第6章GPON技术

1、“十二五”规划系列课程教材 接入网技术第6章 GPON技术6.1GPON技术概述6.2GPON的帧结构及业务映射6.3GPON的关键技术6.4GPON与EPON的比较第6章 GPON技术学习提示本章重点、难点GPON的帧结构和GEM帧结构GPON关键技术GPON与EPON的区别学习本章目的和要求掌握GPON的帧结构和GEM封装过程理解GPON的关键技术了解GPON与EPON的区别第6章 GPON技术6.1GPON技术概述6.1.1 GPON的技术标准6.1.2 GPON层次模型6.26.36.4GPON的帧结构及业务映射GPON的关键技术GPON与EPON的比较第6章 GPON技术6.1 GP

2、ON技术概述什么是GPON？GPON技术标准由谁制定的？GPON与EPON在层次结构上有什么不同？探 讨第6章 GPON技术6.1.1 GPON的技术标准 G.984.1 是GPON技术标准概述部分，定义了千兆比无源光网络的总体特性。要求ONU的最大逻辑距离差可达20km，支持的最大分路比为16, 32或64。 G.984.2 是GPON的物理媒质相关（PMD）层规范，规范了GPON系统的物理层要求。 系统下行速率为1.244或2.488Gbit/s，上行速率为0.155, 0.622, 1.244或2.488Gbit/s。 标准规定了在各种速率等级下OLT和ONU光接口的物理特性。 G.98

3、4.3 是GPON的传输汇聚（TC）层规范，规范了GPON的帧结构、封装方法、适配方法、测距机制、QOS机制、加密机制等要求，是GPON系统的关键技术要求。 G.984.4 是GPON系统管理控制接口（OMCI）规范，实现多厂家OLT和ONT设备的互通性。ITU为为GPON技术制定并发布的标准技术制定并发布的标准第6章 GPON技术6.1.2 GPON层次模型 C/M平面管理用户数据流，完成安全加密等OAM功能； U平面完成用户数据流的传输。 物理媒介相关子层（PMD） GPON传输汇聚子层（GTC） 高层 高层的用户数据和控制/管理信息通过GTC适配子层进行封装。 GPON使用GEM协议进行

4、封装 GPON有两种传输模式：一种是ATM模式，信元封装在ATM块中传输；另一种是GEM模式，GEM帧封装在GEM块中传输。 第6章 GPON技术6.1GPON技术概述6.2.1 GPON的复用结构6.2.2 GPON的帧结构6.2.3 GEM的帧结构6.2.4 GEM的分片机制6.2.5业务在GPON中的映射方式6.26.36.4GPON的帧结构及业务映射GPON的关键技术GPON与EPON的比较第6章 GPON技术6.2.1 GPON的复用结构 GPON的上、下行工作原理和EPON一样，采用WDM实现一根光纤上传输上、下行两个方向的数据，下行采用广播的方式，ONU选择性接收，上行采用TDM

5、A方式实现不同的ONU在不同的时间上传数据。 GPON采用GEM传输模式时，GEM是内嵌在PON中的，在ONU跟OLT的两个PON口之间才能被识别。 第6章 GPON技术6.2.1 GPON的复用结构 （1）IF pon：GPON接口，存在于OLT和ONU中，OLT一个PON接口下不同的ONU用ONU-ID标识，在一个PON口下唯一，不同PON口之间独立使用 （2）GEM Port：GEM端口，ONU和OLT之间数据传输的通道，不同的业务可以通过一个GEM port，也可以通过多各GEM port 传输，是OLT到ONU之间的业务的最小承载单位，不同的GEM Port用Port-ID标识。 （

6、3）T-CONT：传输容器，是一种承载业务的缓冲区。ONU用T-CONT ID来识别不同的缓存；OLT用ALLOCATE ID 来统一标识该PON口下的所有ONU的T-CONT。OLT到ONU间复用结构示意图ONU1IF ponONU2IF ponGEM PortGEM PortGEM PortGEM PortGEM PortGEM PortGEM PortT-CONTT-CONTT-CONTIF ponOLT第6章 GPON技术6.2.2 GPON的帧结构 GPON帧分为上行帧和下行帧，每个帧都是125us 。 下行帧结构包括GTC Header（GTC帧头）和GTC Payload（GTC

7、信息净荷） 下行物理控制块（PCBd）传送OLT与ONU之间的同步、超帧指示、下行物理层OAM差错检验和下行信息净荷长度等信息。 上行带宽授权给ONU的上行数据指定传输时隙。Alloc ID为1的T-CONT 为1的ONU 1的上行开始时隙为100，结束时隙为200。 上行帧结构包括 （1）PLOu：上行物理层开销，用于突发传输同步，ONU在占据上行信道后首先发送PLOu单元，以使OLT能够快速同步并正确接受ONU的数据。 （2）PLOAMu：用于承载上行PLOAM信息，包含ONU ID。 （3）PLSu：功率测量序列，用于调整光功率。 （4）DBRu：包含DBA域及CRC域，用于申请上行带宽

8、。 （5）Payload域：填充ATM信元或者GEM帧。第6章 GPON技术 上行1.24416Gbit/s、下行2.48832Gbit/s是目前支持的主要速率，可升级到10G GPON。GPON的传输速率表上行速率（Gbit/s）下行速率（Gbit/s）0.155521.244160.622081.244161.244161.244160.155522.488320.622082.488321.244162.488322.488322.48832第6章 GPON技术6.2.3 GEM的帧结构 GEM帧由5字节的帧头和L字节的净荷组成。 PLI：指示的是净荷的字节长度。可以视作一个指针，用来指

9、示并找到下一个GEM帧头。后面的净荷最大字节长度是4095个字节。如果数据超过这个上限，GEM将采用分片机制。 Port ID：可以提供4096个不同的端口，用于支持多端口复用。 PTI：用来指示净荷的类型。PTI最高位指示GEM帧是否为OAM信息，次高位指示用户数据是否发生拥塞，最低位指示在分片机制中是否为帧的末尾，当为1的时候表示帧的末尾。 HEC：提供GEM帧头的检错和纠错个功能。第6章 GPON技术6.2.4 GEM的分片机制 GEM的分片机制把超过长度限制的用户数据帧分割成若干分割块，并且在每个块的前面都插入一个GEM帧头。PTI的最低有效位就是用来指示这个分割块是否为用户数据帧的最

10、后一个分割块。 每一个GEM块都是连续的、不跨越帧界的传输。分片过程中要注意当前GTC帧净荷中的剩余时间，以便合理分片。 在GTC系统中使用分片机制有两个目的：一个是在每个分片前面都加上一个GEM帧头，另一个是对于一些时间比较敏感的信号，以高优先级进行传输。如把语音信号总是在净荷区的前部发送，GTC帧的帧长是125s，延时比较小，从而能保证对于语音业务的QoS。第6章 GPON技术6.2.5 业务在GPON中的映射方式 1TDM业务在GPON中的映射方式 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 第6章 GPON技术6.2.5 业务在GPON中的映射方式 2

11、、以太网业务在GPON中的映射方式 GPON系统对以太网帧进行解析，将数据部分直接映射到GEM Payload中去进行传输，GEM帧会自动封装头信息。第6章 GPON技术6.1GPON技术概述6.3.1 测距技术6.3.2 动态带宽分配技术6.3.3 GPON网络保护方式6.3.4 GPON中的QoS处理6.26.36.4GPON的帧结构及业务映射GPON的关键技术GPON与EPON的比较第6章 GPON技术6.3.1测距技术各个ONU和OLT的距离都不一样，光信号在光纤上的传输时间不一样，到达各ONU的时刻不一样。OLT给每个ONU分配不同的时隙来发送上行的数据，如何保证各ONU能够精确定位

12、时隙？多个ONU的上行数据如何不冲突，实现帧同步？探 讨第6章 GPON技术6.3.1测距技术 OLT通过Ranging测距过程获取ONU的往返延迟RTD，计算出每个ONU的物理距离。 指定合适的均衡延时参数EqD，保证每个ONU发送数据时不会在分光器上产生冲突。 Ranging的过程需要开窗，即Quiet Zone，暂停其他ONU的上行发送通道。OLT开窗通过将BWmap设置为空，不授权任何时隙来实现。 第6章 GPON技术6.3.1测距技术 ONU的激活进程在OLT控制下工作，ONU应答OLT启动的消息，激活进程大致步骤为： （1）OLT开窗广播给所有ONU； （2）ONU上报序列码给OL

13、T； （3）OLT分配ONU ID给ONU； （4）OLT和ONU进行测距（计算出TRD和EqD）； （5）OLT创建OMCI管理通道； （6）OLT请求密码（可选)； （7）ONU上报密码（可选)； （8）注册成功。第6章 GPON技术6.3.2 动态带宽分配技术语音业务与数据业务和视频业务分配的带宽有什么不同？GPON是如何进行带宽管理的？探 讨第6章 GPON技术6.3.2 动态带宽分配技术 DBA策略：非状态报告DBA（NSR-DBA）和状态报告DBA（SR-DBA） DBA利用下行帧PCBd中的BWmap来控制每个ONT上T-CONT的发送，从而达到带宽动态分配的目的。 NSR-DB

14、A通过在OLT侧检测每个T-CONT的拥塞状态来进行带宽分配。 SR-DBA是T-CONT向OLT发送数据时汇报T-CONT buffer的当前状态，OLT根据汇报调整带宽分配。第6章 GPON技术6.3.2 动态带宽分配技术 T-CONT的带宽类型 （1）固定带宽（Fixed Bandwidth，FB）。预留的或者循环申请的带宽，能够保证最低的传送延迟。就算没有数据发送，其带宽也会预留不被其他T-CONT使用。 （2）确定带宽（Assured Bandwidth，AB）。如果ONT的T-CONT buffer中有数据发送，则总能得到有效的调度。如果T-CONT buffer中没有数据则其带宽

15、将被其他T-CONT使用。 （3）尽力而为带宽（Best Effort Bandwidth，BE）。如果没有高优先级的带宽使用，则尽力而为带宽将得到调度。 保证带宽是确定带宽和固定带宽的总和；剩余带宽是PON口带宽去掉固定带宽或者确定带宽以及其他保留的带宽后的带宽。 最大带宽和最小带宽是对每个ONU的带宽进行极限限制，保证带宽根据业务的优先级不同而不同，一般语音业务的优先级最高，视频业务优先级次之，数据业务的优先级最低。第6章 GPON技术6.3.3 GPON网络保护方式 （1）光纤备份方式 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。

16、如果到用户的线路故障，业务就会中断，无法备份。第6章 GPON技术6.3.3 GPON网络保护方式 （2）OLT端口备份方式 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。第6章 GPON技术6.3.3 GPON网络保护方式 （3）全备份方式 OLT和ONT上均有两个GPON接口。OLT的GPON接口要工作在1:1模式下。此种保护方式一种全保护光纤倒换方式，OLT与ONU之间有完

17、全不同的两条通路，可以保证各种故障都得到恢复。 其中一个端口始终处于空闲状态，造成系统带宽利用率低。第6章 GPON技术6.3.3 GPON网络保护方式 （4）混合备份方式 OLT上有两个GPON接口。OLT的GPON接口要工作在11模式下。此种保护方式一种全保护光纤倒换方式，OLT与ONU之间有完全不同的两条通路，各种故障都得到恢复。 支持ONU混合方式，可以是带一个PON口的，也可以是带两个PON口的第6章 GPON技术6.3.4 GPON中的QoS处理 （1）GTC层次的QoS处理 PON系统架构是下行方向为广播方式，上行方向为TDMA方式，所以只对上行方向的业务流提供QoS处理。DBA

18、的算法是GTC的QoS处理性能的关键。 （2）GEM帧的QoS处理 在GEM层主要是针对每个GEM Port进行业务流分类，类似于DSLAM的单PVC多业务的处理方式。进行优先级修改、流量监管和转发处理。 （3）ETH/TDM的QoS处理 TDM业务（非电路仿真QoS处理方式）为面向连接，通过静态配置带宽严格保证面向连接的QoS。ETH业务（包括电路仿真方式的TDM业务）主要是基于二层VLAN等标识进行业务的QoS处理。第6章 GPON技术GPON中的QoS处理图ETH/TDMGEMGTCFlow control/ClassificationGPON 业务承载层业务承载层GPON QoS处理机

19、制处理机制T-CONT/DBAVLAN/COS/PQ/GTS/POLICING第6章 GPON技术6.1GPON技术概述6.26.36.4GPON的帧结构及业务映射GPON的关键技术GPON与EPON的比较第6章 GPON技术6.4 GPON与EPON的比较比较项目EPONGPON标准IEEE 802.3ahITU G.984.4网络结构点到多点点到多点线路速率上行：1.25Gbit/s下行：1.25Gbit/s上行：1.244Gbit/s下行：2.488Gbit/s分路比/传输距离1:32分路比下20km1:64分路比下10km1:64分路比下20km1:128分路比下10km业务能力IP、

20、E1、语音IP、E1、语音对E1的支持能力基于电路仿真（CES）方式实现基于Native方式和电路仿真（CES）方式实现QoS特性满足现网业务QoS要求满足现网业务QoS要求管理维护能力主要通过扩展OAM进行管理主要通过OMCI协议进行管理互通行业标准已发布行业标准正在制定中第6章 GPON技术小结1GPON支持更高的速率和对称/非对称工作方式，支持多业务（ATM业务、TDM业务及IP/Ethernet业务），同时具有强大的OAM能力。2ITU为GPON技术制定并发布了ITU-T G.984.x系列标准，具体包括G.984.1、G.984.2、G.984.3和G.984.4。3GPON由控制/管理平面（C/M平面）和用户平面（U平面组成）组成。C/M平面管理用户数据流，完成安全加密等OAM功能；U平面完成用户数据流的传输。用户平面分为物理媒介相关子层（PMD）、GPON传输汇聚子层（GTC）和高层；G