GPON基本原理及应用简介

GPON基本原理及应用简介,内容提要一、光接入网络简介二、GPON的基本原理简介三、PON技术与传统接入网技术的应用比较四、几种PON技术的比较五、PON的发展趋势六、现网GPON发展情况七、现网GPON设备运用简介,GPON基本原理及应用简介,网络知识概念按照服务范围、网络拓扑和接入逻辑，把现代通信网划分为：核心网（骨干网）、接入网、用户驻地网。核心网：由现有的和未来的宽带、高速骨干传输网和大型中心交换节点构成。接入网（AccessNetwork）泛指用户网络接口（UNI）与业务节点接口（SNI）间实现传送承载功能的实体网络。用户驻地网：一般是指用户终端至用户网络接口所包含的机线设备（通常在一个楼房内），由完成通信和控制功能的用户驻地布线系统组成，以使用户终端可以灵活方便地进入接入网。,驻地网,驻地网,核心网,接入网,一、光接入网络简价,1、什么是光接入网络？光接入网络主要是指FTTX。Fibertothex（：主要有FTTC（光纤到路边）、FTTB（光纤到大楼）、FTTH（光纤到户）FTTX主要应用于接入网络光纤化，范围从区域机房的局端设备到用户终端设备。,一、光接入网络简介,2、光接入网络的必然性用户需求的多样化以及高带宽业务对接入网络的支撑需求铜缆的建设投资成本过高，相对应的光缆的价格逐年下降。铜缆的被盗现象屡禁不止，由于线路腐蚀等带来的维护成本日益加大及网络质量的下降等。3、光接入网络的可行性光纤、设备成本逐年降低，光纤运维成本较低。高质量带宽业务的推动，满足用户日趋多样化的需求。可以使用现有光纤资源，只完成接入部分光纤的布放就可以完成业务接入。,一、光接入网络简介,4、光接入网络的接入方式,(a)点到点的网络,(b)路边交换网络,(c)无源光网络即:PON,二、GPON的基本原理简介,PON（PassiveOpticalNetworks）：是一种点到多点（P2MP）结构的无源光网络。一个典型的PON网络由：OLT、ONU和ODN构成。OLT（OpticalLineTerminal光线路终端）：是整个PON网络的核心设备，一般放在中心机房或城域核心机房。ONU（OpticalNetworkUnit光网络单元：是用于连接用户侧的网络设备，主要负责用户侧上行的数据转发及有选择性的接收OLT侧的下行广播数据，一般主在用户端如：楼道、用户家里、路边等，类型有机柜型、机盒型的。ODN（OpticalDistributionNetwork光分配网络）：由光纤和一个或多个POS（PassiveOpticalSplitter无源光纤分离器）等无源光器件组成，在OLT和ONU之间提供光信号传输通道。POS（PassiveOpticalSlipper无源光分离器)：可以将上行数据耦合到一根光纤上，将下行数据分发到各个ONU上。,1、什么是PON？典型的PON网络由什么构成？,二、GPON的基本原理简介,2、PON网络的构成示意图,OLT,INTERNET,PSTN,ATM,CATV,PassiveOpticalSplitter无源分光器,ONU,ONU,ONU,PassiveOpticalSplitter无源分光器,OpticalNetworkUnit光网络单元,OpticalLineTerminal光线路终端,PassiveOpticalNetwork无源光网络,3、PON网络的现实运用示意图（1）,二、GPON的基本原理简介,3、PON网络的现实运用示意图（2）,二、GPON的基本原理简介,二、GPON的基本原理简介,4、PON网络传送技术-数据复用,GPON系统采用WDM技术，实现单纤双向传输（强制），上行1310nm，下行1490nm，若是需要传送CATV信号，采用1550nm波长进行传送。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。,5.1GPON数据传输(下行数据传输示意图),下行为广播方式：GPON的下行帧长为固定的125us，所有的ONU都能收到相同的数据，通过GemportID来识别、区分和过滤属于自己的数据。,二、GPON的基本原理简介,上行数据方向采用了TDMA技术（TimeDivisionMutipleAccess）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。各个ONU把从用户收到的数据帧先缓存起来，直到它的发送时隙到来，当它的发送时隙到来时，ONU会把它缓存的数据以全线速（2.488Gbps/1000Mbps）“突发”发送,5.2GPON数据传输(上行数据传输示意图),二、GPON的基本原理简介,二、PON的基本原理简介,6、GPON的基本参数性能,支持传输速率：上行1.244Gbps，下行2.488Gbps。支持分光比：2、4、8、16、32、64，支持一、二级分光，不建议三级分光。最大逻辑传输距离：60KM。最大物理传输距离：20KM。,二、PON的基本原理简介,6、GPON网络的技术保障-TYPB最经济有效的保障,OLT,IFpon,1：N分光器,IFpon,ONU#1,IFpon,ONU#N,备用光纤,TypeA,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。,OLT,IFpon,IFpon,TypeBOLT端口备份,2：N分光器,ONU#1,ONU#1,IFpon,二、PON的基本原理简介,7.1PON的关键技术-突发光电技术,快速开启和关断能力,连续模块,突发模块,0#ONU,1#ONU,2#ONU,0#ONU,1#ONU,2#ONU,二、PON的基本原理简介,7.2PON的关键技术-突发光电技术,无快速AGC,有快速AGC,0#ONU,1#ONU,2#ONU,阀值线,快速AGC（光模块）(动态范围20dB)快速时钟恢复,二、PON的基本原理简介,8.1PON的关键技术-DBA（动态带宽分配）,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在利用率和延迟指标上带来的优势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,二、PON的基本原理简介,8.2PON的关键技术-DBA（动态带宽分配）,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。,二、PON的基本原理简介,8.3PON的关键技术-DBA（动态带宽分配）,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。,二、PON的基本原理简介,9、PON的关键技术-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。补偿的均衡时延就等于光纤的传输距离，即离OLT距离最近的补偿的时延最长，距离OLT最远的补偿的时延较小，甚至为0。,3km,12km,20km,OLT(inCO),OLT,ONU1,ONU2,ONU3,ONU1,ONU3,ONU2,二、PON的基本原理简介,10、PON的优势,更低的运营维护成本与传统的宽带网络相比，PON技术中采用的无源设备，具有无能源消耗（无需供电）、可靠性高（不受供电故障影响）、安装简便、节省了光纤资源、能显著降低运营维护成本。更远的距离更高的带宽与传统的宽带网络相比，PON网络不仅接入传输距离更远（20KM），带宽更高（2.48G下行，1.244G上行）而且带宽可以根据即时业务进行动态调整，各ONU在分配给自已的时间戳内独享上行带宽，类似于TDM（TimeDivisionMultiplexing时分复用）的专线质量。,二、PON的基本原理简介,11、PON技术几点说明9.1所谓无源是指ODN光分配网络是无源设备，即从OLT到ONU之间的连接网络不需提供电力支持亦可以实现信号的传送，主要包括：光缆、光纤连接器、光分离器等。需要说明的是：OLT和ONU仍然需要提供电力（交流或直流）支持。9.2PON网络技术主要是解决接入一公里的问题，他不能取代城域传输SDH、WDM或是正在应用的ASON智能光网络技术，它只能做为一种接入技术的补充和未来的发展趋势。9.3PON网络的最大距离是20KM，要注意一点是OLT到ONU间的距离，最大距离与分光比是反比关系，因此实际运用中的分光比不能太高，一级、二级分光比的乘积是总的分光比，一般不建议三级分光。,三、PON网络与传统网络的区别,1、传统接入网络（场景一）机房需求：需要提供一个机房。设备需求：接入模块或传统ONU设备、电源设备、电池、SDH或PDH传输设备、DSLAM设备、二、三层交换机、光收发或协议转换器、消防设备。连接设备需求：DDF、ODF、MDF。线缆需求：光缆和完成覆盖范围的铜缆。2、传统接入网络（场景二）机房需求：无，从附近机房出线缆。设备需求：无连接设备需求：需要室外电缆交接箱。线缆需求：专线光缆和完成覆盖范围的铜缆。,假设一个小区有两幢楼，亦商亦居。每幢楼有用户240户，楼层20层，一梯两户，共3个门洞。用户需求有XDSL、语音和专线，覆盖率达到50%。,三、PON网络与传统网络的区别,2、传统网络示意图（场景一，在该接入区域新设一个机房，以光）,接入网设备/传输/DSLAM/二层交换,分支电缆,光纤专线,分支电缆,交换/传输/互联网,城域核心机房,新机房,小于500M,三、PON网络与传统网络的区别,2、传统网络示意图（场景二，从附近一个机房出铜缆和光缆分别完成语音和专线接入。,接入网设备/传输/DSLAM/二层交换,电缆交接箱,主干电缆,分支电缆,光纤专线,分支电缆,交换/传输/互联网,城域核心机房,附近机房,1-2KM,三、PON网络与传统网络的区别,2、PON网络机房需求：可以不需要提供机房。设备需求：ONU设备（假设OLT已具备）连接设备需求：楼道需要室外电缆连接设备。线缆需求：光缆和完成覆盖范围的铜缆。需要说明：由于用户的速率与他所选择的业务有关，而与是否采取PON网络无关，因此用户终端不会有明显业务质量提升的感觉。,假设一个小区有两幢楼，亦商亦居。每幢楼有用户240户，楼层20层，一梯两户，共3个门洞。用户需求有XDSL、语音和专线，覆盖率达到50%。,三、PON网络与传统网络的区别,2、PON网络的构成示意图,OLT,INTERNET,PSTN,ATM,CATV,ONU,ONU,PassiveOpticalSplitter无源分光器,OpticalNetworkUnit光网络单元,OpticalLineTerminal光线路终端,OpticalNetworkUnit光网络单元,ONU,PassiveOpticalSplitter无源分光器,小于200M,三、PON网络与传统网络的区别,3、通过比较可以看出：传统接入网络1）需要有机房放置一宽窄带设备。2）需要从机房或交接箱放光缆和铜缆分别完成语音、XDSL和专线业务的接入。3）有可能会存在接入电缆距离较远的现象。4）后期维护工作量大，维护成本高。PON网络1）可以不需要提供机房。2）完成从ONU到用户端的光缆和电缆的敷设即可。3）可以通过ONU设备类型选择的不同，结合OLT设备接入端选择的不同完成各类业务接入：数据业务(Ethernet业务，包括IP业务和MPEG视频流)、PSTN业务(POTS，ISDN业务）、专线业务（T1，E1，DS3，E3和ATM业务和视频业务（数字视频）业务。4）后期维护工作量小，维护成本低。,中国通信广角http:/www.tong-,DSLAM和GPON技术的比较,根据以上对比，两种接入方式在前期使用，光缆、电缆质量好的情况下，两者的使用效果相同。GPON接入方式较简单，故障点主要为光缆和用户接入线故障，比较适用于小节点接入，在楼宇分布密集区域可在各楼层进行布点。注意：gpon机房供电写为市电供电，存在无法保障用户的业务安全，主要原因是公司发展gpon业务的切入点为主要为用户解决宽带业务问题。,三、PON网络与传统网络的区别,4、GPON业务发展建议及注意点在发展GPON业务时要根据发展用户区域的不同情况，灵活采用不同的接入方式：1、成熟小区，用户基本已完成电缆覆盖，再次布线的难度较大，或为具备更换线缆条件的，发展GPON业务方式时，可以采用ADSL的接入方式，充分利用原有线缆，改动小，投资少。2、新建设小区，可以选择LAN或ADSL方式接入，若该小区定位为高档小区，最好选择LAN方式。3、对于需要投资建设1KM及以上的200对及以上的大对数电缆的新接入区域，应优先考虑以GPON方式接入。4、以GPON技术接入的前提条件是该区域内应用OLT设备，因此有GPON业务需求的营业部请提前向计划建设部提报需求，由计划建设部统一规划建设。,四、几种PON技术的比较,（一）APON（ATM-PON）90年代中期，一些主要的运营商成立了全业务接入网协会（FSAN），其目的是制定PON设备的统一标准，以使设备商和运营商一起进入PON设备市场，开展竞争。APON是基于ATM网络发展而来，支持ITU-TG.983建议系列155Mb/sPON系统的标准，最大可支持622Mb/s的比特率。APON亦称BPON，原因在于称APON，使人们误解为其只能提供ATM业务，所以改称为BPON（宽带无源光网络），提供以太网接入、视频分配、高速租用线等宽带业务。在保护方式、动态带宽分配（DBA）有新的特点，属于第一代FSAN系统。,四、几种PON技术的比较,（二）GPON（Gigabit-CapablePON）在2001年，FSAN推出了GPON，它属于ITU-T规定的G.984.1和G.984.2标准协议，它的最速率可达到2.488G。GPON支持全业务：包括话音（TDM、SONET和SDH）、以太网（工作在对绞线对上的10/100BaseT10或100Mb/s）、ATM、租用线与其它；GPON支持速率：对称622Mb/s、对称1.25Gb/s、非对称下行2.5Gb/s与上行1.25Gb/s以及其它比特率；GPON能提供端到端业务管理的OAM&P强大功能，由于采用帧机制，因此它类似于SDH传输可以实现小于50ms的保护机制，可以有效保障网络安全。,五、几种PON技术的比较,（三）EPON（Ethernet-PON）2000年底EFMA（EthernetintheFirstMileAlliance，第一英里以太网联盟）提出了Ethernet-PON（EPON）的概念。EPON就是将信息封装成以太网帧进行传输的PON。由于以太网相关器件价格相对低廉，并且对于在通信业务量中所占比例越来越大的以太网承载的数据业务而言，EPON免去了IP数据传输的协议和格式转化，效率高，传输速率达1.25Gbit/s。提供对称的速率。,五、两种PON技术的比较,中国通信广角http:/www.tong-,EPONMAC层以上无统一标准网管功能弱对称1Gb/s速率，10/20km，分路比32/16成熟以太网技术和芯片，实现简单，成本较低总效率较低，可用负荷为50%，约为GPON的一半互操作性差，尤其是上层多业务支持能力弱,GPON标准化程度高网管功能丰富安全性好总效率高2.5Gb/s/1.2Gb/s，分路比64GFP透明性，多业务