第6章 GPON技术.ppt

第6章GPON技术 6 1 GPON技术概述 6 2 GPON的帧结构及业务映射 6 3 GPON的关键技术 6 4 GPON与EPON的比较 学习提示 本章重点 难点GPON的帧结构和GEM帧结构GPON关键技术GPON与EPON的区别学习本章目的和要求掌握GPON的帧结构和GEM封装过程理解GPON的关键技术了解GPON与EPON的区别 6 1 GPON技术概述 6 1 1GPON的技术标准6 1 2GPON层次模型 6 2 6 3 6 4 GPON的帧结构及业务映射 GPON的关键技术 GPON与EPON的比较 6 1GPON技术概述 探讨 6 1 1GPON的技术标准 G 984 1是GPON技术标准概述部分 定义了千兆比无源光网络的总体特性 要求ONU的最大逻辑距离差可达20km 支持的最大分路比为16 32或64 G 984 2是GPON的物理媒质相关 PMD 层规范 规范了GPON系统的物理层要求 系统下行速率为1 244或2 488Gbit s 上行速率为0 155 0 622 1 244或2 488Gbit s 标准规定了在各种速率等级下OLT和ONU光接口的物理特性 G 984 3是GPON的传输汇聚 TC 层规范 规范了GPON的帧结构 封装方法 适配方法 测距机制 QOS机制 加密机制等要求 是GPON系统的关键技术要求 G 984 4是GPON系统管理控制接口 OMCI 规范 实现多厂家OLT和ONT设备的互通性 ITU为GPON技术制定并发布的标准 6 1 2GPON层次模型 C M平面管理用户数据流 完成安全加密等OAM功能 U平面完成用户数据流的传输 物理媒介相关子层 PMD GPON传输汇聚子层 GTC 高层高层的用户数据和控制 管理信息通过GTC适配子层进行封装 GPON使用GEM协议进行封装GPON有两种传输模式 一种是ATM模式 信元封装在ATM块中传输 另一种是GEM模式 GEM帧封装在GEM块中传输 6 1 GPON技术概述 6 2 1GPON的复用结构6 2 2GPON的帧结构6 2 3GEM的帧结构6 2 4GEM的分片机制6 2 5业务在GPON中的映射方式 6 2 6 3 6 4 GPON的帧结构及业务映射 GPON的关键技术 GPON与EPON的比较 6 2 1GPON的复用结构 GPON的上 下行工作原理和EPON一样 采用WDM实现一根光纤上传输上 下行两个方向的数据 下行采用广播的方式 ONU选择性接收 上行采用TDMA方式实现不同的ONU在不同的时间上传数据 GPON采用GEM传输模式时 GEM是内嵌在PON中的 在ONU跟OLT的两个PON口之间才能被识别 6 2 1GPON的复用结构 1 IFpon GPON接口 存在于OLT和ONU中 OLT一个PON接口下不同的ONU用ONU ID标识 在一个PON口下唯一 不同PON口之间独立使用 2 GEMPort GEM端口 ONU和OLT之间数据传输的通道 不同的业务可以通过一个GEMport 也可以通过多各GEMport传输 是OLT到ONU之间的业务的最小承载单位 不同的GEMPort用Port ID标识 3 T CONT 传输容器 是一种承载业务的缓冲区 ONU用T CONTID来识别不同的缓存 OLT用ALLOCATEID来统一标识该PON口下的所有ONU的T CONT 业务根据映射规则先映射到GEMPort中 然后再映射到T CONT中进行上行传输 6 2 2GPON的帧结构 GPON帧分为上行帧和下行帧 每个帧都是125us 下行帧结构包括GTCHeader GTC帧头 和GTCPayload GTC信息净荷 下行物理控制块 PCBd 传送OLT与ONU之间的同步 超帧指示 下行物理层OAM差错检验和下行信息净荷长度等信息 上行带宽授权给ONU的上行数据指定传输时隙 AllocID为1的T CONT为1的ONU1的上行开始时隙为100 结束时隙为200 上行帧结构包括 1 PLOu 上行物理层开销 用于突发传输同步 ONU在占据上行信道后首先发送PLOu单元 以使OLT能够快速同步并正确接受ONU的数据 2 PLOAMu 用于承载上行PLOAM信息 包含ONUID 3 PLSu 功率测量序列 用于调整光功率 4 DBRu 包含DBA域及CRC域 用于申请上行带宽 5 Payload域 填充ATM信元或者GEM帧 上行1 24416Gbit s 下行2 48832Gbit s是目前支持的主要速率 可升级到10GGPON GPON的传输速率表 6 2 3GEM的帧结构 GEM帧由5字节的帧头和L字节的净荷组成 PLI 指示的是净荷的字节长度 可以视作一个指针 用来指示并找到下一个GEM帧头 后面的净荷最大字节长度是4095个字节 如果数据超过这个上限 GEM将采用分片机制 PortID 可以提供4096个不同的端口 用于支持多端口复用 PTI 用来指示净荷的类型 PTI最高位指示GEM帧是否为OAM信息 次高位指示用户数据是否发生拥塞 最低位指示在分片机制中是否为帧的末尾 当为1的时候表示帧的末尾 HEC 提供GEM帧头的检错和纠错个功能 6 2 4GEM的分片机制 GEM的分片机制把超过长度限制的用户数据帧分割成若干分割块 并且在每个块的前面都插入一个GEM帧头 PTI的最低有效位就是用来指示这个分割块是否为用户数据帧的最后一个分割块 每一个GEM块都是连续的 不跨越帧界的传输 分片过程中要注意当前GTC帧净荷中的剩余时间 以便合理分片 在GTC系统中使用分片机制有两个目的 一个是在每个分片前面都加上一个GEM帧头 另一个是对于一些时间比较敏感的信号 以高优先级进行传输 如把语音信号总是在净荷区的前部发送 GTC帧的帧长是125 s 延时比较小 从而能保证对于语音业务的QoS 6 2 5业务在GPON中的映射方式 1 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 6 2 5业务在GPON中的映射方式 2 以太网业务在GPON中的映射方式 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 6 1 GPON技术概述 6 3 1测距技术6 3 2动态带宽分配技术6 3 3GPON网络保护方式6 3 4GPON中的QoS处理 6 2 6 3 6 4 GPON的帧结构及业务映射 GPON的关键技术 GPON与EPON的比较 6 3 1测距技术 各个ONU和OLT的距离都不一样 光信号在光纤上的传输时间不一样 到达各ONU的时刻不一样 OLT给每个ONU分配不同的时隙来发送上行的数据 如何保证各ONU能够精确定位时隙 多个ONU的上行数据如何不冲突 实现帧同步 探讨 6 3 1测距技术 OLT通过Ranging测距过程获取ONU的往返延迟RTD 计算出每个ONU的物理距离 指定合适的均衡延时参数EqD 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QuietZone 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 6 3 1测距技术 ONU的激活进程在OLT控制下工作 ONU应答OLT启动的消息 激活进程大致步骤为 1 OLT开窗广播给所有ONU 2 ONU上报序列码给OLT 3 OLT分配ONUID给ONU 4 OLT和ONU进行测距 计算出TRD和EqD 5 OLT创建OMCI管理通道 6 OLT请求密码 可选 7 ONU上报密码 可选 8 注册成功 6 3 2动态带宽分配技术 语音业务与数据业务和视频业务分配的带宽有什么不同 GPON是如何进行带宽管理的 探讨 6 3 2动态带宽分配技术 DBA策略 非状态报告DBA NSR DBA 和状态报告DBA SR DBA DBA利用下行帧PCBd中的BWmap来控制每个ONT上T CONT的发送 从而达到带宽动态分配的目的 NSR DBA通过在OLT侧检测每个T CONT的拥塞状态来进行带宽分配 SR DBA是T CONT向OLT发送数据时汇报T CONTbuffer的当前状态 OLT根据汇报调整带宽分配 6 3 2动态带宽分配技术 T CONT的带宽类型 1 固定带宽 FixedBandwidth FB 预留的或者循环申请的带宽 能够保证最低的传送延迟 就算没有数据发送 其带宽也会预留不被其他T CONT使用 2 确定带宽 AssuredBandwidth AB 如果ONT的T CONTbuffer中有数据发送 则总能得到有效的调度 如果T CONTbuffer中没有数据则其带宽将被其他T CONT使用 3 尽力而为带宽 BestEffortBandwidth BE 如果没有高优先级的带宽使用 则尽力而为带宽将得到调度 保证带宽是确定带宽和固定带宽的总和 剩余带宽是PON口带宽去掉固定带宽或者确定带宽以及其他保留的带宽后的带宽 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 6 3 3GPON网络保护方式 1 光纤备份方式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 6 3 3GPON网络保护方式 2 OLT端口备份方式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 6 3 3GPON网络保护方式 3 全备份方式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 其中一个端口始终处于空闲状态 造成系统带宽利用率低 6 3 3GPON网络保护方式 4 混合备份方式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 各种故障都得到恢复 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 6 3 4GPON中的QoS处理 1 GTC层次的QoS处理PON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 DBA的算法是GTC的QoS处理性能的关键 2 GEM帧的QoS处理在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 进行优先级修改 流量监管和转发处理 3 ETH TDM的QoS处理TDM业务 非电路仿真QoS处理方式 为面向连接 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等标识进行业务的QoS处理 GPON中的QoS处理图 6 1 GPON技术概述 6 2 6 3 6 4 GPON的帧结构及业务映射 GPON的关键技术 GPON与EPON的比较 6 4GPON与EPON的比较 小结 1 GPON支持更高的速率和对称 非对称工作方式 支持多业务 ATM业务 TDM业务及IP Ethernet业务 同时具有强大的OAM能力 2 ITU为GPON技术制定并发布了ITU TG 984 x系列标准 具体包括G 984 1 G 984 2 G 984 3和G 984 4 3 GPON由控制 管理平面 C M平面 和用户平面 U平面组成 组成 C M平面管理用户数据流 完成安全加密等OAM功能 U平面完成用户数据流的传输 用户平面分为物理媒介相关子层 PMD GPON传输汇聚子层 GTC 和高层 GTC子层又进一步细分为GTC成帧子层和GTC适配子层 高层的用户数据和控制 管理信息通过GTC适配子层进行封装 4 GPON采用GEM传输模式时 业务根据映射规则先映射到GEMPort中 然后再映射到T CONT中进行上行传输 5 GPON帧分为上行帧和下行帧 每个帧都是125 s GPON的最大下行速率为2 48832Gbit s 最大上行速率为1 24416Gbit s 小结 6 GEM帧5字节的帧头和L字节的净荷组成 GEM帧头包括PLI 净荷长度指示 Port ID 端口ID PTI 净荷类型指示 和HEC 头错误控制 五个部分组成 7 GEM的分片机制把超过长度限制的用户数据帧分割成若干分割块 并且在每个块的前面都插入一个GEM帧头 8 OLT通过Ranging获取ONU的往返延迟RTD RoundTripDelay 计算出每个ONU的物理距离 通过