GPONG.984最全的原理介绍以及分析

1、By Lucas.Liu Alpha Chengdu.coGPON概述概述GPON和和EPON区别区别GPON报文结构报文结构ONU发现过程发现过程GPON关键技术关键技术OMCIGPON(Gigabit-Capable PON) 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。GPON最早由FSAN组织于2002年9月提出，ITU-T在此基础上于2003年3月完成了ITU-T G.984.1 和G.984.2的制定，2004年2月和6月完成了G.984

2、.3的标准化。从而最终形成了GPON的标准族。什么是什么是GPON?ITU-T G.984.3GPON TC层规格要求GTC复用结构及协议栈介绍GTC帧结构介绍ONU注册激活流程DBA规格要求告警和性能ITU-T G-984.1/2/3/4产品开发简单产品兼容性强ITU-T G.984.1GPON网络参数说明保护倒换组网要求ITU-T G.984.4OMCI消息结构介绍OMCI设备管理框架OMCI实现原理简述ITU-T G.984.2PMD层规格要求2.488Gbps下行光接口参数规格要求1.244Gbps上行光接口参数规格要求物理层开销分配GPON概述概述GPON和和EPON区别区别GPON

3、报文结构报文结构ONU发现过程发现过程GPON关键技术关键技术OMCIEPON:IEEE 802.3ahGPON:ITU-T G.984.x1.制定机构制定机构:2.速率速率:EPON:上行1.25G ; 下行1.25GGPON:上行1.244G ; 下行2.488GGPONGPON提供以下几种异步传输速率：提供以下几种异步传输速率：0.15552 Gbit/s up, 1.24416 Gbit/s down0.15552 Gbit/s up, 1.24416 Gbit/s down0.62208 Gbit/s up, 1.24416 Gbit/s down0.62208 Gbit/s up,

4、 1.24416 Gbit/s down1.24416 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 down0.15552 Gbit/s up, 2.48832 Gbit/s down0.62208 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 down1.24416 Gbit/s

5、 up, 2.48832 Gbit/s down（目前的主流支持速率）（目前的主流支持速率）2.48832 Gbit/s up, 2.48832 Gbit/s down2.48832 Gbit/s up, 2.48832 Gbit/s down3.分光比分光比:EPON:1:16 1:32GPON:1:64 1:1284.承载承载:EPON: EthenetGPON:ATM,Ethenet,TDM5.带宽效率带宽效率:EPON:72%GPON:92%6.QOS:EPON:good,only EthenetGPON:very good,including ATM,Ethenet,TDM7.光预算

6、光预算:EPON:PX10/PX20GPON:Class A/B/B+/C8.DBA:EPON:厂家自定义GPON:标准格式(提高了设备兼容性)9.ONT互通互通:10.OAM:EPON:Ethenet OAM (厂家自定义)GPON:ITU-T G.984.xEPON:无GPON:OMCIGPON概述概述GPON和和EPON区别区别GPON报文结构报文结构ONU发现过程发现过程GPON关键技术关键技术OMCIGPON 技术特征主要体现在成帧子层物理媒质层传输汇聚层传输介质(传输介质层提供相应的OAM功能)传输汇聚层适配子层物理媒质层适配子层成帧子层传输介质(传输介质层提供相应的OAM功能)光

7、纤连接波分复用E/O适配保护倒带保密和安全带宽分配上行时隙分配测距GEM适配子层OMCI适配子层ATM适配子层PLOuPLOuPLOAMuPLOAMuPLSuPLSuDBRuDBRu x xPayload xPayload xDBRuDBRu y yPayloadPayload y y名词解释名词解释物理层开销（物理层开销（Physical Layer Overhead upstream，PLOu）上行物理层操作、维护和管理（上行物理层操作、维护和管理（Physical Layer OAM Operations, Administrations and Maintenanc upstreame

8、，PLOAMu）上行功率控制序列（上行功率控制序列（Power Levelling Sequence upstream，PLSu）上行动态带宽报告（上行动态带宽报告（Dynamic Bandwidth Report upstream，DBRu）不同的不同的T-CONT由不同的由不同的DBRu来上报队列信息来上报队列信息(T-CONT X)PLOuPLOuPLOAMuPLOAMuPLSuPLSuDBRuDBRu x xPayload xPayload xDBRuDBRu y yPayloadPayload y yPLOuPLOuPreamblePreambleA A bytes bytesDel

9、imiterDelimiterB bytesB bytesBIPBIP1 bytes1 bytesONU-IDONU-ID1 bytes1 bytesIndInd1 bytes1 bytes帧结构帧结构 The preamble and delimiter are formed as dictated by the OLT in the Upstream_Overhead and Extended_Burst_Length messagesONU标识符标识符用于报告用于报告ONU的实时状态的实时状态0-4bit保留未用保留未用5bit:RDI status (1 = Defect, 0 = O

10、K)6bit:FEC status (1 = FEC on, 0 = FEC off)7bit:Urgent PLOAMu waiting (1 = PLOAM waiting, 0 = no PLOAMs waiting)PLOuPLOuPLOAMuPLOAMuPLSuPLSuDBRuDBRu x xPayload xPayload xDBRuDBRu y yPayloadPayload y yPLOAMuPLOAMuONU-IDONU-ID1 bytes1 bytesMessage-IDMessage-ID1 bytes1 bytesMessageMessage10 bytes10 byt

11、esCRCCRC1 bytes1 bytes帧结构帧结构消息类型消息类型消息内容消息内容PLOuPLOuPLOAMuPLOAMuPLSuPLSuDBRuDBRu x xPayload xPayload xDBRuDBRu y yPayloadPayload y yPayload xPayload xDBADBA1,2,41,2,4 bytes bytesCRCCRC1 bytes1 bytesGEM GEM HeaderHeaderFrameFrameFragmentFragmentGEMGEMHeaderHeaderFullFullFrameFrameGEMGEMHeaderHeaderFr

12、ameFrameFragmentFragmentDBRuDBRu x xGEMGEMHeaderHeaderPL1PL112 bits12 bitsGEM port-IDGEM port-ID1212 bits bitsPTIPTI3 3 bits bitsHECHEC13 bits13 bits帧结构帧结构用户数据用户数据GEM port标识标识PCBDPCBDn nPayloadPayloadN NPCBDPCBDn+1n+1PayloadPayloadn+1n+1固定长度125um(8K)PCBDPCBDn nPsyncPsync4 bytes4 bytesIdentIdent4 byt

13、es4 bytesPLOAMdPLOAMd13 bytes13 bytesBIPBIP1 bytes1 bytesPlendPlend4 4 bytes bytesPlendPlend4 bytes4 bytesUS BWUS BW Map MapN N* *8 bytes8 bytes物理同步物理同步,主要用于让主要用于让ONU找到每个帧的开头找到每个帧的开头FEC FEC IdentIdent1 bit1 bitReservedReserved1 1 bit bitSuper-Frame Super-Frame Counters 30 bitsCounters 30 bitsONU-IDO

14、NU-ID1 byte1 byteMessage-IDMessage-ID1byte1byteDataData10 bytes10 bytesCRCCRC1 byte1 bytePCBDPCBDn nPayloadPayloadN NPCBDPCBDn+1n+1PayloadPayloadn+1n+1固定长度125um(8K)PsyncPsync4 bytes4 bytesIdentIdent4 bytes4 bytesPLOAMdPLOAMd13 bytes13 bytesBIPBIP1 bytes1 bytesPlendPlend4 4 bytes bytesPlendPlend4 byt

15、es4 bytesUS BWUS BW Map MapN N* *8 bytes8 bytesBlenBlen BW Map BW MapLength 12 bitsLength 12 bitsAlenAlen ATM Partition ATM PartitionLength 12 bitsLength 12 bitsCRCCRC8 bits8 bitsAccess 1Access 18 bytes8 bytesAccess 2Access 28 bytes8 bytes。Access nAccess n8 bytes8 bytes用于指示用于指示BW map的长度的长度用于用于ATM分区的

16、长度分区的长度,一般情况下为全一般情况下为全0Access 1Access 18 bytes8 bytesAccess 2Access 28 bytes8 bytes。Access nAccess n8 bytes8 bytesSendPLSSendPLS1 bit1 bitSendPLOAMnSendPLOAMn1 bit1 bitUseUse FEC FEC1 bit1 bitSend Send DBRuDBRu2 bits2 bitsReservedReserved7 bits7 bitsAllocAlloc ID ID12 bits12 bitsFlagsFlags12 bits12

17、bitsSstartSstart2 bytes2 bytesSstopSstop2 bytes2 bytesCRCCRC1 1 byte byteAccess 1Access 18 bytes8 bytesFlagsFlags12 bits12 bits不用不用,被置为被置为0如果被置为如果被置为1,ONU就必须上报就必须上报PLOAMu如果被置为如果被置为1,ONU就会在该就会在该Alloc使用使用FEC2bit定义了是否发送定义了是否发送DBRu00:不发送不发送01:发送发送DURu,Mode置为置为010:发送发送DBRu,Mode置为置为111:保留未用保留未用开始和结束时间开始和结

18、束时间PCBDPCBDn nPayloadPayloadN NPCBDPCBDn+1n+1PayloadPayloadn+1n+1固定长度125um(8K)GEMGEMHeaderHeaderPayloadPayloadn nGEMGEMHeaderHeaderPayloadPayloadn+1n+1GEMGEMHeaderHeaderPayloadPayloadn+2n+2PL1PL112 bits12 bitsGEM port-IDGEM port-ID1212 bits bitsPTIPTI3 3 bits bitsHECHEC13 bits13 bitsONU根据根据GEM Port-

19、ID判断是否是自己的报文判断是否是自己的报文GPON概述概述GPON和和EPON区别区别GPON报文结构报文结构ONU发现过程发现过程GPON关键技术关键技术OMCIC/M(control/manage)平面由平面由3个部分组成个部分组成:嵌入式OAMPLOAMOMCIn其中嵌入式OAM和PLOAM通道信息用于对物理层和GTC层进行管理nOMCI提供了更高层次的统一管理系统n嵌入式OAM通道通过GTC帧头中域格式信息来提供BDmap,DBRu功能包括:带宽授权,动态带宽分配信令等nPLOAM通道涉及ONU注册,加密,Boot OMCI等功能nOMCI通道用于管理在GTC层上层定义的业务管理OM

20、CI（ONU Management and Control Interface）是GPON标准中定义的一种配置传输通道，通过在OLT和ONT之间建立专有的ATM PVC或者GEM PORT传输OMCI消息，用于提供标准的获取ONU能力，并对其进行管理和控制的方法。ONT所有的配置都由OLT来控制，但在有告警或者属性改变的时候，ONT会主动上报消息，ONT只能主动上报三种消息：Alarm、AVC和 Test Result。 ONT在向OLT注册时建立OMCI通道。OMCI是主从式管理协议，OLT是主设备，ONT是从设备，OLT通过OMCI通道控制OLT下面连接的多个ONT设备。OLT和ONT的O

21、MCI消息交互采用了停等机制，在OLT收到了正确的回复消息后，才会下发下一个消息配置，单个OMCI消息的超时时间1s。OMCI消息是用于OLT和ONT之间的管理层的消息，消息格式固定为53个字节，并且有严格的大小控制和内容格式定义。ATM/GEMHeader(5 bytes)TransactionCorrelationIdentifier(2 bytes)MessageType(1 byte) DeviceIdentifier(1 byte) MessageIdentifier(4 bytes)MessageContents(32 bytes)OMCITrailer(8 bytes)ATM H

22、eader or GEM Header GEM头信息，包含GEM净荷长度，GEM PortID，PTI，HEC。OMCI trailer 两字节固定位0，两字节为报文长度0 x28，四字节CRC位Message Contents 报文净荷。Message Identifier 两个字节的实体ID，两个字节的实例ID。Transaction Correlation Identifier 事务相关标识，一组对应请求和响应的消息中该字段值要一致。注意该字段的最高位表示另外的意思，用来表示该OMCI消息的优先级，0=普通优先级，1=高优先级。ATM/GEMHeader(5 bytes)Transact

23、ionCorrelationIdentifier(2 bytes)MessageType(1 byte) DeviceIdentifier(1 byte) MessageIdentifier(4 bytes)MessageContents(32 bytes)OMCITrailer(8 bytes)87651DBARAKMTDestination bit (DB) 固定为0。 Acknowledge Request (AR), 是否需要回应标志，1表示需要回应，0表示不需要回应。Acknowledgement (AK) 回应消息表示，1表示该OMCI报文是回应报文，0表示不是回应报文。 Mess

24、age Type (MT), 表示消息类型，共支持32中消息类型，协议已经定义了428。主要消息类型有： Create， Delete， Set，Get，MIB upload 。当ONT通过管理通道相关的VCC或GEM端口接收到一个ATM信元或者GEM包时，它将计算CRC值并和OMCI尾部中找到的值比较。如果值不一致，ONT将丢弃消息。根据相关命令的优先级，带有正确CRC的消息将被放到两个完全不同的输入FIFO-based消息队列的其中一个中去。如果相关的消息队列满了，ONT必须简单的丢弃消息。有两个截然不同的输入命令处理协议实体（各自对应一个优先级）用于处理从相关的独立输入FIFO队列中连续

25、地传来的消息。每个协议实体可以并行执行。如果消息是一个单向命令（例如，一个不确认命令），协议实体将简单的进行命令处理。如果消息是确认命令，协议实体必须首先查询事务相关性标志符。如果不等于它上一次执行的相同优先级的命令的事务相关性标志符，协议实体将执行命令并在相同优先级的输出FIFO中插入响应/确认（携带相同的事务相关性标志符）。如果等于它上一次执行的相同优先级的命令的事务相关性标志符，协议实体将不执行这条命令而是仅仅简单的将上一次执行的命令响应插入到输出FIFO队列中（例如，重发前面的响应确认）。相关的响应消息输出FIFO队列没有空间，两个不同优先级的命令处理实体都将被阻塞。在在ONT注册过程

26、中，注册过程中，OLT为为ONT分配分配ONUID后，后，ONT自动建立自动建立OMCI的的TCONT，ALLOCID = ONUID。ONT注册成功后，注册成功后，OLT下发配置下发配置OMCI GEM Port的的PLOAM消息，消息，ONT收到该消息后，把收到该消息后，把OMCI GEM Port和和OMCI TCONT建立对应关系。建立对应关系。后续后续OLT发送的发送的OMCI报文通过报文通过OMCI GEM Port下发到下发到ONT，ONT根根据据GEM Port识别出是给识别出是给ONT的的OMCI报文；报文；ONT发送给发送给OLT的的OMCI报报文也是通过该文也是通过该GE

27、M Port，并且通过，并且通过OMCI TCONT的上行带宽发送到的上行带宽发送到OLT。GPON概述概述GPON和和EPON区别区别GPON报文结构报文结构ONU发现过程发现过程GPON关键技术关键技术OMCIpOLT通过Ranging测距过程获取ONU的往返延迟RTD（Round Trip Delay），从而指定合适的均衡延时参数EqD（Equalization Delay），保证每个ONU发送数据时不会在分光器上产生冲突。 pRanging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。ONU3ONU2ON

28、U1OLTONTOLT(in CO)20 km3 km12 kmDBADBA动态带宽分配动态带宽分配n DBA 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分配的机制n 可以提高可以提高PONPON端口的上行线路带宽利用率端口的上行线路带宽利用率n 可以在可以在PONPON口上增加更多的用户口上增加更多的用户n 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务DBA的两种实现模式第一种第一种( (SR (Status Reporting)-

29、DBA) : :lONU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 。lOLT收到ONU的状态报告后，经过DBA计算并更新BW Map，在下一帧进行下发。lONU收到OLT下发的BW Map消息后，在指定的时隙上发送数据。名词解释名词解释T-CONTT-CONTs (Transmission Containers)：是一种承载业务的Buffer。主要用来传输上行数据的单元，引入T-CONT主要是为了解决上行带宽动态分配，以提高线路利用率 。n T-CONT的带宽类型分为FB(固定带宽),AB（保证带宽）,NAB（非保证带宽）,BE（尽力而为带宽）n T-CONT

30、的5种类型，不同的T-CONT具有不同的带宽分配方式，可以满足不同业务流对时延、抖动、丢包率的不同QoS要求n Type1特点是固定带宽固定时隙，对应固定带宽分配，适应对时延敏感的业务，如语音业务。 nType2特点是固定带宽不固定时隙，对应保证带宽分配，适应对抖动要求不高的固定带宽业务，如视频点播业务。 n Type3的特点是有最小带宽保证又能够动态共享富余带宽，并有最大带宽的约束，对应非保证带宽分配，适合于有服务保证要求而又突发流量较大的业务，如下载业务。 n Type4的特点是尽力而为，无带宽保证，适合于时延和抖动要求不高的业务，如WEB浏览业务。 nType5是组合类型，在分配完保证和

31、非保证带宽后，额外的带宽需求尽力而为进行分配。 n T-CONT是是DBA的上行流量调度单位，即业务容器。的上行流量调度单位，即业务容器。IFponONUONUONUT-CONTPortT-CONTPortPortT-CONTT-CONTPortPortPortPortPort不同的ONU用ONU-ID标识不同的T-CONT用Alloc-ID标识不同的GEM-PORT用Port-ID标识OLTONTT-CONTT-CONTGEM PortGEM PortlGEM PortGEM Port：业务的最小承载单位。：业务的最小承载单位。lT-CONT: Transmission Containers

32、T-CONT: Transmission Containers。是一种承。是一种承载业务的载业务的BufferBuffer。主要用来传输上行数据的单。主要用来传输上行数据的单元，引入元，引入T-CONTT-CONT主要是为了解决上行带宽动主要是为了解决上行带宽动态分配，以提高线路利用率态分配，以提高线路利用率 。lIF ponIF pon：GPONGPON接口。接口。l业务根据映射规则先映射到业务根据映射规则先映射到GEM PortGEM Port中，然后中，然后在映射到在映射到T-CONTT-CONT中进行上行传输。中进行上行传输。GEM portGEM port可以灵活的映射到可以灵活的映射到T-CONTT-CONT中，一个中，一个GEM PortGEM Port可以映射到一个可以映射到一个T-CONTT-CONT中去，多个中去，多个GEM PortGEM Port也可以映射到同一个也可以映射到同一个T-CONTT-CONT中。中。l一个一个ONUONU的的GPONGPON接口中可以包含一个或多个接口中可以包含一个或多个T-CONTT-CONT。DBA算法逻辑ONU报告T-CONT的状态经过运算发送BW MapTime slotT-CONTT-CONTT-C