（通信与信息系统专业论文）gpon多业务承载方式的研究.pdf

摘要 随着互联网的迅速发展，目前网络应用对带宽需求和时延等方面的要求日益 增长，传统的接入方式已经渐渐无法满足日前网络应用的需求，光纤接入势在必行。 在全球范围来看，f t t x 接入方式已经开始进入商用的部署阶段。 g p o n 最早由f s a n 组织于2 0 0 2 年9 月提出，随后2 0 0 3 年i t u t 提出g p o n 的第一个标准( 2 9 8 4 1 ，至今，g 9 8 4 至今已经有了6 位成员。作为电信级标准，i t u t 提出的g p o n 技术的主要目标是实现g b i t 速率，并能支持多种业务，对所有业务 最优化。而国内的g p o n 的标准化也在进行中，已经向c c s a 提交了送审稿，并 在不断的完善中。 g p o n 系统的下行速率可达2 4 8 8 3 2 g b i t s ，上行速率为1 2 4 4 1 6 g b i t s ，这种 非对称特性更能适应宽带数据业务市场。g p o n 系统以原有格式和极高的效率传送 包括话音、以太网、a t m 等多种业务的技术。由于g p o n 系统使用标准的1 2 5 1 x s 帧，从而能够直接支持t d m 业务。由于g p o n 系统的技术特性，使其对于各种业 务类型都能提供相应的q o s 保证。 本文首先对f t t x 的发展现状以及发展趋势进行的介绍，并将g p o n 和e p o n 在技术和市场部署的层面进行了比较。然后对g p o n 的基本原理做了详细的描述。 在对g p o n 的技术原理进行描述之后，对g p o n 系统的多业务的承载方式进行了 分析，其中包括对e t h e m e t i p 业务的承载、对t d m 业务的承载以及c a t v 的承载。 然后，本文着重分析了g p o n 中传输t d m 业务的关键技术，并对g p o n 承 载t d m 的不同实现方式进行了分析比较。之后，结合目前国内的网络现状对于 g p o n 的承载t d m 业务提出可行性的方案。 最后，本文提出了g p o n 多业务承载的f p g a 设计方案，该方案可以实现t d m 业务和e t h e m e t 业务的承载，并对其中的部分代码进行了仿真验证。 关键词：吉比特无源光网络；接入网；多业务； 武汉邮电科学研究院硕+ 论文 a b s t r a c t w i t l lt h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h ei n t c r n e t ，t l l ec u r r e n tn e t w o r k i n ga p p l i c a t i o n r e q u e s tn e t w o r kc o m m u n i c a t i o nh a sh i g h - b a n d w i d t ha n dl o w - l a t e n c y , t r a d i t i o n a la c c e s s m e t h o d sh a v eb e e ng r a d u a l l yu n a b l et om e e tt h ec u r r e n td e m a n do fn e t w o r k i n g a p p l i c a t i o n s g p o nw a sf i r s tp r o p o s e db yf s a ni ns e p t e m b e r2 0 0 2 ，a f t e rt h a ti t u tm a d et h e f i r s tg p o ns t a n d a r d si n2 0 0 3 s of a r , r e c o m m e n d a t i o ng 9 8 4h a s6m e m b e r s a sa c a r r i e r - c l a s ss t a n d a r d ，t h em a i ng o a lo fg p o ni st oa c h i e v eg b i tr a t ea n ds u p p o r ta v a r i e t y o fs e r v i c e s 谢t l lo p t i m i z a t i o n g p o ns y s t e m so p e r a t i n ga tr a t e so f2 4 8 8 3 2g b i t sd o w n s t r e a ma n d1 2 4 416 g b i t s u p s t r e a m ，s u c ha s y m m e t r i cf e a t u r e sc a ng i v eb e t t e rp e r f o r m a n c ef o rb r o a d b a n dd a t a s e r v i c e s o p o ns y s t e mt r a n s m i tv o i c e ，e t h e m e ta n d 删i nt h e i ri n h e r ef o r m a t 谢t i ll l i g l l e f f i c i e n c y g p o ns y s t e mc a ns u p p o r tm u l t i s e r v i c ew i t ht h ea b i l i t yt og u a r a n t e eq o s b e c a u s eo fi t st e c h n i c a lf e a t u r e f i r s t l y , t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h ec u r r e n ts t a t u sa n dd e v e l o p m e n tt r e n do ff 1 v r x ，a n d c o m p a r e sg p o n w i t l le p o ni nt e c h n o l o g ya n dm a r k e td e p l o y m e n t a f t e rt h a tt h ep a p e r e l a b o r a t e st h eu n d e r l y i n gp r i n c i p l e so fg p o n ，a n dt h e na n a l y z e st h e t e c h n o l o g yo f m u l t i s e r v i c ed e l i v e r yo v e rg p o ns y s t e m s ，i n c l u d i n gc a r r y i n ge t h e m e t i p , t d ma n d c a t v s e c o n d l y , t h ep a p e ra n a l y z e st h ek e yt e c h n i q u eo ft d mo v e rg p o ns y s t e m t h r e e m e t h o d so ft d mo v e rg p o na r ei n t r o d u c e di nt h i sp a p e r , a n dt h e nc o m p a r et h em e t h o d s 谢t he a c ho t h e r a f t e rt h a t ，t h ep a p e rp r o p o s e sap r o p o s a lo ft d mo v e rg p o na c c o r d i n g t h es t a t u so fc h i n a f i n a l l y , t h i sp a p e rp r o p o s e sar e a l i z em e t h o di nf p g a o fg p o n c a r r y i n gt d m a n d e t h e m e t a n dt h e nv e r i f i e ss o m ec o d e so ft h er e a l i z em e t h o db ys i m u l a t i o n k e yw o r d s ：g p o n ；a c c e s sn e t w o r k ：m u l t i s e r v i c e ： 武汉邮电科学研究院硕j 卜论文 第1 章概述 f t l h ( 光纤到户) 是宽带接入的一种理想模式，在带宽方面的巨大优势使它成 未来网络接入发展的最终目标，基于其独特的宽带及信息服务优势，f t t hj 下在世界 各地得到推广。 1 1f t t x 技术 1 1 1f t t x 简介 近年来，由于数据业务的飞速发展，尤其是i p t v 等多媒体业务的迅速推广，用 户的带宽需求骤增，接入网已经成为了整个网络的瓶颈，现有的以a d s l 和c a b l e m o d e m 为主的宽带接入方式已经很难满足用户对高带宽、双向传输能力以及安全性 等方面的要求，“光进铜退”已经成为接入网发展的必然。f t t x 是宽带接入的一种理 想模式，是指从城域网到小区、用户间的最后接入网阶段全部使用光纤，实现语音、 数据、广播电视及各类智能化系统功能的一种接入方式。f 1 _ 阪是高带宽、多业务的 接入技术，实现了业界全光网络的梦想，f t t x 将最终突破带宽的瓶颈，是实现“三 网合一 的最理想的方式。在这样的网络上运营目前的语音、数据和视频业务还只是 初级阶段，在f 丁r x 网络上会丌展更多业务【。 现有的f t r x 技术主要包括p o n ( p a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k ，无源光网络) 接入技 术和a o n ( a c t i v eo p t i c a ln e t w o r k ，有源交换光网络) 接入技术，p o n 技术因其节 约线路资源、运维便捷、设备预期成本较低等多方面的优势而被认为是f 1 m 的首选 解决方案。 点对点的光纤技术适用于城域网和长距离通信的应用，而p o n 的结构特性是一 点对多点，因此不可能传输很远的距离。对于局端较近的多用户群，采用p o n 技术 是非常理想的【2 1 。 p o n 技术的优势在于无源光器件不易受雷电损坏和辐射干扰、网络结构灵活易 于扩展、共享馈线段光纤可节约铺设成本、业务透明性好、具有多业务支持能力以及 易于管理维护等。p o n 系统由局端设备o l t ( o p t i c a ll i n et e r m i n a t i o n ，光线路终端) 、 武汉邮电科学研究院硕+ 论文 用户端设备o n u ( o p t i c a ln e t w o r ku n i t ，光网络单元) 和o d n ( o p t i c a ld i s t r i b u t i o n n e t w o r k ，光分配网络) 组成。所谓“无源 是指o d n 全部由无源光分路器和光纤等 无源光器件组成，不包括任何有源器件。p o n 技术采用了点到多点拓扑结构，o l t 到o n u 的传输( 下行方向) 采用t d m 广播方式，连续不断地将信息传输给每个o n u ， 而o n u 到o l t 的传输( 上行方向) 采用t m d a 方式，各o n u 只在o l t 分配给自 己的时隙内将信息传输给o l t 。 1 1 2g p o n 和e p o n 比较 p o n 技术主要有三种：a p o n ( a t m 无源光网络) 、e p o n ( 以太网无源光网络) 和g p o n ( 吉比特无源光网络) 是目前p o n 领域中存在的三种技术体制。由于当前 a t m 技术整体发展受阻，a t m 在国内逐渐退网，因此a p o n 在国内未获发展。e p o n 和g p o n 谁将主导f t t x 大潮成为了当前发展的热点。 从下表1 1 中可以看出，性能( 容量、光链路预算) 是e p o n 和g p o n 之间的明 显差异之一，g p o n 与e p o n 在覆盖能力、带宽、q o s 保障、可靠性、可维护性等也 存在差异。 1 从技术的角度来比较，g p o n 技术在系统带宽、覆盖距离、分路比、o a m 能 力和q o s 支持等方面相对完备【3 1 。 2 从e p o n 和g p o n 目前的技术发展情况来看，e p o n 和g p o n 的市场应用趋 同，均适合于家庭用户、中小型商业用户、农村信息化等应用场景， 3 综合考虑技术能力、产业发展现状、成本和技术成熟度等因素，近期利用p o n 技术建设f t t x 可采用e p o n 技术。当g p o n 设备在产品功能性能、互通性和成本 等各方面具备条件时( 预计2 0 0 9 年) 可以进行规模商用，现阶段可积极进行g p o n 试点。 从技术的角度来看，如果需要提供的业务都是i p ，或对t d m 业务的要求不高， e p o n 是最佳选择。如果要兼顾t d m 业务与i p 业务，尤其是对t d m 有更严格要求 时，g p o n 会更有优势【4 】。 从市场部署的角度来看，g p o n 能否尽快部署的关键是成本能否快速下降，达到 类似e p o n 的水平5 1 。 2 武汉邮电科学研究院硕十论文 表1 1e p o n 与g p o n 的性能对比 g p o ne p o n 下行上行速率 2 5 0 0 1 2 5 0m b p s12 5 0 12 5 0 m b p s 光链路预算 c l a s s b + ：2 8 d bp x 2 0 ：2 4 d b c l a s sc ：3 0 d b 分光比l ：6 4 ，可扩展为l ：1 2 8 l ：3 2 实际下行带宽 2 3 0 0m b p s9 0 0m b p s 实际上行带宽 1 1 1 0m b p s8 5 0m b p s 每用户实际下行带宽7 2 m b p s ( 1 ：3 2 )2 8 m b p s ( 1 ：3 2 ) 3 6 m b p s ( 1 ：6 4 ) 运营、维护( o a m & p )o m c i 必选。对o n t 进行o a m 可选且最低限度地支 全套f c a p s ( 故障、配置、持：对o n t 的故障指示、 计费、性能、安全性) 管理环回和链路检测 t d m 传输和时钟同步内置，支持n a t i v et d m 模电路仿真( i t u ty 1 4 1 3 或 式，保障t d m 业务质量，m e f 或i e t f ) 电路仿真可选。 q o sd b a 调度单位包括d b a 调度单位为o n u ，粒 t - c o n t 、g p o r t ，粒度度较粗。 精细。明确定义四种带宽类q o s 主要通过o n u 设备内 型：固定带宽、保证带宽、部调度实现。 非保证带宽、尽力而为带 宽：通过t o c o n t 类型保证 服务质量 光纤线路检测 o l sg 9 8 4 x 无 1 1 3f t t x 发展现状及趋势 截至2 0 0 8 年上半年的研究数据表明，全球光通信市场规模达到3 0 0 亿美元以上， 3 武汉邮电科学研究院硕? 卜论文 同比增长1 2 5 以上。推动市场增长的主要原因是新一轮的光通信建设的推进，尤其 在美洲、欧洲和亚太市场光通信的建设速度较快。 在亚太地区，p o n 技术得到了广泛的应用。在这个地区，采用的更多的是e p o n 技术，这种技术成本相对低廉，在日本，韩国等地区这项技术得到了快速的应用。 g p o n 的部署多在北美地区。欧洲也在大规模部署f 刑工程。2 0 0 8 年8 月，阿尔 卡特朗讯部署日本首个g p o n 商用网络【6 】忉。 在国内，目前技术成熟度和商用化程度最高的是基于以太网的e p o n 技术，e p o n 已经进入了一个规模部署的阶段。从技术的成熟度，产业链的完整度，设备的成本和 价格，包括目前制造商的产品的系列化，各个方面都已经比较成熟。截至2 0 0 7 年， 国内的e p o n 用户大概在2 0 万。 g p o n 技术较e p o n 而言，目前e p o n 在成熟度、成本以及市场方面有一定的 优势；但在网管能力、带宽能力、带宽效率尤其是t d m 业务承载方面g p o n 具有 e p o n 难以比拟的显著优势。但在国内g p o n 的目前的发展还面临一些问题：一是 产业链不成熟，市场缺少商用的o l t 侧的a s i c 芯片，目前国内外比较大的系统商 都是采用自己的f p g a 芯片，这样的话，成本很难降下来；二是g p o n 设备不够成 熟，从2 0 0 7 年7 月的测试的情况来看，相对于e p o n 设备，整体存在不足，但也有 一些厂商的设备功能较完善。到2 0 0 7 年下半年，g p o n 系统的整体进步较快。总的 来说，在国内，g p o n 目前还没有到大规模部署的阶段。由于目前g p o n 相关的光 器件以及用户侧的o n u 芯片基本实现规模量产，所以成本下降的比较快。在全球范 围来看，g p o n 目前已经进入了一个试商用或小规模商用的部署阶段f 8 】【9 】。 f 1 _ 阪细分市场的快速规模化发展，表现出爆发式启动的状态。中国虽然拥有大 量且数量仍在高速增长的宽带用户，但与全球发达国家相比，f t t x 市场应用发展仍 然滞后。2 0 0 8 年上半年，在全球f t t x 市场发展的带动下，各大运营商展开大规模商 用部署，一时间f t t x 市场呈现出“井喷”式增长。0 8 年上半年除了各种相关展会活 动层出不穷之外，市场规模也在高速发展。各地f t t x 小区数目规模迅速扩大，行业 用户数量也大幅度提高。烽火通信等主要厂商纷纷加大力度，在技术研发和扩大生产 方面投入巨资，在产能大幅度提升的情况下，仍然不能有效满足f t t x 市场快速增长 的需求。随着i p t v 、在线游戏、视频监控等宽带业务的进一步开展，f t t x 市场在未 4 武汉邮电科学研究院硕+ 论文 来的一段时间内仍然存在巨大的发展空间。 1 2g p o n 技术概述 1 2 1g p o n 技术 g p o n 技术是基于i t u t 的g 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。 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q o s 的全业务保障， 同时承载a t m 信元和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 陋) 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【1 0 】【l l l 。 在g p o n 技术的相关标准中，明确规定需要支持的业务类型包括数据业务 ( e t h e m 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) 。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。 1 2 2g p o n 标准化进程 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 t 的g 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 准化，目前，i t u t 在f s a n 的帮助下，已经为g p o n 技术陆续制定完成了i t u t 的g 9 8 4 x 系列标准，具体包括： g 9 8 4 1 g i g a b i t - e a p a b l ep a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k s ( g p o n ) ：g e n e r a lc h a r a c t e r i s t i c s q 9 8 4 2 5 武汉邮电科学研究院硕+ 论文 g i g a b i t - c a p a b l ep a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k s ( g p o f 0 ：p h y s i c a lm e d i ad e p e n d e n t ( p m d ) l a y e rs p e c i f i c a t i o n g 9 8 4 3 g i g a b i t c a p a b l ep a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k s ( g - p o n ) ：t r a n s m i s s i o nc o n v e r g e n c el a y e r s p e c i f i c a t i o n ( 2 9 8 4 4 g i g a b i t - c a p a b l ep a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k s ( g - p o n ) ：o n tm a n a g e m e n ta n dc o n t r o l i n t e r f a c es p e c i f i c a t i o n 上述4 个标准涉及到了g p o n 的总体特性、物理层、t c 层和o n u 管理等方面。 其中，物理层和t c 层的标准内容已经基本稳定。目前的关注重点在g 9 8 4 4 的o m c i 上。关于o l t 如何集中远程控制o n u 等方面的增补工作还在进行。对于业务和应用 层面的管理是通过继续扩展o m c i 能力还是通过t r 0 6 9 来实现目前还存在较大的争 议【1 2 】 1 3 1u 4 。 以下两个标准目前处于预发布状态，还未正式发布。 ( 2 9 8 4 5 e n h a n c e m e n tb a n df o rg i g a b i tc a p a b l eo p t i c a la c c e s sn e t w o r k s g 9 8 4 6 g i g a b i t - c a p a b l ep a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k s ( g p o n ) ：r e a c he x t e n s i o n 在中国，g p o n 相关标准正在送审阶段，还未j 下式发布，目前的送审稿主要有如 下四个部分： 接入网技术要求一吉比特的无源光网络( g p o n ) 第一部分：总体要求 接入网技术要求一吉比特的无源光网络( g p o n ) 第二部分：物理媒质相关( p m d ) 层要求 接入网技术要求一吉比特的无源光网络( g p o n ) 第三部分：传输会聚( t c ) 层 要求 接入网技术要求一吉比特的无源光网络( g p o n ) 第四部分：o n t 管理和控制 接口规范要求 6 武汉邮电科学研究院硕+ 论文 1 3 本文的内容安排 第一章：引言 本章主要介绍了f r r x 技术的发展现状和前景，从技术和市场的角度，比较分析 了g p o n 技术和e p o n 技术的异同点和优缺点，介绍了g p o n 技术及其标准化进程， 展望了f t t x 技术未来的前景，并对论文的基本情况作了介绍。 第二章g p o n 原理 本章概要的介绍了g p o n 体系的协议栈结构，详细介绍了g p o n 的g t c 上行帧 结构、g t c 下行帧结构、g e m 帧结构以及g t c 成帧过程。 第三章g p o n 多业务承载 本章介绍了g p o n 承载多业务的网络体系架构，并对在g p o n 系统中传输各种 业务的方式进行了阐述。本章中所指的多业务主要包括：e t h e m e t i p 业务、t d m 业 务以及c a t v 业务。 第四章t d mo v e rg p o n 的关键技术 本章介绍的t d mo v g rg p o n 的几种实现方式，主要包括t d mo v e rg e m 、c e s o v e rg p o n 以及s d ho v e rg p o n ，对各种实现方式的关键技术进行了分析，然后根 据我国的网络现状，提出了相关的组网方案，最后对各种实现方式进行了比较。 第五章g p o n 多业务承载的f p g a 设计 本章针对t d m 业务承载和e t h e m e t 承载提出了f p g a 设计的方案，该方案可以 实现t d m 业务和e t h e m e t 业务的承载，并对部分代码进行了仿真验证。 第六章：总结与展望 对本文的主要成果进行了总结，对未来工作的几个方面作出了展望。 7 武汉邮电科学研究院硕+ 论文 2 1 8 p o n 体系结构 2 1 1 系统参考配置 第2 章g p o n 技术原理 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。本文中的下行为o l t 到o n u 方向，上行为o n u 到 o l t 方向。 g p o n 系统的o n u o n t 可放置在交接箱、楼宇分线盒、公司办公室和家庭等不 同的位置，形成f t t c a b 、f t t b c 、f t t o 和f 删等不同的网络结构。 o n t 是用于f t t h 并具有用户端口功能的o n u 。 g p o n 系统典型的参考配置如下图2 1 ： 图中英文缩写含义如下： o n u - 光网络单元 o d n ：光分配网 l t ：光线路终端 图2 1g p o n 系统参考配置 8 武汉邮电科学研究院硕十论文 w d m ：波分复用模块( 如果不使用w d m ，则不需要该功能) n e - o l t 和o l 州处使用不同波长的网络单元 a f ：适配功能( 有时候可包含在o n u 中) s n i ：业务节点接口 u n i ：用户网络接口 。 q ：接入网通过q 接口与电信管理网( t m n ) 相连，通过该接口对接入网进行 配黉和管理 s ：o l t ( 下行) o n u ( 上行) 光连接点( 即光连接器或熔接点) 之后的光纤点 r ：o n u ( 下行) o l t ( 上行) 光连接点( 即光连接器或熔接点) 之前的光纤点 i f m n ：参考点刚s 和s p , 处的接口，是p o n 特有的接口，可支持o l t 和o n u 之间传输所需的所有的协议 单元点a b ；如果不使用w d m ，则不需要这两个参考点 ( a ) 参考点：如果a f 功能包含在o n u 中，则不需要这个参考点 2 1 2 系统协议栈 g p o n 系统的协议栈见图2 2 ，主要由物理媒质相关( p m d ) 层和g p o n 传输汇 聚( g t c ) 层组成。g t c 层包括两个子层：g t c 成帧予层和t c 适配子层。g t c 层 可分为两种封装模式：a t m 模式和g e m 模式，本标准仅规范g e m 模式。g e m 模 式的g t c 层可为其客户层提供2 种类型的接口：g e m 客户接口和o n t 管理和控制 接口( o m c i ) p s i 1 6 1 。 o l t 协议分层o n u 协议分层 光纤媒质 图2 2g p o n 系统协议栈 9 一一一一一一一一一一一一一一一一一一 武汉邮电科学研究院硕十论文 2 2g t c 概述 2 2 1g p o nt c 层系统的协议栈 g p o nt c ( g t c ) 层系统的协议栈见图2 3 。g t c 层包括两个子层：g t c 成帧 子层和t c 适配子层。从另一个角度来看，g t c 包括管理用户业务流、安全和o a m 特性的c m 平面和承载用户业务流的u 平面。如图2 3 所示，在g t c 成帧子层中， g t c 帧可分为g e m 块、嵌入式o a m 和p l o a m 块。直接封装在g t c 帧头的嵌入 式o a m 信息被终结，并用于直接控制该子层。p l o a m 信息在p l o a m 模块中处理， 该模块该模块位于成帧子层的客户层。g e ms d u ( 服务数据单元) 在相应的适配子 层被转换成g e mp d u ( 协议数据单元) ，或者相反的从p d u 转换到s d u 。p d u 还 包括o m c i 通道数据，这些数据在适配子层被识别，并与o m c i 实体进行交互。嵌 入式o a m 、p l o a m 和o m c i 属于c m 平面，除o m c i 外的g e ms d u 属于u 平面 【1 7 】【1 8 】【1 9 】。g t c 成帧子层对所有的数据传输可见，o l tg t c 成帧子层与所有的o n u g t c 成帧子层直接对等。除此以外，d b a 控制模块被定义为一个通用功能模块，该 模块负责完成o n u 报告和所有的d b a 控制功能【2 0 】1 2 1 】田】。 l p l o a m ii o m c i il g e mc l i e n t i l g t c 层 lo m c i 适配i t c 适配子层 l i g e mt c i 酿e lld b a 控制i ii l g t c 成帧子层 i l g p m ( g p o n 物理媒质相关) 子层 图2 3g t c 系统协议栈 上图2 3 中g t c 成帧子层包括3 个功能： 1 复用和解复用 1 0 武汉邮电科学研究院硕十论文 p l o a m 和g e m 部分根据帧头指示的边界信息复用到下行t c 帧中，并可以根 据帧头指示从上行t c 帧中提取出p l o a m 和g e m 部分。 2 帧头生成和解码 下行帧的t c 帧头按照格式要求生成，上行帧的帧头会被解码。此外还要完成嵌 入式o a m 。 3 基于a l l o c i d 的内部路由功能 基于a l l o c i d 的内部标识为来自送往g e mt c 适配器的数据进行路由。 同时，g t c 成帧子层提供了用于p l o a m 消息交换的接口，用来传递o u n 和 o l t 间o a m 功能信息。 g t c 适配子层和上层实体接口概述适配子层提供了2 个t c 适配器，即g e mt c 适配器和o m c i 适配器。g e mt c 适配器生成来自g t c 成帧子层各g e m 块的p d u ， 并将这些p d u 映射到相应的块。适配器向上层实体提供了g e m 接口：g e mt c 适 曼 配器经过配置后可将帧适配到不同的帧传送接口：此外，适配器根据特定的p o r t i d 识别o m c i 通道。o m c i 适配器从g e mt c 适配器接收数据并传送到o m c i 实体， 另一方面它也可把o m c i 实体数据传送到g e mt c 适配器1 2 3 11 2 4 。 2 2 2f i t 0 关键功能 1 媒质接入控制流 g t c 系统为上行业务流提供媒质接入控制，其基本思路是：下行帧指示上行流 在上行帧中的允许位置，上行帧和下行帧同步。图2 4 以每个o n u 仅支持一个 t - c o n t 为例来说明媒质接入控制操作概念。o l t 在p c b d 中发送指针，这些指针指 示了每个o n u 上行发送的开始和结束时间。这样在任意时刻只有一个o n u 可以访 问媒质，在正常工作状态下不会发生碰撞。指针以字节为单位，允许o l t 以带宽粒 度为6 4 k b i t s 对媒质进行有效的静态控制。然而，一些o l t 应用可以选择更大的指针 粒度来实现更好的动态带宽调度控制。图2 4 示例中的指针以升序发送。要求o l t 向各o n u 发送的指针按丌始时间的升序排列，建议所有指针都按其开始时间的升序 t 等 娑【2 5 】 2 6 1 【2 7 】 ! x f ：=o 武汉邮电科学研究院硕+ 论文 下行 帧头( p c b d ) u s b w m a p 下行挣荷 a l l o t i dis t a r tie n d ia l l o t i dls t a r ti e n dia i i o c - i dls t a r tie n d l l 1 0 0 l 3 0 0 l 2 l 4 0 0 i 5 0 0 i 3 l 5 2 0 i 6 0 0 上行 t c o u t l ( o n u o t c o u t 2i lt c o u t 3 ( o n u 2 ) il ( o n u 3 ) s l o ts l o ts l o t 1 0 03 0 04 0 0 s l o ts l o ts l o t 5 0 0 $ 2 0 6 0 0 图2 4g t ct c 媒质接入控制概念 2 o n u 注册 o n u 注册由自动发现流程完成。o n u 注册有两种方式：“配置s n 方式是通 过管理系统( 如n m s 和或e m s ) 在o l t 注册o n u 序列号，“发现s n ”方式是不 通过管理系统( 如n m s 和或e m s ) 在o l t 注册o n u 序列号。 2 3g t c 帧结构及成帧过程 2 3 1g t c 下行帧结构 下行帧结构见图2 5 。对于下行速率为1 2 4 4 1 6 g b i t s 和2 4 8 8 3 2 g b i t s 的数据流， 帧长均为1 2 5 “s ，因此，1 2 4 4 1 6 g b i t s 系统的帧长为1 9 4 4 0 字节，而2 4 8 8 3 2 g b i t s 系 统的帧长为3 8 8 8 0 字节，两种速率对应的帧的p c b d 的长度都是相同的，但与每帧中 分配结构的数目有关。 1 2 武汉邮电科学研究院硕十论文 图2 5g t c 下行帧结构 下行帧由下行物理控制块( p c b d ) 和g e m 块组成，下行帧提供了p o n 公共时 间参考和上行公共控制信号。下行帧中p c b d 结构见图2 6 ，p c b d 由多个域组成。 图2 6g t ct c 下行物理控制块( p c b d ) 下行物理控制块( p c b d ) 中各字段的功能如下： 1 物理同步( p s y n c ) 域 位于p c b d 起始位置的物理同步域长度固定为3 2 字节。o n u 可利用p s y n c 来确 定帧起始位置。p s y n c 域的编码为0 x b 6 a b 3 1 e 0 。需要特别注意的是p s y n c 不进行扰 码处理。 2 i d e n t 域 i d e n t 域长度为4 字节，用于指示更大的帧结构，i d e n t 域具体结构见下图2 7 。 1 3 武汉邮电科学研究院硕+ 论文 i d e n t 域， ：i i 4 b y t ei 、 | f e c ：! ：l d 预留复帧计数器 lb i t3 0b i t 图2 7id o n t 域结构 其中复帧计数器用于用户数据加密系统，也可用于提供较低速率的同步参考信 号。i d e n t 域中的低3 0 比特为计数器，每帧的i d e n t 计数值比前一帧大l ，当计数器 达到最大值后，下一帧置为零。为了容忍差错，o n u 必须实现本地复帧计数器和复 帧同步状态机。复帧同步状态机和前面描述的同步状态机相同。在搜索状态，o n u 把 接收到的i d e n t 域中的复帧计数器载入本地计数器。在预同步和同步状态，o n u 比 较本地值和接收到的计数器值，匹配表示同步j 下确，不匹配表示传输错误或者失步。 最高的1 比特用于指示下行流是甭使用了f e c ，其他比特为预留比特。 3 p l o a m d 域 携带p l o a m 消息的下行p l o a m 域长1 3 字节。用来传递o u n 和o l t 间o a m 功能信息。 4 b i p 域 b i p 域长8 字节，携带的比特间插奇偶校验信息覆盖了所有传输字节，但不包括 f e c 校验位。在完成f e c 纠错后，接收端应计算从前一个b i p 域丌始的所有接收字 节的比特间插奇偶校验值，但不应覆盖f e c 校验位，并与接收到的b i p 值进行比较， 从而测量链路上的差错数量。 5 p l e i a d 域 p l e n d 域指定b w m a p 的长度。其结构如图2 8 所示。 图2 8p i o n d 域结构 1 4 武汉邮l 岜科学研究院硕：1 _ 论文 为了保证健壮性和防止错误，p l e n d 域传送两次。带宽映射长度( b l e n ) 由p l e n d 域的前1 2 比特指定，这将1 2 5 “s 时间周期内能够被授权分配的i d 数目限制在4 0 9 5 。 b w m a p 的字节长度为8 b l e n 。p l e n d 域接下来的1 2 比特指定a t m 块的长度。 p l e n d 域的最后8 比特由c r c 8 构成，生成多项式为g ( x ) = x 8 + x 2 + x + 1 。接收端使 用c r c 8 进行检错纠错，它对发送的两个p l e n d 域进行解码，并根据c r c 8 检测流 程的输出结果使用质量最好的p l e n d 域。出于这种目的，质量等级从高到低的排序为： 无差错、可纠正的单错和无法纠j 下的错误。当两个p l e n d 域都发生无法纠j 下的错误， 或者是值不同但具有相同的质量等级时，接收端将不对该帧进行处理，因为可能存在 无法检测的多错误。在双传输条件下，会导致发生这种情况的最小错误数目为4 比特。 6 带宽映射( b w m a p ) 带宽映射( b w m a p ) 是8 字节分配结构的向量数组。数组中的每个入口代表分 配给某个特定t - c o n t 的一个带宽。m a p 中入口的数量山p l e n d 域指定。每个入口的 格式见图2 9 。 蕊 图2 9pia n d 域结构 b w m a p 域各字段功能如下： a l l o c a t i o ni d 域：其长度为1 2 比特。用于指示p o n 上行流授权时间对应的特定 t - c o n t 。 f l a g s 域：其长度为1 2 比特。包含4 个独立的关于上行传输相关功能的指示。 s t a r t t i m e 域：其长度为1 6 比特，用于指示分配时隙的歼始时间。该时间以字节 1 5 武汉邮电科学研究院硕+ 论文 为单位，在上行帧中从o 开始，并且限制上行帧的大小不超过6 5 5 3 6 字节，可满足 2 4 8 8 g b s 的上行速率要求。s t a r t t i m e 域指示的时间必须发生在上行帧内。因此，对 于所有的比特速率，s t a r t t i m e 的最小值均为0 ，上行比特速率为1 2 4 4 1 6 m b i v s 时， s t a r t t i m e 的最大值为1 9 4 3 9 。 s t o p t i m e 域：其长度为1 6 比特。用于指示分配时隙的结束时间。该时间以字节 为单位，在上行帧中从o 开始，指出此次分配的最后一个有效数据字节。注意s t o p t i m e 指示的时间必须发生在分配开始时间所在的上行帧内。 c r c 域：其长度为l 比特。时间分配结构由c r c 8 保护，生成多项式为 g ( x ) = x 8 + x 2 + x + l 。b w m a p 域的接收机将完成c r c 8 检错和纠错功能。当c r c 8 指示发生了无法纠正的错误时，该分配结构将被丢弃。 以上是p c b d 中各字段功能的介绍。o l t 以广播方式发送p c b d ，每个o n u 均 接收完整的p c b d 信息，并根据其相关信息进行相应操作。 在p c b d 之后是g t c 的净荷域，包括a t m 净荷域和g e m 净荷域。g e m 区包 括任意数量的g e m 帧模式定界的帧。g e m 净荷域的长度等于完整的t c 帧长减去 p c b d 和a t m 净荷域后的长度。o n u 根据每个帧携带的1 2 比特p o r ti d 值过滤下 行帧，接收属于自己的下行信息，并将其送到g e m 客户端处理进程作进一步处理。 2 3 26 t c 上行帧结构 上行帧结构如图2 1 0 所示。 上行帧 1 7 l d b r u i d b r u i p l o up l o a m up l s u p a y l o a dyi p l o u p a y l o a dz l x l z 一一 。 o n t a o n t b 图2 1 0g t o 上行帧结构 各种速率下的帧长度和下行流相同。每帧包括一个或多个o n u 的传输。b w m a p 1 6 武汉邮电科学研究院硕+ 论文 指示了这些传输的组