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GPON原理介绍 Page2 前言 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 而光纤是迄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 Page3 参考资料 ITU T984 1ITU T984 2ITU T984 3ITU T984 4 Page4 培训目标 学完本课程后 您应该能 掌握GPON的概念及发展背景理解光接入网架构了解GPON的主要协议掌握GPON的关键技术了解GPON系统的管理模式和终端的业务发放模式 Page5 目录 PON基本概念GPON基本架构和参数GPON协议分析GPON关键技术GPON系统管理和业务发放模式 Page6 目录 PON基本概念光接入网概述GPON协议分析GPON关键技术GPON系统的管理和业务发放模式 Page7 现实 xDSL技术很难解决距离与带宽的矛盾问 带宽小 传输距离有限怎么办 答 光进铜退 采用光纤接入技术 如何解决 距离与带宽 的矛盾 Page8 点到点的网络P2P b 路边交换网络 c 无源光网络PON 光纤接入网的接入方案 Page9 为什么选择PON PON PassiveOpticalNetworks 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 GPON对称上下行 上行1 244G 下行2 488G 物理层 3 分光特性 局端光纤经分光后引出多路到户光纤 节省光纤资源 P2MP Page10 PON网络架构 PON是一种点到多点 P2MP 结构的无源光网络 PON网络的组成 光线路终端OLT OpticalLineTerminal 光分配网络ODN OpticalDistributionNetwork 光网络单元 终端ONU ONT OpticalNetworkUnit OpticalNetworkTerminal OLT ONU PSTN Internet CATV ONT ONT OLT ONU ODN Page11 FTTx场景分析 ADSL2 PON ADSL2 VDSL2 中心机房 住户 VDSL2 ONT ADSL2 10 100Base T IPDSLAM GE 路边 大楼 GE FTTC FTTB FTTB FTTH ADSL2 VDSL2 GE FTTB DSL Page12 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 Q3 2000 国家标准 国家标准 尚无标准 Q4 2004 Q3 2004 PON技术标准化情况 国家标准 Page13 目录 PON基本概念GPON基本架构和参数GPON协议分析GPON关键技术GPON系统的管理和业务发放模式 Page14 GPON数据复用方式 GPON系统采用WDM技术 实现单纤双向传输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 Page15 GPON下行数据 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 Page16 GPON上行数据 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 Page17 GPON网络基本性能参数 上行1 24416Gbit s 下行2 48832Gbit s是目前可支持的主要速率 Page18 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 Page19 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 Page20 目录 PON基本概念光接入网概述数据封装和复用GPON关键技术GPON系统的管理和业务发放模式 Page21 GPON协议栈 Page22 IFpon ONU ONU ONU T CONT Port T CONT Port Port T CONT T CONT Port Port Port Port Port 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 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 GPON复用结构 Page23 GPON复用结构 Page24 PhysicalControlBlockDownstream PCBd Payload AllocID Start End AllocID Start End 1 100 200 x 300 500 T CONT1 ONT1 T CONTx ONT2 Slot100 Slot200 Slot300 Slot500 PLOu PLOAMu PLSu DBRux Payloadx DBRuY Payloady UpstreamBandwidthMap 125us DownstreamFraming UpstreamFraming AllocID Start End y 501 650 1 x y T CONTy ONT2 Slot650 Slot501 T CONTx T CONTy GPON帧结构 Page25 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 T CONTy T CONTx T CONTz GPON上行帧结构 Page26 PCBdn Payloadn PCBdn 1 Payloadn 1 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 125us GPON下行帧结构 Page27 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 Page28 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 Page29 目录 PON基本概念光接入网概述GPON协议分析GPON关键技术GPON系统的管理和业务发放模式 Page30 突发控制技术 突发发射快速开启和关断能力消光比大 10dB Page31 突发控制技术 突发接受快速AGCAutomaticGainControl 动态范围 20dB 快速时钟恢复 Page32 测距 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 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 ONT OLT inCO 20km 3km 12km Page33 无EqD测距 OLTTX OLTRX RTD 无EqD机制则容易引起冲突 下行传输时延 处理时延 上行传输时延 Page34 EqD测距 Page35 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 Page36 GPON系统采用SBA DBA的方式来实现带宽的有效利用 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 Page37 SR DBA的实现过程 OLT的MPCP会下发Gate消息给ONU 允许ONU可以进行发现消息的发送和正常数据的发送 在正常发送窗口内 ONU可以报告针对每个802 1Q优先级队列所需的上行带宽 Page38 SR DBA流程 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 Page39 NSR DBA实现 NSR NonStatusReporting DBA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 Page40 T CONT带宽术语 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 Page41 T CONT类型和带宽类型之间的关系 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 Page42 EndUser1 EndUser3 ONT EndUser2 3 3 1 1 2 ONT ONT OLT 加密 解密 解密 解密 1 AES AdvancedEncryptSystem一种国际通用的加密算法 GPON系统的AES加密处理 GPON支持下行广播数据进行AES128加密处理 只对GEM帧中的