GPON工作原理及应用

1、中国电信维护岗位认证教材编写小组编制1中国电信维护岗位认证教材（IP专业）GPON技术技术2目录目录 第一章第一章 GPONGPON系统构成系统构成 第二章第二章 GPONGPON帧结构帧结构 第三章第三章 GPONGPON工作原理工作原理 第四章第四章 GPONGPON体系结构及特性体系结构及特性 第五章第五章 GPONGPON的加密的加密31.1 GPON标准体系标准体系-G.984系列系列G.984.1概述业务方案、参考配置、基本技术要求、保护方式G.984.2PMD层 基本要求、和TC层的相互作用G. 984.3TC层 层次模型、复用机制、TC帧结构、 激活方式、OAM功能、安全性、F

2、ECG. 984.4OMCI 管理信息库MIB、ONT管理控制通道、 ONT管理控制协议41.2 GPON的拓扑结构的拓扑结构-点对多点点对多点51.3 GPON的系统构成（的系统构成（1/4）OLT（Optical Line Terminal） 光线路终端 通常放置在中心机房（CO）ONU（Optical Network Unit） 光网络终端 通常放置在用户侧POS（Passive Optical Splitter） 无源光分路器 是连接OLT和ONU的无源设备 61.3 GPON的系统构成（的系统构成（2/4）低成本单纤双波长传送结构下行中心波长1490nm上行中心波长1310nm71.

3、3 GPON的系统构成（的系统构成（3/4）OLT系统功能框图 ODN interfacefunction ODN interfacefunction PON TCfunction PON TCfunction Cross-connectfunction Serviceadaptation Serviceadaptation PON core shell Cross-connect shell Service shell 81.3 GPON的系统构成（的系统构成（4/4）ONU系统框图91.4 GPON的上下行速度的上下行速度 0.15552 Gbit/s up, 1.24416 Gbit/s

4、 down0.62208 Gbit/s up, 1.24416 Gbit/s down1.24416 Gbit/s up, 1.24416 Gbit/s down0.15552 Gbit/s up, 2.48832 Gbit/s down0.62208 Gbit/s up, 2.48832 Gbit/s down1.24416 Gbit/s up, 2.48832 Gbit/s down2.48832 Gbit/s up, 2.48832 Gbit/s down 10目录目录 第一章第一章 GPONGPON系统构成系统构成 第二章第二章 GPONGPON帧结构帧结构 第三章第三章 GPONGP

5、ON工作原理工作原理 第四章第四章 GPONGPON体系结构及特性体系结构及特性 第五章第五章 GPONGPON的加密的加密112.1 GPON的帧结构的帧结构GTC帧GTC帧固定帧长 125US，即8K，可为TDM业务提供帧头信息PCBdnSlot0Slot1SlotRDownstreamUpstreamPCBdn+1SlotRSlot0US Virtual Frame TX Interval2n byteTP-Frame = 125 uSPayload nSlot1Payloadn+1122.2 GPON的下行帧的下行帧Payload n T = 125 sP-Fram e PC Bd1n

6、 + PC Bd2n + Payload 1n + PC Bdn TD M & data fragm entsover G EM section N * 53 bytes Pure ATM cellssection 132.3 GPON的上行帧的上行帧Payload DBRu M sgID1 byte CRC1 byte M essage10 bytes ONUID1 byte Preamblebytesa Delimiterbytesb DBA 1, 2, 4bytes O NU-ID1 byte CRC1 byte BIP1 byte PLOu PLSu StartTime ind

7、icatesthis byte boundary Ind1 byte PLOAM u 142.4 GPON的链路层帧结构的链路层帧结构GEM帧帧GEM帧结构：帧结构： PayloadLengthIndicator PLI12 bits Port ID12 bits PTI3 bits HEC13 bits Fragment payload BytesL PayloadTypeIndicator PTI codeMeaning000User data fragment, Congestion has Not occurred, Not the end of a frame001User data

8、 fragment, Congestion has Not occurred, End of a frame010User data fragment, Congestion Has occurred, Not the end of a frame011User data fragment, Congestion Has occurred, End of a frame100GEM OAM 101Reserved110Reserved111Reserved15目录目录 第一章第一章 GPONGPON系统构成系统构成 第二章第二章 GPONGPON帧结构帧结构 第三章第三章 GPONGPON工作

9、原理工作原理 第四章第四章 GPONGPON体系结构及特性体系结构及特性 第五章第五章 GPONGPON的加密的加密163.1 GPON的工作原理（的工作原理（1/5）单播/广播业务 （下行） OLTpayload HECPTIPort-id=1PLIFCSpayload T/LSADAGEM1 GEM2 GEM3 GEM1 PCBFCSpayload T/LSADAONU2Portid=2ONU3Portid=3ONU2Portid=1根据PORT-ID进行过滤125us173.1 GPON的工作原理（的工作原理（2/5）单播业务（上行）OLTFCSpayload T/LSADAONU2Po

10、rtid=2ONU3Portid=3ONU2Portid=1125uspayload HECPTIPort-id=1PLIFCSpayload T/LSADAGEM1ploGEM3ploGEM2ploGEM1ploGEM2ploGEM3plo上行数据用PORTID进行隔离和复用183.1 GPON的工作原理（的工作原理（3/5）组播业务采用广播PORID域和L2组播过滤表配合实现125usOLTpayload HECPTIPort-id=XPLIFCSpayload T/LSADA=YGEMX GEM2 GEM3 GEM1 PCBFCSpayload T/LSADA=YONU2Portid=2

11、Portid=xMA=YONU3Portid=3Portid=xMAYONU2Portid=1Portid=xMA=YPortid=x 构成广播域MA=组播地址表项Y是组播地址193.1 GPON的工作原理（的工作原理（4/5）广播业务（下行）125usOLTpayload HECPTIPort-id=ZPLIFCSpayload T/LSADA=ffffffGEMZ GEM2 GEM3 GEM1 PCBFCSpayload T/LSADA=ffffffONU2Portid=2Portid=ZONU3Portid=3Portid=ZONU2Portid=1Portid=ZPortid=Z 构成

12、广播域DA=ffffff 广播地址203.1 GPON 的工作原理（的工作原理（5/5）广播业务（上行）125usOLTpayload HECPTIPort-id=ZPLIFCSpayload T/LSA=mac3 DA=ffffffGEMZ GEM2 GEM3 GEM1 PCBFCSpayload T/LSA=mac3 DA=ffffffONU2Portid=2Portid=Zsamac3ONU3Portid=3Portid=ZSa=mac3ONU2Portid=1Portid=Zsamac3Portid=Z 构成广播域DA=ffffff 广播地址GEM3 SA=mac3ploGEM3 SA

13、=mac3plo21目录目录 第一章第一章 GPONGPON系统构成系统构成 第二章第二章 GPONGPON帧结构帧结构 第三章第三章 GPONGPON工作原理工作原理 第四章第四章 GPONGPON体系结构及特性体系结构及特性 第五章第五章 GPONGPON的加密的加密224.1 GPON的体系结构的体系结构 G-PON Physical Media Dependent (GPM) layer GTC framing sub-layer ATM TC adapter GEM TC adapter OMCI adapter PLOAM GEM client OMCI ATM client TC

14、 adaptationsub-layer G-PON Transmission Convergence (GTC) layer DBA control 234.2 GPON系统的多业务性（系统的多业务性（1/3）GPON的多业务性244.2 GPON系统的多业务性（系统的多业务性（2/3）支持ATM 和GEM 两种模式GEM是通用封装格式，支持数据包的封装和NATIVE TDM的封装GPON 支持精准的8K定时，OLT给ONU送8K定时GPON系统在内时钟时是4级钟，锁外时钟时可达一级钟；GPON支持对上层数据包的拆包和包的重组；可以做到无帧定界开销，效率高 254.2 GPON系统的多业务性

15、（系统的多业务性（3/3） GPON支持高优先级业务中断低优先级业务，获得优先服务，保证TDM业务良好性能 PLOu PayloadPLOuPayloadGEMheaderUrgentframeGEMheader Data frame(1 of 2)Frame frag(2 of 2)GEM header Frame i Frame i + 1GEM header Urgent frame PTI000 StartPTI001 FullPTI001 FullPTI001 end264.3 GPON系统的管理系统的管理GPON系统的管理体系结构 B W g r a n t i n g K e y

16、 s w i t c h i n g D B A M u l t i p l e x i n g b a s e d o n f r a m e l o c a t i o n P L O A Mp a r t i t i o n A T M p a r t i t i o n G E M p a r t i t i o n F r a m eh e a d e r A l l o c - I Df i l t e r E m b e d d e dO A M A T M T C a d a p t e r G E M T C a d a p t e r V P I / V C If i l

17、t e r P o r t - I Df i l t e r O M C I a d a p t e r O M C I P L O A M G T C f r a m i n g s u b - l a y e r T C a d a p t a t i o n s u b - l a y e rA l l o c - I Df i l t e r274.4 GPON系统的三级管理系统的三级管理GPON 管理帧：（1）嵌入OAM（2） PLOAM帧（3）OMCI帧 OctetsONU ID 1 Message ID1 Data 10CRC 1 Octets withinframe trans

18、mittedtop-to-bottom MSB LSB B7 B0 Bits within frame transmitted left-to-right GEMheader(5 bytes)Transactioncorrelationidentifier(2 bytes)Messagetype(1 byte)Deviceidentifier(1 byte)Messageidentifier(4 bytes)Messagecontents(32 bytes)OMCItrailer(8 bytes)284.5 GPON系统系统ONU的发现和测距的发现和测距新ONU发现有两种模式： （1） 随机竞

19、争，不需要事先在OLT上配置ONU的SN号，采用SN自动学习方式 （2）序列号MASK模式，需要事先在OLT上配置ONU的SN号ONU的发现和测距分两步： （1）获取SN号，要把所有ONU的SN号获得 或直到超时才结束该步 （2）测量新发现ONU的距离，给ONU配置EqD 时间 294.5.1GPON系统系统ONU的发现过程的发现过程SN获取流程304.5.2 GPON系统系统ONU的测距流程的测距流程RTD测量流程314.6 GPON系统的系统的DBA（1/10）GPON系统的复用原理：I d e n t i f i e d b yO N U - I DI d e n t i f i e d

20、 b yA l l o c - I DI d e n t i f i e d b yP o r t - I DP O N T - C O N T P o r t P o r t P o r t P o r t P o r t P o r t P o r t P o r t P o r t O N U O N UO N UT - C O N TT - C O N TT - C O N T324.6 GPON系统的系统的DBA（2/10）T-CONTT-CONT 传送ATM VP/VCC或GEM PORT并报告自己的buffer状态给OLT用于DBA；T-CONT能动态接收来自OLT的带宽受权；T

21、-CONT用ALLOC-ID来标识别；单个T-CONT能承载各种类型业务ATM或GEM业务；单个T-CONT包含1个或多个物理队列，这些物理队列聚合成一个逻辑buffer,并想OLT报告逻辑BUFFER的状态，用于OLT的DBA ；T-CONT是透明传送实体，对传送的信号不做任何更改；来自OLT的带宽受权只给一个T-CONT进行带宽受权。334.6 GPON系统的系统的DBA（3/10）T-CONT的类型和业务关系344.6 GPON系统的系统的DBA（4/10）T-CONT和队列的关系Port-id=xUNIUNI业务分类Q1Qn调度器1T-CONT1调度器NT-CONT2T-CONTN业务

22、分类QmPPTPPort-id=y354.6 GPON系统的系统的DBA（5/10）带宽需求报告（report)Plou状态指示364.6 GPON系统的系统的DBA（6/10）Bit positionFunction7 (MSB)Urgent PLOAMu waiting (1 = PLOAM waiting, 0 = no PLOAMs waiting)6FEC status (1 = FEC ON, 0 = FEC OFF)5RDI status (1 = Defect, 0 = OK)4Traffic waiting in type 2 T-CONTs3Traffic waiting

23、in type 3 T-CONTs2Traffic waiting in type 4 T-CONTs1Traffic waiting in type 5 T-CONTs0 (LSB)Reserved374.6 GPON系统的系统的DBA（7/10）DBRu384.6 GPON系统的系统的DBA（8/10）Mode 0: A single field reports the total amount of data in the T-CONT buffer. Mode 1: Two fields, the first reports the amount of data with PCR to

24、kens (1 byte), the second reporting the amount of data with SCR tokens (1 byte) in the T-CONT buffer. This type of reporting is suitable for T-CONTs type 3 and 5. Mode 2: Four fields, the first contains the non-linear coding of total number of T-CONT#2 (PCR) The second field contains the non-linear coding of the total