GEPON系统关键技术介绍080825.doc

GEPON系统关键技术介绍前言UT斯达康公司是业界GEPON产品的技术先行者和主流厂商之一,经过多年的技术研究和产品研发,现已经攻克和掌握所有GEPON相关的关键技术,推出完全拥有自主知识产权的OpticalXpress系统产品。本文将结合OpticalXpress系统产品对MPCP(点对多点控制协议)处理、DBA(动态带宽分配)、FEC(前向纠错)技术、保护倒换技术、拓展OAM、VLAN处理、QoS(服务质量)和组播等关键技术进行介绍。一、 MPCP(点对多点控制协议)处理1 ONU自动发现与注册在实际应用中，ONU并不总是在线的(如ONU断电或者硬件维修等)，当故障消除或者ONU上电后,离线ONU能够需要自动重新上线,这个过程是通过MPCP自动发现过程来实现的。自动发现过程是由OLT来控制的，OLT周期性的发送Discovery GATE帧，其中包含了ONU可以利用的Discovery时隙窗口，使得离线ONU有机会发送消息以让OLT知道它的存在；Discovery GATE帧以广播的方式发送，在Discovery GATE帧中包含了发现窗口的起始时间和事件长度。离线ONU在接收到Discovery GATE帧后，随机等待一段时间后发送REGISTER_REQ帧给OLT，由于Discovery窗口是唯一的，为了避免不同的ONU同时发送REGISTER_REQ消息而造成冲突，所有的ONU都必须实现一个随机退避算法以延迟它的REGISTER_REQ发送。在REGISTER_REQ帧中，包含了ONU的MAC地址和其它参数。OLT接收到一个有效的REGISTER_REQ消息后，如果是合法的ONU，注册该ONU，分配一个新的逻辑端口标识符 (LLID) 并与对应的MAC地址绑定。之后OLT发送REGISTER消息给新近发现的ONU，消息中包含分配给该ONU的LLID,并且OLT启动Register_Gate_Timer定时器,在定时器超时后，OLT 将立即向ONU发送一个normal gate。如果ONU在OLT的grant window内返回REGISTER_ACK消息，则完成MPCP的发现注册。如果OLT在grant window内没有收到REGISTER_ACK消息，OLT将Deregister ONU。图1 ONU发现注册过程2 ONU时钟同步和测距由于GEPON系统上行通信是使用TDMA方式的，ONU的上行发送机会是由OLT统一来调度,所以所有的ONU都必须和OLT的时钟保持同步;并且由于不同的ONU与OLT的距离各有不同，为了避免不同ONU在授权交界的时候发生冲突，对此需要对不同ONU作一定的延时补偿，通过计算不同ONU到OLT之间的往返时间(RTT：Round Trip time)来完成这一功能。OLT和ONU都有一个本地计数器提供本地时间戳，OLT发送MPCP协议帧时，把计数器的值复制到报文的时间戳字段，在ONU接收到MPCP协议帧时，设置它本地计数器的值为接收到的MPCP协议帧的时间戳字段的值，通过这个过程，所有的ONU都同步到OLT的时钟。同样，ONU发送MPCP协议帧时，也要把它本地计数器的值复制到MPCP协议帧的时间戳字段，OLT接收到MPCP协议帧后，用所接收到的时间戳来计算和验证OLT和ONU之间的RTT。OLT以距离最远的ONU延时为基准，算出每个ONU的延时补偿值Td,并通知ONU。该ONU在收到OLT允许他发送信息的授权后，延时Td补偿值后再发送自己的信息。二、动态带宽分配 在GEPON网络中,所有ONU的上行调度是通过OLT来进行的,其中最简单的调度方法是给每个ONU固定带宽,它的最大缺点在于其带宽利用率较低，要进一步提高带宽利用率,调度公平性和满足Qos的要求，需采用动态带宽分配(DBA)方案。实现带宽动态分配的关键是需要得到ONU队列的确切状态，然后根据DBA算法对各个ONU的发送机会进行计算;OpticalXpress产品ONU采用多个queue set队列报告,为OLT提供丰富的信息;并且采用先进的DBA算法,能够满足不同ONU对固定带宽,、保证带宽,、尽力而为带宽等的带宽需求,也充分保证不同ONU之间的调度公平性。三、 前向纠错技术尽管前向纠错FEC在GEPON里面是个可选的功能,但是它还是非常有用的,通过它可以增加链路功率预算;在GEPON里面的FEC采用RS255,239编码方式,运算得出的纠错码加在以太网包的后面,用于在接收侧进行数据校验和纠错。 四、保护倒换技术典型的GEPON网络是个树状的结构,为了提高网络可靠性和生存性，可在EPON系统中采用光纤保护倒换机制。光纤保护倒换方式有很多种,由于骨干光纤的故障会导致其所属的所有ONU均无法与EPON网络通信，因此，骨干光纤的生存性将保证整个EPON网络的可靠性,因此骨干光纤保护倒换方式将是提高EPON系统在网络中应用中可靠性的主要保护倒换方式,如图2。 图2 骨干光纤保护方式五、 拓展OAM 在IEEE802.3-5 GEPON标准里面,已经定义了标准的OAM的功能,它主要定义了GEPON相关功能的管理维护,对于多端口的ONU,除了这部分需要管理外,还有switch部分VLAN,组播,Qos等等功能需要进行管理,为了实现未来的系统互联互通,这个需要有一套机制能够实现统一的OAM管理,这可以采用拓展OAM机制。 首先需要通过拓展OAM的发现机制,了解ONU的相关信息,然后再通过拓展OAM信息传送相应的管理命令对ONU进行管理。 六、 VLAN处理 OLT支持IEEE 802.1Q协议,支持按照ONU的LLID和业务类型划分VLAN,并且支持VLAN标记/去标记，VLAN透传，VLAN转换，VLAN优先级标记，VLAN过滤等功能。 ONU也支持IEEE 802.1Q协议,支持针对用户物理端口和业务类型划分VLAN，并且支持VLAN标记/去标记，VLAN 透传、VLAN优先级标记、VLAN过滤等功能。七、 Qos服务质量GEPON系统支持基于ITU-T Y.1291的QoS机制，包括业务流分类（Traffic classification）、优先级标记（Marking）、排队及调度（Queuing and scheduling）、流量整形（Traffic shaping）和流量管制（Trafficpolicing）、拥塞避免（Congestion avoidance）、缓存管理（Buffer management）等。GEPON系统提供了上面这些QoS机制，保障了在上行和下行方向均能根据SLA协议提供各种优先级业务的QoS。八、 组播在GEPON系统中，采取SCB、IGMP Proxy/Snooping、VLAN（VLAN Stacking）等方式实现组播功能。实现方式如下：（1）在PON接口上，OLT通过广播LLID信道以单拷贝广播（SCB）方式将组播内容分发给所有ONU。（2）OLT利用IGMP Proxy或IGMP Snooping、ONU利用IGMP Snooping实现对组播流的动态转发控制。（3）OLT支持复杂的可控组播功能，同时利用VLAN（VLAN Stacking）机制与ONU配合实现组播权限控制。OLT上划分组播专用的VLAN，即组播业务使用独立的、专用的VLAN与其它业务相隔离，一个组播VLAN对应一个组播频道组（指一个权限统一管理的组播频道的集合）。ONU上为不同的组播频道组划分不同的VLAN/CVLAN，实现对组播权限的控制。根据用户的