映射到a t m 信元或g e m 帧中进行传送，对各种业务类 型都能提供相应的q o s 保证。运营商应根据各自的市场潜力和特定的管制环境，有效 地提供所需要的特定业务，这些业务的提供是否有效( 成本最低) 还与运营商现存电信 基础结构、用户的地理分布、商业和居民的混合情况有很大关系。 g p o n 接入系统的总体技术要求，包括g p o n 系统的结构、u n i 和s n i 、p o n 的段保 护以及下面一些基本技术要求： 1 ) 对称非对称线路速率，包括对称6 2 2 m b p s 、1 2 5 g b p s 和非对称( 上下行) 1 5 5 1 2 4 4 m b p s 、6 2 2 1 2 4 4 m b p s 、1 5 5 2 4 8 8 m b p s 、1 2 5 2 5 g b p s ，具有前所未有的 高比特率； 2 ) 最大逻辑距离和最大物理距离分别为6 0 k m 和2 0 k m ； 3 ) 最大光差为2 0 k m ； 4 ) 平均最大传输时延为1 5 m s ； 5 ) 系统分支比为l ：1 6 3 2 6 4 ，最大可支持的分支比为l ：1 2 8 ； 6 ) 业务覆盖广泛，利用g 9 8 3 定义的e n h a n c e m e n t 波长提供其他业务； 1 5 武汉邮电科学研究院硕士学位论文 7 ) 采用一定的安全机制，防止恶意从用户下载数据流中轻易截流节目；防止恶意用 户冒充