1、HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTDHUAWEI Confidential InternalGPON原理介紹ISSUE 1.0HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 2考慮到未來許多的寬帶應用，越來越多的國家認識到必須盡早突破接入“瓶頸”，而光纖是今為止最好的傳輸媒介。本文主要分析 GPON技術的產生背景、應用、基本概念和特點，以及GPON系統的管理模式和終端的業務發放模式。 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 3參考資料參考資料lht

2、tp:/ 接入網/光接入/光接入公共/GPON QoS專題介紹 lhttp:/ HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 4學習完此課程，您將會：掌握GPON的概念及發展背景理解光網絡架構掌握GPON的主要協議掌握GPON的關鍵技術了解GPON提供的基本業務了解GPON系統的管理模式和終端的業務發放模式HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 5HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 6Servi

3、ceAccessCoreX.25ADSLEthernetPSTNIPATMFRGSM/GPRSCDMACablePDHSDHWireless VoiceWireless DataHigh SpeedInternet VoiceStreamingDial-upVoIPMessageFTTH GPONDSLWirelessEth/IP/MPLSAggregation NetworkLocation &PresenceMessageOnline GamingVoiceDataVideoStorageDirectory接入網的發展接入網的發展All IPAll IPHUAWEI TECHNOLOGIE

4、S CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 7lPassive Optical Network 無源光網絡無源光網絡OLTONUOptical Line Terminal 光線路終端Optical Network Unit 光網絡單元 Passive Optical Splitter 無源分光器PSTNInternetCATVONUONU PON是一種點到多點（是一種點到多點（P2MP）結構的無源光網絡；）結構的無源光網絡； PON由由光線路終端光線路終端OLT（Optical Line Terminal）、）、光網絡單元光網絡單元 ONU（ Optical Net

5、work Unit） 和無源分光器和無源分光器POS（Passive Optical Splitter）組成；）組成；Passive Optical Splitter 無源分光器什么是什么是PON?PON?HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 8GPON（Gigabit-capable Passive Optical Networks）三大優勢：三大優勢： 1、更遠的傳輸距離：采用光纖傳輸，接入層的覆蓋半徑、更遠的傳輸距離：采用光纖傳輸，接入層的覆蓋半徑20KM； 2、更高的帶寬：對每用戶下行、更高的帶寬：對每用戶下行2.5

6、G/上行上行1.25G（物理層）；（物理層）； 3、分光特性：局端單根光纖經分光后引出多路到戶光纖，節省光纖資源。、分光特性：局端單根光纖經分光后引出多路到戶光纖，節省光纖資源。GPON支持支持Tripleplay業務，可提供全業務競爭方案可以有效解決雙絞線接入的帶業務，可提供全業務競爭方案可以有效解決雙絞線接入的帶寬瓶頸，滿足用戶對高帶寬業務的需求，如高清電視、實況轉播等，寬瓶頸，滿足用戶對高帶寬業務的需求，如高清電視、實況轉播等，GPON是三網是三網合一的上佳方案。合一的上佳方案。GPON標準完善，綜合業務支持好，技術要求高標準完善，綜合業務支持好，技術要求高全球大運營商的選擇全球大運營商

7、的選擇1Mbps3M8M25M100MADSL/ADSL2+Copper BasedVDSL / ADSL2+Copper BasedPONFiber Based2002200320062010時間時間帶寬帶寬互聯網視頻會議遠程控制接入技術業務需求VoD標清電視視頻會議Game實況TVVoDHDTV3km2km10dB10dB）l突發接受突發接受l快速快速AGC (AGC (動態范圍動態范圍 20dB)20dB)連續發送模塊連續發送模塊突發發送模塊突發發送模塊0# ONT0# ONU1# ONU0# ONU1# ONU0# ONT0# ONU1# ONU0# ONT有快速有快速AGC接收無快速

8、接收無快速AGC閾值線閾值線恢復出來的數據恢復出來的數據到達到達OLT的信號及閾值建立的信號及閾值建立ONT/ONU發出的信號發出的信號連續接收模塊連續接收模塊突發接收模塊突發接收模塊PONPON關鍵技術關鍵技術-突發光電技術突發光電技術HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 34OLTONU inRangingstateStart of D/S FrameReception of D/S FrameTransmission of S/N ResponseActual Receptionof S/N ResonseDesire

9、d Start ofU/S FrameAssigned EqDPre-AssignedEqDZero Distance EqDDesired Receptionof SN ResponseSstartU/S BW MapcontainingRanging RequestONUResponseTimePre-AssignedEqDSstartStart of U/S Framefor Pre-ranged ONUONU3ONU2ONU1OLTlOLT通過Ranging測距過程獲取ONU的往返延遲RTD（Round Trip Delay），從而指定合適的均衡延時參數EqD（Equalization

10、 Delay），保證每個ONU發送數據時不會在分光器上產生沖突。 lOLT獲取序列號和Ranging的過程都需要開窗，即Quiet Zone，暫停其他ONU的上行發送通道。GPONGPON關鍵技術關鍵技術-測距測距HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 35l什么是DBA?l - DBA, Dynamically Bandwidth Assignment( - DBA, Dynamically Bandwidth Assignment(動態帶寬分配動態帶寬分配) )l - DBA - DBA是一種能在微秒或毫秒級的時間間隔內完

11、成對上行帶寬的動是一種能在微秒或毫秒級的時間間隔內完成對上行帶寬的動態分配的機制態分配的機制l為什么需要DBA？l - - 可以提高可以提高PONPON端口的上行線路帶寬利用率端口的上行線路帶寬利用率l - - 可以在可以在PONPON口上增加更多的用戶口上增加更多的用戶l - - 用戶可以享受到更高帶寬的服務，特別是那些對帶寬突變比較大用戶可以享受到更高帶寬的服務，特別是那些對帶寬突變比較大的業務的業務DBADBA概念概念HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 36lGPON系統采用SBA+DBA的方式來實現帶寬的有效利用，

12、lTDM業務通過SBA指配帶寬以保證其高QoS，l其他一些業務可以通過DBA來動態分配帶寬。lDBA的實現與QoS的保障機制有密切關系。lGPON系統通過狀態的上報以及OLT業務監視（非狀態上報）支持動態帶寬分配。lGPONGPON的狀態上報的狀態上報DBADBA存在存在3 3種機制：種機制： PLOu-State Ind DBA; DBRu-Piggy-back DBA; Payload DBA;lDBADBA功能的實現機制主要包括以下幾個部分：功能的實現機制主要包括以下幾個部分： OLT或ONU進行擁塞檢測; 向OLT報告擁塞狀態; 按照指定參數更新OLT分配帶寬; OLT按照新分配的帶寬

13、和T-CONT類型發送授權; DBA操作的管理。DBADBAHUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 37l提高最大帶寬利用率無無DBA,DBA,利用率利用率40%40%有有DBA,DBA,利用率達到利用率達到80%80%l減小平均時延無無DBA:100msDBA:100ms有有DBA:10msDBA:10msDBADBA在利用率和延遲指標上帶來的優勢在利用率和延遲指標上帶來的優勢HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 38uT-CONTs (Transmiss

14、ion Containers)T-CONTs (Transmission Containers)：動態接收：動態接收OLTOLT下發的授權下發的授權 ，用于管理，用于管理PONPON系統傳輸匯聚層的上行帶寬分配，改善系統傳輸匯聚層的上行帶寬分配，改善PONPON系統中的上行帶寬。系統中的上行帶寬。uT-CONTT-CONT的帶寬類型分為的帶寬類型分為FB,AB,NAB,BEFB,AB,NAB,BE。 uT-CONTT-CONT的的5 5種類型，種類型，Type1,Type2,Type3,Type4,Type5Type1,Type2,Type3,Type4,Type5。T-CONTT-CONT帶

15、寬術語帶寬術語HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 39l根據業務的優先級，系統對每個根據業務的優先級，系統對每個ONUONU設置設置SLASLA，對業務的帶寬進行限制，對業務的帶寬進行限制。 l最大帶寬和最小帶寬是對每個最大帶寬和最小帶寬是對每個ONUONU的帶寬進行極限限制，保證帶寬根據業務的優先級不同而不同，一的帶寬進行極限限制，保證帶寬根據業務的優先級不同而不同，一般語音業務的優先級最高，視頻業務優先級次之，數據業務的優先級最低。般語音業務的優先級最高，視頻業務優先級次之，數據業務的優先級最低。lOLTOLT根據業務

16、和根據業務和SLASLA及及ONUONU的實際情況進行帶寬許可，優先級高的可以得到更高的帶寬，滿足業務需的實際情況進行帶寬許可，優先級高的可以得到更高的帶寬，滿足業務需求。求。T-CONTT-CONT類型和帶寬類型之間的關系類型和帶寬類型之間的關系HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 40nT-CONT1類型的分配為靜態分配，保證帶寬直接等于配置最大帶寬，優先分配nT-CONT2類型的分配只需要保證用戶的保證帶寬，如果超過最大帶寬則按照最大帶寬分配nT-CONT3類型為混合保證和非保證帶寬，如果可以保證申請帶寬，則直接分配，

17、否則將不能分配的部分帶寬打上標記和T-CONT5類型的TAG部分帶寬采用RR（輪巡）方式分配nT-CONT4類型為不保證類型，只有保證帶寬分配后剩余帶寬和T-CONT5部分剩余帶寬申請一起RR調度；nT-CONT5類型為混合型，首先判斷保證帶寬是否能夠滿足要求，如果可以，則直接分配，如果不滿足，則將剩余部分帶寬申請打上標記和T-CONT3的TAG部分帶寬RR調度分配，如果分配后還不能滿足，則剩余帶寬與T-CONT4競爭ONU_ID T-CONT1TAGRRONU_ID T-CONT2ONU_ID T-CONT3ONU_ID T-CONT4ONU_ID T-CONT5RR配置最大帶寬保證帶寬競爭

18、帶寬5-15-23-13-25-35-43-45-55-64-14-21-12-13-35-3A-BA：T-CONT類型B：分配步驟DBADBA調度算法的實現調度算法的實現HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 41lOLTOLT內部內部DBADBA模塊不斷收集模塊不斷收集DBADBA報告信息，進行相關計算，并將計算結果以報告信息，進行相關計算，并將計算結果以BW MapBW Map的形式下發給各的形式下發給各ONUONU。 l各各ONUONU根據根據BW MapBW Map信息在各自的時隙內發送上行突發數據，占用上行帶寬。信

19、息在各自的時隙內發送上行突發數據，占用上行帶寬。DBA算法邏輯算法邏輯DBA報告報告BW MapTime slotT-CONTT-CONTT-CONT調度器調度器ONUOLT控制平面數據平面DBADBA的實現過程的實現過程HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 42lSR(Status Reporting )-DBA PayloadUS BWMapDataReportPCBdD/S DirectionU/S DirectionOLTONTlOLTOLT根據上次計算的根據上次計算的結果在下行幀頭中下結果在下行幀頭中下發發BW M

20、apBW Map。lONUONU根據帶寬分配根據帶寬分配信息在規定的時隙上信息在規定的時隙上發送目前發送目前T-CONTT-CONT中中等待發送的數據狀態等待發送的數據狀態報告報告 。lOLTOLT收到收到ONUONU的狀態的狀態報告后，經過報告后，經過DBADBA計計算并更新算并更新BW MapBW Map，在下一幀進行下發。在下一幀進行下發。lONUONU收到收到OLTOLT下發的下發的BW MapBW Map消息后，在消息后，在指定的時隙上發送數指定的時隙上發送數據。據。DBADBA的兩種實現模式的兩種實現模式HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Con

21、fidential Page 43在在OLT處監視從處監視從NSR-ONU/ONT來的信元數據流的算法來的信元數據流的算法過程(Procedure)：Step1：在確定的間隔(interval)內監視OLT接收到的信元數目。Step2：通過使用在Step1中的實時監控(real time monitoring)結果來計算利用速率(utilization rate)。Step3：通過比較利用速率和極限值，來認識(recognize)擁塞程度。 DtijDiDjlNSR (Non Status Reporting)-DBA NSR-DBANSR-DBA實現實現HUAWEI TECHNOLOGIES

22、 CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 44GTCGTC PON PON系統架構是下行方向為廣播方式，上行方向為系統架構是下行方向為廣播方式，上行方向為TDMATDMA方式，所以只對上行方向的業務流提供方式，所以只對上行方向的業務流提供QoSQoS處理。處理。 QoSQoS處理的最小單元是處理的最小單元是T-CONTT-CONT，T-CONTT-CONT可以看作是可以看作是ONUONU業務流的承載容器，調度機制是業務流的承載容器，調度機制是DBADBA（動態帶寬分配）（動態帶寬分配）。 DBADBA的算法是的算法是GTCGTC的的QoSQoS處理性能的關鍵。處理性

23、能的關鍵。GEMGEM 在在GEMGEM層主要是針對每個層主要是針對每個GEM PortGEM Port進行業務流分類，類似于進行業務流分類，類似于DSLAMDSLAM的單的單PVCPVC多業務的處理方式。多業務的處理方式。 針對流分類后的業務分別進行優先級修改、流量監管和轉發處理。針對流分類后的業務分別進行優先級修改、流量監管和轉發處理。ETH/TDMETH/TDM TDM TDM業務（非電路仿真方式）為面向連接，系統可以通過靜態配置帶寬嚴格保證面向連接的業務（非電路仿真方式）為面向連接，系統可以通過靜態配置帶寬嚴格保證面向連接的QoSQoS。 ETHETH業務（包括電路仿真方式的業務（包括

24、電路仿真方式的TDMTDM業務）主要是基于二層業務）主要是基于二層VLANVLAN、COSCOS等標識進行業務的等標識進行業務的QoSQoS處理，處理， QoSQoS主要處理機制分為流分類、監管、隊列調度、擁塞處理、整形，它們的實現復雜度是影響主要處理機制分為流分類、監管、隊列調度、擁塞處理、整形，它們的實現復雜度是影響QoSQoS處理性能的關鍵處理性能的關鍵GPONGPON中的中的QoSQoS處理處理ETH/TDMGEMGTCFlow control/ClassificationGPON 業務承載層GPON QoS處理機制T-CONT/DBAVLAN/COS/PQ/GTS/POLICINGH

25、UAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 45ONTONTONTOLT加密加密解密解密解密解密解密解密lGPONGPON支持下行廣播數據進行支持下行廣播數據進行AES128AES128加密處理。加密處理。l只對只對GEMGEM幀中的幀中的PayloadPayload進行加密處理。進行加密處理。lGPONGPON系統定期的進行系統定期的進行AESAES密鑰交換和更新，提高了線路數據的可靠性。密鑰交換和更新，提高了線路數據的可靠性。l密鑰更換由密鑰更換由OLTOLT發起密鑰更換請求，發起密鑰更換請求，ONUONU響應并將生成的新的密鑰

26、，并分兩部分發給響應并將生成的新的密鑰，并分兩部分發給OLTOLT，且重復發送三次且重復發送三次 ，OLTOLT收到了新的密鑰后，就要開始進行密鑰切換，將使用新的密鑰的幀號收到了新的密鑰后，就要開始進行密鑰切換，將使用新的密鑰的幀號通過相關的命令通知通過相關的命令通知ONUONU（也是三次）（也是三次） ，ONUONU在相應的數據幀上切換校驗密鑰。在相應的數據幀上切換校驗密鑰。AES: Advanced Encrypt System一種國際通用的加密算法GPONGPON系統的系統的AESAES加密處理加密處理HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confide

27、ntial Page 46 DatabytesPCBdParityCodeword9720 TSsPCBd Payload (Data bytes) Data bytes ofcodeword #1 9108 TSs ShortcodewordData bytesParityCodewordData bytes ofcodeword #2Data bytesParityCodewordData bytes ofcodeword #3Data bytesParityCodewordData bytes ofcodeword #4Data bytesParityCodewordData bytes

28、 ofcodeword #5Data bytesParityCodewordData bytes ofcodeword #6ParityDatabyteslForward Error Correction, Forward Error Correction, FEC FEC 。 l一種基于一種基于Reed-SolomonReed-Solomon的塊編碼算法，的塊編碼算法，FECFEC碼字由定長數據塊和冗余位構成。碼字由定長數據塊和冗余位構成。lGPONGPON在傳輸層使用在傳輸層使用FECFEC算法可以將線路傳輸的誤碼率降低到算法可以將線路傳輸的誤碼率降低到10E-15,10E-15,可以避免

29、數據重傳。可以避免數據重傳。lGPONGPON系統上、下行均支持系統上、下行均支持FECFEC處理。處理。l對對PCBdPCBd和和PayloadPayload一起進行一起進行FECFEC處理，提高了數據傳輸質量。處理，提高了數據傳輸質量。FECFEC處理處理HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 47分光器衰減計算分光器的插入損耗( Multi-PlayTriple-Play - Multi-Play業務承載方式：業務承載方式： 多多GemportGemport多業務多業務 單單GemportGemport多業務多業務業務流

30、映射：業務流映射： user-vlanuser-vlan、802.1P802.1P、Eth PHYEth PHY單一或單一或 混合的業務流到混合的業務流到GemportGemport映射規則映射規則GPON Triple-Play GPON Triple-Play 端到端解決方案端到端解決方案HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 55CESoPCESoP方式方式TDMBTDMB扣板扣板GEM-TDMGEM-TDMGPBAGPBANativeNative方式方式GPBCGPBC無扣板，普通以太方式走背板路由到另一塊上行板無扣板

31、，普通以太方式走背板路由到另一塊上行板lOLTOLT支持支持NativeNative和和CESoPCESoP兩種兩種TDMTDM處理方式。處理方式。lGPONGPON強大的強大的QoSQoS能力，可確保能力，可確保TDMTDM業務的端到端延時、業務的端到端延時、JitterJitter和誤碼率指標。和誤碼率指標。l針對針對GPONGPON的定長幀傳輸特點，的定長幀傳輸特點，TDMTDM在在GPONGPON線路上承載具有天然優勢。線路上承載具有天然優勢。lTDMoGEMTDMoGEM的實現是將的實現是將TDMTDM幀直接封裝到幀直接封裝到GEMGEM幀中進行傳輸。幀中進行傳輸。l在在GPONGP

32、ON線路上給封裝有線路上給封裝有TDMTDM幀的幀的GEMGEM給與最高的優先級，保證給與最高的優先級，保證TDMTDM的傳輸質量。的傳輸質量。l在同步方面，系統采用統一的在同步方面，系統采用統一的8K8K時鐘進行全網同步。時鐘進行全網同步。ONTONTOLTOLTCOCOLELESplitterSplitterONTONTBUSINESSBUSINESSPBXPBXPBXPBXE1/T1ODNODNE1/T1E1/T1FEPSTNPSTNONTONT應用場景：應用場景：解決移動基站和商業用戶解決移動基站和商業用戶PBXPBX語音接入的語音接入的TDMTDM業務傳輸業務傳輸 GPON GPON

33、 TDM TDM 業務解決方案業務解決方案HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 56xDSLxDSL線路改造，有利于原來的銅纜資源的利用線路改造，有利于原來的銅纜資源的利用 GPON + xDSLGPON + xDSL 解決方案解決方案HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 57GPON GPON RF RF 業務解決方案業務解決方案EDFA（Erbium Doped Fiber Amplifier）OpticalCouplers（WDM）OLT(Optic

34、al Line Terminal)ONU(Optical Network Terminal)CentralCentralOfficeOfficeVideo1550nmVoice/Data& Video1490/1310nm，1550nmVoice/DataDownstream1490nmUpstream 1490nmCustomerCustomerPremisesPremisesOptical SplitterVideo（RF）IPVoice and Data1250MbpsVoice and Data2500MbpsVideoAnalog TVDigital TVHD/VOD42Mhz550

35、Mhz860MhzUpstreamDownstream1310nm1490nm1550nmHUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 58HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 59物理層物理層OAMOAM消息有三種類型：嵌入式消息有三種類型：嵌入式OAMOAM，PLOAMPLOAM消息，消息，OMCIOMCI消息。消息。嵌入式嵌入式OAMOAM和和PLOAMPLOAM通道信息用于對物理層和通道信息用于對物理層和GTCGTC層進行管理。層進行管理。嵌入式嵌入式OAMOAM通道通過通道通過GTCGTC幀頭中域格式信息來提供幀頭中域格式信息來提供(BW Map(BW Map，DBRuDBRu等等) )。 （功能包括：帶寬授權，動態帶寬分配信令等）（功能包括：帶寬授權，動態帶寬分配信令等）PLOAMPLOAM通道涉及通道涉及ONUONU注冊、加密，注