GPON帧结构分析

1、-WORD格式-可编辑-专业资料GPON帧结构分析编号：版本：V1.0编 制：审 核：批 准：All rights reserved 版权所有侵权必究(for internal use only)-学习资料分享-（仅供内部使用）文档修订记录日期Date修订版本RevisionVersion修 改 早 节SecNo修改描述Change Description作者Autho r目录1 刖言51.1 缩略语52技术背景63 GTC成帧技术分析63.1 GTC成帧概述 63.2 GTC下行成帧分析 73.2.1下行物理控制块（PCBd）73.3 XX技术在GPON系统中的应用203.4 XXX技术与E

2、PON的区别 224我司设备XX的实现 错误！未定义书签。4.1 与标准差异 错误！未定义书签。4.2 测试实践与应用错误！未定义书签。5 FAQ 错误！未定义书签。6参考资料 231前言GPON(Gigabit -CapablePON) 技术是基于ITU-TG.984.X标准的最新一代宽带无源光综合接入标准，具有高带宽，高效率，大覆盖范围，用户接口丰富等众多优 点，被大多数运营商视为实现接入网业务宽带化，综合化改 造的理想技术。正是GPON高带宽，高效率，用户接口丰富 等特点决定了 GPON技术的数据帧组织形式及其结构，下面我们将对相关内容进行介绍。1.1缩略语GPONGigabit Pas

3、siveOptical Network吉比特无源 光网络Alloc -IDAllocation Identifier分配标识符DBADynamic BandwidthAssignment动态带宽分 配GEMGPON EncapsulationMethodGPON 封装模式GTCGPON TransmissionConvergenceGPON 传输汇聚PCBdPhysical ControlBlock downstream下行物理控制块PLOuPhysical LayerOverhead upstream上行物理层开销T-CONTTransmissionContainer传输容器2技术背景近年来

4、随着接入网光进铜退、FTTH等概念的深入，相应 的GPON、EPON等技术得到了广泛的应用，GPON相比EPON拥有更高带宽、更高效率、接入业务多样等优势，受 到了业内的广泛关注，近两年GPON的大规模应用也印证了 GPON技术会有广阔的明天。GPON技术主要有如下几种传输标准：0.15552Gbps上行1.24416Gbps下行0.62208Gbps上行1.24416Gbps下行1.24416Gbps上行1.24416Gbps下行0.15552Gbps上行2.48832Gbps下行0.62208Gbps上行2.48832Gbps下行1.24416Gbps上行2.48832Gbps下行2.48

5、832Gbps上行2.48832Gbps下行其中 1.24416Gbps上行 2.48832Gbps下行是目前最常用的GPON传输速率，本文介绍的GPON成帧技术也是基于该传输速率标准的3 GTC成帧技术分析3.1 GTC成帧概述GTC上、下行帧结构示意如图1所示。下行GTC帧由下 行物理控制块（PCBd ）和GTC净荷部分组成。上行 GTC帧 由多个突发（burst ）组成。每个上行突发由上行物理层开 销（PLOu ）以及一个或多个与特定 Alloc-ID关联的带宽分 配时隙组成。下行GTC帧提供了 PON公共时间参考和上行突发在上 行帧中的位置进行媒质接入控制。本文主要介绍了下行速率为2.

6、48832Gbit/s，上行速率为1.24416Gbit/s 的 GPON 成帧技术，下行帧长为125us，即38880 字节，上行帧长为125us，即19440字节1下行 GTC；|i 贞+ I25usGTC帧头(PCBd)KffGTC净荷图1 GTC帧结构3.2 GTC下行成帧分析 3.2.1下行物理控制块（PCBd）图2 下行物理控制块结构下行物理控制块（PCBd ）结构如图2所示，PCBd由多 个域组成。OLT以广播方式发送PCBd，每个ONU均接收完 整的PCBd信息，并根据其中的信息进行相应操作。物理同步（Psync ）域固定长度为32字节，编码为0xB6AB31E0 ，ONU利用

7、Psync来确定下行帧的起始位置。Ident 域4字节的IDENT 域用于指示更大的帧结构。最高的 1 比特用于指示下行FEC状态，低30位比特为复帧计数器。PLOAMd 域携带下行PLOAM消息，用于完成ONU激活、OMCC 建立、加密配置、密钥管理和告警通知等 PON TC层管理功 能。详细的各个PLOAM消息介绍本文不涉及。BIP域BIP域长8比特，携带的比特间插奇偶校验信息覆盖了所 有传输字节，但不包括 FEC校验位（如果有）。在完成 FEC 纠错后（如果支持），接收端应计算前一个BIP域之后所有接收到字节的比特间插奇偶校验值，但不应覆盖FEC校验位（如果有），并与接收到的 BIP值进

8、行比较，从而测量链路 上的差错数量。下行净荷长度（Plend ）域下行净荷长度域指定了带宽映射（Bwmap ）的长度，结构如图3所示。为了保证健壮性，Plend域传送两次。带宽映射长度（Blen ）由Plend域的前12比特指定， 因此在125 e时间周期内最多能够分配 4095个带宽授权。 BWmap 的长度为8 x Blen 字节。Plend域中紧跟Blen的12比特用于指定ATM块的长度 （Alen ）,本文只介绍GEM模式进行数据传输的方法， ATM 模式不涉及，Alen域应置为全0。图3 Plend域结构BWmap 域带宽映射(BWmap )是8字节分配结构的向量数组。数组中的每个条

9、目代表分配给某个特定T-CONT的带宽。映射表中条目的数量由Plend域指定。每个条目的格式见图 4。图4 Bwmap域示意图Alloc -ID 域Alloc-ID域为12比特，用于指示带宽分配的接收 者，即特定的T-CONT或ONU的上行OMCC通道。这 12个比特无固定结构，但必须遵循一定规则。首先， Alloc -ID 值0253用于直接标识ONU。在测距过程中， ONU的第一个Alloc -ID应在该范围内分配。ONU的第 一个Alloc -ID 是默认值，等于 ONU-ID ( ONU-ID 在 PLOAM消息中使用)，用于承载 PLOAM和OMCI， 可选用于承载用户数据流。如果O

10、NU需要更多的Alloc_ID值，则将会从255以上的ID值中分配。Alloc-ID = 254是ONU激活阶段使用Alloc-ID ，用于 发现未知的ONU , Alloc-ID = 255是未分配的Alloc-ID ，用于指示没有T-CONT能使用相关分配结 构。Flags 域Flags域为12比特，包含4个独立的与上行传输功能 相关的指示符，用于指示上行突发的部分功能结构。Bit1110987654321Bit0Bit11 （ MSB）：发送功率等级序号 （PLSu。Bit10 :指示上行突发是否携带 PLOAMu域Bit9 :指示上行突发是否使用 FEC功能Bit8Bit7 :指示上行

11、突发如何发送 DBRuo00:不发送DBRu01：发送“模式0” DBRu（ 2字节）10：发送“模式1 ” DBRu（3字节）11：发送“模式2 ” DBRu（ 5字节）Bit6-0 :预留StartTime 域StartTime域长16bit，用于指示带宽分配时隙的 开始时间。该时间以字节为单位，在上行GTC帧中从0开始，并且限制上行帧的大小不超过65536字节，可满足2.488Gb/s 的上行速率要求。StopTime 域StopTime域长16bit，用于指示带宽分配时隙的 结束时间。该时间以字节为单位，在上行GTC帧中从0开始。StopTime域指示了该带宽分配时隙的最后一个 有效数

12、据字节。3.2.2 TC净荷域BWmap域之后是GTC净荷域。GTC净荷域由一系列GEM帧组成。GEM净荷域的长度 等于GTC帧长减去PCBd长度。ONU根据GEM 帧头中携带的12比特Port -ID值过滤下行GEM 帧。ONU经过配置后可识别出属于自己的 Port-ID，只接收属于自己的 GEM帧并将其送到GEM客户端 处理进程作进一步处理。注意，可把Port-ID配置为从属于PON中的多个ONU， 并利用该Port-ID来传递组播流。GEM 方式下应使用唯一一个Port-ID传递组播业务，可选支持使用多个Port-ID来传递。ONU支持组播的方式由OLT通过OMCI接口发现和识 别。3.

13、3 GTC上行成帧分析3.3.1上行帧结构开销GTC突发VAPLOuPLOAMuDBRuGTC淨荷DBRuGTC净荷xzvan irxim7图5上行帧结构上行突发GTC帧结构如图5所示，每个上行传输突发 由上行物理层开销（PLOu ）以及与Alloc-ID对应的一个或 多个带宽分配时隙组成。 下行帧中的BWmap信息指示了传 输突发在帧中的位置范围以及带宽分配时隙在突发中的位 置。每个分配时隙由下行帧中BWmap特定的带宽分配结构控制。1. 上行物理层开销（PLOu）上行物理层开销如图 6所示，PLOu字节在StartTime 指针指示的时间点之前发送。PLOu111.PreambleDeNm

14、ilerBIPONIHDIndA bytesB bytes1 bytes1 bytes1 bytes图6上行物理层开销（PLOu ）域* Preamble 、Delimiter :前导字段、帧定界符根据OLT 发送的Upstream_Overhead消息和Extended_Burst_Length消息指示生成。* BIP :该字段对前后两帧 BIP字段之间的所有字节（不包括前 导和定界）做奇偶校验，用于误码监测 ONUd :该字段唯一指示当前发送上行数据的ONU-ID ，ONU-ID在测距过程中配给 ONU。OLT通过比较 ONU-ID 域值 和带宽分配记录来确认当前发送的ONU是否正确。*

15、Ind :该域向OLT报告ONU的实时数据状态，各比特位功能所示如下:Bit位功能7(MSB)紧急的PLOAM等待发送（1 = PLOAM等待 发送，0 =无PLOAM 等待）6FEC 状态（1 = FEC打开，0 = FEC关闭）5RDI状态（1 =错误，0 =正确）4预留，不使用3预留，不使用2预留，不使用1预留，不使用0 (LSB)预留给将来使用。2. 物理层 OAM （ PLOAM）物理层OAM（ PLOAM ）消息通道用于 OLT和ONU之间 承载OAM功能的消息，消息长度固定为 13字节，下行方向 由OLT发送至ONU，上行方向由ONU发送至OLT。用于支 持PON TC层管理功能

16、，包括ONU激活、OMCC建立、加密 配置、密钥管理和告警通知等。PLOAM消息仅在默认的Alloc-ID的分配时隙中传输，详细的各个 PLOAM消息介绍 本文不涉及。3. 上行动态带宽报告（DBRu ）DBRu用于上报T-CONT的状态，为了给下一次申请带 宽，完成ONU的动态带宽分配。但不是每帧都有，当BWmap 的分配结构中相关Flags置1时，发送DBRu域。DBRu字段 由DBA域和CRC域构成，如下图所示：DBA ( 1,2,4Byte)CRC( 1 Byte)* DBA 域根据带宽分配结构要求的 DBA报告模式不同，DBA域预 留8bit、16bit或32bit的域。必需注意的是

17、，为了维护定界， 即使OLT要求的DBA模式已经被废除或者 ONU不支持该 DBA模式，ONU也必须发送长度正确的 DBA域。-CRC 域用于完成对DBRu域的CRC校验。3.3.2 GTC净荷域GTC数据净荷，可以是数据GEM帧，也可以是DBA 状态报告。净荷长度等于分配时隙长度减去开销长度。1、 GEM帧：由符合GEM格式的数据帧构成。PLOuPLOAMuDBRuPayloadGEMGEMGEMHeaderFrame Fragme ntHeaderFull FrameHeaderFrame Fragme nt图7 GEM方式数据帧构成2、 DBA报告：包含来自ONU固定长度的 DBA报告，

18、 用于ONU的带宽申请和报告。PLOuPLOAMuDBRuPayloadDBA ReportPad if needed图8 动态带宽报告帧构成3.4 OLT与ONU的定时关系3.4.1概述本文中只介绍ONU处于O5状态的上下行帧交互过程中 OLT与ONU的定时关系，下面提供几个定义：下行帧的开始时间是指发送/接收PSync域第1个字 节的时刻。上行GTC帧的开始时间是指值为 0的StartTime 指 针所指示的字节发送/接收（实际或计算的）的时刻。 上行发送时间是指带宽分配结构中StartTime 参数指示的字节发送/接收的时刻。对于非相邻结构的上行发 送，StartTime参数指示的发送字

19、节紧跟上行突发的PLOu域。特殊的，序列号响应时间定义为发送/接收Serial_Number_ONU 消息第1个字节的时刻。3.4.2 ONU上行发送定时所有的上行发送事件都以承载BWmap的下行帧开始时间为参考点，BWmap中包含了相应的带宽分配结构。需要 特别注意的，ONU发送事件不以接收相应带宽分配结构的 时间为参考点，因为下行帧中带宽分配结构的接收时间可能 会发生变化。ONU在任何时刻都维护一个始终运行的上行GTC帧时钟，上行GTC帧时钟同步于下行 GTC帧时钟，二者之间保 持精确的时钟偏移。时钟偏移量为 ONU响应时间和必要延时的总和，如图所示有充分时间接收包括上行 BWmap在内的

20、下行帧、完成上行 和下行FEC (如果需要)并准备上行响应。 ONU响应时间 值为 35 1 pS。名词“必要延时(Requisite Delay )”是指要求 ONU应 用到上行发送的超过正常响应时间的总的额外延时。必要延 时的目的是为了补偿 ONU的传输延时抖动和处理延时抖 动。ONU的必要延时值基于 OLT规定的均衡延时参数，在 ONU的不同状态下会发生变化。3.5 GEM 帧到GTC净荷的映射3.5.1概述GTC协议以透明方式承载 GEM 流。GEM 协议有两个 功能：一是用户数据帧定界，二是为复用提供端口标识。GEM 帧到GTC 净荷的映射示意见图10。（在卞打OTC桢或上行GTE炎

21、发屮）桢头用户迪据祯碎片GLM 帧头用户数懈轍 谊梏的）GCM用户数据帕碎片.2!”图10 GEM至U GTC净荷的映射3.5.2 GEM帧格式GEM帧头格式见图 11。GEM帧头由净荷长度指示（PLI ）、Port -ID、净荷类型指示（PTI ）和13比特的帧头PLI以字节为单位指示紧跟帧头的净荷段长度L。通过PLI可查找下一个帧头从而提供定界。由于PLI域只有12比特，所以最多可指示4095字节。如果用户数据帧长大于 4095字节，则必须要拆分成小于4095 字节的碎片。Port -ID 用来标识PON中4096 个不同的业务流以实 现复用功能。每个Port-ID 包含一个用户传送流。在

22、一个Alloc -ID或T-CONT 中可以传输1个或多个 Port -ID PTI编码含义如下表所示：PTI编码含义000用户数据碎片，不是帧尾001用户数据段，是帧尾010预留011预留100GEM OAM ，不是帧尾101GEM OAM ，是帧尾110预留111预留HEC字段提供帧头的检错和纠错功能。3.5.3用户数据分片因为用户数据帧长是随机的，所以 GEM 协议必须支持 对用户数据帧进行分片，并在每个GTC净荷域前插入GEM 帧头。注意分片操作在上下行方向都可能发生。GEM 帧头中PTI的最低位比特就是用于此目的。 每个用户数据帧可以分为多个碎片，每个碎片之前附加一个帧头，PTI域指

23、示该碎片是否是用户帧的帧尾。一些 PTI使用示例见图12。用户数摭枕PTI=001応盤的用户数捱袖GTC7P 荷 PTIPH =00!碑片#2GTCrK*!川户冷训巾】Me图12 PTI使用示例3.5.4用户业务到GEM 帧的映射GPON系统通过GEM通道传输普通用户协议数据， 可支持多种业务接入。下面介绍几种常用的用户业务到GEM帧的映射。以太网帧到GEM帧的映射以太网帧直接封装在 GEM帧净荷中进行承载。在进 行GEM封装前，前导码和 SFD字节被丢弃。每个以太 网帧可能被映射到一个单独的GEM 帧或多个 GEM 帧中，如果一个以太网帧被封装到多个GEM帧中，则应进行数据分片。一个GEM帧

24、只应承载一个以太网帧。如图13指示了由以太网帧映射到 GEM上的对应关系。以太网包GEM帧IP包到GEM帧的映射IP包可直接封装到 GEM帧净荷中进行承载。每个IP包（或IP包片段）应映射到一个单独的 GEM帧中或 多个GEM帧中，如果一个IP包被封装到多个 GEM帧 中，则应进行数据分片。一个 GEM帧只应承载一个IP 包的情况如图14所示。v MTOSKAFL Frag. OffTTLProtCRC源Hk址目的地址IP净荷图14 IP包映射到GEM帧上TDM帧到GEM帧的映射GEM承载TDM业务的实现方式有多种：TDM数据 可直接封装到 GEM帧中传送；或者先封装到以太网包中 再封装到GE

25、M中传送等多种方式。TDM数据封装到GEM的方式如图15所示。该机 制是利用可变长度的 GEM帧来封装TDM帧。具有相同 Port-ID 的TDM 数据分组会汇聚到 TC层之上。nni字节缓存器gemWj输入缓存器图15 TDM 帧映射到 GEM帧上通过允许GEM 帧长根据TDM 业务的频率偏移进行 变化可实现TDM业务到GEM帧的映射。TDM片段的 长度由净荷长度指示符（PLI）字段指示。TDM源适配进程应在输入缓存中对输入数据进行排 队，每当有帧到达（即每125 g） GEM 帧复用实体将记 录当前GEM帧中准备发送的字节数量。一般情况下， PLI字段根据TDM 标称速率指示一个固定字节数

26、，但经 常需要多传送或少传送一些字节，这种情况将在PLI域中反映出来。如果输出频率比输入信号频率快，则输入缓存器开始 清空，缓冲器中的数据量最终会降到低门限以下。此时将从输入缓存器中少读取一些字节，缓冲器中的数据量将上升至低门限以上。相反的，如果输出频率比输入信号频率 慢，则输入缓存器开始填满， 缓冲器中的数据量最终会上 升到高门限以上。此时将从输入缓存器多读取一些字节， 缓冲器中的数据量将降至高门限以下。3.6 GTC成帧技术在 GPON系统中的应用GPON成帧技术在 GPON系统中应用主要体现在 GPON局端设备与终端设备的数据交互过程，下面就结合用户数据在GPON系统中的传输过程来介绍

27、GTC成帧技术的 实现。GPON系统用户业务处理过程如图15所示，上行方向，语音信号输入 ONU后经过AD转换封装成以太网包后被封 装在GEM 帧中，其GEM port -id 为6 ,以太网业务直接封 装在 GEM 帧中，其 port -id 为4 , ONU 在OLT分配的上 行T-CONT时隙内将携带GEM4、GEM6的T-CONT传递 给 OLT , OLT PON 芯片将上行 GTC 净荷中的 GEM4、 GEM6分别传递给 GEM 客户端进行处理， GEM 客户端在 TM功能模块中对 GEM帧进行解封装，解出以太网包，并 记录这类以太网包与 GEM PORT 的对应关系，解出的以太网包通过主交换芯片传输给上联接口板进行上联汇聚。下行方向，上联板过来的数据通过主交换芯片传输给GPON板TM 模块，TM 模块通过记录的 GEM PORT与以太网包的 对应关系确定相应 GEM PORT ，并将以太网包封装成 GEM 帧，组成下行 GTC净荷，由下行帧传输至 ONU，ONU根据GEM PORT解封装成以太网包，根据