GPON设备架构及功能介绍ppt课件

GPON设备架构及功能介绍,烽火通信科技股份有限公司宽带产品部牟晓弦2010年1月,2,1GPON产品架构,2相关机盘和业务处理流程,内容摘要,3GPON技术原理及关键特性,4GPON与EPON的比较,3,GPON产品架构,GPON/EPON共平台OLT,MBUONU,SFU型ONU,MDU（固定端口）ONU,针对FTTH应用场合的小型终端,MDU（插卡式）ONU,针对FTTB/FTTC应用场合的中型终端，插卡式设备,提供E1接口，针对企业用户,针对FTTB应用场合的中型终端，通常放置在楼道内,4,14U高度，竖插卡结构，全前出线，核心交换容量488G，背板容量1000G上联口：4*10GE/12*GE,提供上联板卡的保护,上联板类型包括1*10GE+4*GE、2*10GE+2*GE、6*GE（光、电可选）支持骨干光纤保护和全光纤保护，支持光功率检测功能单卡支持4/8路1.25GEPON接口、4/8路2.5GGPON接口、1/2路10GEPON接口支持32KMAC地址表容量、支持2K个组播组设备尺寸：480mm620mm260mm,GPON/EPON/10GEPON共平台OLT,新一代OLT平台AN5516-01,5,AN5506系列GPONONU,SFU型ONU,AN5506-04,MDUONU,AN5506-07/09/10,插卡式MDUONU,AN5506-20,MBU型ONU,AN5506-06,6,GPON的功能特性,AN5516-01GPON设备含盖中国移动、中国联通、中国电信GPON技术规范里的所有要求，可以满足当前国内主流运营商的GPON应用需求。设备的功能特性上有以下特点：强大的硬件能力：1000G背板容量，500G核心交换能力，线卡槽位带宽20G，N10GE上联接口，业界领先的硬件能力，支撑2.5G/10G速率的GPON接入。丰富的业务承载：支持宽带数据、语音（H.248/SIP）、2M大客户专线、2G/3G基站回传等多种业务完善的业务控制功能：支持VLAN转换、QinQ、可控组播以及静态路由、OSPF等三层功能。完善的保护机制：支持核心交换卡、上联卡11的毫秒级保护，业务不中断且无丢包，GPON端口的盘内保护和跨盘保护。运营级监控功能：RSSI链路检测功能，支持干结点告警功能。开放平台支撑灵活选择：支持GPON、EPON、10GEPON混插，统一网管管理，后续版本可支持线卡完全混插，满足丰富业务接入。在2009年经历了马来西亚电信GPON测试和规模商用、中国电信集团GPON试点工程、中国联通集团GPON设备测试和试点工程、中国移动集团GPON设备测试等一系列考验，并取得了一系列成绩。,7,1GPON产品架构,2相关机盘和业务处理流程,内容摘要,3GPON技术原理及关键特性,4GPON与EPON的比较,8,相关机盘和业务处理流程,C155A,C155A,PUBA,GC4B,GC4B,GC4B,GC8B,GC8B,HSWA,HSWA,HU1A,GU6F,AN5516-01,FAN,FAN,FAN,9,核心交换盘（A型）HSWA,面板及指示灯说明ACT：绿色，工作指示灯，上电时慢闪，正常工作时常亮，处于备用的主控盘接受主用主控盘配置时快闪；ALM：单盘运行故障，或者温度超过限度的情况下常亮；MS：绿色，处于主用的HSWA盘MS灯常亮，备用的HSWA盘MS灯处于灭的状态。CONSOLE口：调试用串口，使用串口线WKE3.695.341R1A连接到PC机。FE：面板上FE口为调试用网口，可用作本地下载程序和带外管理口。,10,核心交换盘（A型）HSWA,原理框图核心交换盘是整个AN5516-01系统的核心部分。它的硬件结构主要由CPU处理器芯片MPC8247、交换芯片BCM56820、BCM53212、可编程逻辑芯片EPM570等组成。BC56820是具有24个万兆口，4千兆口的以太网交换芯片。其中16个万兆口提供给16个线卡槽位，上联端口最多有4个万兆口或12千兆口。单盘对线卡的管理通道采用交换芯片BCM53212。BCM53212是一种集成了24端口FE物理层(PHY)收发器和2端口千兆位以太网媒体接入控制器的交换芯片。对上联盘的管理采用RS485接口。,11,4/8路GPON局端盘GC4B/GC8B,面板及指示灯说明ACT：绿色，工作指示灯，单盘启动中慢闪（亮灭各半秒），正常工作时常亮，接受主控盘配置时快闪（亮灭各1/8秒）3秒；ALM：红色，当主从通信中断时点亮；LNK：绿色，PONn有ONU激活成功时常亮；MS：绿色，PONn接收到网管预授权配置时常亮。D：调试用串口，使用串口线WKE3.695.341R1A连接到PC机。,12,4/8路GPON局端盘GC4B/GC8B,原理框图单盘由供电模块、GPONMACBL3458、交换芯片BCM56684、CPUMPC8247、光模块组成。BC56684是具有4个万兆口，24个2.5G口的以太网交换芯片。其中4个2.5G接口与BL3458连接，1个2.5G接口通过SGMII接PHY，提供10/100/1000M自适应的调试用电口，1个10G接口通过serdes直接接PM8380倒换芯片，提供10G背板接口。单盘上有一个GPON系统模块。包括GPONMAC芯片BL3458一片（每片有4个GPONMAC，4个2.5GSGMII接口）及其外围DDR2SDRAM4片。CPU通过BL3458的LocalBUS口对其进行管理。,13,1路STM-1接口盘C155A,面板及指示灯说明ACT：绿色，工作指示灯，上电时慢闪，正常工作时常亮，接受主控盘配置时快闪；ALM：红色，当主从通信中断或者线路有告警时点亮；LNK1：绿色，第一个光口有光时点亮；MS1：绿色，第一个光口主备用指示灯，第一个光口有光或者两个光口都无光时点亮。LNK2：绿色，第二个光口有光时点亮MS2：绿色，第二个光口主备用指示灯，第一个光口无光而第二个光口有光时点亮。Clkin1:第一路外时钟输入Clkin2:第二路外时钟输入Clkout:外时钟输出1：外接第一路光模块2：外接第二路光模块D：调试用串口，使用串口线WKE3.695.341R1A连接到PC机。面板上FE口为调试用网口，可用作本地下载程序和带外管理口。,14,1路STM-1接口盘C155A,原理框图本盘的电路仿真芯片采用ZarLink公司的ZL50111，该芯片可以同时接入32路E1，对外提供百兆或者千兆以太网口。E1到STM-1的映射采用WG21892和WG23762，WG21892芯片内含有32个独立的2048kbit/s的E1信号到VC4的映射/解映射通道。WG23762是STM-1的开销和指针处理芯片，主要完成高阶开销的处理、AUPP、TUPP等功能。控制部分采用MPC8247，交换芯片采用Marvell的88E6097F。,15,公共盘PUBA,面板及指示灯说明ACT：绿色，工作指示灯，上电时慢闪，正常工作时常亮，接受主控盘配置时快闪；ALM：红色，当主从通信中断或者有干结点告警时点亮；D：调试用串口，使用串口线WKE3.695.341R1A连接到PC机。,16,公共盘PUBA,原理框图本盘完成系统内IAD语音配置管理,状态查询，PON内部语音互通等功能,并且提供14路环境监控干接点。用于AN5516-01设备上，对用户提供在EPON/GPON设备上的语音功能和环境监控干接点，告警点可在网管上自行定义（如火警、门禁等）。PMC8380通过MUX完成背板SERDESA/B信号选择,交换芯片88E6097F完成SERDES同MPC8247的两个FCC口交换,MPC8247FCC1用作带内数据口,调测口用作下载和测试。,17,业务信号逻辑关系,18,业务处理流程,从上图用户侧看，来自ONU的IP数据、语音和TDM业务信号通过GPON接口盘进入AN5516-01设备。GPON接口盘将GPON数据流转变成标准的以太网数据流，通过背板的10GE总线送入核心交换盘。核心交换盘对各种业务进行存储后，再转发到其它机盘中。其中，IP数据业务以及需要通过NGN网络传到其它设备或站点的语音业务，被转发到上联盘，通过上联光接口或电接口传送进Internet或NGN网络中；在本设备内通信的语音业务经过语音和信令的处理，被送到相应的GPON接口盘，最终到达目的ONU；TDM业务被转发到TDM接口盘中，通过STM-1光接口进入SDH网络。下行信号与上行信号的处理过程相反，从各个网络中传送到AN5516-01设备的业务信号被转化成GPON数据流后，再送到各个ONU去。,19,1GPON产品架构,2相关机盘和业务处理流程,内容摘要,3GPON技术原理及关键特性,4GPON与EPON的比较,20,PON网络模型,OLT,ONU1,ONU2,ONUn,网络侧,接口,SNI,用户侧接口,UNI,ODN,21,PON网络的结构,22,1,490nm,1,310nm,端局,接入范围最远可到30公里(光预算28dB),同时接入语音、数据和视频业务,无源外线网络,下行2.5Gb/s，广播机制,上行1.2Gb/s，TDMA机制,无源分光器可以使多个用户共享同一条骨干光纤外线工程没有有源/电器件-可靠性更高PON全部下行的带宽（2.5Gbps）传递到每个用户（下行为广播机制/AES-128加密）上行带宽可以针对每个用户严格保证（上行为TDMA/引入T-CONT等类似ATM的机制）,软交换(语音),边缘路由器(数据、视频),OLT,住宅,多层楼宇,写字楼,MDU,ONTs,ONT光终端,GPON（吉比特无源光网络）-全球备受推崇的FTTH网络架构,无源分光器1：64,23,KuwaitMOC,超过30家主流运营商参与其中,ITU-TGPON-全球主流运营商和设备供应商共同推动的技术标准中国移动和中国电信已经加入ITUGPON标准组织,30多个主流系统设备商不断增加的专业终端厂商,24,中国：EPON：规模商用GPON：试点阶段,截至目前，EPON的应用主要集中在中、日、韩，GPON在北美、西欧、澳洲、中东发达地区和新加坡均已启动商用部署进程，巴西、加拿大、意大利、俄罗斯、东南亚等地区处于试点和试商用阶段。,全球GPON、EPON应用情况,25,GPON产业链,GPON的主流芯片厂商有7家，包括Broadcom、BroadLight、Centillium、Conexant、PMC-Sierra、FreeScale、Cortina等，其中PMC-Sierra（通过收购Passave）、Cortina（通过收购Immenstar）同时支持GPON/EPON，单独支持EPON的有Teknovus以及Opulan。设备商领域，爱立信、摩托罗拉单独支持GPON，华为、阿朗、中兴、烽火、UT斯达康均同时支持GPON/EPON。运营商领域，EPON集中在亚太地区，中国、日本、韩国占居主导地位，而GPON在欧美地区应用较多。但随着GPON的不断成熟，日韩也有部分运营商倒向GPON开始规模部署，比如韩国SKBroadband和日本SuoCableNet。国内三大运营商都在同时建设EPON、GPON。,26,什么是GPON,ITU-TG.984.x（FSAN发起，定义）GPON系统采用GEM（GPON封装方法）实现业务的封装，基于GEM的复用由PortID唯一标识。同时，为进行上行带宽分配引入了T-CONT（TransmissionContainer）的概念，一个T-CONT中可以包含多个GEM的PortID，通过设置T-CONT的类型，GPON实现对不同T-CONT的QoS（服务质量）传输保证在上行方向，GEM通过一个或多个TCONT进行传输，每个TCONT只和一个或多个GEM流相关，这样保证复用时不会产生错误。在下行方向，GEM帧通过OLT封装在GEM块中传输到ONU，ONU的成帧子层对GEM帧进行解压，使含有相应PortIDGEM帧到达GEM客户端。,27,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.984.1GPON网络结构GPON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,ITUG.984.5增强波长范围WBF波长过滤器功能,28,GPON工作原理,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TDM技术；上行数据流采用TDMA技术；,29,GPON的基本特性,GPON采用125s定长的帧结构，每秒8千帧。GEM（GPONEncapsulationMethod）是GPON技术优势的集中体现，它直接采用了GFP的技术（ITU-TG.7041）。GPON支持不对称线路速率，下行2.488Gbit/s，上行1.244Gbit/s。,GPON的协议结构,GPM：ODN规格、光接口参数、物理层开销等,传输汇聚层：实现复用、DBA、告警性能等,GEM封装：实现多业务支持能力,物理层OAM：ONU注册、加密等,ONU管理控制接口：业务管理和FCAPS,30,GPON对TDM的支持,不对具体的TDM业务进行感知，只进行透传处理。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。GEM帧具有定长的特点，对TDM业务传输非常有利。GPONTC层本质上是同步的，并使用标准的SONET8kHz（125微秒）幀，这使GPON能够直接支持TDM业务。GPON的QoS机制可充分保证TDM业务的传输,31,维护和发展无源OSP全光接入网络可以使端局更为集中，数量更少案例分析:使用C+光模块后，现有的端局可以减少66%,GPON光模块大升级：从B+到C+，从28dB到33dB,ITU-T/FSAN正致力于引入更为更为强大的光模块，提升目前的B+类，28dB光模块。ClassB+光模块(28dB)ClassC+光模块(33dB),20km32split,20km64split,产品原型来自贝尔实验室,31|MarcusWeldonBBWF|September2008,32,1GPON产品架构,2相关机盘和业务处理流程,内容摘要,3GPON技术原理及关键特性,4GPON与EPON的比较,33,重组后运营商竞争形势分析,全业务运营既有机遇，也有挑战，运营商的劣势在固定宽带。,34,宽带数据处于业务增长最快位置,35,宽带用户接入技术选择,MSAN/DSLAM,PON接入,P2P以太接入,SDH/MSTP,FTTx光接入,EPON,GPON,？,36,P2MPPassive(PON):节省光纤一级无源设备减少Capex和Opex带宽为多个用户共享,PON带宽大,TCO最低,是接入技术首选,P2PPassive:保证带宽需要更多的光纤，部署较困难，维护成本高P2MPActive:减少了馈线段光纤数量的需求增加一级数量庞大的有源接入设备导致Capex和Opex的增加,有源以太接入设备,(b)Activeopticalnetwork,P2MP(PON)实现单根光纤的多用户接入，无源网络，是接入网建设的首选！,37,PON的特点,带宽大，可扩展性好。光纤接入带宽大，满足用户现在及未来带宽灵活需求。,点对多点（P2MP）接入，节省主干光纤。,无源光网络（PON），OPEX低。线路上没有有源器件，免维护和电耗。,光纤损耗低，覆盖范围广。满足“大容量，少局所”建网需求。,38,两大主流的PON技术：GPON和EPON,EPON,GPON,TCP+UDPetc.,IP,Ethernet,Layer2,Layer3,Layer4,Layer5ormore,Layer1,PON-PHY,TDME1,话音,视频,数据,VoIP,AES(Optional),AAL1/AAL2,AAL5,GEMFrame,PON-PHY,TDME1,话音,视频,数据,VoIP,AES(Optional),窄带PON,A/BPON,GPON,NG-PON,EPON,10GEPON,ITU-T/FSAN,IEEE802.3,过去,将来,GPON与EPON都是在A/BPON的基础上发展起来,有着共同的技术起源。ITU和IEEE两标准组织定位的不同导致GPON和EPON在技术理念存在较大差异：ITU-T/FSAN是以国家/企业会员身份参与的具有官方性质的通信行业标准化组织，制定的标准更关注运营商的业务需求如何得到实现与满足。IEEE是以工程师个人身份参与的电子/电器行业化标准组织，更关注技术的创新和实现，但缺乏对运营商实际需求的理解与分析。,IEEE802.3ah,ITU-TG.984,39,GPONvsEPON,GPON和EPON选择经过了漫长的分析过程，我们主要从应用需求和场景、技术、产业链、成本等方面进行分析：1.从技术上看，GPON比EPON带宽更大（2.5倍）、传输距离更远（多10km）、分路比更高（高一倍），在设备运营商机房少、光纤资源紧张的条件下，更加满足扁平化接入网建设需求。2.从产业链看，GPON的系统、芯片和光模块厂家规模和实力均超过EPON，所有大的系统厂家都支持GPON，7家芯片厂家支持GPON，只有3家支持EPON，并且GPON芯片厂家规模和实力更强。3.从运营商选择来看，大部分运营商选择GPON，十大固网运营商中九家选择GPON，电信和联通也将同时选用GPON和EPON。4.从成本来看，单用户接入成本GPON和EPON相当，单位带宽成本GPON较低（是EPON的一半以下）。5.从技术演进来看，10GEPON规模商用至少需要3年时间，不会影响目前技术选择。将来GPON也将向10GGPON和WDMPON演进。6.从互通来看，在FTTH应用上EPON优于GPON，但由于中国移动主要是FTTB型应用，EPON也不能满足互通要求。,40,GPON和EPON的主要技术指标对比,41,GPON和EPON比较：线速/效率/传输距离/分光比EPON在传输距离已经接近GPON的水平，但在分光比、线速、带宽效率方面始终差距明显,GPON:理论下行速率2.5G，上行速率1.25G下行带宽效率94%，上行带宽效率93%实际下行带宽2.3G，上行带宽1.1G分光比最大可达1:64传输距离2030KM（分光比可达1：64）,PayloadencapsulationOH,Downstream,EPON,GPON,25%,50%,75%,100%,SchedulingOH:controlmessage,LineCoding,Payload,Upstream,EPON:理论下行速率1.25G，上行速率1.25G下行带宽效率73%，上行带宽效率61%实际上下行带宽不超过900M分光比最大为1：32传输距离1020km（目前已有25dB20km的EPON光模块,但分光比仅能到1：16）,GPON可提供的有效下行接入带宽是EPON的2.5倍，GPON为2300Mbps，EPON为900Mbps,42,GPON具有更高带宽和更大分光比,GPON业务承载更高效，下行的有效带宽是EPON的2.55倍，上行是1.37倍。,OLT,ONU,机楼,小区,路边,大楼,住户,馈线段,配线段,引入线段,光分光器,OLT和主干光纤数量下降50%,EPON,1:32,GPON,1:64,GPON的分光能力是EPON的2倍，覆盖相同用户时可节省一半的主干光纤。,建设100万宽带用户，EPON与GPON的投资对比,采用GPON进行光接入网络建设，比采用EPON可节省线路成本和局端设备投资50。,43,GPON具备SDH的线路时钟传送能力,同步系统,GPON,异步系统,EPON,OLT,Splitter,ONT,ONT,ONT,城域网,ONT,OLT,线路时钟同步,FemtoCell,FemtoCell,GPON是同步系统，采用定长帧结构，具备天然的线路时钟传送能力，能够提供和SDH一样精度的线路时钟，可作为微基站的接入手段。EPON本质是以太网，是异步系统，承载线路时钟能力有限。,时钟源,上行口,上行口,44,DBA算法逻辑,Timeslot,调度器,ONU,OLT,控制平面,数据平面,GPON的带宽分配机制,GPON支持更精细的业务模型,45,GPON具备更好的光纤线路管理能力,EPON：人工维护光纤网络和排障,收发光功率偏置电流温度,由于EPON标准已停止发展，在线路检测机制上缺乏统一标准，光纤线路发生故障后，只靠人工进行故障定位。GPON标准制定了类似于112的光纤测试系统OLS，能够动态监测信号的质量，再通过专家系统预测系统的寿命和定位故障位置、变被动维护为主动防护。,OLT,ONU,ONU,ONU,光纤线路诊断系统,OLS(光纤链路在线实时检测),GPON：自动进行光纤网络的维护和诊断,ONU,ONU,ONU,OLT,46,GPONvsEPON:更好的TDM业务支持,OAM,control,OAM,control,Downstream,ATM,(optional),ATM,(optional),Ethernet,(overGEM),Ethernet,(overGEM),GPON下行帧格式,GPON标准的SDH的125us的固定帧ONU更容易提取同步信号更好的延时和抖动性能,EPON承载TDM业务没有具体定义时钟信息必须通过PWE3算法恢复不同厂家采用不同方法承载，互通性差,47,组网模型（FTTB+MDU),业务模型：组播TV+点播VoD+高速宽带+VoIP语音,部署FTTB时，在提供相同带宽（16Mbps）和业务时，GPON比EPON接入能力差别？GPON带宽是EPON的2.5倍，GPON接入高带宽用户数是EPON的4倍,EPONMDU,OLT,注：参考中国电信2010年高速率用户场景,接入用户能力比较（分别采用常见的8FE和16FEMDU比较）,GPONMDU,48,EPON和GPONCAPEX和OPEX整体比较,GPONOPEX更优,GPON综合拥有成本更低,ONT,局端OLT,城市部署工程,Splitter,GPON,EPON,局端OLT,城市部署工程,Splitter,ONT,x2subs每端局:更少的局端更少的OLT,线路维护:管道更少光缆更少维护人力更少现场施工更少日常维护更少,15%,GPON局端集中整合集中式管理机房空间耗电空调费用有源设备减少,49,GPON和EPON的产业链分布