华为设备4-1 GPON.doc

MA5680T/MA5683T 多业务接入设备GPON文档版本01发布日期2012-07-30华为技术有限公司版权所有 华为技术有限公司2012。 保留一切权利。非经本公司书面许可，任何单位和个人不得擅自摘抄、复制本文档内容的部分或全部，并不得以任何形式传播。商标声明和其他华为商标均为华为技术有限公司的商标。本文档提及的其他所有商标或注册商标，由各自的所有人拥有。注意您购买的产品、服务或特性等应受华为公司商业合同和条款的约束，本文档中描述的全部或部分产品、服务或特性可能不在您的购买或使用范围之内。除非合同另有约定，华为公司对本文档内容不做任何明示或默示的声明或保证。由于产品版本升级或其他原因，本文档内容会不定期进行更新。除非另有约定，本文档仅作为使用指导，本文档中的所有陈述、信息和建议不构成任何明示或暗示的担保。华为技术有限公司地址：深圳市龙岗区坂田华为总部办公楼 邮编：518129网址：客户服务邮箱：客户服务电话：4008302118文档版本 01 (2012-07-30)华为专有和保密信息 版权所有 华为技术有限公司i MA5680T/MA5683T 多业务接入设备GPON1 GPON特性1 GPON特性关于本章GPON（Gigabit Passive Optical Network）是PON（Passive Optical Network）技术中的一种，是由ITU-T G.984.x系列标准规范的千兆比特PON。设备采用GPON接入时，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。1.1 介绍1.2 规格1.3 参考标准与协议1.4 特性依赖和限制（OLT）1.5 特性更新说明1.6 系统概述1.7 系统原理1.8 关键技术1.9 终端认证及管理1.10 长发光终端检测1.11 应用1.1 介绍随着宽带业务的普及和光进铜退的趋势，运营商对业务的传输距离、带宽、可靠性和低运营成本提出越来越高的要求。GPON（Gigabit Passive Optical Network）的以下特点解决了这些问题：l 更远的传输距离：采用光纤传输，接入层的覆盖半径达20km。l 更高的带宽：每用户最大下行速率2.5Gbit/s，最大上行速率1.25Gbit/s。l QoS（Quality of Service）保证的全业务接入：同时承载ATM（Asynchronous Transfer Mode）信元和GEM（GPON Encapsulation Mode）帧，能很好地提供服务质量l 分光特性：局端单根光纤经分光后引出多路到户光纤，节省光纤资源，减少局端的光电设备数量，降低运营维护成本。PON是一种点到多点（P2MP）结构的无源光网络，典型的PON网络由三部分组成，如图1-1所示。图1-1 PON网络l OLT（Optical Line Terminal）是放置在局端的终结PON协议的汇聚设备。l ONU（Optical Network Unit）/ONT（Optical Network Terminal）是位于客户端的给用户提供各种接口的用户侧单元或终端，OLT和ONU/ONT通过中间的无源光网络ODN连接起来进行互相通信。l ODN（Optical Distribution Network）是由光纤、一个或多个无源光分路器（Passive Optical Splitter）等无源光器件组成，在OLT和ONU间提供光通道，起着连接OLT和ONU的作用，具有很高的可靠性。无源意味着ODN里面没有光放大器和再生器等器件，节省了室外有源设备维护成本。1.2 规格表1-1 GPON特性支持的规格项目规格备注系统规格支持配置GPBC/GPBD单板满框配置-GPBC/GPBD支持的业务流条数8K-支持接入的ONU数量最多8192个-最大物理距离20km-最大逻辑距离60km-端口规格每块单板支持的GPON端口数l GPBC：4个l GPBD：8个-每块单板支持的ONU数l GPBC：最多64个（分光比1:16）l GPBD：最多128个（分光比1:16）-GPON端口支持最大速率l 下行：2.5Gbit/s，l 上行：1.25Gbit/s-GPON端口支持的光功率预算规格l CLASS Al CLASS Bl CLASS B+（28.5dB，最常用）l CLASS Cl CLASS C+（32dB，长距离传输）-GEM Port规格系统支持的GEM Port数量最多32K-每个GPON端口支持的GEM Port数量4096-一个GEM Port映射的业务流条数l GPBC：最多8条l GPBD：最多8条-T-CONT规格系统支持的T-CONT数目最多32K说明缺省情况下，0号T-CONT为OMCI使用，绑定DBA模板1，该模板为5Mbit/s固定带宽。-一个T-CONT的最小带宽l GPBC：512kbpsl GPBD：1Mbps（最小带宽延时模式），128kbps（最大带宽使用率模式）-DBA规格系统支持的DBA模板数最多512个（其中9个缺省模板）-DBA的有效带宽l GPBC：1239936kbpsl GPBD：1238784kbps-FEC规格支持上下行FEC功能的单板l H801GPBC：仅支持下行l GPBD：上下行支持-GPON QoS规格支持基于ONU的限速的单板l H805GPBDl H802GPBD-支持8K ONT配置约束每个ONT上的业务流数量小于4条-每个ONT使用的T-CONT数量不超过4个（包括T-CONT 0）必须使用GPON模板模式，且T-CONT 0预留为OMCI通道。MAC地址、ARP表项、路由的数量不超过系统最大规格支持8K ONT在线约束每个ONT平均在线MAC抵制数不超过2个l 必须为SCUN主控板。l 纯二层应用，不开启ARP Proxy。GPON ONU终端管理规格l 支持ONU的激活/去激活。l 支持ONU的复位。l 支持重新上线ONU的配置自动下发。l 支持获取ONU版本信息。l 支持ONU的物理端口的状态查询。l 支持ONU的光纤接收和发送功率性能监控。l 支持ONU的告警上报。-GPON ONT终端管理规格l 支持查询ONT光模块的信息。l 支持通过扩展OMCI实现ONT的时间和OLT同步。l 支持基于ONT或ONT以太网端口设置BPDU透传开关。l 支持ONT基于端口的VLAN和优先级切换。l 支持ONT上行IGMP报文的VLAN切换功能。l 支持ONT队列调度方式的配置。l 支持ONT组播Snooping模式的配置。l 支持通过扩展OMCI协议使能/禁止ONT的MAC地址学习功能,MAC地址学习功能默认打开。l 支持ITU-T定义的标准OMCI协议，也支持中国电信定义的GPON互通标准。l 支持通过OLT命令行查询ONT上的mac地址学习表项。l 支持查询ONT上的IGMP Snooping表项。l 支持ONT的ETH端口环回、E1端口环回。l 支持ONT的语音业务全部通过OMCI通道管理。l 支持ONT POTS端口呼叫仿真。l 支持ONT POTS端口外线测试。-1.3 参考标准与协议l ITU-T G.984.1：General characteristics，主要讲述GPON技术的基本特性和主要的保护方式。l ITU-T G.984.2：Physical Media Dependent (PMD) layer specification ，主要讲述了GPON的物理层参数，如光模块的各种物理参数，包括发送光功率、接收灵敏度、过载光功率等。同时定义了不同等级的光功率预算，如目前最常用的Class B+。l ITU-T G.984.3：Transmission convergence layer specification，主要讲述了GPON的TC层协议，包括上下行的帧结构及GPON的工作原理。l ITU-T G.984.4：ONT management and control interface specification，主要讲述GPON的管理维护协议，包括OAM，PLOAM和OMCI协议。l ITU-T G.984.5：Enhancement band，主要讲述GPON的波长规划，为下一代PON预留了相应的波段。l ITU-T G.984.6：Reach extension，主要介绍了几种延长GPON传输距离的Long Reach PON的技术方案。 l TR-156: Using GPON Access in the context of TR-1011.4 特性依赖和限制（OLT）涉及网元GPON特性需要OLT和GPON ONU/ONT的配合才能完成。OLT和ONU/ONT需要兼容ITU-T G.984标准。硬件要求支持GPON特性的单板有GPBC、GPBD。特性限制仅SIP语音用户支持全OMCI方式的语音业务。1.5 特性更新说明表1-2 GPON特性更新说明产品版本变更描述MA5600T/MA5603T V800R010C00l 光模块OPM（optical performance monitor）精度由3dB变更为1dB。需要光模块支持。l 支持PON口光模块采集每个在线ONT的接收光功率。l 支持按PON口批量查询ONU状态。包括：测距距离、最后一次Down时间、Down原因、最后一次UP时间。l 支持在ONU非法认证告警中携带认证信息或冲突信息。l 支持查询自动发现的注册信息冲突的ONU。l 支持查询ONU上线状态，如果失败会显示具体失败原因。l 支持基于端口配置DBA计算周期。l 支持基于ONT端口限制MAC地址学习数。MA5600T/MA5603T V800R009C00支持ONU粒度的Shaping功能（仅H805GPBD单板支持）。MA5600T/MA5603T V800R008C02l 支持ONU首次认证采用SN+password认证，第二次及以后只匹配SN。l 支持通过OLT命令行查询ONT上的MAC地址学习表项。l 支持查询ONT上的IGMP Snooping表项。MA5600T/MA5603T V800R008C01l 支持全OMCI管理方案。l 支持语音业务的配置、维护全部通过OMCI通道承载。l 支持GPON简化配置。MA5600T/MA5603T V800R007C01支持ONT的VOIP业务运维over OMCI（TR069 over OMCI）。MA5600T/MA5603T V800R007C00l 系统最大支持的ONU数量由4K扩大为8K。l 系统最大支持的GEM port数量由16K扩大到32K。l 系统最大支持的T-CONT数量由16K扩大到32K。l DBA最小分配带宽由512K缩小到128K。MA5600T/MA5603T V800R006C02第一次支持该特性。1.6 系统概述GPON系统介绍主流的PON技术包括BPON(Broadband Passive Optical Network)、EPON（Ethernet Passive Optical Network）和GPON几种技术。BPON由于采用ATM封装模式，主要用于ATM业务承载，但是随着ATM技术已经过时，BPON技术也随之消失。EPON是以太网无源光网络技术。GPON是吉比特无源光网络技术，是目前应用范围最广的光接入主流技术。GPON网络工作原理如图1-2所示。图1-4 GPON网络工作原理l GPON网络采用单根光纤将OLT、分光器和ONU连接起来，上下行采用不同的波长进行数据承载。上行采用1310nm波长，下行采用1490nm波长。l GPON系统采用波分复用的原理通过上下行不同波长在同一个ODN网络上进行数据传输，下行通过广播的方式发送数据，而上行通过TDMA的方式，按照时隙进行数据上传。GPON下行传输所有数据从OLT端广播到所有的ONU上，ONU再选择接收属于自身的数据，将其他数据直接丢弃。具体原理如图1-3所示。图1-5 GPON下行通信原理主要特征：l 点对多点广播式传输l 端口地址被用作数据包IDl 用户只能获取属于自己的数据包GPON上行传输ONU在向OLT发送数据时只能在OLT提前许可的时隙内发送数据，这样就可以保证每个ONU都按照要求按次序发送数据，避免了上行数据冲突，如图1-4所示。图1-6 GPON上行通信原理主要特征：l 时分复用（Time Division Multiple Access）l 数据在属于自己的时隙里传输l 光信号在分光器处进行耦合l 冲突检测与避免1.7 系统原理1.7.1 基本概念GEM帧GEM（GPON Encapsulation Mode）帧是GPON技术中最小的业务承载单元，是最基本的数据结构。所有的业务都要封装在GEM帧中在GPON线路上传输，通过GEM Port标识。每个GEM Port由一个唯一的Port ID来标识，由OLT进行全局分配，即OLT下的每个ONU不能使用Port ID重复的GEM Port。GEM Port标识的是OLT和ONU之间的业务虚通道，即承载业务流的通道，类似于ATM虚连接中的VPI（Virtual Path Identifier）/VCI（Virtual Channel Identifier）标识。GEM帧结构如图1-5所示。图1-7 GEM帧结构PLI、Port ID、PTI和HEC（Header Error Check）构成GEM header，即GEM帧头，主要用于区别不同的GEM Port中的数据。各字段的具体含义如下：l PLI：表示数据静荷的长度l Port ID：唯一标明不同的GEM Portl PTI：静荷类型标识，主要是为了标识目前所传送的数据的状态和类型，如是否是OAM（Operation, Administration and Maintenance）消息，是否已经将数据传送完毕等信息l HEC：提供前向纠错编码功能，提供传输质量l Fragment Payload：表示用户数据帧碎片以TDM业务在GPON中的映射方式为例，更直观地了解GEM帧的作用。如图1-6所示。图1-8 GEM帧结构l TDM业务先进入缓存中排队，并且按照固定的字节数复用到GEM帧中进行传输。l 这种方式不对具体的TDM业务进行感知，只进行透传处理。l GEM帧具有定长的特点，使用标准的8kHz（125s）帧能够直接支持TDM业务，对E1/T1业务传输非常有利。T-CONTT-CONT（Transmission CONTainer）是GPON上行方向承载业务的载体，所有的GEM Port都要映射到T-CONT中，由OLT通过DBA（Dynamic Bandwidth Allocation）调度的方式上行。T-CONT是GPON系统中上行业务流最基本的控制单元。每个T-CONT由Alloc-ID来唯一标识。Alloc-ID由OLT进行全局分配，即OLT下的每个ONU不能使用Alloc-ID重复的T-CONT。T-CONT包括五种不同的类型，在上行业务调度过程中根据不同类型的业务选择不同类型的T-CONT。每种T-CONT带宽类型有特定的QoS特征，QoS特征主要体现在带宽保证上，分为固定带宽，保证带宽，保证/最大带宽，最大带宽，混合方式（对应表1-3的Type1到Type5）。表1-3 五种T-CONT类型带宽类别T-CONT类型Type1Type2Type3Type4Type5Fixed BW（固定带宽）X-XAssured BW（保证带宽）-YY-YMaximum BW（最大带宽）Z=XZ=YZYZZ X + Y应用说明l 固定带宽是完全预留给特定ONU或者ONU的特定业务，即使在ONU没有上行业务流的情况下，这部分带宽也不能为其他ONU使用。l 固定带宽主要用于对业务质量非常敏感的业务，如：TDM、VoIP等。l 保证带宽就是保证在ONU需要使用带宽时可获得的带宽。当ONU的实际业务流量未达到保证带宽时，设备的DBA机制应能够将其剩余带宽分配给其他ONU的业务。l 由于需要DBA机制控制分配，其实时性比固定带宽要差。l Type3类型为保证带宽+最大带宽的组合类型，在保证用户有一定带宽的同时，还允许用户有一定带宽的抢占，但总和是不会超过用户配置的最大带宽。l 此带宽类型主要应用于VoIP业务。l 最大带宽是在ONU使用带宽时可获得的带宽上限值，最大程度地满足ONU使用的带宽资源。l 最大带宽类型常用于IPTV、高速上网等业务。l Type5类型为固定带宽+保证带宽+最大带宽的组合类型，既给用户预留其他用户不能抢占的固定带宽资源，又确保在需要使用带宽时可获得的保证带宽，同时允许用户有一定带宽的抢占，但总和是不会超过用户配置的最大带宽。表1-3中的X表示固定带宽值、Y表示保证带宽值、Z表示最大带宽值，-表示不涉及。1.7.2 业务复用原理GEM Port和T-CONT将PON网络分为虚拟的连接，实现业务复用，原理如图1-7所示。图1-10 GPON系统业务复用原理l 一个GEM Port可以承载一种业务，也可以承载多种业务。GEM Port承载业务后先要映射到T-CONT单元进行上行业务调度。每个ONU支持多个T-CONT，并可以配置为不同的业务类型。l 一个T-CONT可以承载多个GEM Port，也可以承载一个GEM Port，根据用户的具体的配置而定。T-CONT上行到OLT侧后解调出GEM Port，然后再解调出GEM Port中的业务静荷后进行相关业务处理。业务映射关系l 下行方向：所有的业务在GPON业务处理单元被封装到GEM Port中，然后广播到该GPON接口下的所有ONU上。ONU再根据GEM Port ID进行数据过滤，只保留属于该ONU的GEM Port并解封装后将业务从ONU的业务接口送入用户设备中。如图1-8所示。如图1-8所示。图1-11 GPON业务映射关系（下行）l 上行方向：各种业务先在ONU上映射到不同的GEM Port中，GEM Port携带业务再映射到不同类型的T-CONT中上行传输至OLT。T-CONT在OLT侧先将GEM Port单元解调出来，送入GPON MAC芯片将GEM Port静荷中的业务再解调出来，再送入相关的业务处理单元进行处理。如图1-9（上行）所示。图1-12 GPON业务映射关系（上行）1.7.3 GPON帧结构原理GPON系统帧结构如图1-10所示。l 下行帧长固定为125us，下行帧由物理控制块和Payload组成。物理控制块主要包括物理帧头控制字和上行带宽许可BWmap（Bandwidth Map）。帧头控制字主要是用来做帧定界、时钟同步和FEC等信息。BWmap字段主要是通知每个ONU的上行带宽分配情况。确定每个ONU的所属T-CONT的上行开始时隙和结束时隙，确保所有ONU能按照OLT统一规定的时隙发送数据，避免数据冲突。l 上行帧长也固定为125us，上行采用TDMA的方式按照T-CONT进行业务调度，每个GPON端口下对于所有ONU都是共享上行带宽，按照BWmap的要求，ONU必须在属于自己的时隙范围内进行上行数据发送。同时，ONU会报告自身需要发送的数据状态通过上行帧发送到OLT，OLT通过DBA方式分配好上行时隙定期每帧发送更新。图1-13 GPON帧结构l PLOu： Physical Layer Overhead upstream，上行物理控制头l PLOAM ：Physical Layer OAM，物理层OAMl PLOAMu：PLOAM upstream，上行物理层OAMl PLSu：Power Levelling Sequence upstream，上行功率电平序列，用于调节ONU的功率电平l DBRu：Dynamic Bandwidth Report upstream，上行动态带宽报告l 目前的应用是：l GPBC：Alloc ID = T-CONT ID *256+ONU IDl GPBD：如果T-CONT ID 8，Alloc ID=T-CONT ID *256+ONU ID；如果T-CONT ID8，Alloc ID从第一个空闲的Alloc ID开始自动分配。每个上行帧包含了一个或者多个T-CONT传送的内容。而下行帧里的BWmap标识了各个T-CONT传送的起止时刻。每次一个ONU从另一个ONU那里接过PON的媒介访问权时，它都必须先发送一份PLOu数据。如果一个ONU分配了两个连续的AllocID（即一个的结束时间比另一个的开始时间小1），则ONU应该抑止发送第二个AllocID的PLOu数据。GPON上行帧GPON上行帧结构如图1-11所示。图1-14 GPON上行帧结构GPON上行帧由PLOu、PLOAMu、PLSu、DBRu和Payload字段构成，具体含义如下：l PLOu：物理控制头，主要为了帧定位、同步和标明此帧是哪个ONU的数据。l PLOAMu：上行数据的PLOAM消息，主要是上报ONU的维护、管理状态等管理消息（不是每帧都有，可以不发，但是需要协商）。l PLSu：上行功率级别序列，长度为120字节，被ONU用于功率控制的度量。l DBRu：主要是上报T-CONT的状态，为了给下一次申请带宽，完成ONU的动态带宽分配（不是每帧都有，可以不发，但是需要协商）。l Payload：数据静荷，可以是DBA状态报告也可以是数据帧。如果是数据帧的话，可以分为GEM header和Frame。GPON下行帧GPON下行帧结构如图1-12所示。图1-15 GPON下行帧结构由于GPON上行方向采用时分复用，如果多个ONU同一时刻发送上行数据，则会产生冲突。GPON里使用的机制是OLT在下行帧里通告，每个ONU所能使用的上行传输时隙。OLT以广播的方式向ONU发送PCBd（Physical Control Block downstream），每个ONU都会收到整个PCBd，然后会根据相关的信息执行动作。PCBd帧结构如图1-13所示。图1-16 PCBd结构PCBd里包含：帧同步信息，物理层OAM，BIP校验字段等等。其中US BW Map（上行带宽映射）是OLT发送给每个T-CONT的各自的上行传输带宽映射，这正是通过下行帧的PCBd里的带宽映射字段来完成。1.8 关键技术1.8.1 测距（Ranging）对OLT而言，各个不同的ONU到OLT的逻辑距离不相等；OLT与ONU的环路时延（RTD：Round Trip Delay）也会随着时间和环境的变化而变化。因此在ONU以TDMA方式（也就是在同一时刻，OLT一个PON口下的所有ONU中只有一个ONU在发送数据）发送上行信元时可能会出现碰撞冲突，如图1-14所示。图1-17 无测距的信元传输为避免这种碰撞冲突，通常在ONU第一次注册时就会启动测距功能。通过测量每个ONU和OLT之间的环路时延，并插入相应的均衡时延（EqD：Equalization Delay）参数Td值，使所有ONU到OLT的逻辑距离相等，从而避免上行信元发生碰撞冲突。图1-18 有测距的信元传输OLT在测距过程都需要开窗，暂停其他ONU的上行发送通道。1.8.2 突发光电技术GPON上行方向采用时分复用的方式工作，每个ONU必须在许可的时隙才能发送数据，不属于自己的时隙必须关闭光模块的发送信号，才不会影响其他ONU的正常工作。对于OLT侧上行接收来讲，必须要根据时隙进行突发接收每个ONU的上行数据，因此，为了保证GPON系统的正常工作，OLT侧的光模块必须支持突发接收功能（如图1-16所示），ONU侧的光模块必须支持突发发送功能（如图1-17所示）。图1-19 OLT侧突发接收功能示意l 由于每个ONU到OLT的距离不同，所以光信号衰减对于每个ONU来讲都是不同的，所以就可能导致OLT在不同时隙接收到的报文的功率电平是不同的。l 如果OLT侧的光模块不具备光功率突变的快速处理，则会恢复出错误的信号（高于阈值电平才认为有效，低于阈值电平则无法正确恢复）。图1-20 ONU侧突发发送功能示意测距保证不同ONU发送在信元在OLT端互不冲突，但测距精度有限，一般为正负1bit，不同ONU发送的信元之间会有几bits的防护时间（但不是比特的整数倍），如果ONU侧的光模块不具备突发发送功能，则会导致发送信号出现叠加，信号则会失真。GPON下行是按照广播的方式将所有数据发送到ONU侧，因此，要求OLT侧的光模块必须连续发光，ONU侧的光模块也是连续接收方式工作，所以无需光模块具有突发发送/接收功能。1.8.3 DBA在GPON系统中，OLT通过向ONU发送授权信号来控制上行数据流。PON结构需要一个有效的TDMA机制控制上行流量，这样来自多个ONU的数据包在上行过程中不会发生碰撞。然而，使用基于碰撞的机制需要在PON的无源ODN里管理QoS，这在物理上是不可能实现的，或者需要承受效率的严重损失。鉴于这些问题，管理上行GPON流量的机制一直是GPON流量管理标准化过程中的首要关注焦点。这便促使ITU-T G.983.4推荐标准的发展，该标准定义了用于管理上行PON流量的动态带宽分配（DBA）协议。DBA具有以下特点：l 可以提高PON端口的上行线路带宽利用率l 可以在PON口上增加更多的用户l 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原理如图1-18所示。图1-21 DBA原理l OLT内部DBA模块不断收集DBA报告信息，进行相关计算，并将计算结果以BW Map的形式下发给各ONU。l 各ONU根据BW Map信息在各自的时隙内发送上行突发数据，占用上行带宽。这样就能保证每个ONU可以根据实际的发送数据流量动态调整上行带宽，提升了上行带宽的利用率。还有一种带宽分配方式，即静态带宽分配，也可以称为固定带宽分配，指每个ONU占用的带宽是固定的，OLT会根据每个ONU的SLA（包括带宽、时延的指标）周期性的为每个ONU分配固定长度的授权。l 一般来说OLT采取轮询的机制，在每个轮询周期里面，各ONU的固定带宽可能不相同，但同一个ONU在不同的周期里面固定带宽的大小应该是相同的，授权大小只和ONU的SLA有关，和ONU的上行业务流量情况无关，即使ONU上行没有流量，这部分带宽也会固定分配给ONU。l 这种静态带宽分配的方法简单、易实现，比较适合承载TDM等业务流量固定的业务，但不能根据ONU上的流量情况实时调整上行带宽，承载突发性比较强的IP业务时的带宽利用率比较低。1.8.4 FEC（Forward Error Correction）在工程实践中并不存在理想的数字信道，数字信号在各种媒体的传输过程中就会产生误码和抖动，而抖动的最终效果也反映在系统的误码上，从而导致线路的传输质量下降。为解决此问题，需要引入纠错机制。纠错的机制有很多种，既可以数据到达对端后通过自身来查验并纠正，也可以只查验不纠正有错误重传。而FEC就属于前者，它适于实时性业务，因为这些业务不容许重传带来的延迟。FEC的全称是前向纠错编码，通过在发射端对信号进行一定的冗余编码，并在接收端按照一定规则解码以实现误码检测和纠正的目的。常见的FEC技术有汉明码、RS编码以及卷积码等，GPON采用的FEC算法是RS（255，239）算法，码字长255字节，由239的正常数据和16字节的冗余开销构成。GPON在传输层使用FEC算法，大约可以将线路传输的10E-3误码降低到10E-12。FEC的特点及应用：l 无需重传，实时性高l 有额外的带宽开销（用户需要根据实际情况在传输质量和带宽间做出选择）l 适合于数据到达对端后通过自身来查验并纠正的业务，不适合于查验有重传机制的业务l 可用于网络状况较差时的数据传输l 可用于对时延要求较小的业务（因为此时如果采用重传，则时延会增大）1.8.5 线路加密技术GPON系统中下行数据采用广播的方式发送到所有的ONU上，这样无疑会给非法的用户提供窃听其他ONU的下行数据的机会，甚至可以窃听到所有用户的数据。同时，对于GPON系统而言，它又具有独特的高数据方向性特点，几乎所有的ONU都不能监听到其他ONU的上行数据，这就允许一些私有的信息（如密钥等）能够在上行方向上安全的传送。GPON系统采用线路加密技术解决这些安全问题。l 加密系统GPON系统采用AES128加密机制对线路安全进行控制，有效地防止了数据盗用等安全问题。AES128加密算法，通常使用计数器模式，加密系统产生一个16字节的伪随机密码块，密码块与输入的明文进行异或运算得到密文进行传输，对端再利用相同的密码块对密文进行解密得到明文。l 密钥交换密钥更换由OLT发起密钥更换请求，ONU响应并将生成的新的密钥，由于PLOAM（Physical Layer OAM）消息的长度有限，密钥分两部分发给OLT，并重复发送三次。如果OLT没有收到三次传送中的任意一次，OLT将重新发送密钥更换请求，直到三次收到相同的密钥为止。当OLT收到了新的密钥后，就要开始进行密钥切换。OLT将使用新的密钥的帧号通过相关的命令通知ONU，这个命令一般会发送三次，只要ONU成功收到一次就在相应的数据帧上切换校验密钥。1.9 终端认证及管理GPON终端认证是指OLT基于上报的认证信息对ONU合法性进行认证，拒绝非法ONU的接入。在GPON系统中，只有通过认证的合法ONU才能接入PON系统，ONU认证上线后就可以传输数据了。1.9.1 终端认证（ONU未预配置）OLT上未预配置的ONU的注册流程如图1-19所示。l ONU响应OLT的SN（Serial Number）请求，当OLT收到ONU的SN回应消息后，发现该SN未配置，则分配一个临时ONU ID给该ONU。l ONU进入操作阶段后，OLT会向ONU进行Password请求，ONU回应的Password未在OLT上配置且PON口未开启自动发现功能，则OLT向ONU发送去注册消息，ONU重新向OLT发送注册请求。如果ONU回应的Password未在OLT上配置，但OLT的PON口开启了自动发现功能，则会向主机命令行或者网管上报ONU自动发现告警。该ONU经过确认后才会正常上线。图1-22 未预配置ONU注册流程图1.9.2 终端认证（ONU已预配置）对OLT上已经预配置的ONU的认证方式，包括SN、SN+Password和Password。l SN认证SN认证是指OLT只对ONU的序列码进行匹配的一种认证方式。认证过程如下图1-20所示。图1-23 SN注册流程 OLT收到ONU的序列码回应消息后，判断OLT上是否有相同SN的ONU在线，如果有相同SN的ONU在线，则向主机命令行和网管上报SN冲突告警；否则，直接分配用户指定的ONUID给该ONU。 ONU进入操作状态后，对于SN认证方式的ONU，OLT不进行Password请求，直接为该ONU配置用于承载OMCI消息的gemport后让ONU上线，配置方法可以由OLT自动配置，使得承载OMCI的gemport与ONUID相同，并向主机命令行或者网管上报ONU上线告警。l SNPassword认证这种认证方式要同时匹配SN和Password。认证过程如下图1-21所示。图1-24 SN+Password注册流程 OLT收到ONU的序列码回应消息后，判断OLT上是否有相同SN的ONU在线，如果有相同SN的ONU在线，则向主机命令行和网管上报SN冲突告警；否则，直接分配用户指定的ONUID给该ONU。 ONU进入操作状态后，OLT会向ONU进行Password请求，并将ONU回应的Password与本地配置的Password进行比较，如果Password与本地配置相同，则直接为ONU配置用于承载OMCI消息的gemprot后让ONU上线，并向主机命令行或者网管上报ONU上线告警；如果Password与本地配置不同，则向主机命令行或者网管上报Password错误告警。即使PON口开启了ONU自动发现功能，也不会上报ONU自动发现，OLT发送Deactivate_ONU-ID PLOAM消息去注册该ONU。l Password认证Password认证有两种模式，Always-on和Once-on。首先预添加Password认证方式的ONU，然后在PON口下接入该ONU。 选择Once-on模式时，可以选择设置使用aging-time，范围为1168h。设置为aging-time时，ONU必须在设定的时间范围内注册上线，否则一旦ONU的实际注册上线时间超过了设置的时间，就不允许该ONU注册上线，并且一旦ONU认证成功后就不允许再修改SN。这样在Once-on认证模式下，只有首次认证是基于Password认证的，认证过程如图1-22所示。非首次认证时，可以根据命令行配置选择SN认证或者SNPassword认证，认证过程参见图1-20、图1-21。Once-on的应用场景是运营商为用户分配Password账号后，要求用户在规定时间上线，并且上线后就不允许再更换ONU，如果有更换ONU的需求，需要通知运营商进行处理。图1-25 Once-on模式下首次注册流程 Always-on认证方式下，对用户接入上线时间无限制，首次上线时使用Password认证，认证上线成功后OLT根据用户的SN和Password，生成SNPassword绑定表项。非首次上线时，如果ONU的SN和Password与首次上线成功ONU的SN以及Password相同，则使用SNPassword认证；如果用户更换相同Password不同SN的ONU，则根据Password进行认证，认证上线成功后，更新SNPassword的绑定表项。因此对于Always-on认证模式，无论什么时候接入ONU，只要ONU的Password正确都可以上线，认证过程如图1-23所示。应用场景为，运营商为用户分配Password后，用户可以随意更换使用相同Password不同SN的ONU，在更换ONU后不需要通知运营商。图1-26 Always-on注册流程 ONU进行Password认证时，如果ONU的SN或者Password与OLT上已在线ONU冲突，则将该ONU进行去注册处理，但不会对在线ONU造成任何影响。 对于Once-on模式认证的ONU，在ONU注册时间超时或者ONU首次注册成功之前，ONU的发现状态为ON，只有当ONU的发现状态为ON时才允许ONU注册上线。在ONU注册时间超时或者首次注册成功后，OLT会将ONU的发现状态设置为OFF。对于注册时间超时的ONU，不允许该ONU注册上线，需要在局端清除掉该ONU的注册时间超时标志后才能上线；对于首次注册成功后的ONU，允许该ONU再次注册上线。1.9.3 终端认证（中国电信标准）LOID（LOgical ID）+ CC（CheckCode）认证方式是由中国电信的CTC2.1标准定义的一种认证方式，LOID为24个字节，CC为12个字节，其中CC为可选字节。中国电信在此基础上扩展出新GPON OMCI（Optical network terminal Management and Control Interface）实体，支持LOID+CC认证方式。GPON LOID+CC认证流程如图1-24所示。图1-27 GPON LOID+CC认证流程图LOID+CC认证过程为：1. OLT先去ONT获取LOID+CC（ONT的LOID+CC通过WEB界面进行配置），如果匹配则认证通过。2. 如果认证不匹配，则OLT再去获取ONT的PW（Password）。然后与LOID的后10字节匹配，如果匹配则认证通过。l 在规划时需要保证LOID的后10字节不能重复。l 如果使用LOID认证，则流氓ONU排查功能不可用。l 如果用户输入的LOID/CC的实际长度小于24字节/12字节，则在实际的ONU_ID/CC后面填ASCII码的“NUL”（十六进制数为0x00）以补足24字节/12字节。l 如果ONT WEB界面不支持LOID认证方式，则提取LOID的后10字节作为GPON Password，输入ONT的WEB界面Password认证中，也可以认证成功。1.9.4 终端管理GPON系统的ONU管理通过PLOAM（Physical Layer OAM）和OMCI消息进行管理。PLOAM消息主要是用来交互GPON物理层和TC层的管理维护信息，如DBA信息，DBRu等信息。而OMCI消息主要用于业务层次的管理维护，如设备的硬件能力发现、各种告警维护信息和业务能力配置等。OMCI消息完全符合G.984.4协议。l PLOAM协议在ITU-T G.984.3中定义，用于物理层操作维护管理。l OMCI是主从式管理协议。OLT是主设备，ONU是从设备。OLT通过OMCI通道控制下面连接的多个ONU。1.10 长发光终端检测为了保证GPON系统的正常运行，不会因为系统中出现长发光ONU而导致的系统工作混乱，系统支持长发光终端检测。介绍长发光终端检测功能是指在GPON系统中，检测不在规定时隙发光的终端，并对检测到的终端进行隔离处理的一种功能，又名流氓ONU检测功能。由于GPON属于时分复用PON，在上行方向，ONU根据OLT分配的时间戳向上行方向发送数据报。当某个ONU在没有分配时间戳的时候发光的话，就会与其它ONU的发光信号发生冲突，这样会影响到其它某个ONU或者所有ONU的正常通讯。我们把这种不按照分配的时间戳向上发送光信号的ONU叫流氓ONU（Rogue-ONU）。流氓ONU的种类很多，从流氓ONU