（通信与信息系统专业论文）基于systemc的gpon系统建模.pdf

摘要 摘要 g p o n 作为一种先进的宽带光接入网技术，它为打破接入网段的网络带宽瓶 颈提供了解决方案，是今后宽带接入网的较好选择。国外已经开始这方面的研究， 并且已有少数公司可以提供基于g p o n 的宽带接入方案和设备，而在国内对g p o n 的研究还刚刚开始，主要集中在一些关键技术上，还没有成熟的解决方案。针对 这个现状，我们开始了对g p o n 的研究，并且研究不仅仅局限在某个关键技术上， 也包括g p o n 的系统结构，同时为了验证系统设计的功能，采用了s y s t e m c 语言 进行行为级系统建模仿真。 对g p o n 的研究主要采取了三个步骤。首先对由i t u t 组织颁布的g p o n 标 准进行研究，并搜集了大量关于a p o n 、e p o n 和g p o n 的资料，特别是应用前 两种技术的设备的情况。然后根据对标准的理解，结合目前已有的a p o n 、e p o n 等设备的系统结构，提出了自己的g p o n 系统结构。最后根据该系统结构在v i s u a l c + + 6 0 这个平台上使用s y s t e m c 语言进行行为级系统建模，并设计了相关的业务 源作为输入，实现并验证了该g p o n 系统模型的基本功能。 本论文的章节安排如下： 一、 第一章介绍了目前接入网技术的发展情况，重点对p o n 技术进行了介 绍，包括a p o n 、e p o n 和g p o n 技术，并对它们进行了比较； 二、第二章介绍了g p o n 相关标准，并设计了一种新的g p o n 系统结构； 三、 第三章简要介绍了s y s t e m c 语言的特点； 四、 第四章详细介绍了用s y s t e m c 建立的g p o n 模型和业务源，验证了该模 型的功能，并收集了相关参数； 五、 第五章对建模的情况进行了总结，并提出了以后扩展和改进的方向。 本论文的创新性工作体现在： 一、 独立设计了一种新的g p o n 系统结构，满足了g 9 8 4 标准系列的主要要 求； 摘要 考虑到已有的g p o n 技术研究的主要着眼点都在一些具体的关键技术 之上，因此本文从系统功能的角度出发，利用s y s t e m c 语言支持系统级 建模仿真的特点，实现了所提出的g p o n 系统结构，为以后g p o n 系 统的硬件设计提供了一个可用的系统框架； s y s t e m c 语言作为一种具有高度抽象描述能力的语言，目前在研究中的 应用还起步不久。本文在使用s y s t e m c 语言的过程中，对如何进行系统 级建模和功能验证方面进行了探索，对以后使用s y s t e m c 语言进行相关 的研究工作有一定的帮助作用。 关键词： 宽带接入网，g p o n ，s y s t e m c ，系统级建模 a b s t r a c t a b s t r a c t g p o n ，a saa d v a n c e db r o a db a n da c c e s sn e t w o r kt e c h n o l o g y , i sas o l u t i o nf o r b r e a k i n gt h eb o t t l e n e c ko fn e t w o r kb a n do fa c c e s sn e t w o r k a n di ti sab e t t e rc h o i c eo f b r o a db a n da c c e s sn e t w o r kf o rf u t u r e w h i l es o m eo r g a n i z a t i o n sa b r o a dh a ss t a r t e d r e s e a r c ho nt h i sa r e aa n dc a ns u r p o r tb r o a db a n da c c e s ss c h e m ea n dd e v i c e s ，s o m e d e m e s t i ci n s t i t u t i o na n dc o m p a n yj u s ts t a r tr e s e a r c ha n dd on o th a v ec o r r e s p o n d i n g s o l u t i o n u n d e rt h i sc o n d i t i o n ，w es t a r t e do u rr e s e a r c h ，i n c l u d i n gk e yt e c h n o l o g i e s r e s e a r c ho fg p o na n ds y s t e mf r a m e w o r kr e s e a r c ho fg p o n r e s e a r c hw a sd i v i d e di n t ot h r e ep h a s e s f i r s tp h a s e ，t h ep o i n to fw o r kw a s a n a l y z i n gg p o n s t a n d a r dw h i c hw a si s s u e db yi t u to r g a n i z a t i o n a n dc o l l e c t i n gd a t a a b o u ta p o n 、e p o na n dg p o n s e c o n dp h a s e ，a c c o r d i n gt og p o ns t a n d a r da n dt h e c o l l e c t e dd a t ao fe x i t i n ga p o na n de p o nd e v i c e s ，w ep r e s e n t e do u rg p o ns y s t e m f r a m e w o r k t h i r dp h a s e ，w eu s e ds y s t e m cl a n g u a g et ob u i l db e h a v i o rm o d e lf o ro u r g p o ns y s t e mf r a m e w o r k i no r d e rt oc h e c kt h ef u n c t i o no ft h em o d l e ，w ed e s i g n e d o n - o f fd a t af l o wa ss y s t e mi n p u t t h ef r a m e w o r ko ft h i sp a p e ri s ： 1 f i r s tc h a p t e ri n t r o d u c e st h ed e v e l o p m e n ts t a t u so fa c c e s sn e t w o r kt e c h n o l o g y a t p r e s e n t t h ep o i n ti st h ei n t r o d u c a t i o no fp o nt e c h n o l o g y , i n c l u d i n g a p o n 、e p o na n dg p o n ，a n dt h ec o m p a r i s o nw i t he a c ho t h e r ； 2 s e c o n dc h a p t e ri n t r o d u c e sg p o ns t a n d a r d ，a n dd e s i g n i n gan e wg p o n s y s t e mf r a m e w o r k ； 3 t h i r dc h a p t e rb r i e f l yi n t r o d u c e sc h a r a c t e r i s t i c so fs y s t e m cl a n g u a g e ； 4 f o u r t hc h a p t e ri n t r o d u c e sg p o nm o d e la n dd a t as o u r c eb u i l d e db ys y s t e m c l a n g u a g e ，v e r i f i e sf u n c t i o no ft h i sm o d e l ，c o l l e c t sc o r r e l a t i o np a r a m e t e r s ； 5 f i f c hc h a p t e rs u m m a r i z e st h em o d e l a n do f f e r st h ei m p r o v e m e n tm e t h o d t h ec r e a t i o n a r yw o r ko ft h i sp a p e ri s ： 丌t a b s t r a c t 1 d e s i g n n i n gan e wg p o ns y s t e mf r a m e w o r ki n d e p e n d e n t l y , w h i c hf u l f i l lt h e r e q u e s to fg 9 8 4s t a n d a r d ； 2 w h i l ep r e s e n t l ya l m o s ta l lg p o nr e s e a r c h e sa r ea b o u tk e yt e c h n o l o g y , t h i s p a p e r ，f r o mt h ep o i n to fs y s t e m ，u s i n gt h ec h a r a c t e r i s t i c so fs y s t e mm o d e l i n g o fs y s t e m c ，i m p l e m e n t st h eg p o n s y s t e md e s i g n n e db ym y s e l f , w h i c hc a n b eh e l p f u lt od e s i g ng p o n s y s t e mh a r d w a r el a t e r ； 3 a sal a n g u a g ew i t hh i g ha b s t r a c t i v ed e s c r i p t i o na b i l i t y , a tp r e s e n ti ti sn o t b r o a du s e di ns y s t e md e s i g n t h i sp a p e rg r o p e sf o rs y s t e ml e v e lm o d e l i n ga n d v e r i f i c a t i o n i ti sh e l p f u lf o rc o r r e l a t i v er e s e a r c hw o r ku s i n gs y s t e m cl a t e r k e y w o r d ：b r o a db a n da c c e s sn e t w o r k ，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 ，s y s t e m c ， s y s t e ml e v e lm o d e l i n g w 缩略语 a e s a 1 e n a 1 l o c i d a p o n a t m b e r b i p b l e n b w m a p c r c d a d b a d b r u d s l d u t d w d m e f m e p o n f e c f s a n g e m g f p g p o n g t c h e c i p i p m s b o a m o a n o d n o i r 0 m c i o n u 缩略语 a d v a n c e de n c r y p t i o ns t a n d a r d a t m q a r t i t i o n ) l e n g t h a i l o c a t i o ni d e n t i f i e r a t mo v e rp a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k a s y n c h r o n o u st r a n s f e rm o d e b i te r r o rr a t e b i ti n t e r l e a v e dp a r i t y b w m a p l e n g t h b a n d w i d t hm a p c y c l i cr e d u n d a n c yc h e c k d e s t i n a t i o na d d r e s s d y n a m i cb a n d w i d t ha s s i g n m e n t d y n a m i cb a n d w i d t hr e p o r tu p s t r e a m d i g i t a ls u b s c r i b e rl i n e d e s i g nu n d e rt e s t d e n s ew a v e l e 日【g t hd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g e t h e m e tf o rt h ef i r s tm i l e e t h e m e tp a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k f o r w a r de r r o rc o r r e c t i o n f u l ls e r v i c ea c c e s sn e t w o r k g p o ne n c a p s u l a t i o nm e t h o d g e n e r a lf r a m ep r o t o c o l 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 n1 i a n s m i s s i o nc o n v e r g e n c e h e a d e re r r o rc o n t r o l i n t e l l i g e n c ep r o p e r t y i n t e m e tp r o t o c o l m o s ts i g n i f i c a n tb i t 0 p e r a t i o n s ，a d m i n i s t r a t i o na n dm a i n t e n a n c e o p t i c a la c c e s sn e t w o r k o p t i c a ld i s t r i b u t i o nn e t w o r k o p t i c a ll i n et e r m i n a t i o n o n u m a n a g e m e n ta n dc o n t r o li n t e r r a c e o p t i c a ln e t w o r ku l l i t v i i 高级加密算法 a t m 载荷长度 t c o n t 标识 基于a t m 的无源光 网络 异步传输模式 误码率 位交织奇偶校验 b w m a p 长度 带宽分配字段 循环冗余校验 目的地址 动态带宽分配 上行带宽请求信息 数字用户线路 被测试的设计 密集波分复用 第一英里以太网 基于以太网的无源光 网络 前向纠错 全业务接入网 g p o n 封装模式 通用成帧协议 吉比特无源光网络 g p o n 4 专输汇聚 帧头错误检验 知识产权 因特网协议 最重要的比特位 操作、运营和管理 光接入网 光分配网络 光线路终端 o n u 管理控制接口 光网络终端 缩略语 o n u i d p c b d p d u p l e n d p u p l o a m 0 n ui d e n t i f i e r p h y s i c a lc o n t r o lb l o c kd o w n s t r e a m p r o t o c o ld a t au n i t p a y l o a dl e n g l e hd o w n s t r e a m p a y l o a dl e n m h i n d i c a t o r p h y s i c a ll a y e ro a m p l o a m dp l o a md o w n s t r e a m p l o a m up l o a mu p s t r e a m p l o u p l s u p m d p o n p o r t i d p s y n c p t i q o s r t l s d u s n i s o c s o n e t t c t c o n t t d m t 10 订 u n i v c i v p i p h y s i c a ll a y e ro v e r h e a du p s t r e a m p o w e rl e v e l l i n gs e q u e n c eu p s t r e a m p h y s i c a lm e d i ad e p e n d e n t p a s s i r eo p t i c a ln e t w o r k p o r ti d e n t i f i e r p h y s i c a ls y n c h r o n i z a t i o n p a y l o a dt y p ei n d i c a t o r q u a l i t yo fs e r v i c e r e z i s t e rt r a r l s f e rl e v e l s e r v i c ed a t au n i t s e r v i c en o d ei n t e r r a c e s y s t e mo fc h i p s y n c h r o n o u so p t i c a ln e t w o r k t r a n s m i s s i o nc o n v e r g e n c e t r a n s m i s s i o nc o n t a i n e r t i m ed i v i s i o nm u l t i p l e x i n g t r a n s a c t i o nl e v e lm o d e u s e tn e t w o r ki n t e r f a c e v i r t u a lc h a n n e li d e n t i f i e r v i r t u a lp a t hi d e n t i f i e r o n u 标识 下行物理层控制字段 协议数据单元 下行载荷长度 载荷长度标识 物理层操作、运营和 管理信息 下行物理层操作、运 营和管理信息 上行物理层操作、运 营和管理 上行物理层开销字段 上行功率调整信息 物理介质关联层 无源光网络 端口标识 物理层同步字段 载荷类型标识符 服务质量 寄存器传输级 服务数据单元 服务节点接口 片上系统 同步光网络 传输汇聚层 传输容器 时分复用 事务级模型 用户端网络接口 虚信道标识 虚路径标识 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为 获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与 我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的 说明并表示谢意。 签名： 。逖釜日期：2 年s 月髟日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘， 允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全 部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名：勿( 寿导师签名：沣乏 日期：2 一，年月2 日 引百 1 1 接入网的发展和现状 第一章引言 通信网可以大致分为骨干网和接入网两大部分。目前，国际上已有多家可以 在骨干网上实现t b s 长途超大容量d w d m 光传输的企业。同时在用户端，从电 子邮件到w e b 浏览乃至视频业务，尤其是视频点播和端到端应用的兴起，人们对 带宽的需求越来越强烈。 然而，面对骨干网的快速发展和用户侧对带宽的要求的快速增长，中间的接 入网却仍停留在窄带水平。在当今的接入网中，d s l 和c a b l e m o d e m 费用较低， 主要用于家庭用户，但只是过渡方案，存在带宽受距离的限制、不能提供可靠的 q o s 等诸多问题。而一些商业用户，可以通过s o n e t 环、光纤t 3 e 3 线路，或 者基于铜线的t 1 e 1 连向城域网，但费用昂贵。接入网与核心网和用户侧的发展 趋势很不协调，已成为全网带宽“最后一公里”的瓶颈。 1 2p o n 技术的发展和现状 p o n 技术正是为了解决接入网段的这一瓶颈而发展起来的光接入技术，并先 后提出了a p o n 、e p o n 以及2 0 0 3 、2 0 0 4 年r r u t 会议上通过的g p o n 系列协议标准。 p o n 网络的突出优点是消除了户外的有源设备，所有的信号处理功能均在交换机 和用户室内设备中完成。其传输距离虽比有源光纤接入系统的传输距离短，覆盖 的范围较小，但它具有节省光纤资源、带宽资源共享、节省机房投资、设备安全 性高、建网速度快、综合建网成本低、维护容易等特点，这种结构可以经济地为 家庭用户服务。而且p o n 接入前期投资小，大部分资金可以等到用户真正接入时 投入，降低了运营者地投资风险【l j 。 1 2 1 a p o n 技术 a p o n 是f s a n 于2 0 世纪9 0 年代中期开发完成的，并将其定为i t u 的标准，即 电子科技大学硕士学位论文 g 9 8 3 协议。a p o n 是结合a t m 多业务多比特率支持能力和无源光网络透明宽带传 送能力的解决方案。它是基于信元的传输系统，为点到多点的传输系统的复用和 多路接入方式提供了良好的基础。a p o n 传送的是固定长度的数据，可采用两种速 率结构：即上下行均为1 5 5 5 2m b s 的对称结构和下行6 2 2 0 8m b s 、上行1 5 5 5 2m b s 的不对称结构【2 】o a p o n 提供了非常完备的o a m ，包括b e r 监测、告警和检测、自动发现和 自动测距和下行加密的搅动机制等，并使用t - c o n t 来实现q o s 。a p o n 系统还 是有两个缺点，一个是低的数据传输效率：一个是在a t m 层面上提供服务的复 杂性。 1 2 2 e p o n 技术 由于以太网技术的高速发展，把简单经济的以太网技术与p o n 的传输结构结 合起来的e t h e r n e to v e rp o n 概念开始引起技术界和网络运营商的广泛重视。2 0 0 0 年 1 1 月，i e e e 组织e f m 研究组，研究和制定e p o n 标准【”。e p o n 最大的优越性在于 允许运营商放弃复杂昂贵的a t m 和s o n l 掰；件，从而使网络大为简化。 e p o n 采用点到多点结构，无源光纤传输方式，在以太网之上提供多种业务。 目前，i p e t h e m e t 的应用占到整个局域网通信的9 5 以上，e p o n 由于使用上述 经济而高效的结构，成为连接接入网最终用户的一种有效的通信方法。 e p o n 不需任何复杂的协议，光信号就能精确地传送到最终用户，来自最终 用户的数据也能被集中传送到中心网络。在物理层，e p o n 使用1 0 0 0 b a s e 的以 太p h y ，同时在p o n 的传输机制上，通过新增加的m a c 控制命令来控制和优 化各o n u 与o l t 之间突发性数据通信和实时的t d m 通信。在协议的第二层， e p o n 采用成熟的全双工以太技术，使用t d m 。由于o n u 在自己的时隙内发送 数据包，因此没有碰撞，不需c d m a c d ，从而充分利用带宽。另外，e p o n 通 过在m a c 层中实现8 0 2 1 p 来提供与a p o n 类似的o o s t 4 1 。 1 2 3 g p o n 技术 在2 0 0 1 年，f s a n 组织开始起草超过1 g b s 速率的p o n 网络标准。速率范围的 设定是基于一个认识：不同服务需求对应不同的系统容量。除了需要支持更高比 引言 特率，f s a n 还需重新考虑所有现行的协议，寻找一个最优化最有效的解决方案以 支持多种服务、o a m & p 功能以及可升级能力。 由于f s a n 的努力，使g p o n 成为光接入网一种全新的解决方案一不但提 供高速的比特率，而且支持各种接入服务，特别是非常有效地支持原有格式的数 据分组和t d m 流。g p o n 提供1 2 4 4 和2 4 8 8 g b s 的下行速率和所有标准的上行 速率，具有高速宽带及高效率传输的特性。而且它的帧结构不基于任何指定类型 的格式，是基于各种用户信号原有格式的封装p j 。 与a p o n ；f i e p o n 相比较( 6 1 1 7 1 ，g p o n 具有如下独特的优势： 一、 高带宽。g p o n 的下行速率高达2 5 g b i t s ，上行达到1 2 5g b i t s ，l l a p o n 和e p o n 的速率都大，能满足未来网络应用日益增长对带宽的需求。 二、全业务接入。g p o n f i 够同时承载a t m 业务、以太网业务和t d m 业务， 可以根据需要采用a t m 或者g e m 适配，比采用单一的适配方式更灵活， 性能也更加好。 三、0 0 s 保证。在o o s 方面，g p o n 继承了a p o n 的一些特点，并进行了改善， 而在e p o n 中，只能借助8 0 2 1 p 、8 0 2 1 q 、v p i * d v l a n 等协议来实现0 0 s 保证，实现起来较复杂。 四、简单、高效的适配封装。g p o n 采用g e m 对多业务流实现简单、高效的 通用适配封装。在a p o n 中，所有的业务流( 话音、数据业务流) 都必 需进行协议转化，映射至i a t m 信元中传输。而5 字节的a t m 头相对于4 8 字节的数据来说，会带来超过1 0 的带宽损失，特别是对于长分组的数 据包来说，复杂的分割组装过程更会使效率降低；而在e p o n 中，虽然 直接承载以太网帧的形式，实现过程简单，但仅考虑8 b 1 0 b 的线路编码 就已经有2 0 的带宽浪费，加上对以太网帧的封装和开销，最高传输效 率仅为7 5 左右。g p o n 的g e m 提供了一种灵活的帧结构封装方式，支 持定长和不定长帧的封装，对多种业务实现通用映射，不需要进行协议 转换，实现过程简单，开销小，协议封装效率在9 0 以上。 五、 强大的o 气m 能力。针对e p o n 在网络管理和性能监测等方面的不足， g p o n 从消费者需求和电信运营商运行维护管理的角度，通过三种方式 来进行维护，管理和控制：嵌入式o a m 、p l o a m 和o m c i 。它们分别 电子科技大学硕士学位论文 承担不同的o a m 任务，形成控制一管理平面。控制一管理平面中的不同 信息采用此方式对各自的功能进行管理。总之，g p o n 具有丰富的业务 管理和电信级的网络监测能力。 总之，从上面所列出的优点来看，g p o n 充分考虑了运营商的意见，能提供 多种带宽选择、较高的带宽利用率和对多种业务的有力支持，所以g p o n 是一种 较先进的宽带光接入网技术，它为打破接入网段的网络带宽瓶颈提供了有力的解 决方案，是今后宽带接入网的较好选择。 1 3本论文的选题 g p o n 作为一种先进的接入网技术，目前已受到国外的重视，制定了一系列 的标准，并且一些公司已提出了一些g p o n 的解决方案【8 】【，这些都代表g p o n 技术已开始走向成熟。相对来说，目前国内在g p o n 技术方面的研究起步不久， 基本上没有企业能提供达到g p o n 标准中规定的性能的相关设备。 正是基于以上的原因，我们开始了对g p o n 技术的研究，并作为本论文的研 究课题。通过本课题的开展，可以使我们对g p o n 技术和相关协议有了较深入的 认识，而通过系统设计和建模不但能提供了一种g p o n 系统的解决方案，并且对 以后开发g p o n 系统的硬件有很大的帮助。 4 第二章g p o n 系统结构 第二章g p o n 系统结构 2 1g p o n 的相关标准 g p o n 最早是由f s a n 在2 0 0 1 年提出的，之后在不同组织和厂商的推动下，i t u 在2 0 0 3 和2 0 0 4 年先后正式通过并颁布了g p o n 标准系列中的四个标准：g 9 8 4 1 、 g 9 8 4 2 、g 9 8 4 3 ： d g 9 8 4 4 。由于g p o n 标准是删在a p o n 标准之后推出的， 因此g 9 8 4 标准系列不可避免的沿用了g 9 8 3 标准的很多思路。 下面分别对四个标准进行说明： ( 1 ) g 9 8 4 1 ：吉比特级无源光网络的总体特性 1 0 j 。 该标准主要规范了g p o n 系统的总体要求，包括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统的性能目标。 ( 2 ) g 9 8 4 2 ：吉比特级无源光网络的p m d 层规范【1 1 】。 该标准主要规范了g p o n 系统的物理层要求。 ( 3 )g 9 8 4 3 ：吉比特级无源光网络的t c 层规范【1 2 1 。 该标准规定了g p o n 的t c 子层、帧格式、测距、安全、d b a 、操作维护管 理功能等。 ( 4 ) g 9 8 4 4 ：吉比特级无源光网络的o m c i 规范【1 3 1 。 该标准规定了o l t 和o n u 之间的管理和控制消息交换的接口，协议和消息。 2 1 1 g p o n 系统的协议栈 g p o n 系统的技术特征主要体现在g t c 层。g t c 层又分为成帧子层和适配子层 1 1 0 l ，可以用下图来表示其协议栈： 5 电子科技大学硕士学位论文 a t mc l i e n to m c ig e mc l i e n t p l c。习 g p o nf r a n s m i s s i o nc o n v e r g e n e：l a y e r o m c ia d 印t e ， g t ca d a p t e rs u b l a y e r | l a t m t ca d a p t e r 【o 脚弛卸”。 i d b ac o n t r o l g t cn a m i n gs u b - l a y e r g p o np h y s l e a lm e d i ad e p e n d e n tl a y e r 图2 - 1g p o n 系统协议栈 g p o n 成帧子层主要完成g t c 帧的封装、解封。g t c 帧由a t m 载荷，g e m 载 荷，p l o a m 信息，一些管理控制信息以及动态带宽分配信息组成。成帧时按照一 定的规律把它们组合在一起构成完整的g t c 帧，解帧时把它们从g t c 帧中提取出 来分别送到各自的适配器或处理单元。 g p o n 适配子层提供了p d u 与高层实体的接口。适配子层提供了三种业务适配 器：a t m 业务适配器，g e m 业务适配器和o m c i 适配器。a t m 业务适配器主要通 过a a l l 一a a i 5 提供对各种类型和速率的数据向下和向上适配功能，向下适配时 数据以a t m 信元的形式到达成帧子层进行成帧处理，向上适配时完成从p d u 到 s d u 的转换。g e m 业务适配器向下适配时可以将各种类型的数据( 如以太网数据， e 1 f f l 等) 适配至t j g e m 帧格式中，这样就可以保持原有帧格式不变，提高传输和处 理的效率。向上适配时g e m 适配器完成g e m 解帧，还原成原始数据格式。o m c i 适配器主要为控制管理信息提供到成帧子层的接口，它处在a t m 业务适配器和 g e m 业务源适配器之上。o m c i 适配器向下通过a t m 适配器或g e m 适配器适配成 第二章g p o n 系统结构 a t m 信元或者g e m 帧格式，并且o m c i 信息适配到a t m 信元或g e m 帧中时具有特 定的v p i v c i ( a t m ) 和p o r t 1 1 3 佑e m ) 。o m c i 适配器向上适配时可以通过v p i v c i ( a t m ) 和p o r t i d ( g e m ) 识别o m a 通道，于o m c i 实体交换数据。 在g p o n 系统中，o l t 和o n u 并不一定同时支持a t m 和g e m 两种工作模式 1 2 】。 在系统建立的时候就需要确定到底采用什么样的工作方式，一般情况下是o n u 通 过一定的方式向o l t 报告自己的工作模式，如果o l t 也支持这种工作模式，那么它 们之间就会建立相应的o m c i 信道，如果o l t 不支持，那么说明该o n u 和o l t 不兼 容，不能正常工作。 在我们的模型中只支持g e m t 作模式，不支持a t m s e 作方式。 2 1 2 g p o n 系统的帧结构 2 1 2 1 下行帧结构 g t c 帧下行帧结构如图2 2 所示，每帧包括p c b d 字段和载荷部分，其中载荷部 分又分为a t m 载荷和g e m 载荷。每个下行帧持续1 2 5 u s ，所以当g p o n 的下行传输 速率为1 2 4 4 1 6 g b i t s 时，下行帧长度为1 9 4 4 0 个字节，当下行速率为2 4 8 8 3 2 g b i t s 时，下行帧长度为3 8 8 8 0 字节。 p c b d l 1 p a y l o a dn p c b d n + l p a y l o a dn + 1 p c b dr 1 + 2 、l 、 图2 - 2g t c 帧下行帧结构 2 1 2 1 1 p c b d 字段 p c b d 字段的具体结构如图2 ，3 所示。 电子科技大学硕士学位论文 p c b d p a y l o a d 图2 - 3p c b d 字段的结构 由上图可见p c b d 字段可以分为6 个部分，它们分别具有不同的功能，下面分别 进行介绍。 ( 1 ) p s y n c 字段 p s y n c 字段长度为4 字节，它的值是固定的，为0 x b 6 a b 3 1 e 0 ，这个字段用下行 帧的同步，为了实现快速同步，这个字段在发送时不进行扰码处理。 ( 2 )i d e n t 字段 i d e n t 字段长度也是4 字节，它可以分为两部分，其结构如下。 i d e n t 4 b y t e s 图2 4i d e n t 字段的结构 其中低3 0 比特是一个超帧计数器，每发送一帧，这个计数器值加1 ，超过最大 值后清零重新计数，它的作用主要有两个：一个是用于表明加密的开始时间，o l t 通过发送将要加密的第一个帧的计数器的值给o n u ，o n u 就能知道从哪个帧开始 解密；一个是用于同步，o n u 每次在p s y n c 或p r e - - p s y n c 状态下通过比较收到的下 行帧的计数器的值和本地计数器的值，可以知道是否同步，是否有帧丢失。 ( 3 )p l o a m d 字段 第二章g p o n 系统结构 p l o a m d 字段长度为1 3 个字节，它是0 l t 句o n u 发送的o a m 信息，主要用于 o n u 的自动发现和激活，告警信息，加密信息等的传递。它的格式如图2 5 所示。 o n ui d m e s s a g ei d d a t ac r c 1b y t e lb y t e 1 0b y t e s1b y t e 图2 - 5p l o a m d 信息格式 各个字段的含义如下： o n ui d ：它是o n u 的标识字段。在激活过程中，o n u 在测距前会被分 配一个- - 拘o u n _ i d ，这就是它的标志。这个o n ui d 是0 - - 2 5 3 中的 一个数。当o l t 需要对所有o n u 进行广播时，那么这个o n u i d 设为 2 5 5 ，即o x f f 。 m e s s a g ei d ：标识了消息的类型。 m e s s a g ed a t a ：这1 0 个字节就是消息的具体内容。 c r c ：循环冗余校验位，当c r c 出错时，该消息要被丢弃。 ( 4 )b i p 字段 b i p 字段也就是位交织奇偶校验位，它的长度为1 个字节。它在发送端生成， 然后插入到每个帧的相应位置，在接收端根据接收的数据重算b i p ，并和下行帧中 的b i p 字段进行比较，从而可以检查传输错误。每个b i p 的作用范围是从上个b i p 到这个b i p 之间的字段，也就是包括了从前一帧b i p 字段后面的字节到本帧b i p 字段 前面的字节。 ( 5 ) p l e n d 字段 p l e n d 字段长度为4 个字节，它主要包含了两部分，分别用来发送b w m a p 字 段的长度和载荷中a t m 部分的长度。为了保证信息的健壮性，这个字段需要发送 两次。 电子科技大学硕士学位论文 4 p b l e v n t 。d s4b y t e s l j 、l 图2 6p l e n d 字段的结构 b l e n 字段：长度为1 2 比特，标识t b w m a p 字段中包含的a c c e s s 表项的个数， 因此b w m a p 的最大表项数是4 0 9 6 个。b w m a p 的有效长度是b l e n 的8 倍。 a l e n 字段：长度为1 2 l l 特，标识了载荷中a t m 信元的个数，最大也是4 0 9 6 。 c r c 一8 字段：长度为8 比特，循环冗余校验位，用于p l e n d 字段验证和纠错。 ( 6 ) b w m a p 字段 b w m a p 字段长度为n 。8 个字节，n 为b w m a p 的带宽分配单元( a c c e s s ) 的 个数，每个带宽分配单元是8 个字节，为一个t c o n t ( 由a l l o c i d 标识) 分配上行 带宽。它的具体结构如图2 7 所示。 a c c e s sla c c e s s2a c c e s s n 【8b y t e s 8b y t e s8b y t e s 一 a l l o t - i d f l a g s s s t a r t s s t o p c r c 1 2 b i t1 2 b i t 2 b y t e s 2b y t e s1b y t e 图2 - 7 b w m a p 字段的结构 a l l o c i d 字段：长度为1 2 比特，由于每一个t c o n t 都对应唯一一个 第二章g p o n 系统结构 a l l o c i d ，所以通过a l l o c i d 就可以为每一个t - c o n t 指定带宽。需要注意 的是a i i o c i d 的0 2 5 3 是分配给o n u ，作为o n u i d 的；2 5 4 专门用于o n u 的激活过程，2 5 5 主要用于o l t 的广播。 f l a g s 字段：长度为1 2 比特，各个比特的具体含义如下： 比特1 1 ：为m s b ，规定该o n u 是否发送p l s u ，为l 时发送，0 不发送； 比特1 0 ：规定该o n u 是否发送p l o a m u ，为1 时发送，o 不发送； 比特9 ：规定在这个带宽分配单元指定的带宽内发送的数据是否使用f e c ，为1 时使用，0 不使用； 比特8 ：规定该o n u 是否发送d b r u ，为1 时发送，0 不发送； 比特6 0 ：保留。 s t a r t t i m e 字段( s s t a r t ) ：长度为2 个字节，表明了上行数据开始发送的时 间，这个字段是以字节为单位的，需要根据上行速率转化为时间单位。同 时这个字段也限制了上行帧的最大长度为6 5 5 3 6 字节，这已经足够 1 2 4 8