华为GPON基础培训胶片PPT课件.ppt

GPON原理介绍 ISSUE1 0 2020 3 18 考虑到未来许多的宽带应用 越来越多的国家认识到必须尽早突破接入 瓶颈 而光纤是今为止最好的传输媒介 本文主要分析GPON技术的产生背景 应用 基本概念和特点 以及GPON系统的管理模式和终端的业务发放模式 前言 2020 3 18 参考资料 2020 3 18 学习完此课程 您将会 掌握GPON的概念及发展背景理解光网络架构掌握GPON的主要协议掌握GPON的关键技术了解GPON提供的基本业务了解GPON系统的管理模式和终端的业务发放模式 目标 2020 3 18 第1章PON基本概念第2章光接入网概述第3章GPON协议分析第4章GPON关键技术第5章GPON承载的基本业务第6章GPON系统的管理和业务发放模式 内容介绍 2020 3 18 Service Access Core X 25 ADSL Ethernet PSTN IP ATM FR GSM GPRS CDMA Cable PDH SDH WirelessVoice WirelessData HighSpeedInternet Voice Streaming Dial up VoIP Message FTTHGPON DSL Wireless Eth IP MPLSAggregationNetwork Location Presence Message OnlineGaming Voice Data Video Storage Directory 接入网的发展 AllIP 2020 3 18 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 什么是PON 2020 3 18 GPON Gigabit capablePassiveOpticalNetworks 三大优势 1 更远的传输距离 采用光纤传输 接入层的覆盖半径20KM 2 更高的带宽 对每用户下行2 5G 上行1 25G 物理层 3 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 GPON支持Triple play业务 可提供全业务竞争方案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是三网合一的上佳方案 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 为什么选择GPON 2020 3 18 上行 下行 Mbps 150 100 25 20 10 5 0 5 10 20 25 100 150 15 Dial up ADSL2 CableModem VDSL2 GPON P2P NextHostedApplications Storage HDTVVOD LargeFileSharing Telemedicine PremisesWebHosting Multi PlayerGaming InteractiveDistanceLearning RealTimeSDTV NetworkPVR FileSharing HomeVideoSharing Streaming SDTVVOD Telecommuting VideoConferencing PremisesSurveillance WebSurfing 接入业务带宽的需求增长 2020 3 18 APON ATMPassiveOpticalNetworksEPON EthernetPassiveOpticalNetworksGE PON Giga bitEthernetPassiveOpticalNetworksGPON Gigabit capablePassiveOpticalNetworks EPON GEPON GPON ATM APON BPON Ethernet EPON GPON 几种PON标准 2020 3 18 TPON APON BPON GPON EPON WDMPON 国际标准 ITU TG 983 x ITU TG 984 x IEEE802 3ah 国际标准 国际标准 国际标准 尚无标准 ITU TG 982 国家标准 Q1 1998 国家标准 Q3 2000 国家标准 国家标准 尚无标准 Q4 2004 Q3 2004 PON技术标准化进展 2020 3 18 GPON与EPON的比较 2020 3 18 第1章PON基本概念第2章光接入网概述第3章GPON协议分析第4章GPON关键技术第5章GPON承载的基本业务第6章GPON系统的管理和业务发放模式 内容介绍 2020 3 18 ADSL2 PON ADSL2 VDSL2 Centreoffice Home VDSL2 ONT ADSL2 10 100Base T 1km 2km IPDSLAM GE Curb Building GE FTTC FTTB FTTB FTTH ADSL2 VDSL2 GE FTTB DSL BestSuitableistheBestChoice FTTX场景分析 2020 3 18 FTTH光缆网络基本结构各段模拟图 2020 3 18 模拟图1模拟图2模拟图3 用户接入点 入户线光缆段 高层建筑模拟图 2020 3 18 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网络参考模型 2020 3 18 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网络基本性能参数 2020 3 18 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 数据复用 2020 3 18 第1章PON基本概念第2章光接入网概述第3章GPON协议分析第4章GPON关键技术第5章GPON承载的基本业务第6章GPON系统的管理和业务发放模式 内容介绍 2020 3 18 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 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 2PMD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 GPON标准协议 2020 3 18 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ONUID来区分不同的ONU的数据 ONU通过过滤来接收属于自己的数据 GPON原理 下行数据 2020 3 18 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upstreambandwidthmap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 上行数据 2020 3 18 GEMPort 业务的最小承载单位 T CONT TransmissionContainers 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 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 GPON复用结构 2020 3 18 GPON协议栈 2020 3 18 C M平面由3部分组成 嵌入式OAM PLOAM和OMCI 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 GTC成帧子层 1 复用 解复用 PLOAM GEM到FTC帧的映射2 GTC帧头的产生 解码3 基于ALLOC ID的内部交换GTC适配子层 1 ATM GEM OMCI的上层适配 GPON参考模型 2020 3 18 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 GPON帧结构 2020 3 18 PLOu PLOAMu PLSu DBRux Payloadx DBRuy Payloady PLOu DBRuz Payloadz PreambleAbytes DelimiterBbytes BIP1bytes ONU ID1bytes Ind1bytes ONU ID1bytes MsgID1bytes Message10bytes CRC1bytes DBA1 2 4bytes CRC1bytes GEMheader Framefragment GEMheader Fullframe GEMheader Framefragment PLI12bit GemPortID12bit PTI3bit HEC13bit ONTA ONTB UpstreamFraming DBAReport Padifneeded GPON上行帧结构 2020 3 18 PCBdn Payloadn PCBdn 1 Payloadn Psync4bytes Ident4bytes PLOAMd13bytes 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 2020 3 18 TDM TDMdata PayloadTDMfragment HEC PTI PortID PLI GEMFrame Ingressbuffer TDMBuffer 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GPON中的映射方式 2020 3 18 GPON系统对以太网帧进行解析 将数据部分直接映射到GEMPayload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GPON中的映射方式 2020 3 18 第1章PON基本概念第2章光接入网概述第3章GPON协议分析第4章GPON关键技术第5章GPON承载的基本业务第6章GPON系统的管理和业务发放模式 内容介绍 2020 3 18 突发发射快速开启和关断能力消光比大 10dB 突发接受快速AGC 动态范围 20dB 连续发送模块 突发发送模块 连续接收模块 突发接收模块 PON关键技术 突发光电技术 2020 3 18 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 GPON关键技术 测距 2020 3 18 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概念 2020 3 18 GPON系统采用SBA DBA的方式来实现带宽的有效利用 TDM业务通过SBA指配带宽以保证其高QoS 其他一些业务可以通过DBA来动态分配带宽 DBA的实现与QoS的保障机制有密切关系 GPON系统通过状态的上报以及OLT业务监视 非状态上报 支持动态带宽分配 GPON的状态上报DBA存在3种机制 PLOu StateIndDBA DBRu Piggy backDBA PayloadDBA DBA功能的实现机制主要包括以下几个部分 OLT或ONU进行拥塞检测 向OLT报告拥塞状态 按照指定参数更新OLT分配带宽 OLT按照新分配的带宽和T CONT类型发送授权 DBA操作的管理 DBA 2020 3 18 提高最大带宽利用率无DBA 利用率40 有DBA 利用率达到80 减小平均时延无DBA 100ms有DBA 10ms DBA在利用率和延迟指标上带来的优势 2020 3 18 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带宽术语 2020 3 18 根据业务的优先级 系统对每个ONU设置SLA 对业务的带宽进行限制 最大带宽和最小带宽是对每个ONU的带宽进行极限限制 保证带宽根据业务的优先级不同而不同 一般语音业务的优先级最高 视频业务优先级次之 数据业务的优先级最低 OLT根据业务和SLA及ONU的实际情况进行带宽许可 优先级高的可以得到更高的带宽 满足业务需求 T CONT类型和带宽类型之间的关系 2020 3 18 T CONT1类型的分配为静态分配 保证带宽直接等于配置最大带宽 优先分配T CONT2类型的分配只需要保证用户的保证带宽 如果超过最大带宽则按照最大带宽分配T CONT3类型为混合保证和非保证带宽 如果可以保证申请带宽 则直接分配 否则将不能分配的部分带宽打上标记和T CONT5类型的TAG部分带宽采用RR 轮巡 方式分配T CONT4类型为不保证类型 只有保证带宽分配后剩余带宽和T CONT5部分剩余带宽申请一起RR调度 T CONT5类型为混合型 首先判断保证带宽是否能够满足要求 如果可以 则直接分配 如果不满足 则将剩余部分带宽申请打上标记和T CONT3的TAG部分带宽RR调度分配 如果分配后还不能满足 则剩余带宽与T CONT4竞争 DBA调度算法的实现 2020 3 18 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BWMap的形式下发给各ONU 各ONU根据BWMap信息在各自的时隙内发送上行突发数据 占用上行带宽 DBA的实现过程 2020 3 18 SR StatusReporting DBA OLT根据上次计算的结果在下行帧头中下发BWMap ONU根据带宽分配信息在规定的时隙上发送目前T CONT中等待发送的数据状态报告 OLT收到ONU的状态报告后 经过DBA计算并更新BWMap 在下一帧进行下发 ONU收到OLT下发的BWMap消息后 在指定的时隙上发送数据 DBA的两种实现模式 2020 3 18 在OLT处监视从NSR ONU ONT来的信元数据流的算法 过程 Procedure Step1 在确定的间隔 interval 内监视OLT接收到的信元数目 Step2 通过使用在Step1中的实时监控 realtimemonitoring 结果来计算利用速率 utilizationrate Step3 通过比较利用速率和极限值 来认识 recognize 拥塞程度 NSR NonStatusReporting DBA NSR DBA实现 2020 3 18 GTCPON系统架构是下行方向为广播方式 上行方向为TDMA方式 所以只对上行方向的业务流提供QoS处理 QoS处理的最小单元是T CONT T CONT可以看作是ONU业务流的承载容器 调度机制是DBA 动态带宽分配 DBA的算法是GTC的QoS处理性能的关键 GEM在GEM层主要是针对每个GEMPort进行业务流分类 类似于DSLAM的单PVC多业务的处理方式 针对流分类后的业务分别进行优先级修改 流量监管和转发处理 ETH TDMTDM业务 非电路仿真方式 为面向连接 系统可以通过静态配置带宽严格保证面向连接的QoS ETH业务 包括电路仿真方式的TDM业务 主要是基于二层VLAN COS等标识进行业务的QoS处理 QoS主要处理机制分为流分类 监管 队列调度 拥塞处理 整形 它们的实现复杂度是影响QoS处理性能的关键 GPON中的QoS处理 2020 3 18 EndUser1 EndUser3 ONT EndUser2 3 3 1 1 2 ONT ONT OLT 加密 解密 解密 解密 1 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系统定期的进行AES密钥交换和更新 提高了线路数据的可靠性 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 并分两部分发给OLT 且重复发送三次 OLT收到了新的密钥后 就要开始进行密钥切换 将使用新的密钥的帧号通过相关的命令通知ONU 也是三次 ONU在相应的数据帧上切换校验密钥 AES AdvancedEncryptSystem一种国际通用的加密算法 GPON系统的AES加密处理 2020 3 18 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系统上 下行均支持FEC处理 对PCBd和Payload一起进行FEC处理 提高了数据传输质量 FEC处理 2020 3 18 分光器衰减计算分光器的插入损耗 1dB Power input Power outputofallbranch 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 光功率衰减 2020 3 18 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 光纤衰减和光功率预算 2020 3 18 GPON接口参数指标 ClassB 2020 3 18 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 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 2020 3 18 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 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 2020 3 18 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 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 包括无源分光器故障 链路都可以自动恢复 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网络保护方式 2020 3 18 第1章PON基本概念第2章光接入网概述第3章GPON协议分析第4章GPON关键技术第5章GPON系统的管理和业务发放模式第6章GPON承载的基本业务 内容介绍 2020 3 18 Triple Play Multi Play业务承载方式 多Gemport多业务单Gemport多业务业务流映射 user vlan 802 1P EthPHY单一或混合的业务流到Gemport映射规则 GPONTriple Play端到端解决方案 2020 3 18 CESoP方式TDMB扣板 GEM TDM GPBA Native方式GPBC无扣板 普通以太方式走背板路由到另一块上行板 OLT支持Native和CESoP两种TDM处理方式 GPON强大的QoS能力 可确保TDM业务的端到端延时 Jitter和误码率指标 针对GPON的定长帧传输特点 TDM在GPON线路上承载具有天然优势 TDMoGEM的实现是将TDM帧直接封装到GEM帧中进行传输 在GPON线路上给封装有TDM帧的GEM给与最高的优先级 保证TDM的传输质量 在同步方面 系统采用统一的8K时钟进行全网同步 ONT OLT CO LE Splitter ONT BUSINESS PBX PBX E1 T1 ODN E1 T1 E1 T1 FE PSTN ONT 应用场景 解决移动基站和商业用户PBX语音接入的TDM业务传输 GPONTDM业务解决方案 2020 3 18 xDSL线路改造 有利于原来的铜缆资源的利用 GPON xDSL解决方案 2020 3 18 GPONRF业务解决方案 EDFA ErbiumDopedFiberAmplifier OpticalCouplers WDM OLT OpticalLineTerminal ONU OpticalNetworkTerminal CentralOffice Video1550nm Voice Data Video1490 1310nm 1550nm Voice DataDownstream1490nm Upstream1490nm CustomerPremises OpticalSplitter Video RF IP VoiceandData 1250Mbps VoiceandData 2500Mbps Video AnalogTV DigitalTV HD VOD 42Mhz 550Mhz 860Mhz Upstream Downstream 1310nm 1490nm 1550nm 2020 3 18 第1章PON基本概念第2章光