培训讲义：GPON原理介绍

GPON原理介绍-B考虑到未来许多的宽带应用，越来越多的国家认识到必须尽早突破接入“瓶颈”，而光纤是今为止最好的传输媒介。本文主要分析GPON技术的产生背景、应用、基本概念和特点，以及GPON系统的管理模式和终端的业务发放模式。

前言学习完此课程，您将会：掌握GPON的概念及发展背景理解光网络架构掌握GPON的主要协议掌握GPON的关键技术了解GPON提供的基本业务了解GPON系统的管理模式和终端的业务发放模式目标第1章PON基本概念第2章光接入网概述第3章GPON协议分析第4章GPON关键技术第5章GPON承载的基本业务第6章GPON系统的管理和业务发放模式内容介绍PassiveOpticalNetwork

无源光网络OLTONUOpticalLineTerminal光线路终端OpticalNetworkUnit光网络单元PassiveOpticalSplitter

无源分光器PSTNInternetCATVONUONUPON是一种点到多点（P2MP）结构的无源光网络；PON由光线路终端OLT（OpticalLineTerminal）、光网络单元ONU（OpticalNetworkUnit）和无源分光器POS（PassiveOpticalSplitter）组成；PassiveOpticalSplitter

无源分光器什么是PON?GPON（Gigabit-capablePassiveOpticalNetworks）三大优势：1、更远的传输距离：采用光纤传输，接入层的覆盖半径20KM；2、更高的带宽：对每用户下行2.5G/上行1.25G（物理层）；3、分光特性：局端单根光纤经分光后引出多路到户光纤，节省光纤资源。GPON支持Triple－play业务，可提供全业务竞争方案可以有效解决双绞线接入的带宽瓶颈，满足用户对高带宽业务的需求，如高清电视、实况转播等，GPON是三网合一的上佳方案。GPON标准完善，综合业务支持好，技术要求高全球大运营商的选择<1Mbps3M8M25M100MADSL/ADSL2+CopperBasedVDSL/ADSL2+CopperBasedPONFiberBased2002200320062010时间带宽互联网视频会议远程控制接入技术业务需求VoD标清电视视频会议Game实况TVVoDHDTV<3km<2km<1km~20km覆盖半径为什么选择GPON?接入网的光纤化光纤接入网中P2PvsP2MP比较APON:ATMPassiveOpticalNetworksEPON:EthernetPassiveOpticalNetworksGE-PON:Giga-bitEthernetPassiveOpticalNetworksGPON:Gigabit-capablePassiveOpticalNetworksEPONGEPONGPONATMAPONBPONEthernetEPONGPON几种PON标准PONTPONAPON/BPONGPONEPONWDMPON国际标准ITU-TG.983.xITU-TG.984.xIEEE802.3ah国际标准国际标准国际标准尚无标准ITU-TG.982国家标准Q1/1998国家标准Q3/2000国家标准国家标准尚无标准Q4/2004Q3/2004PON技术标准化进展第1章PON基本概念第2章光接入网概述第3章GPON协议分析第4章GPON关键技术第5章GPON承载的基本业务第6章GPON系统的管理和业务发放模式内容介绍ADSL2+PONADSL2+VDSL2CentreofficeHomeVDSL2ONTADSL2+10/100Base-T1km2kmIPDSLAMGECurbBuildingGESplitter1xNFTTCFTTBFTTBFTTHADSL2+VDSL2GEFTTBDSLBestSuitableistheBestChoiceFTTX场景分析FTTH光缆网络基本结构各段模拟图

GPON提供以下几种异步传输速率：0.15552Gbit/sup,1.24416Gbit/sdown 0.62208Gbit/sup,1.24416Gbit/sdown 1.24416Gbit/sup,1.24416Gbit/sdown 0.15552Gbit/sup,2.48832Gbit/sdown 0.62208Gbit/sup,2.48832Gbit/sdown

1.24416Gbit/sup,2.48832Gbit/sdown（目前的主流支持速率） 2.48832Gbit/sup,2.48832Gbit/sdown支持最大逻辑距离为：60km支持最大距离差为：20km分光比为1：64，可升级为1：128GPON网络基本性能参数GPON系统采用WDM技术，实现单纤双向传输（强制）。为了分离同一根光纤上多个用户的来去方向的信号，采用以下两种复用技术：下行数据流采用广播技术；上行数据流采用TDMA技术。1490nm1310nmGPON原理----数据复用第1章PON基本概念第2章光接入网概述第3章GPON协议分析第4章GPON关键技术第5章GPON承载的基本业务第6章GPON系统的管理和业务发放模式内容介绍ITU-TG.984.3GPONTC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-TG-984.1/2/3/4产品开发简单产品兼容性强ITU-TG.984.1GPON网络参数说明保护倒换组网要求ITU-TG.984.4OMCI消息结构介绍OMCI设备管理框架OMCI实现原理简述ITU-TG.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标准协议GPON协议内容介绍（一）G.984.1GPON总体特性说明GPON网络参数说明保护倒换组网要求建议的接口类型和业务类型G.984.2GPONPMD层规格要求ODN参数规格要求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协议内容介绍（二）G.984.3GPONTC层规格要求GTC复用结构及协议栈介绍GTC帧结构介绍GTC消息（PLOAM）ONU注册激活流程DBA规格要求加密和FEC告警和性能GPON协议内容介绍（三）G.984.4GPONOMCI接口规格要求G.983.2BPONOMCI接口规格要求OMCI消息结构介绍OMCI设备管理框架OMCIANI（上行接口）相关实体说明OMCIUNI（用户接口）相关实体说明OMCI连接管理和流量管理相关实体说明OMCI实现原理简述广播方式：GPON的下行帧长为固定的125us，下行为广播方式，所有的ONU都能收到相同的数据，但是通过ONUID来区分不同的ONU的数据，ONU通过过滤来接收属于自己的数据。GPON原理----下行数据TDMA方式：GPON的上行是通过TDMA（时分复用）的方式传输数据，上行链路被分成不同的时隙，根据下行帧的upstreambandwidthmap字段来给每个ONU分配上行时隙，这样所有的ONU就可以按照一定的秩序发送自己的数据了，不会产生为了争夺时隙而冲突。每帧共有9120个时隙。GPON原理----上行数据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-CONTGEMPortGEMPortGEMPort：业务的最小承载单位。T-CONT:TransmissionContainers。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

。IFpon：GPON接口。业务根据映射规则先映射到GEMPort中，然后在映射到T-CONT中进行上行传输。GEMport可以灵活的映射到T-CONT中，一个GEMPort可以映射到一个T-CONT中去，多个GEMPort也可以映射到同一个T-CONT中。一个ONU的GPON接口中可以包含一个或多个T-CONT。GPON复用结构配置数据时结构的体现

增加ONTIFponONTONUONUT-CONTPortT-CONTPortPortT-CONTT-CONTPortPortPortPortPort

绑定ONT能力集模版

增加T－CONT

绑定DBA（T－cont)模版

增加GemPort对应ONT实际硬件软件能力承载DBA类型绑定对应的TContC/M平面由3部分组成：嵌入式OAM，PLOAM和OMCI。嵌入式OAM和PLOAM通道信息用于对物理层和GTC层进行管理。而OMCI提供了更高层次的统一的管理系统。嵌入式OAM通道通过GTC帧头中域格式信息来提供(BDMap，DBRu等)。功能包括：带宽授权，动态带宽分配信令等。PLOAM通道涉及ONU注册、加密，BootOMCI等功能。OMCI通道用于管理在GTC层上层定义的业务的管理。GTC成帧子层：1、复用/解复用，PLOAM，GEM到FTC帧的映射2、GTC帧头的产生/解码3、基于ALLOC-ID的内部交换GTC适配子层：1、ATM、GEM、OMCI的上层适配GPON参考模型GPON协议栈第1章PON基本概念第2章光接入网概述第3章GPON协议分析第4章GPON关键技术第5章GPON承载的基本业务第6章GPON系统的管理和业务发放模式内容介绍突发发射快速开启和关断能力消光比大（>10dB）突发接受快速AGC(动态范围>20dB)连续发送模块突发发送模块0#ONT0#ONU1#ONU0#ONU1#ONU0#ONT0#ONU1#ONU0#ONT有快速AGC接收无快速AGC阈值线恢复出来的数据到达OLT的信号及阈值建立ONT/ONU发出的信号连续接收模块突发接收模块PON关键技术----突发光电技术OLT通过Ranging测距过程获取ONU的往返延迟RTD（RoundTripDelay），从而指定合适的均衡延时参数EqD（EqualizationDelay），保证每个ONU发送数据时不会在分光器上产生冲突。OLT获取序列号和Ranging的过程都需要开窗，即QuietZone，暂停其他ONU的上行发送通道。GPON关键技术---测距什么是DBA?---DBA,DynamicallyBandwidthAssignment(动态带宽分配)---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分配的机制为什么需要DBA？

---可以提高PON端口的上行线路带宽利用率

---可以在PON口上增加更多的用户

---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DBA概念GPON系统采用SBA+DBA的方式来实现带宽的有效利用，TDM业务通过SBA指配带宽以保证其高QoS，其他一些业务可以通过DBA来动态分配带宽。DBA的实现与QoS的保障机制有密切关系。GPON系统通过状态的上报以及OLT业务监视（非状态上报）支持动态带宽分配。DBA功能的实现机制主要包括以下几个部分：OLT或ONU进行拥塞检测;向OLT报告拥塞状态;按照指定参数更新OLT分配带宽;OLT按照新分配的带宽和T-CONT类型发送授权;DBA操作的管理。DBA提高最大带宽利用率无DBA,利用率40%有DBA,利用率达到80%减小平均时延无DBA:100ms有DBA:<10msDBA在利用率和延迟指标上带来的优势T-CONTs(TransmissionContainers)：动态接收OLT下发的授权，用于管理PON系统传输汇聚层的上行带宽分配，改善PON系统中的上行带宽。T-CONT的带宽类型分为FB,AB,NAB,BE。T-CONT的5种类型，Type1,Type2,Type3,Type4,Type5。T-CONT带宽术语GTCPON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。

QoS处理的最小单元是T-CONT，T-CONT可以看作是ONU业务流的承载容器，调度机制是DBA（动态带宽分配）。

DBA的算法是GTC的QoS处理性能的关键。GEM

在GEM层主要是针对每个GEMPort进行业务流分类，类似于DSLAM的单PVC多业务的处理方式。针对流分类后的业务分别进行优先级修改、流量监管和转发处理。ETH/TDMTDM业务（非电路仿真方式）为面向连接，系统可以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、COS等标识进行业务的QoS处理，

QoS主要处理机制分为流分类、监管、队列调度、拥塞处理、整形，它们的实现复杂度是影响QoS处理性能的关键GPON中的QoS处理ETH/TDMGEMGTCFlowcontrol/ClassificationGPON业务承载层GPONQoS处理机制T-CONT/DBAVLAN/COS/PQ/GTS/POLICINGEndUser1EndUser3ONTEndUser233133211112ONTONT133211133211OLT加密解密解密解密1133211GPON支持下行广播数据进行AES128加密处理。只对GEM帧中的Payload进行加密处理。GPON系统定期的进行AES密钥交换和更新，提高了线路数据的可靠性。密钥更换由OLT发起密钥更换请求，ONU响应并将生成的新的密钥，并分两部分发给OLT，且重复发送三次，OLT收到了新的密钥后，就要开始进行密钥切换，将使用新的密钥的帧号通过相关的命令通知ONU（也是三次），ONU在相应的数据帧上切换校验密钥。AES:AdvancedEncryptSystem一种国际通用的加密算法GPON系统的AES加密处理分光器衰减计算分光器的插入损耗(<1dB):∑(Power_input)-∑(Power_outputofallbranch)InputOutput1:2分光器2:N分光器∵10log(0.5)=-3.01∴1:2分光器衰减为3.01dB1:16分光器衰减为12.04dB1:64分光器衰减为18.06dB光功率衰减光纤衰减和长度有关光纤熔接点的衰减值一般小于0.2dB其他方面，如光纤弯曲等也可能造成衰减About0.35dBperkmfor1310,1490nmTableG.984.2–ClassesforopticalpathlossClassAClassBClassB＋ClassCMinimumloss5dB10dB13dB15dBMaximumloss20dB25dB28dB30dBNOTE–Therequirementsofaparticularclassmaybemorestringentforonesystemtypethanforanother,e.g.theclassCattenuationrangeisinherentlymorestringentforTCMsystemsduetotheuseofa1:2

splitter/combinerateachsideoftheODN,eachhavingalossofabout3dB.Huawei’sOLTandONU28dB(ClassB+)光纤衰减和光功率预算ItemsUnitSinglefibreOLT:OLT最小平均发送功率MeanlaunchedpowerMINdBm+1.5最大平均发送功率MeanlaunchedpowerMAXdBm

5接收灵敏度MinimumsensitivitydBm-28过载光功率MinimumoverloaddBm-8下行光功率代价DownstreamopticalpenaltydB0.5ONU:ONU最小平均发送功率MeanlaunchedpowerMINdBm0.5最大平均发送功率MeanlaunchedpowerMAXdBm

5接收灵敏度MinimumsensitivitydBm-27过载光功率MinimumoverloaddBm-8上行光功率代价UpstreamopticalpenaltydB0.5GPON接口参数指标（ClassB+）IFponIFponIFpon1：N分光器OLTONU#1ONU#N备用光纤TypeA光纤备份IFponIFponIFpon2：N分光器OLTONU#1ONU#NTypeBOLT端口备份IFpon

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.如果到用户的线路故障，业务就会中断，无法备份。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。

GPON网络保护方式第1章PON基本概念第2章光接入网概述第3章GPON协议分析第4章GPON关键技术第5章GPON系统的管理和业务发放模式第6章GPON承载的基本业务内容介绍BRASAAAServerIPCoreASP/ISPCPEMSEEthernetMA5600TSoftswitchInternetIPTVServerMiddle

wareNMSTL1/CORBA

/APIBBserviceplatformCarrier’sOSSNotificationIPTVPhonePCSFU(HG8xx)CPEMDU(MA5606T)VDSL2NSPIPVoiceCBU/MTUE1FEODNSp