第6章GPON接入技术

1、宽带光接入技术 原荣 编著1 第第 6 章章 GPON接入技术接入技术 GPON概述概述 GPON物理媒质相关层（物理媒质相关层（PMD） GPON帧结构与封装帧结构与封装 GPON媒质接入控制和动态带宽分配媒质接入控制和动态带宽分配 GPON的产业化进程的产业化进程 宽带光接入技术 原荣 编著2 APON、EPON、GPON APON标准复杂，成本高，在传输以太网和标准复杂，成本高，在传输以太网和IP数数 据业务时效率低，以及在据业务时效率低，以及在ATM层上适配和提供业层上适配和提供业 务复杂。务复杂。 EPON带宽利用率低和难以支持以太网之外的业带宽利用率低和难以支持以太网之外的业 务。

2、务。 因此，全业务接入网（因此，全业务接入网（FSAN）组织开始考虑制）组织开始考虑制 定一种融合定一种融合APON和和EPON的优点，克服其缺点的优点，克服其缺点 的新的的新的PON，那就是，那就是GPON。 GPON具有吉比特高速率，具有吉比特高速率，92%的带宽利用率和的带宽利用率和 支持多业务透明传输的能力，同时能够保证服务支持多业务透明传输的能力，同时能够保证服务 质量和级别，提供电信级的网络监测和业务管理。质量和级别，提供电信级的网络监测和业务管理。 宽带光接入技术 原荣 编著3 6.1 GPON概述概述 6.1.1 GPON标准进展和参考结构标准进展和参考结构 6.1.2 GPO

3、N系统协议分层模型和各层功能系统协议分层模型和各层功能 6.1.3 GPON与与EPON的比较及其优势的比较及其优势 宽带光接入技术 原荣 编著4 6.1.1 GPON标准进展和参考结构标准进展和参考结构 2001年在年在IEEE制定制定EPON标准的同时，全业务接入网标准的同时，全业务接入网 （FSAN）组织开始发起制定速率超过）组织开始发起制定速率超过1 Gb/s的的PON网络网络 标准，即标准，即GPON（Gigabit Capable PON）。）。 随后，随后，ITU-T也介入了这个新标准的制定工作，并于也介入了这个新标准的制定工作，并于2003 年年1月通过了两个有关月通过了两个有

4、关GPON的新标准，即的新标准，即G.984.1（总体（总体 特性）、特性）、G.984.2（物理媒质相关层）。（物理媒质相关层）。 2004年年3月和月和6月发布了月发布了G.984.3（传输汇聚（传输汇聚TC层）标准。层）标准。 2005年又制定了年又制定了G.984.4（ONU管理控制接口规范）标准。管理控制接口规范）标准。 为了使为了使GPON实现与下一代实现与下一代PON（NG-PON）兼容，）兼容，ITU- T又发布了又发布了G.984.5标准，其中包括了对标准，其中包括了对ONU上行波长范围上行波长范围 进行收窄。进行收窄。 宽带光接入技术 原荣 编著5 图图6.1.1 GPON

5、系统参考结构系统参考结构 ODN是一个连接是一个连接OLT和和ONU的无源设备，它的主要功能是完成光信号的无源设备，它的主要功能是完成光信号 和功率的分配任务。和功率的分配任务。 GPON上下行数据流可以采用波分复用技术，在一根光纤上传送上下行上下行数据流可以采用波分复用技术，在一根光纤上传送上下行 数据。下行使用数据。下行使用1 4801 500 nm波段，上行使用波段，上行使用12601360 nm波段。波段。 同时，同时，GPON的的ODN光分路器的性能也大大提高，可支持光分路器的性能也大大提高，可支持1:128分路比。分路比。 1 310 nm 1 490 nm WDM WDM OLT

6、ONU 光分 路器 光发射机 光接收机 1 490 nm 1 310 nm 光发射机 光接收机 GPON ONU MAC UNI I/O 数据 GPON OLT MAC ODN S/RR/S SNI I/O 数据 SNRUNI 宽带光接入技术 原荣 编著6 6.1.2 GPON系统协议分层模型和各层功能系统协议分层模型和各层功能 GTC成帧子层完成成帧子层完成GTC帧的封装、传输、测距和带宽分配等。帧的封装、传输、测距和带宽分配等。 GTC适配子层提供协议数据单元（适配子层提供协议数据单元（PDU）与高层实体的接口。）与高层实体的接口。ATM 和和GEM（GPON）信息在各自的适配子层完成服务

7、数据单元（）信息在各自的适配子层完成服务数据单元（SDU） 与与PDU的转换。的转换。 ONT操作管理通信接口操作管理通信接口OMCI适配子层高于适配子层高于ATM和和 GEM适配子层，适配子层， 它识别它识别VPI/VCI和和Port-ID，并完成，并完成OMCI通道数据与高层实体的交换。通道数据与高层实体的交换。 GTC （U） PMD物理媒质相关层 GTC 高层 适配子层 成帧子层 用户 平面 （C/A）控制/管理 平面 层TC 层结构功能 传 输 媒 质 层 传 输 汇 聚 层 成帧 子层 适 配 子 层 层 测距、 上行时隙分配、带宽分配、保密 安全、保护切换 适配子层ATM 适配子

8、层GEM OMCI 适配子层提供该通道数据和高层实体的交唤 ATM、SDHPDU与 的转换 GEM、SDU 与 的转换PDU VPI/VCIPort-ID识别 和 波分复用、光纤连接适配 E/O TC PMD 宽带光接入技术 原荣 编著7 图图6.1.3 C/U平面协议栈平面协议栈 OMCI OMCI适配 VPI/VCI过滤 ATM TC适配 PLOAM Port-ID GEM TC适配 Alloc-ID GEM部分 Alloc-ID ATM部分 PLOAM部分 OAM内嵌 帧头 基于帧位置的复用 TC适配子层 GTC成帧子层 过滤 过滤过滤 DBA 上行带宽授权 密钥切换 信息报告 宽带光接

9、入技术 原荣 编著8 图图6.1.4 U平面协议栈平面协议栈 GPON有两有两 种传输模种传输模 式：一种式：一种 是是ATM模模 式，另一式，另一 种是种是 GEM模模 式。式。 GPON在在 传输过程传输过程 中，可以中，可以 用用ATM模模 式，也可式，也可 以用以用 GEM模模 式，也可式，也可 以共同使以共同使 用这两种用这两种 模式。究模式。究 竟使用哪竟使用哪 种模式，种模式， 要在要在 GPON初初 始化的时始化的时 候进行选候进行选 择。择。 ATM用户 VPI/VCI过滤 ATM TC适配 Port-ID GEM TC适配 Alloc-ID GEM部分 Alloc-ID A

10、TM部分 PLOAM部分 帧头 基于帧位置的复用 TC适配子层 GTC成帧子层 过滤 过滤过滤 ATM用户 GEM业务 ATM业务 宽带光接入技术 原荣 编著9 6.1.3 GPON与与EPON的比较及其优势的比较及其优势 （1）带宽利用率）带宽利用率 EPON使用使用8B/10B编码，本身就引入了编码，本身就引入了20 %的带宽损失。的带宽损失。GPON使用使用 扰码作线路码，只改变码，不增加码，所以没有带宽损失；另一方面，扰码作线路码，只改变码，不增加码，所以没有带宽损失；另一方面， EPON封装的总开销约为调度开销总和的封装的总开销约为调度开销总和的34.4 %，而，而GPON在同样的包

11、在同样的包 长分布模型下，得到长分布模型下，得到GPON的封装开销约为的封装开销约为13.7%。 （2）成本）成本 从单比特成本来讲，从单比特成本来讲，GPON的成本要低于的成本要低于EPON。 （3）多业务支持）多业务支持 EPON对于传输传统的对于传输传统的TDM支持能力相对比较差，容易引起支持能力相对比较差，容易引起QoS的问的问 题。而题。而GPON 特有的封装形式，使其能很好地支持特有的封装形式，使其能很好地支持ATM业务和业务和IP业务。业务。 （4）OAM功能功能 EPON在在OAM标准方面定义了远端故障指示、远端环回控制和链路监标准方面定义了远端故障指示、远端环回控制和链路监

12、视等基本功能，对于其它高级的视等基本功能，对于其它高级的OAM功能，则定义了丰富的厂商扩展功能，则定义了丰富的厂商扩展 机制，让厂商在具体的设备中自主增加各种机制，让厂商在具体的设备中自主增加各种OAM功能。功能。GPON的的 OAM包括带宽授权分配、包括带宽授权分配、DBA、链路监视、保护倒换、密钥交换以及、链路监视、保护倒换、密钥交换以及 各种告警功能。从标准上看，各种告警功能。从标准上看，GPON标准定义的标准定义的OAM信息比信息比EPON的的 丰富。丰富。 宽带光接入技术 原荣 编著10 GPON具有以下优势具有以下优势 （1）灵活配置上）灵活配置上/下行速率下行速率 GPON技术支

13、持的速率配置有技术支持的速率配置有7种方式，如表种方式，如表6.2.1所示。所示。 （2）高效承载）高效承载IP业务业务 GEM帧的净荷区范围为帧的净荷区范围为04 095字节，解决了字节，解决了APON中中ATM信元带来的承载信元带来的承载IP 业务效率低的弊病；而以太网业务效率低的弊病；而以太网MAC帧中净负荷区的范围仅为帧中净负荷区的范围仅为461 500 字节。字节。 （3）支持实时业务能力）支持实时业务能力 GPON所采用的所采用的125 s周期的帧结构能对周期的帧结构能对TDM语音业务提供直接支持，无论是语音业务提供直接支持，无论是 低速的低速的E1，还是高速的，还是高速的STM1

14、，都能以它们的原有格式传输，这极大地减少了，都能以它们的原有格式传输，这极大地减少了 执行语音业务的时延及抖动。执行语音业务的时延及抖动。 （4）支持的接入距离更远）支持的接入距离更远 针对针对FTTB开发的开发的GPON系统，其系统，其OLT到到ONU的最远逻辑接入距离可以达到的最远逻辑接入距离可以达到60 km以上，而以上，而EPON则只有则只有20 km。 （5）带宽有效性）带宽有效性 EPON的带宽有效性为的带宽有效性为70 %；而；而GPON则高达则高达92 %。 （6）分路比数量）分路比数量 EPON的支持的分路比为的支持的分路比为32；而；而GPON则高达则高达64或或128。

15、（7）运行、管理、维护和指配（）运行、管理、维护和指配（OAM&P）功能强大）功能强大 GPON借鉴借鉴APON中中PLOAM信元的概念，实现全面的运行维护管理功能。信元的概念，实现全面的运行维护管理功能。 表表 6.1.2列出列出APON、EPON、GPON三种三种PON的技术比较。的技术比较。 宽带光接入技术 原荣 编著11 图图6.1.5 APON、EPON、GPON 承载业务能力的比较承载业务能力的比较 EPON（IEEE） ONUOLT 以太网帧 BPON（ITU-T） ONUOLT 125 ATM 信元（ 个字节53 ） s GPON（ITU-T） ONUOLT 125 信元ATM

16、 s Ethernet SDH 2 ms GEM 帧 宽带光接入技术 原荣 编著12 6.2 GPON物理媒质相关层（物理媒质相关层（PMD） 6.2.1 线路比特速率 6.2.2 物理媒质与波长分配 6.2.3 传输距离和分支比 6.2.4 光端机 6.2.5 通过前向纠错（FEC）获得光增益 6.2.6 ONU功率电平调整机制 宽带光接入技术 原荣 编著13 6.2.1 线路比特速率线路比特速率 线路传输速率应为线路传输速率应为8 kHz的整数倍。的整数倍。G.984.2规范规范 了了7种系统的线路速率可供选择，如表种系统的线路速率可供选择，如表6.2.1所示。所示。 由此可见，由此可见，

17、GPON线路速率比线路速率比APON有了明显的有了明显的 提高。而且提高。而且GPON可以接受的速率中，上行和下可以接受的速率中，上行和下 行速率最大差距可以是行速率最大差距可以是2 488.32 Mbps/155.52 Mbps，这一规定充分考虑到了现在网络的实际应，这一规定充分考虑到了现在网络的实际应 用情况。用情况。 如果对上行速率要求不高，可以选择很低的上行如果对上行速率要求不高，可以选择很低的上行 速率，这样对上行光突发发射和接收的要求就可速率，这样对上行光突发发射和接收的要求就可 降低，从而可节约成本降低，从而可节约成本 宽带光接入技术 原荣 编著14 6.2.2 物理媒质与波长分

18、配物理媒质与波长分配 1. 传输媒质传输媒质 由于由于PON的传输距离较短，最长为的传输距离较短，最长为20 km，因此，与，因此，与 APON一样均采用比较便宜的一样均采用比较便宜的ITU-T G.652光纤。光纤。 光分配网（光分配网（ODN）物理媒质层的参数见表）物理媒质层的参数见表4.2.2。 PON系统上系统上/下行方向均采用扰码的下行方向均采用扰码的NRZ编码，这与编码，这与 APON一样。一样。 2. 波长分配与双向传输波长分配与双向传输 第一种是单纤第一种是单纤WDM双向传输，上双向传输，上/下行采用不同的波长，下行采用不同的波长， 上行上行1 4801 500 nm，下行，下

19、行1 2601 360 nm。 第二种是双纤系统，双向传输采用双纤空分复用，上第二种是双纤系统，双向传输采用双纤空分复用，上/下下 行均采用同一个波长，上行均采用同一个波长，上/下行方向的工作波长范围均为下行方向的工作波长范围均为1 2601 360 nm。这与目前。这与目前APON对波长的分配完全相同。对波长的分配完全相同。 宽带光接入技术 原荣 编著15 6.2.3 GPON传输距离和分支比传输距离和分支比 和和APON一样，系统目标传输距离是一样，系统目标传输距离是20 km，但支，但支 持的分光比除持的分光比除1:16和和1:32两种外，还支持两种外，还支持1:64和和 1:128。高

20、分支比更适合作为住宅宽带业务引入方。高分支比更适合作为住宅宽带业务引入方 案，可见案，可见GPON有着很好的应用前景。有着很好的应用前景。 最大逻辑距离为独立于光预算的特定传输系统能最大逻辑距离为独立于光预算的特定传输系统能 达到的最大长度（达到的最大长度（km）。它不受）。它不受PMD参数限制，参数限制， 而是受到而是受到TC层和执行情况的影响。层和执行情况的影响。 APON的最大逻辑距离为的最大逻辑距离为20 km，而，而GPON为为60 km。 宽带光接入技术 原荣 编著16 6.2.4 光端机光端机 G.984.2给出了给出了GPON系统不同上下行速率时的系统不同上下行速率时的4个光接

21、口的个光接口的 要求。在要求。在S/R参考点对发射机的要求和在参考点对发射机的要求和在R/S参考点对接收参考点对接收 机的要求机的要求, GPON和和APON的标准基本一致。表的标准基本一致。表6.2.3和表和表 6.2.4给出其中两个典型的接口要求。给出其中两个典型的接口要求。 根据系统对衰减根据系统对衰减/色散特性的要求，可以选择多纵模（色散特性的要求，可以选择多纵模（MLM） 激光器或单纵模（激光器或单纵模（SLM）激光器。应该指出，并不要求都）激光器。应该指出，并不要求都 用用SLM激光器，只要能够满足系统性能的要求，就可以用激光器，只要能够满足系统性能的要求，就可以用 MLM器件取代

22、器件取代SLM器件。器件。 消光比（消光比（EX）、接收机灵敏度定义、接收机最小过载定义、）、接收机灵敏度定义、接收机最小过载定义、 反射功率容限和抗长连反射功率容限和抗长连“0”和长连和长连“1”（CIDI）的性能测）的性能测 试方法等与试方法等与APON的相同（见的相同（见4.2.3节）。节）。 宽带光接入技术 原荣 编著17 6.2.5 通过前向纠错（通过前向纠错（FEC）获得光增益）获得光增益 FEC技术在光通信中的应用主要是为了获得额外技术在光通信中的应用主要是为了获得额外 的增益，即净编码增益（的增益，即净编码增益（NCG，Net Coding Gain）。选择一种好的编码制式，甚

23、至可以获得）。选择一种好的编码制式，甚至可以获得 10 dB的编码增益。在的编码增益。在PON系统中，也可以采用系统中，也可以采用 FEC获得额外的编码增益。这样就可以降低发射获得额外的编码增益。这样就可以降低发射 机功率，提高接收机灵敏度，增大传输距离或扩机功率，提高接收机灵敏度，增大传输距离或扩 大分支比。大分支比。 采用采用ITU-T G.975建议的建议的RS(255, 239)循环码循环码 。 有关有关FEC的进一步介绍见原荣编著的的进一步介绍见原荣编著的光纤通信光纤通信 （第（第3版）版）7.7.2节。节。 宽带光接入技术 原荣 编著18 6.2.6 ONU功率电平调整机制功率电平

24、调整机制 当工作速率为当工作速率为1 244.16 Mb/s以上时，以上时，GPON OLT接收机一接收机一 般要采用般要采用APD光电探测器光电探测器(见见8.3.4节节)。此时存在高灵敏度。此时存在高灵敏度 和突发接收大动态范围两者之间的矛盾。为了减轻对和突发接收大动态范围两者之间的矛盾。为了减轻对OLT 接收机动态范围的要求，在接收机动态范围的要求，在ODN损耗不大时为避免损耗不大时为避免OLT 接收机过载，可采用适当的接收机过载，可采用适当的ONU功率电平调整机制。这功率电平调整机制。这 样，使样，使ONU在低损耗在低损耗ODN中可以采用低发射功率，从而中可以采用低发射功率，从而 降低

25、功率消耗，增加激光器寿命。降低功率消耗，增加激光器寿命。 功率调整机制要求功率调整机制要求TC层配合，层配合，ONU根据根据OLT发送的下行发送的下行 信息增加或减少发送功率。信息增加或减少发送功率。G.984规定规定ONU发射机有发射机有3种种 输出功率模式：正常模式、比正常模式低输出功率模式：正常模式、比正常模式低3 dB模式和低模式和低6 dB模式。要求模式。要求OLT接收端必须能测量比接收灵敏度低接收端必须能测量比接收灵敏度低5 dB的突发功率。的突发功率。 宽带光接入技术 原荣 编著19 6.3 GPON帧结构与封装帧结构与封装 6.3.1 GEM帧结构 6.3.2 GEM帧同步 6

26、.3.3 GEM帧的分段机制 6.3.4 GEM对TDM数据的封装 6.3.5 GEM 对以太网数据的封装 6.3.6 GPON上/下行帧结构 宽带光接入技术 原荣 编著20 6.3.1 GEM帧结构帧结构 由由5字节的帧头和字节的帧头和 L字节的净荷组成。字节的净荷组成。 GEM帧头由帧头由4部分组成，它们是净荷长度部分组成，它们是净荷长度 标识（标识（PLI），端口标识（），端口标识（Port-ID），净），净 荷类似标识（荷类似标识（PTI）和帧头错误校验）和帧头错误校验 （HEC）。）。 用户数据 （12 bit） 帧头 净荷长 度标识 端口 标识 净荷类 型标识 帧头错 误校验 PL

27、IPort IDPTIHEC 净荷 （12 bit）（3 bit）（13 bit） （L byte） 5 字节 44095 字节净荷 宽带光接入技术 原荣 编著21 6.3.2 GEM 帧同步帧同步 图图6.3.2 GEM帧获得同步状态的过程帧获得同步状态的过程 帧同步可分为预同步状态、同步状态和搜索状态。搜帧同步可分为预同步状态、同步状态和搜索状态。搜 索状态为链路初始化或索状态为链路初始化或GEM接收机接受失败的基本状态。接收机接受失败的基本状态。 捕获捕获GEM帧头和实现帧的同步是通过帧头和实现帧的同步是通过HEC来实现的。来实现的。 一次 正确的 一次 不正 确的 HEC HEC 搜索

28、 状态 同步 状态 预 同步 状态 一次正确的 HEC HEC 一次 不匹 配的 宽带光接入技术 原荣 编著22 6.3.3 GEM帧的分段机制帧的分段机制 图图6.3.3 GEM帧的分段机制对用户数据帧的分段过程帧的分段机制对用户数据帧的分段过程 由于用户数据帧的长度是随机的，如果用户数据帧的长度由于用户数据帧的长度是随机的，如果用户数据帧的长度 超过超过GEM协议规定的净荷最大长度，就要采用协议规定的净荷最大长度，就要采用GEM的分的分 段机制。段机制。 GEM的分段机制把超过净荷最大长度的用户数据帧分割的分段机制把超过净荷最大长度的用户数据帧分割 成若干段，每一段的长度与成若干段，每一段

29、的长度与GEM净荷最大长度相等，并净荷最大长度相等，并 且在每段的前面都加上一个且在每段的前面都加上一个GEM帧头帧头 帧头 净荷长度 GEM GEM帧 PTI 001 净荷 第 用户帧长1 L (a) 用户帧长与GEM帧 的最大长度相等 1第 段 PTI 000 净荷2第 段 PTI 001 净荷 2第 用户帧长 LL (b) 用户帧长是GEM帧 最大长度的2倍 第 用户帧长3 LLL 1第 段 PTI 000 净荷2第 段 PTI 000 净荷3第 段 PTI 001 净荷 (c) 用户帧长是GEM帧 最大长度的3倍 宽带光接入技术 原荣 编著23 图图6.3.4 时间比较敏感业务的分段过

30、程时间比较敏感业务的分段过程 在在GTC系统中使用分段机制有两个目的：一个是在每个系统中使用分段机制有两个目的：一个是在每个 分段前面都加上一个帧头，另一个是对于一些时间比较敏分段前面都加上一个帧头，另一个是对于一些时间比较敏 感的业务，如语音业务，必须以高优先级进行传输，而分感的业务，如语音业务，必须以高优先级进行传输，而分 段机制能保证这一点。因为它把语音业务总是放在净荷区段机制能保证这一点。因为它把语音业务总是放在净荷区 的前端发送，如图的前端发送，如图6.3.4所示。所示。GTC帧的帧长是帧的帧长是125 s，延，延 时比较小，从而能保证语音业务的时比较小，从而能保证语音业务的QoS。

31、 净荷PLOu 数据帧 GEM 帧头 紧急帧 PTI 001 GEM 帧头 PTI 000 数据帧 GEM 帧头 紧急帧 PTI 001 GEM 帧头 PTI 000 净荷PLOu 1/22/2 上行物理层开销PLOu: 宽带光接入技术 原荣 编著24 6.3.4 GEM对对TDM数据的封装数据的封装 GEM对对TDM数据的封装是将数据的封装是将TDM业务直接映射业务直接映射 到可变长的到可变长的GEM帧中，即帧中，即TDM over GEM。 这种方式是是这种方式是是ITU-T G.984.3的附录中提出的专门的附录中提出的专门 为为GPON系统承载系统承载TDM业务所设计的一种封装技业务所

32、设计的一种封装技 术。具有相同术。具有相同Port ID的的TDM数据分组汇聚到数据分组汇聚到TC 层。层。 GEM使用不定长的使用不定长的GEM帧对帧对TDM业务字节进行业务字节进行 分装。净荷的长度根据分装。净荷的长度根据TDM用户数据的传输频率用户数据的传输频率 确定。确定。 TDM over GEM方式的优点在于使用了与方式的优点在于使用了与SDH相相 同的同的125 s的的GEM帧，使得帧，使得GPON可以直接承载可以直接承载 TDM业务，将业务，将TDM数据直接映射到数据直接映射到GEM帧中，帧中， 使得分装效率提高。使得分装效率提高。 宽带光接入技术 原荣 编著25 6.3.5

33、GEM 对以太网数据的封装对以太网数据的封装 （a）GEM对对TDM数据的封装数据的封装 （b）GEM对对Ethernet数据的封装数据的封装 图图6.3.5 GEM 对以太网数据的封装对以太网数据的封装 PTI PLI Port-ID 净荷 CRC GEM GEM 帧Ethernet IPG Preamble SFD DA SA Length/Type MAC CD FCS EOF 12 7 1 6 6 2 4 1 字节 包 IPG: Inter Packet Gap Preamble: SFD: DA: Destination Address SA: Source Address Leng

34、th/Type: MAC CD: MAC Client Dada FCS: Header Error Check EOF: 5 04095 PTI PLI HEC Port-ID 净荷 数据TDM （可变长度） 输入缓存器 数据 TDM 输入 前导码 帧起始标识 帧结束定界 宽带光接入技术 原荣 编著26 6.3.6 GPON上上/下行帧结构下行帧结构 为了传输为了传输TDM业务和业务和ATM业务，业务，GPON与与APON一样，仍采一样，仍采 用固定周期的上用固定周期的上/下行帧来传输数据。即下行帧来传输数据。即GPON将将ATM信元信元 和和GEM字段封装到字段封装到125 s的上的上/下

35、行帧的净荷中传输下行帧的净荷中传输 字节数 PsyncIdentPLOAMdBIPPlendUS BW Map 4413 1 44 Plend N8 ATMGEM 信元零散字段 PLOu PLOAMu PLSuDBRu XDBRu Y净荷X Y净荷PLOu DBRu Z Z净荷 上行帧 T 125 s = 下行帧 x T 125 s = 下行帧控制字段 数据净荷 PCBd T 125 s = 下行帧控制字段 数据净荷 PCBd T 125 s = 下行帧控制字段 数据净荷 PCBd 宽带光接入技术 原荣 编著27 6.4 GPON媒质接入控制和媒质接入控制和 动态带宽分配动态带宽分配 6.4.

36、1 GPON媒质接入控制（MAC） 6.4.2 动态带宽分配（DBR） 6.4.3 GPON测距和延时补偿 6.4.4 ONU与OLT的同步过程 6.4.5 GPON ONT管理控制接口（OMCI） 6.4.6 用户信息保护与安全 宽带光接入技术 原荣 编著28 6.4.1 GPON媒质接入控制（媒质接入控制（MAC） 媒质接入控制媒质接入控制 (MAC)的目的是确保在上行方向任的目的是确保在上行方向任 何时间内只有何时间内只有1个个ONU能够访问共享媒质，从而能够访问共享媒质，从而 确保正常工作时没有数据重叠和冲突。确保正常工作时没有数据重叠和冲突。 PON将信道分为上行和下行两个方向，只有

37、上行将信道分为上行和下行两个方向，只有上行 方向需要接入控制。方向需要接入控制。 MAC的主机位于的主机位于OLT处，处，ONU是从机。按照是从机。按照 ITU-T的定义，的定义，MAC协议包括三个机制：位于协议包括三个机制：位于 OLT的的MAC算法，从算法，从ONU发到发到OLT的业务信息的业务信息 以及由以及由OLT通知通知ONU允许它发送业务的授权许可。允许它发送业务的授权许可。 当前主要有两种不同的当前主要有两种不同的MAC协议：静态带宽分配协议：静态带宽分配 和动态带宽分配。和动态带宽分配。 宽带光接入技术 原荣 编著29 6.4.2 动态带宽分配（动态带宽分配（DBR） 动态带宽

38、分配（动态带宽分配（DBR）技术，根据）技术，根据GPON系统各系统各 ONU提供的不同业务量需求，实时动态地调整其提供的不同业务量需求，实时动态地调整其 使用的上行带宽，以适应用户速率的各种变化，使用的上行带宽，以适应用户速率的各种变化， 从而提高系统的带宽利用率。从而提高系统的带宽利用率。 PON系统的上行接入一般采用固定分配和中央控系统的上行接入一般采用固定分配和中央控 制按需分配相结合的方式，也就是制按需分配相结合的方式，也就是ITU-T G.983.4 规范的静态带宽分配和动态带宽分配两种方式。规范的静态带宽分配和动态带宽分配两种方式。 有关动态带宽分配（有关动态带宽分配（DBR）的

39、内容，我们将在第）的内容，我们将在第 9章中进行详细的介绍。本节只是将有关章中进行详细的介绍。本节只是将有关GPON动动 态带宽分配的内容作简要的概述。态带宽分配的内容作简要的概述。 宽带光接入技术 原荣 编著30 图图6.4.1 用户数据分装在用户数据分装在2个个T-CONT 缓冲器中缓冲器中 图图6.4.2 对分类缓冲业务进行优先级别控制对分类缓冲业务进行优先级别控制 图图6.4.1表示用户数据流分装入表示用户数据流分装入2个个T-CONT 缓冲器的情况，这缓冲器的情况，这2个缓冲个缓冲 器在同一个器在同一个ONU中。一些中。一些T-CONT缓冲器可以被一个内部优先调度程缓冲器可以被一个内

40、部优先调度程 序使用，或被某个上层使用。序使用，或被某个上层使用。 图图6.4.2表示上边的表示上边的T-CONT缓冲器没有被内部调度程序使用，而下边缓冲器没有被内部调度程序使用，而下边 的的T-CONT缓冲器却含有缓冲器却含有3个业务分类缓冲器，被内部调度程序使用，个业务分类缓冲器，被内部调度程序使用， 因为在一些应用中，需要使用优先级别控制。因为在一些应用中，需要使用优先级别控制。 T-CONT 缓冲器 ONU/ONT 用户 数据 OLT ODN 优先 级别 控制 分类缓冲 T-CONT 缓冲器 OLT ONU/ONT ODN UNI 用户 数据 T-CONT 缓冲器 34 2：4： 1：

41、固定保障带宽 确保带宽 3： 非确保带宽 尽力而为带宽 1 2 3 宽带光接入技术 原荣 编著31 6.4.3 GPON测距和延时补偿测距和延时补偿 由于由于ONU与与OLT的距离不同，环境温度变化或光器的距离不同，环境温度变化或光器 件老化，会使件老化，会使ONU的数据流经过不同长度的光纤传的数据流经过不同长度的光纤传 输后，产生不同的时延。如果不加控制，就有可能输后，产生不同的时延。如果不加控制，就有可能 发生碰撞和重叠，引起大量比特误码，甚至使数据发生碰撞和重叠，引起大量比特误码，甚至使数据 帧丢失，导致媒质接入控制失败。帧丢失，导致媒质接入控制失败。 测距的最终目的就是由测距的最终目的

42、就是由OLT为每个为每个ONU(i)提供一个提供一个 合适的均衡时延合适的均衡时延Td (i)值。并通过值。并通过GTC PLOAM下行下行 信息将此值告知被测距的信息将此值告知被测距的ONU。 GPON测距可分为动态测距和静态测距两类。动态测测距可分为动态测距和静态测距两类。动态测 距是针对各距是针对各ONU在运行过程中随环境和时间变化而在运行过程中随环境和时间变化而 发生的时延漂移，发生的时延漂移，OLT实时微调各实时微调各ONU的的Td值。动值。动 态测距是在系统运行中一直要进行的，无需专门打态测距是在系统运行中一直要进行的，无需专门打 开测距窗口；静态测距一般在系统初装或有新开测距窗口

43、；静态测距一般在系统初装或有新ONU 加入的情况下进行，需要进行开窗测距。加入的情况下进行，需要进行开窗测距。 宽带光接入技术 原荣 编著32 6.4.4 ONU与与 OLT的的 同步过同步过 程程 ONU以搜索状态开始工作，它在所有可能的序列以搜索状态开始工作，它在所有可能的序列 中搜索中搜索Psync域。一旦找到一个正确的域。一旦找到一个正确的Psync域，域， ONU就转变成预同步状态。就转变成预同步状态。 在预同步状态，如果在预同步状态，如果ONU再收到再收到M11个正确的个正确的 Psync域，就向前达到同步状态。域，就向前达到同步状态。 收到一个 正确的 收到 一个 错误的 搜索

44、状态 同步 状态 预 同步 状态 收到 个 错误的Psync Psync Psync Psync 收到 个正确的 M11 M2 宽带光接入技术 原荣 编著33 6.4.5 GPON ONT管理控制接口（管理控制接口（OMCI） G.984.4对对GPON系统的系统的ONT管理控制接口（管理控制接口（OMCI）进行）进行 了规范，目标是实现多厂家了规范，目标是实现多厂家OLT和和ONU设备之间的互通。设备之间的互通。 G.984.4继承了继承了APON标准标准G.983的很多内容。的很多内容。 OLT使用使用OMCI协议控制协议控制ONU，该协议允许，该协议允许OLT建立和拆建立和拆 除与除与ONU的连接，管理的连接，管理ONU的用户网络接口（的用户网络接口（UNI），）， 获取信息