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GPON技术基础 FTTH市场技术组 internal 光接入网概述 GPON协议分析 目录 GPON关键技术 GPON系统的管理和业务发放模式 PON基本概念 GPON承载的基本业务 本章主要讲述了PON网络的基本概念和工作原理 帮助您对PON网络有个初步认识 通过本章的学习您将了解到PON网络的基本架构和上行 下行的工作原理 PON基本概念 什么是PON PassiveOpticalNetwork无源光网络 OLT ONU OpticalLineTerminal光线路终端 OpticalNetworkUnit光网络单元 PassiveOpticalSplitter无源分光器 PSTN Internet CATV ONU ONU PON是一种点到多点 P2MP 结构的无源光网络 PON是无源光网络的简称 PassiveOpticalNetwork PON由光线路终端OLT OpticalLineTerminal 光网络单元ONU OpticalNetworkUnit 和无源分光器POS PassiveOpticalSplitter 组成 PassiveOpticalSplitter无源分光器 为什么是GPON GPON Gigabit capablePassiveOpticalNetworks GPON支持Triple play业务 可提供全业务竞争方案GPON支持高带宽传输 可以有效解决双绞线接入的带宽瓶颈 满足用户对高带宽业务的需求 如高清电视 实况转播等GPON支持20Km长距离接入 可以解决双绞线接入长距离覆盖的问题 减少网络节点GPON标准完善 综合业务支持好 技术要求高全球大运营商的选择 GPON原理 数据复用 GPON系统采用WDM技术 实现单纤双向传输 强制 为了分离同一根光纤上多个用户的来去方向的信号 采用以下两种复用技术 下行数据流采用广播技术 上行数据流采用TDMA技术 GPON原理 下行数据 广播方式 GPON原理 上行数据 TDMA方式 GPON与EPON的比较 本章主要讲述了光接入网架构 对FTTx网络有一个认识 同时对FTTx网络中的各种产品形态进行了描述使您可以了解到光接入网络中所使用到的各种设备 光接入网概述 CO Curb CustomerPremise BA FTTC FTTB OLT OLT 光接入网架构 DSLAM 250 700mUrbanCoverage 3 5 5kmRemoteBusiness xDSL2 20Mbps OLT FTTH ODN MDU ONT ONU OpticalLineTermination OpticalNetworksTermination OpticalNetworksUnit Multi DwellingUnit 2 5GbpsDown 1 25GbpsUp 2 5GbpsDown 1 25GbpsUp 2 5GbpsDown 1 25GbpsUp 从上面的网络结构图 可以看出光接入网络由下面几种方式构成 1 FTTB方式FTTB是针对商业用户的接入模型 按照容量分为单商业用户单元SBU Singlebusinessunit 和多用户租赁单元MTU BusinessMulti tenantunit SBU主要提供的接口有POTS 10 100 1000BASE T RF 33dBmV DS1 T1 E1 接口数量较少 MTU主要提供的接口有POTS 10 100 1000BASE T RF DS1 T1 E1 接口数量较多 2 FTTC FTTCab方式FTTC FTTCab主要提供光纤到路边或交接箱的接入方案 是针对多住宅用户MDU Multi dwellingunit 主要的接口有10 100 1000BASE T RF 33dBmV VDSL2等 各种接口的数量较多 3 FTTH方式FTTH方式主要是提供光纤到户的解决方案 主要就是单家庭用户单元SFU Singlefamilyunit 主要提供的接口类型有POTS 10 100 1000BASE T RF 18dBmV 接口数量较少 光接入网解释 本章主要分析了GPON的主要协议 通过本章的学习您可以了解到GPON网络的参考模型 基本性能 帧格式和基本术语 如GEM Port T CONT等 GPON协议分析 ITU TG 984 3GPONTC层规格要求GTC复用结构及协议栈介绍GTC帧结构介绍ONU注册激活流程DBA规格要求告警和性能 ITU TG 984 1 2 3 4 产品开发简单产品兼容性强 ITU TG 984 1GPON网络参数说明保护倒换组网要求 GPON标准协议 ITU TG 984 4OMCI消息结构介绍OMCI设备管理框架OMCI实现原理简述 ITU TG 984 2ODN参数规格要求2 488Gbps下行光接口参数规格要求1 244Gbps上行光接口参数规格要求物理层开销分配 GPON网络参考模型 WDM ONU ONT NE WDM OLT NE Servicenode 分光器 T参考点 V参考点 R S S R ODN UNI SNI IFpon IFpon ONUOpticalNetworkUnit光网络单元ONTOpticalNetworkTerminal光网络终端ODNOpticalDistributionNetwork光分配网络OLTOpticalLineTerminal光线路终端WDMWavelengthDivisionMultiplexModule波分复用模块NENetworkElement网络单元SNIServiceNodeInterface业务节点UNIUserNetworkInterface用户网络接口 GPON网络基本性能参数 GPON提供以下几种异步传输速率 0 15552Gbit sup 1 24416Gbit sdown0 62208Gbit sup 1 24416Gbit sdown1 24416Gbit sup 1 24416Gbit sdown0 15552Gbit sup 2 48832Gbit sdown0 62208Gbit sup 2 48832Gbit sdown1 24416Gbit sup 2 48832Gbit sdown 目前的主流支持速率 2 48832Gbit sup 2 48832Gbit sdown支持最大逻辑距离为 60km支持最大物理距离为 20km支持最大距离差为 20km分光比为1 64 可升级为1 128 GPON网络保护方式 IFpon IFpon IFpon 1 N分光器 OLT ONU 1 ONU N 备用光纤 TypeA光纤备份 IFpon IFpon IFpon 2 N分光器 OLT ONU 1 ONU N TypeBOLT端口备份 IFpon 设备没有任何备份措施 主干光纤故障后 由人工切换至备用光纤 业务肯定中断 中断时间取决于线路恢复时间 OLT设备上有两个GPON接口 此种保护方式仅限于主干光纤出现故障时 系统会自动切换到备用系统 实现了对骨干光纤的保护 保护对象仅限于OLT与ODN之间的光纤故障和OLT单板硬件故障 对其他类型的故障没有涉及 可能存在严重完全隐患 无法满足客户需求 无法定位故障 IFpon IFpon IFpon 2 N分光器 OLT ONU 1 ONU N TypeC全备份方式 IFpon IFpon IFpon 2 N分光器 GPON网络保护方式 OLT和ONT上均有两个GPON接口 OLT的GPON接口要工作在1 1模式下 此种保护方式一种全保护光纤倒换方式 OLT与ONU之间有完全不同的两条通路 可以保证各种故障都得到恢复 实现难度较大 成本较高 其中一个端口试种处于空闲状态 造成系统带宽利用率低 IFpon IFpon IFpon 2 N分光器 OLT ONU 1 ONU N TypeD混和备份方式 IFpon IFpon 2 N分光器 1 2分光器 1 2分光器 GPON网络保护方式 OLT上有两个GPON接口 OLT的GPON接口要工作在1 1模式下 此种保护方式一种全保护光纤倒换方式 OLT与ONU之间有完全不同的两条通路 可以保证各种故障都得到恢复 此种网络中支持ONU混合方式 可以是带一个PON口的 也可以是带两个PON口的 根据用户的实际需要选择 实现难度较大 成本较高 GPON复用结构 GEMPort 业务的最小承载单位 T CONT TransmissionContainers 主要用来传输上行数据的单元 引入T CONT主要是为了解决上行带宽动态分配 以提高线路利用率 IFpon GPON接口 业务根据映射规则先映射到GEMPort中 然后在映射到T CONT中进行上行传输 GEMport可以灵活的映射到T CONT中 一个GEMPort可以映射到一个T CONT中去 多个GEMPort也可以映射到同一个T CONT中 一个ONU的GPON接口中可以包含一个或多个T CONT OLT功能模块 PON接口 PON接口 PONTC功能 PONTC功能 交叉功能模块 业务适配模块 业务适配模块 PON核心处理模块 交换模块 业务处理模块 PON核心处理模块 包括PON接口功能和GPONTC功能 成帧 MAC OAM DBA 交叉连接功能的协议数据单元 PDU 的描述以及ONU的管理 交叉连接模块提供PON核心处理模块和业务处理模块之间的通信通道以及交叉连接功能 业务模块提供在业务接口和PON的TC成帧接口之间的传输功能 OLT功能模块 PON接口 PON接口 PONTC功能 PONTC功能 业务适配模块 业务适配模块 PON核心处理模块 业务处理模块 MUX DEMUX G PONONU的功能结构块类似于OLT 由于ONU只操作一个PON接口 或者出于保护的目的至多2个接口 所以交叉连接功能可以被省略 但是 作为替代 增加业务MUX和DMUX功能用来处理通讯量 PhysicalControlBlockDownstream PCBd Payload AllocID Start End AllocID Start End 1 100 200 2 300 500 T CONT1 ONT1 T CONT2 ONT2 Slot100 Slot200 Slot300 Slot500 PLOu PLOAMu PLSu DBRu Payloadx DBRuY Payloady UpstreamBandwidthMap 125us DownstreamFraming UpstreamFraming OLT ONT64 ONT1 GPON帧结构 PLOu PLOAMu PLSu DBRux Payloadx DBRuy Payloady PLOu DBRuz Payloadz PreambleAbytes DelimiterBbytes BIP1bytes ONU ID1bytes Ind1bytes ONUID MsgID1bytes Message10bytes CRC1bytes DBA1 2 4bytes CRC1bytes DBAReport Padifneeded GEMheader Framefragment GEMheader Fullframe GEMheader Framefragment PLI PortID PTI HEC ONTA ONTB UpstreamFraming GPON上行帧结构 PCBdn Payloadn PCBdn 1 Payloadn Psync4bytes Ident4bytes Reserved13bytes BIP1bytes Plend4bytes Plend4bytes USBWMapN 8bytes FECInd1bit Reserved1bit Super frameCounter30bits BlenBWMapLength12bits AlenATMPartitionLength12bits CRC8bits Access18bytes Access28bytes Accessn8bytes AllocID12bits Flags12bits SStart2bytes SStop2bytes CRC1byte SendPLS1bit SendPLOAMn1bit UseFEC1bit SendDBRu2bits Reserved7bits 125us CoverageofthisBIP CoverageofnextBIP DownstreamFraming GPON下行帧结构 TDM TDMdata PayloadTDMfragment HEC PTI PortID PLI GEMFrame Ingressbuffer TDMBuffer TDM业务在GPON中的映射方式 TDM业务先导入缓存中进行排队 并且按照固定的字节数复用到GEM帧中进行传输 这种方式不对具体的TDM业务进行感知 只进行透传处理 GEM帧具有定长的特点 对E1 T1业务传输非常有利 GEMPayload CRC PTI PortID PLI GEMFrame EthernetPacket DA SFD Preamble Interpacketgap SA Length Type MACclientdata FEC EOF 5bytes 以太网业务在GPON中的映射方式 本章主要讲述了GPON的几种关键技术 通过本章的学习您将了解到测距 均衡时延 DBA QoS保证 光功率等相关的专项技术 GPON关键技术 PON关键技术 突发光电技术 连续发送模块 突发发送模块 快速开启和关断能力消光比大 10dB 连续接收模块 突发接收模块 GPON关键技术 测距 OLT通过Ranging测距过程获取ONU的往返延迟RTD RoundTripDelay 从而指定合适的均衡延时参数EqD EqualizationDelay 保证每个ONU发送数据时不会在分光器上产生冲突 OLT获取序列号和Ranging的过程都需要开窗 即QuietZone 暂停其他ONU的上行发送通道 DBA概念 什么是DBA DBA DynamicallyBandwidthAssignment 动态带宽分配 DBA是一种能在微秒或毫秒级的时间间隔内完成对上行带宽的动态分配的机制为什么需要DBA 可以提高PON端口的上行线路带宽利用率 可以在PON口上增加更多的用户 用户可以享受到更高带宽的服务 特别是那些对带宽突变比较大的业务 DBA的工作原理 T CONT带宽术语 T CONTs TransmissionContainers 动态接收OLT下发的授权 用于管理PON系统传输汇聚层的上行带宽分配 改善PON系统中的上行带宽 T CONT的带宽类型分为FB AB NAB BE T CONT的5种类型 Type1 Type2 Type3 Type4 Type5 T CONT类型和带宽类型之间的关系 DBA在ONU上的实现模型 a 这种类型的ONU中有4种T CONT类型 b 这种类型的ONU中只有Type5类型的T CONT DBA算法过程 ONUreport OLT计算 OLT ONU实施 DBA举例 a 1 先假设OLT开始时知道了各ONU的buffer量和RTT时间 并建立了Pollingtable 2 OLT送出一个grant给ONU1 允许发送数据长度6000bytes DBA举例 b ONU1发送数据6000bytes发送完数据 ONU1发出request信号 表明buffer还有550bytesOLT根据RTT时间 计算出ONU1的发送完成时间 并提前给ONU2发送grant信号 允许ONU2发送3200bytes DBA举例 c OLT收到ONU1的请求后 更新pollingtableONU2发送数据 并请求下一次的带宽 5700bytes DBA举例 d OLT根据表中的RTT计算出ONU2发送完的时间 并在适当的时刻发送grant允许ONU3发送数据ONU3发送数据 并请求下一次带宽 4400bytes OLT更新pollingtable中ONU2的数据 GPONONU的QoS处理机制 GPONOLT上的QoS的处理机制 VOIP BTV DATA TDM GPON GPON GE 10GE 根据不同的VLAN的业务上行流 Ethernetbridging Non blockingswitching 802 1pCOS Queuing scheduling DBA TDMGateway PSTN BSR MA5680T GPON系统的AES加密处理 OLT使用128位AES加密算法GPON支持下行广播数据进行AES128加密处理只对GEM帧中的Payload进行加密处理GPON系统定时进行AES密钥更新和切换 提高了线路数据的可靠性 EndUser1 EndUser3 ONT EndUser2 3 3 1 1 2 ONT ONT OLT 加密 解密 解密 解密 1 FEC处理 ForwardErrorCorrection FEC一种基于Reed Solomon的块编码算法 FEC码字由定长数据块和冗余位构成GPON在传输层使用FEC算法可以将线路传输的误码率降低到10E 15 可以避免数据重传GPON系统下行支持FEC处理对PCBd和Payload一起进行FEC处理 提高了数据传输质量 分光器衰减计算分光器的插入损耗 1dB Power input Power outputofallbranch 光功率衰减 Input Output 1 2分光器 2 N分光器 10log 0 5 3 01 1 2分光器衰减为3 01dB1 16分光器衰减为12 04dB1 64分光器衰减为18 06dB 光纤衰减和光功率预算 光纤衰减和长度有关光纤熔接点的衰减值一般小于0 2dB其他方面 如光纤弯曲等也可能造成衰减 About0 35dBperkmfor1310 1490nm Huawei sOLTandONU28dB ClassB GPON接口参数指标 ClassB 本章主要讲述了GPON系统的管理模式和终端的业务发放模式 通过学习您将了解GPON系统中的管理 维护消息类型 OMCI 及ONT的业务开展过程 GPON系统的管理和业务发放模式 物理层OAM消息有三种类型 嵌入式OAM PLOAM消息 OMCI消息 GPON管理中的基本消息类型 嵌入式OAM和PLOAM通道信息用于对物理层和GTC层进行管理 而OMCI提供了更高层次的统一的管理系统嵌入式OAM通道通过GTC帧头中域格式信息来提供 BDMap DBRu等 功能包括 带宽授权 动态带宽分配信令等PLOAM通道涉及ONU注册 加密 BootOMCI等功能OMCI通道用于管理在GTC层上层定义的业务的管理 OLT BRAS ONT GPON系统管理模型 iManagerN2000BMS OMCI SNMP ACS TR069 ONT即插即用零配置ONT集中管理ONT远程诊断通过OMCI对ONT进行远程维护和管理通过TR069对ONT的语音业务进行自动配置和管理ONT自动业务发放 Client GPON业务发放与终端零配置 运营商的噩梦 应用场景 ServiceProvisioning NMS2000 AccessNetwork Billing 2 配置业务网 3 OrderManagement 启动终端 利用序列号进行注册 ONT ONT ONT ONT CRM 用户 把终端交给用户 1 2 完成OLT数据自动配置 终端需要完成初始配置 如业务系统信息 数据配置等 才能投入正常使用 运营商完成这些配置得投入大量人力 支持终端零配置和终端即插即用 节省运营商投入终端业务开通与初始配置的人力 灵活的GPON配置方案 STB 3 利用OMCI完成ONT的数据配置 GPON系统中VoIP业务管理方案 SoftX3000 ServiceProvisioning IADMS AccessNetwork CRM Billing UMS 1 开户 2 配置SoftX 3 配置IADMS 终端激活码生成器 4 生成激活码 用户 5 把激活码和终端交给用户 Phone Phone Phone Phone OrderManagement 6 输入激活码 7 利用TR069自动配置终端 维护人员用激活码生成器生成终端激活码 包含IADMSIP PPPOE用户名 密码等 用户在终端上输入激活码 终端上电通过TR069都到IADMS上注册 IADMS对