GPON原理技术与应用.pdf

Page 1 GPONGPON技术与应用技术与应用技术与应用技术与应用 Page 2 PONPON基本概念基本概念基本概念基本概念 GPONGPON工作原理工作原理工作原理工作原理 GPONGPON关键技术关键技术关键技术关键技术 GPONGPON承载的基本业务承载的基本业务承载的基本业务承载的基本业务 GPONGPON系统的管理和业务发放模式系统的管理和业务发放模式系统的管理和业务发放模式系统的管理和业务发放模式 Page 3 PON的主要技术 PON 无源光网络 无源光网络 TDM PON 时分无源光网络 时分无源光网络 FSAN ITU T GPON G 984 1 2 3 4 5 NG PON1 NG PON2 IEEE EPON IEEE802 3ah 10G EPON IEEE802 3av WDM PON 波分无源光网络 波分无源光网络 Page 4 各种各种PON的工作速率和波长分配的工作速率和波长分配 PONPON 传输方向 APONBPONGPONEPON GEPON 下行方向速率 155 52 Mbit s 622 08 Mb s 155 52 Mbit s 622 08 Mb s 1244 16 Mbit s 1244 16 Mbit s 2488 32 Mbit s 1 25Gbit s 下行方向光波长1550nm1490nm1490nm1490nm 上行方向速率155 52 Mbit s 155 52 Mbit s 622 08 Mb s 155 52 Mbit s 622 08 Mbit s 1244 16 Mbit s 2488 32 Mbit s 1 25Gbit s 上行方向光波长1310nm 采用标准 ITU T G 983 1 1998 ITU T G 983 1 2003 修订版 ITU T G 984 2 2003 IEEE Std 802 3ah 2004 Page 5 Page 6 ADSL2 PON ADSL2 VDSL2 Centre office Home VDSL2 ONT ADSL2 10 100Base T 1 km 2 km IP DSLAM GE Curb Building GE Splitter FTTC FTTB FTTB FTTH ADSL2 VDSL2 GE FTTB DSL FTTX场景分析场景分析 Best Suitable is the Best Choice Page 7 面向全业务的面向全业务的FTTx解决方案解决方案 广电行业将广电行业将广电行业将广电行业将EPON EOC Etllernet Over Cable EPON EOC Etllernet Over Cable 作为双向改造的首选技术作为双向改造的首选技术作为双向改造的首选技术作为双向改造的首选技术 Page 8 Passive Optical Network 无源光网络无源光网络 OLT ONU Optical Line Terminal 光线路终端 Optical Network Unit 光网络单元 Passive Optical Splitter 无源分光器 PSTN Internet CATV ONU ONU ITU T G 984 x FSAN发起 定义 发起 定义 PON是一种点到多点 是一种点到多点 P2MP 结构的无源光网络 结构的无源光网络 PON由光线路终端由光线路终端OLT Optical Line Terminal 光网络单元 光网络单元 ONU Optical Network Unit 和光分配网络 和光分配网络ODN Optical Distribution Network 组成 组成 Passive Optical Splitter 无源分光器 什么是什么是PON Page 9 PON技术特点技术特点 PON与光模块有关的技术特点 在OLT到ONU 下行方向采用TDM Time Division Multiplexing 方式 以广播方式送至每一个ONU OLT的 发送部分和ONU的接收部分都是连续工作方式 ONU到OLT 的上行信号的传输采用TDMA Time Division Multiple Access 技术 OLT的接收部分和ONU的发送部分 都是突发模式工作 OLT光接收机必须能够适应不同ONU 信号的不同光功率 接收机需要有一个很大的动态范围 并设定门限 以最快 的速度来判决 OLT光接收机必须能够迅速恢复从不同节 点传来的每个突发信号的正确时钟 在上行信元到达OLT 的前几个bits内实现快速突发比特同步 ONU光发送机必须能够快速开 关 当发送机不发送时只能 泄漏 极小的光功率 比接收灵敏度低10dB Page 10 GPON GPON Gigabit capable passive optical networks 千兆 无源光网络 支持全方位服务 包括话音 TDM PDH和 SONET SDH Ethernet 10 100 Base T ATM 专 线等等 因此 运营商对GPON非常感兴趣 物理覆盖至少20公里 逻辑支持范围60公里 支持同一种协议下的多种速率模式 包括对称622Mb s 对称1 25Gb s 以及非对称的下行2 5Gb s 上行1 25Gb s 及更多 将来可达到同步2 5G 上行光波长为1310nm 下行光波长为1490nm 1550nm作为传输视频信号用 传输码型为扰码的不归零码 CID 允许最大连续码长 抗 扰度大于72bit ITU已经公布GPON标准 G 984 1 G 984 2 Page 11 知识点 GPON在下行方向 OLT到ONU 采用TDM广播方式 提供2 488Gbit s的带宽 上 行方向 ONU到OLT 采用TDMA 时分多址接入 方式 提供1 244Gbit s的带宽 GPON系统中一个OLT可以支持64个ONU并支持20km传输 GPON系统的协议栈主要由物理媒质相关 PMD 层和GPON传输汇聚 GTC 层 组成 GTC层包括两个子层 GTC成帧子层和TC适配子层 GTC层可分为两种封装模式 ATM模式和GEM模式 目前GPON设备基本都采用 GEM模式 GEM模式的GTC层可为其客户层提供3种类型的接口 ATM客户接口 GEM客户接口和ONT管理和控制接口 OMCI GPON可通过2种方式承载TDM业务 如E1 一种是Native方式也被称为TDM over GEM方式 利用可变的GEM帧来直接封装TDM帧 另外一种是CESoP over GEM 先采用CESoP技术将TDM业务封装到以太网 IP帧的净荷中 再将以太网 IP 帧封装到GEM帧在OLT和ONU之间传递 ITU T G 984协议中物理层和TC层的标准内容已经基本稳定 目前的关注重点在 G 984 4规范的OMCI上 Page 12 WDM ONU ONT NE WDM OLT NE Service node 分光器 参考点 V参考点 R SS RODNUNISNI IFponIFpon T ONU Optical Network Unit 光网络单元光网络单元 ONT Optical Network Terminal 光网络终端光网络终端 ODN Optical Distribution Network 光分配网络光分配网络 OLT Optical Line Terminal 光线路终端光线路终端 WDM Wavelength Division Multiplex Module 波分复用模块波分复用模块 NE Network Element 网络单元网络单元 SNI Service Node Interface 业务节点业务节点 UNI User Network Interface 用户网络接口用户网络接口 GPON网络参考模型网络参考模型 Page 13 ITU T G 984 3 GPON TC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 T G 984 1 GPON网络结构 GPON网络参数说明 保护倒换组网要求 ITU T G 984 4 OMCI消息结构介绍 OMCI设备管理框架 OMCI实现原理简述 ITU T G 984 2 PMD层规格要求 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 ITU G 984 5 增强波长范围 WBF波长过滤器功能 GPON标准协议 Page 14 P2MP Class A B CPx10 Px20 上行突发时间激光器关断时间 13 ns Max 自动增益控制和时钟数 据恢复 44ns Max 激光器关断要求 512ns Max 自动增益控制 和时钟数据恢复 400ns Max GPONGPONEPONEPON 标准ITU T 2 488G 1 244G 1 64 1 128 ATM Ethernet TDM 92 下行高于90 上行接近90 Very good including Ethernet TDM ATM 28dB EqD 逻辑等距 标准格式 TDM over Ethernet PWE3 CESoEthernet or native TDM OMCI ITU T G 984 强 低 IEEE 速率1 25G 1 25G 分光比1 16 1 32 承载Ethernet 带宽效率72 下行约74 上行约78 QOS Good only ethernet 光功率预算 25dB 运营成本中 测距RTT OAMEthernet OAM 弱 厂家扩展 DBA厂家自定义 TDM支持 TDM over Ethernet PWE3 CESoEthernet ONT管理无 GPON与与EPON的比较的比较 Page 15 PONPON基本概念基本概念基本概念基本概念 GPONGPON工作原理工作原理工作原理工作原理 GPONGPON关键技术关键技术关键技术关键技术 GPONGPON承载的基本业务承载的基本业务承载的基本业务承载的基本业务 GPONGPON系统的管理和业务发放模式系统的管理和业务发放模式系统的管理和业务发放模式系统的管理和业务发放模式 Page 16 广播方式 GPON的下行帧长为固定的125us 下行为广播方式 所有的ONU 都能收到相同的数据 但是通过GEMPORT ID来区分不同的业务的数据 ONU 通过过滤来接收属于自己的数据 广播方式 GPON的下行帧长为固定的125us 下行为广播方式 所有的ONU 都能收到相同的数据 但是通过GEMPORT ID来区分不同的业务的数据 ONU 通过过滤来接收属于自己的数据 GPON原理原理 下行数据下行数据 Page 17 TDMA方式 GPON的上行是通过TDMA 时分复用 的方式传输数据 上行链路 被分成不同的时隙 根据下行帧的upstream bandwidth map字段来给每个ONU 分配上行时隙 这样所有的ONU就可以按照一定的秩序发送自己的数据了 不会 产生为了争夺时隙而冲突 每帧共有9120个时隙 TDMA方式 GPON的上行是通过TDMA 时分复用 的方式传输数据 上行链路 被分成不同的时隙 根据下行帧的upstream bandwidth map字段来给每个ONU 分配上行时隙 这样所有的ONU就可以按照一定的秩序发送自己的数据了 不会 产生为了争夺时隙而冲突 每帧共有9120个时隙 GPON原理原理 上行数据上行数据 Page 18 GEM Payload HEC13bits PTI 3bits Port ID 12bits PLI 12bits GEM FrameEthernet Packet DA SFD Preamble Inter packet gap SA Length Type MAC client data FEC EOF 5 bytes GPON系统对以太网帧进行解析 将数据部分直接映射到GEM Payload中去进行传输 GEM帧会自动封装头信息 映射的格式清晰 设备很好实现 兼容性好 以太网业务在以太网业务在GPON中的映射方式中的映射方式 Page 19 TDM TDM data Payload TDM fragment HEC PTI Port ID PLI GEM Frame Ingress buffer TDM Buffer 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TDM业务传输非常有利 TDM业务在业务在GPON中的映射方式中的映射方式 Page 20 封装及复用方式封装及复用方式 封装方式 封装方式 GEM GPON Encapsulation Method GPON GEM封装支持数据 语音 视频等多种业务的统一承载 与ATM不同 GEM采 用变长格式 与EPON的以太网封装方式同属IP化技术 引入GEM封装的意义在于增 强OAM和QoS 复用结构 复用结构 GEM Port T CONT 上行 上行 Page 21 IFpon O N U O N U O N U T CONT Port T CONT Port Port T CONT T CONT Port Port Port Port Port 不同的ONU用 ONU ID标识 不同的T CONT用 Alloc ID标识 不同的GEM PORT用Port ID标识 OLTONT T CONT T CONT GEM Port GEM Port GEM Port 业务的最小承载单位 GEM Port 业务的最小承载单位 T CONT Transmission Containers 是一种承 载业务的Buffer 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 T CONT Transmission Containers 是一种承 载业务的Buffer 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 IF pon GPON接口 IF pon GPON接口 业务根据映射规则先映射到GEM Port中 然后 在映射到T CONT中进行上行传输 GEM port 可以灵活的映射到T CONT中 一个GEM Port 可以映射到一个T CONT中去 多个GEM Port 也可以映射到同一个T CONT中 业务根据映射规则先映射到GEM Port中 然后 在映射到T CONT中进行上行传输 GEM port 可以灵活的映射到T CONT中 一个GEM Port 可以映射到一个T CONT中去 多个GEM Port 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 一个ONU的GPON接口中可以包含一个或多个 T CONT GPON复用结构复用结构 Page 22 GPON标识标识 T CONT Transmission Containers 业务容器 作为上行流量的调度单位 将需求不同的许多用户和业务汇聚在一起 一个T CONT对应一种带宽业务流 这种业务流有自己的Qos特征 T CONT主要从带宽的保证角度而不是从业务的种类 如CBR UBR等 这里包含了带宽 延时 抖动等等的考虑 来划分的 每个T CONT用Alloc ID来标识 T CONT是业务流量的集合体 通过Alloc ID标识 一种T CONT只能承载一种数据类型 PORT 用于支持多端口复用 GPON的GEM是面向虚连接的 在OLT和ONT之间必须建立虚连接才能转发数据 每个GEM的连接用Port ID来标识 Port ID标识的是ONU的业务虚端口 虚连接 即标识是具体的业务流承载的通道 这种 通道是虚拟的 Port ID能起到地址的作用 可以将各种业务与GEM的虚连接关联起来 比如将某种Vlan的所有流量映射到某个 Port VP上 或将某个源MAC的所有流量映射到某个Port上 也可以将一种流 流分类规则 定义出来的流 作为一种业务由某个PortID来标识 GPON地址 Page 23 GPON业务流专有名词 GEM Port 数据流的最小单位 由Port Id来标识 按方向分类 单下行 单上行 双向 按用途分类 业务GEM port 管理GEM port 以太帧按照一定的规则 映射到GEM帧中 PLI Port ID PTI CRC GEM payload Preamble SFD DA SA Length Type MAC client data FCS 7 1 6 6 2 4 5 bytes Ethernet packetGEM frame EOF Inter packet gap12 1 Page 24 GPON业务流专有名词 T CONT 上行带宽调度的最小单位 由Alloc Id来标识 同一个OLT PON口下 Alloc Id不能有重复 按用途分类 业务T CONT 管理T CONT Alloc Id与ONU Id相等 OLT在下行帧中 告诉ONU各个Alloc Id的上行数据时隙 Page 25 一个一个OLT与多个与多个ONT O N U O N U O N U T CONT GEM Port T CONT GEM Port GEM Port T CONT T CONT GEM Port GEM Port GEM Port GEM Port GEM Port 不同的ONU用 ONU ID标识 不同的T CONT用 Alloc ID标识 不同的GEM PORT用Port ID 标识 PON 光口 每个GPON 端口 支持1 64 分光比 即可提供64路 ONT 接入 每个ONU上可以有多个 T CONT 每个TCONT可以 绑多个GEMPORT T CONT就相当于一个 物理的缓存 只有绑定了 DBA模板才能限速 GPON端口 支持4096个GEM Port 支持256个T CONT Alloc ID范围为0 4095 DBA 1 2 3 Alloc ID T CONT ID 256 ONU ID OLT Page 26 PONPON基本概念基本概念基本概念基本概念 GPONGPON工作原理工作原理工作原理工作原理 GPONGPON关键技术关键技术关键技术关键技术 GPONGPON承载的基本业务承载的基本业务承载的基本业务承载的基本业务 GPONGPON系统的管理和业务发放模式系统的管理和业务发放模式系统的管理和业务发放模式系统的管理和业务发放模式 Page 27 ONU3 ONU2 ONU1 OLT OLT通过Ranging测距过程获取ONU的往返延迟RTD Round Trip Delay 从而指 定合适的均衡延时参数EqD Equalization Delay 保证每个ONU发送数据时不会 在分光器上产生冲突 Ranging的过程需要开窗 即Quiet Zone 暂停其他ONU的上行发送通道 OLT开窗 通过将BWmap设置为空 不授权任何时隙来实现 ONT GPON关键技术关键技术 测距测距 OLT in CO 20 km 3 km 12 km Page 28 什么是DBA DBA Dynamically Bandwidth Assignment 动态带宽分配 DBA Dynamically Bandwidth Assignment 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 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 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 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概念概念 Page 29 T CONTs Transmission Containers 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 CONTs Transmission Containers 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的带宽类型分为FB AB NAB BE T CONT的5种类型 Type1 Type2 Type3 Type4 Type5 T CONT的5种类型 Type1 Type2 Type3 Type4 Type5 T CONT带宽术语带宽术语 Page 30 上行带宽的类型 Page 31 上行带宽的类型 续 Page 32 IFpon IFpon IFpon 1 N分光器 OLT ONU 1 ONU N 备用光纤 Type A 光纤备份 IFpon IFpon IFpon 2 N分光器 OLT ONU 1 ONU N Type B OLT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 如果到用户的线路故障 业 务就会中断 无法备份 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 可能存在严重安 全隐患 无法满足客户需求 无法定位故障 GPON网络保护方式网络保护方式 Page 33 IFpon IFpon IFpon 2 N分光器 OLT ONU 1 ONU N Type C 全备份方式 IFpon IFpon IFpon 2 N分光器 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 当ONU的主用PON口或用户线 路故障时 ONU会自动将业务倒 换到备用PON口上 业务通过备 用线路和OLT的备份端口上行 业务基本不会中断 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 GPON网络保护方式网络保护方式 Page 34 PONPON基本概念基本概念基本概念基本概念 GPONGPON工作原理工作原理工作原理工作原理 GPONGPON关键技术关键技术关键技术关键技术 GPONGPON承载的基本业务承载的基本业务承载的基本业务承载的基本业务 GPONGPON系统的管理和业务发放模式系统的管理和业务发放模式系统的管理和业务发放模式系统的管理和业务发放模式 Page 35 面向全业务的面向全业务的FTTx解决方案解决方案 广电行业将广电行业将广电行业将广电行业将EPON EOC Etllernet Over Cable EPON EOC Etllernet Over Cable 作为双向改造的首选技术作为双向改造的首选技术作为双向改造的首选技术作为双向改造的首选技术 Page 36 BRAS AAA Server IP Core ASP ISPCPE MSE Ethernet MA5600T Softswitch Internet IPTV Server Middle ware NMS TL1 CORBA API BB service platform Carrier s OSS Notification IPTV Phone PC SFU HG8xx CPE MDU MA5606T VDSL2 NSP IP Voice CBU MTU E1 FE ODN Splitter Base station PBX Phone PC SBU OT925 E1 2G 3G TripleTriple P Plalay y MMu ult lti i P Pllayay 业务承载方式 业务承载方式 多Gemport多业务多Gemport多业务 单Gemport多业务单Gemport多业务 业务流映射 业务流映射 u us ser vler vla an 802 1P Eth PHY单一或n 802 1P Eth PHY单一或 混合的业务流到Gemport映射规则混合的业务流到Gemport映射规则 GPON Triple Play 端到端解决方案端到端解决方案 Page 37 GPON RF 业务解决方案业务解决方案 EDFA Erbium Doped Fiber Amplifier Optical Couplers WDM OLT Optical Line Terminal ONU Optical Network Terminal Central Office Central Office Video 1550nm Voice Data Video 1490 1310nm 1550nm Voice Data Downstream 1490nm Upstream 1490nm Optical Splitter Video RF CustomerCustomer PremisesPremises IP Voice and Data 1250Mbps Voice and Data 2500Mbps Video Analog TVDigital TVHD VOD 42Mhz550Mhz860Mhz UpstreamDownstream 1310nm1490nm1550nm Page 38 PONPON基本概念基本概念基本概念基本概念 GPONGPON工作原理工作原理工作原理工作原理 GPONGPON关键技术关键技术关键技术关键技术 GPONGPON承载的基本业务承载的基本业务承载的基本业务承载的基本业务 GPONGPON系统的管理和业务发放模式系统的管理和业务发放模式系统的管理和业务发放模式系统的管理和业务发放模式 Page 39 物理层OAM消息有三种类型 嵌入式OAM PLOAM消息 OMCI消息 物理层OAM消息有三种类型 嵌入式OAM PLOAM消息 OMCI消息 嵌入式OAM和PLOAM通道信息用于对物理层和GTC层进行管理 嵌入式OAM和PLOAM通道信息用于对物理层和GTC层进行管理 嵌入式OAM通道通过GTC帧头中域格式信息来提供 BW Map DBRu等 嵌入式OAM通道通过GTC帧头中域格式信息来提供 BW Map DBRu等 功能包括 带宽授权 动态带宽分配信令等 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 Boot OMCI等功能PLOAM通道涉及ONU注册 加密 Boot OMCI等功能 OMCI提供了更高层次的统一的管理系统通道 用于管理在GTC层上层定义的业务OMCI提供了更高层次的统一的管理系统通道 用于管理在GTC层上层定义的业务 GPON管理中的基本消息类型管理中的基本消息类型 Page 40 OLTBRAS ONT iManager N2000 BMS OMCI SNMP Client ONT 即插即用即插即用 零配置 ONT 集中管理集中管理 ONT 远程诊断 通过OMCI对ONT 进行远程维护和管理 ONT 自动业务发放自动业务发放 GPON 系统管理模型系统管理模型 Page 41 PON 设备的管理 设备的管理 1 OLT EMS SNMP MDU OAM 扩展OAM PON接口直接相关功能 查询设备基本能力 建立 SNMP管理通道 SNMP 与PON接口无关功能 HGW OAM 扩展OAM PON接口直接相关功能 查询设备基本能力 TR 069 与PON接口无关功能 网关主要功能 参考 BBF TR 142 SFU OAM 扩展OAM 主要管理功能 TR 069 建议 VoIP相关功能 Page 42 PON 设备的管理 设备的管理 2 问题 OLT和与其连接的MDU是否必须是同一厂商设备 网管 故障定位 OLT与MDU为异厂商设备在技术上是可行的 不同级的网络设备分别管理 意义 有利于增强组网的灵活性 降低对特定厂商的依赖性 完善产业 链 Page 43 PON 设备的管理 设备的管理 3 Page 44 OMCI管理架构管理架构 OSS EMS网管系统 OLT ONT IADSTB OLT ONT管理 SNMP OMCI 通道 TL1 OMCI管理架构解决方案采用了比 较普遍的 管理架构解决方案采用了比 较普遍的OMCI的管理机制 即对于的管理机制 即对于 ONT的管理完全通过的管理完全通过OLT与与ONT之 间的 之 间的OMCI管理通道