GPON原理介紹-B考慮到未來(lái)許多的寬帶應(yīng)用，越來(lái)越多的國(guó)家認(rèn)識(shí)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(shù)的產(chǎn)生背景、應(yīng)用、基本概念和特點(diǎn)，以及GPON系統(tǒng)的管理模式和終端的業(yè)務(wù)發(fā)放模式。

前言學(xué)習(xí)完此課程，您將會(huì)：掌握GPON的概念及發(fā)展背景理解光網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)掌握GPON的主要協(xié)議掌握GPON的關(guān)鍵技術(shù)了解GPON提供的基本業(yè)務(wù)了解GPON系統(tǒng)的管理模式和終端的業(yè)務(wù)發(fā)放模式目標(biāo)第1章PON基本概念第2章光接入網(wǎng)概述第3章GPON協(xié)議分析第4章GPON關(guān)鍵技術(shù)第5章GPON承載的基本業(yè)務(wù)第6章GPON系統(tǒng)的管理和業(yè)務(wù)發(fā)放模式內(nèi)容介紹PassiveOpticalNetwork

無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)OLTONUOpticalLineTerminal光線路終端OpticalNetworkUnit光網(wǎng)絡(luò)單元PassiveOpticalSplitter

無(wú)源分光器PSTNInternetCATVONUONUPON是一種點(diǎn)到多點(diǎn)（P2MP）結(jié)構(gòu)的無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)；PON由光線路終端OLT（OpticalLineTerminal）、光網(wǎng)絡(luò)單元ONU（OpticalNetworkUnit）和無(wú)源分光器POS（PassiveOpticalSplitter）組成；PassiveOpticalSplitter

無(wú)源分光器什么是PON?GPON（Gigabit-capablePassiveOpticalNetworks）三大優(yōu)勢(shì)：1、更遠(yuǎn)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(duì)每用戶下行2.5G/上行1.25G（物理層）；3、分光特性：局端單根光纖經(jīng)分光后引出多路到戶光纖，節(jié)省光纖資源。GPON支持Triple－play業(yè)務(wù)，可提供全業(yè)務(wù)競(jìng)爭(zhēng)方案可以有效解決雙絞線接入的帶寬瓶頸，滿足用戶對(duì)高帶寬業(yè)務(wù)的需求，如高清電視、實(shí)況轉(zhuǎn)播等，GPON是三網(wǎng)合一的上佳方案。GPON標(biāo)準(zhǔn)完善，綜合業(yè)務(wù)支持好，技術(shù)要求高全球大運(yùn)營(yíng)商的選擇<1Mbps3M8M25M100MADSL/ADSL2+CopperBasedVDSL/ADSL2+CopperBasedPONFiberBased2002200320062010時(shí)間帶寬互聯(lián)網(wǎng)視頻會(huì)議遠(yuǎn)程控制接入技術(shù)業(yè)務(wù)需求VoD標(biāo)清電視視頻會(huì)議Game實(shí)況TVVoDHDTV<3km<2km<1km~20km覆蓋半徑為什么選擇GPON?接入網(wǎng)的光纖化光纖接入網(wǎng)中P2PvsP2MP比較APON:ATMPassiveOpticalNetworksEPON:EthernetPassiveOpticalNetworksGE-PON:Giga-bitEthernetPassiveOpticalNetworksGPON:Gigabit-capablePassiveOpticalNetworksEPONGEPONGPONATMAPONBPONEthernetEPONGPON幾種PON標(biāo)準(zhǔn)PONTPONAPON/BPONGPONEPONWDMPON國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ITU-TG.983.xITU-TG.984.xIEEE802.3ah國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)尚無(wú)標(biāo)準(zhǔn)ITU-TG.982國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)Q1/1998國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)Q3/2000國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)尚無(wú)標(biāo)準(zhǔn)Q4/2004Q3/2004PON技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展第1章PON基本概念第2章光接入網(wǎng)概述第3章GPON協(xié)議分析第4章GPON關(guān)鍵技術(shù)第5章GPON承載的基本業(yè)務(wù)第6章GPON系統(tǒng)的管理和業(yè)務(wù)發(fā)放模式內(nèi)容介紹ADSL2+PONADSL2+VDSL2CentreofficeHomeVDSL2ONTADSL2+10/100Base-T1km2kmIPDSLAMGECurbBuildingGESplitter1xNFTTCFTTBFTTBFTTHADSL2+VDSL2GEFTTBDSLBestSuitableistheBestChoiceFTTX場(chǎng)景分析FTTH光纜網(wǎng)絡(luò)基本結(jié)構(gòu)各段模擬圖

GPON提供以下幾種異步傳輸速率：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支持最大邏輯距離為：60km支持最大距離差為：20km分光比為1：64，可升級(jí)為1：128GPON網(wǎng)絡(luò)基本性能參數(shù)GPON系統(tǒng)采用WDM技術(shù)，實(shí)現(xiàn)單纖雙向傳輸（強(qiáng)制）。為了分離同一根光纖上多個(gè)用戶的來(lái)去方向的信號(hào)，采用以下兩種復(fù)用技術(shù)：下行數(shù)據(jù)流采用廣播技術(shù)；上行數(shù)據(jù)流采用TDMA技術(shù)。1490nm1310nmGPON原理----數(shù)據(jù)復(fù)用第1章PON基本概念第2章光接入網(wǎng)概述第3章GPON協(xié)議分析第4章GPON關(guān)鍵技術(shù)第5章GPON承載的基本業(yè)務(wù)第6章GPON系統(tǒng)的管理和業(yè)務(wù)發(fā)放模式內(nèi)容介紹ITU-TG.984.3GPONTC層規(guī)格要求GTC復(fù)用結(jié)構(gòu)及協(xié)議棧介紹GTC幀結(jié)構(gòu)介紹ONU注冊(cè)激活流程DBA規(guī)格要求告警和性能ITU-TG-984.1/2/3/4產(chǎn)品開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單產(chǎn)品兼容性強(qiáng)ITU-TG.984.1GPON網(wǎng)絡(luò)參數(shù)說(shuō)明保護(hù)倒換組網(wǎng)要求ITU-TG.984.4OMCI消息結(jié)構(gòu)介紹OMCI設(shè)備管理框架OMCI實(shí)現(xiàn)原理簡(jiǎn)述ITU-TG.984.2PMD層規(guī)格要求2.488Gbps下行光接口參數(shù)規(guī)格要求1.244Gbps上行光接口參數(shù)規(guī)格要求物理層開(kāi)銷分配GPON標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議GPON協(xié)議內(nèi)容介紹（一）G.984.1GPON總體特性說(shuō)明GPON網(wǎng)絡(luò)參數(shù)說(shuō)明保護(hù)倒換組網(wǎng)要求建議的接口類型和業(yè)務(wù)類型G.984.2GPONPMD層規(guī)格要求ODN參數(shù)規(guī)格要求2.488Gbps下行光接口參數(shù)規(guī)格要求1.244Gbps上行光接口參數(shù)規(guī)格要求物理層開(kāi)銷分配GPON協(xié)議內(nèi)容介紹（二）G.984.3GPONTC層規(guī)格要求GTC復(fù)用結(jié)構(gòu)及協(xié)議棧介紹GTC幀結(jié)構(gòu)介紹GTC消息（PLOAM）ONU注冊(cè)激活流程DBA規(guī)格要求加密和FEC告警和性能GPON協(xié)議內(nèi)容介紹（三）G.984.4GPONOMCI接口規(guī)格要求G.983.2BPONOMCI接口規(guī)格要求OMCI消息結(jié)構(gòu)介紹OMCI設(shè)備管理框架OMCIANI（上行接口）相關(guān)實(shí)體說(shuō)明OMCIUNI（用戶接口）相關(guān)實(shí)體說(shuō)明OMCI連接管理和流量管理相關(guān)實(shí)體說(shuō)明OMCI實(shí)現(xiàn)原理簡(jiǎn)述廣播方式：GPON的下行幀長(zhǎng)為固定的125us，下行為廣播方式，所有的ONU都能收到相同的數(shù)據(jù)，但是通過(guò)ONUID來(lái)區(qū)分不同的ONU的數(shù)據(jù)，ONU通過(guò)過(guò)濾來(lái)接收屬于自己的數(shù)據(jù)。GPON原理----下行數(shù)據(jù)TDMA方式：GPON的上行是通過(guò)TDMA（時(shí)分復(fù)用）的方式傳輸數(shù)據(jù)，上行鏈路被分成不同的時(shí)隙，根據(jù)下行幀的upstreambandwidthmap字段來(lái)給每個(gè)ONU分配上行時(shí)隙，這樣所有的ONU就可以按照一定的秩序發(fā)送自己的數(shù)據(jù)了，不會(huì)產(chǎn)生為了爭(zhēng)奪時(shí)隙而沖突。每幀共有9120個(gè)時(shí)隙。GPON原理----上行數(shù)據(jù)IFponONUONUONUT-CONTPortT-CONTPortPortT-CONTT-CONTPortPortPortPortPort不同的ONU用ONU-ID標(biāo)識(shí)不同的T-CONT用Alloc-ID標(biāo)識(shí)不同的GEM-PORT用Port-ID標(biāo)識(shí)OLTONTT-CONTT-CONTGEMPortGEMPortGEMPort：業(yè)務(wù)的最小承載單位。T-CONT:TransmissionContainers。是一種承載業(yè)務(wù)的Buffer。主要用來(lái)傳輸上行數(shù)據(jù)的單元，引入T-CONT主要是為了解決上行帶寬動(dòng)態(tài)分配，以提高線路利用率

。IFpon：GPON接口。業(yè)務(wù)根據(jù)映射規(guī)則先映射到GEMPort中，然后在映射到T-CONT中進(jìn)行上行傳輸。GEMport可以靈活的映射到T-CONT中，一個(gè)GEMPort可以映射到一個(gè)T-CONT中去，多個(gè)GEMPort也可以映射到同一個(gè)T-CONT中。一個(gè)ONU的GPON接口中可以包含一個(gè)或多個(gè)T-CONT。GPON復(fù)用結(jié)構(gòu)配置數(shù)據(jù)時(shí)結(jié)構(gòu)的體現(xiàn)

增加ONTIFponONTONUONUT-CONTPortT-CONTPortPortT-CONTT-CONTPortPortPortPortPort

綁定ONT能力集模版

增加T－CONT

綁定DBA（T－cont)模版

增加GemPort對(duì)應(yīng)ONT實(shí)際硬件軟件能力承載DBA類型綁定對(duì)應(yīng)的TContC/M平面由3部分組成：嵌入式OAM，PLOAM和OMCI。嵌入式OAM和PLOAM通道信息用于對(duì)物理層和GTC層進(jìn)行管理。而OMCI提供了更高層次的統(tǒng)一的管理系統(tǒng)。嵌入式OAM通道通過(guò)GTC幀頭中域格式信息來(lái)提供(BDMap，DBRu等)。功能包括：帶寬授權(quán)，動(dòng)態(tài)帶寬分配信令等。PLOAM通道涉及ONU注冊(cè)、加密，BootOMCI等功能。OMCI通道用于管理在GTC層上層定義的業(yè)務(wù)的管理。GTC成幀子層：1、復(fù)用/解復(fù)用，PLOAM，GEM到FTC幀的映射2、GTC幀頭的產(chǎn)生/解碼3、基于ALLOC-ID的內(nèi)部交換GTC適配子層：1、ATM、GEM、OMCI的上層適配GPON參考模型GPON協(xié)議棧第1章PON基本概念第2章光接入網(wǎng)概述第3章GPON協(xié)議分析第4章GPON關(guān)鍵技術(shù)第5章GPON承載的基本業(yè)務(wù)第6章GPON系統(tǒng)的管理和業(yè)務(wù)發(fā)放模式內(nèi)容介紹突發(fā)發(fā)射快速開(kāi)啟和關(guān)斷能力消光比大（>10dB）突發(fā)接受快速AGC(動(dòng)態(tài)范圍>20dB)連續(xù)發(fā)送模塊突發(fā)發(fā)送模塊0#ONT0#ONU1#ONU0#ONU1#ONU0#ONT0#ONU1#ONU0#ONT有快速AGC接收無(wú)快速AGC閾值線恢復(fù)出來(lái)的數(shù)據(jù)到達(dá)OLT的信號(hào)及閾值建立ONT/ONU發(fā)出的信號(hào)連續(xù)接收模塊突發(fā)接收模塊PON關(guān)鍵技術(shù)----突發(fā)光電技術(shù)OLT通過(guò)Ranging測(cè)距過(guò)程獲取ONU的往返延遲RTD（RoundTripDelay），從而指定合適的均衡延時(shí)參數(shù)EqD（EqualizationDelay），保證每個(gè)ONU發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)不會(huì)在分光器上產(chǎn)生沖突。OLT獲取序列號(hào)和Ranging的過(guò)程都需要開(kāi)窗，即QuietZone，暫停其他ONU的上行發(fā)送通道。GPON關(guān)鍵技術(shù)---測(cè)距什么是DBA?---DBA,DynamicallyBandwidthAssignment(動(dòng)態(tài)帶寬分配)---DBA是一種能在微秒或毫秒級(jí)的時(shí)間間隔內(nèi)完成對(duì)上行帶寬的動(dòng)態(tài)分配的機(jī)制為什么需要DBA？

---可以提高PON端口的上行線路帶寬利用率

---可以在PON口上增加更多的用戶

---用戶可以享受到更高帶寬的服務(wù)，特別是那些對(duì)帶寬突變比較大的業(yè)務(wù)DBA概念GPON系統(tǒng)采用SBA+DBA的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)帶寬的有效利用，TDM業(yè)務(wù)通過(guò)SBA指配帶寬以保證其高QoS，其他一些業(yè)務(wù)可以通過(guò)DBA來(lái)動(dòng)態(tài)分配帶寬。DBA的實(shí)現(xiàn)與QoS的保障機(jī)制有密切關(guān)系。GPON系統(tǒng)通過(guò)狀態(tài)的上報(bào)以及OLT業(yè)務(wù)監(jiān)視（非狀態(tài)上報(bào)）支持動(dòng)態(tài)帶寬分配。DBA功能的實(shí)現(xiàn)機(jī)制主要包括以下幾個(gè)部分：OLT或ONU進(jìn)行擁塞檢測(cè);向OLT報(bào)告擁塞狀態(tài);按照指定參數(shù)更新OLT分配帶寬;OLT按照新分配的帶寬和T-CONT類型發(fā)送授權(quán);DBA操作的管理。DBA提高最大帶寬利用率無(wú)DBA,利用率40%有DBA,利用率達(dá)到80%減小平均時(shí)延無(wú)DBA:100ms有DBA:<10msDBA在利用率和延遲指標(biāo)上帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)T-CONTs(TransmissionContainers)：動(dòng)態(tài)接收OLT下發(fā)的授權(quán)，用于管理PON系統(tǒng)傳輸匯聚層的上行帶寬分配，改善PON系統(tǒng)中的上行帶寬。T-CONT的帶寬類型分為FB,AB,NAB,BE。T-CONT的5種類型，Type1,Type2,Type3,Type4,Type5。T-CONT帶寬術(shù)語(yǔ)GTCPON系統(tǒng)架構(gòu)是下行方向?yàn)閺V播方式，上行方向?yàn)門DMA方式，所以只對(duì)上行方向的業(yè)務(wù)流提供QoS處理。

QoS處理的最小單元是T-CONT，T-CONT可以看作是ONU業(yè)務(wù)流的承載容器，調(diào)度機(jī)制是DBA（動(dòng)態(tài)帶寬分配）。

DBA的算法是GTC的QoS處理性能的關(guān)鍵。GEM

在GEM層主要是針對(duì)每個(gè)GEMPort進(jìn)行業(yè)務(wù)流分類，類似于DSLAM的單PVC多業(yè)務(wù)的處理方式。針對(duì)流分類后的業(yè)務(wù)分別進(jìn)行優(yōu)先級(jí)修改、流量監(jiān)管和轉(zhuǎn)發(fā)處理。ETH/TDMTDM業(yè)務(wù)（非電路仿真方式）為面向連接，系統(tǒng)可以通過(guò)靜態(tài)配置帶寬嚴(yán)格保證面向連接的QoS。

ETH業(yè)務(wù)（包括電路仿真方式的TDM業(yè)務(wù)）主要是基于二層VLAN、COS等標(biāo)識(shí)進(jìn)行業(yè)務(wù)的QoS處理，

QoS主要處理機(jī)制分為流分類、監(jiān)管、隊(duì)列調(diào)度、擁塞處理、整形，它們的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度是影響QoS處理性能的關(guān)鍵GPON中的QoS處理ETH/TDMGEMGTCFlowcontrol/ClassificationGPON業(yè)務(wù)承載層GPONQoS處理機(jī)制T-CONT/DBAVLAN/COS/PQ/GTS/POLICINGEndUser1EndUser3ONTEndUser233133211112ONTONT133211133211OLT加密解密解密解密1133211GPON支持下行廣播數(shù)據(jù)進(jìn)行AES128加密處理。只對(duì)GEM幀中的Payload進(jìn)行加密處理。GPON系統(tǒng)定期的進(jìn)行AES密鑰交換和更新，提高了線路數(shù)據(jù)的可靠性。密鑰更換由OLT發(fā)起密鑰更換請(qǐng)求，ONU響應(yīng)并將生成的新的密鑰，并分兩部分發(fā)給OLT，且重復(fù)發(fā)送三次，OLT收到了新的密鑰后，就要開(kāi)始進(jìn)行密鑰切換，將使用新的密鑰的幀號(hào)通過(guò)相關(guān)的命令通知ONU（也是三次），ONU在相應(yīng)的數(shù)據(jù)幀上切換校驗(yàn)密鑰。AES:AdvancedEncryptSystem一種國(guó)際通用的加密算法GPON系統(tǒng)的AES加密處理分光器衰減計(jì)算分光器的插入損耗(<1dB):∑(Power_input)-∑(Power_outputofallbranch)InputOutput1:2分光器2:N分光器∵10log(0.5)=-3.01∴1:2分光器衰減為3.01dB1:16分光器衰減為12.04dB1:64分光器衰減為18.06dB光功率衰減光纖衰減和長(zhǎng)度有關(guān)光纖熔接點(diǎn)的衰減值一般小于0.2dB其他方面，如光纖彎曲等也可能造成衰減About0.35dBperkmfor1310,1490nmTableG.984.2–ClassesforopticalpathlossClassAClassBClassB＋ClassCMinimumloss5dB10dB13dB15dBMaximumloss20dB25dB28dB30dBNOTE–Therequirementsofaparticularclassmaybemorestringentforonesystemtypethanforanother,e.g.theclassCattenuationrangeisinherentlymorestringentforTCMsystemsduetotheuseofa1:2

splitter/combinerateachsideoftheODN,eachhavingalossofabout3dB.Huawei’sOLTandONU28dB(ClassB+)光纖衰減和光功率預(yù)算ItemsUnitSinglefibreOLT:OLT最小平均發(fā)送功率MeanlaunchedpowerMINdBm+1.5最大平均發(fā)送功率MeanlaunchedpowerMAXdBm

5接收靈敏度MinimumsensitivitydBm-28過(guò)載光功率MinimumoverloaddBm-8下行光功率代價(jià)DownstreamopticalpenaltydB0.5ONU:ONU最小平均發(fā)送功率MeanlaunchedpowerMINdBm0.5最大平均發(fā)送功率MeanlaunchedpowerMAXdBm

5接收靈敏度MinimumsensitivitydBm-27過(guò)載光功率MinimumoverloaddBm-8上行光功率代價(jià)UpstreamopticalpenaltydB0.5GPON接口參數(shù)指標(biāo)（ClassB+）IFponIFponIFpon1：N分光器OLTONU#1ONU#N備用光纖TypeA光纖備份IFponIFponIFpon2：N分光器OLTONU#1ONU#NTypeBOLT端口備份IFpon

設(shè)備沒(méi)有任何備份措施.主干光纖故障后，由人工切換至備用光纖.業(yè)務(wù)肯定中斷，中斷時(shí)間取決于線路恢復(fù)時(shí)間.如果到用戶的線路故障，業(yè)務(wù)就會(huì)中斷，無(wú)法備份。OLT設(shè)備上有兩個(gè)GPON接口.此種保護(hù)方式僅限于主干光纖出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)切換到備用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)骨干光纖的保護(hù)。保護(hù)對(duì)象僅限于OLT與ODN之間的光纖故障和OLT單板硬件故障，對(duì)其他類型的故障沒(méi)有涉及，可能存在嚴(yán)重安全隱患，無(wú)法滿足客戶需求。無(wú)法定位故障。

GPON網(wǎng)絡(luò)保護(hù)方式第1章PON基本概念第2章光接入網(wǎng)概述第3章GPON協(xié)議分析第4章GPON關(guān)鍵技術(shù)第5章GPON系統(tǒng)的管理和業(yè)務(wù)發(fā)放模式第6章GPON承載的基本業(yè)務(wù)內(nèi)容介紹BRASAAAServerIPCoreASP/ISPCPEMSEEthernetMA5600TSoftswitchInternetIPTVServerMiddle

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