基于gpon的光纤到户的方案设计

1、武汉工程大学邮电与信息工程学院武汉工程大学邮电与信息工程学院 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 基于基于 gpon 的光纤到户的方案设计的光纤到户的方案设计 design of fiber to the home scheme based on gpon 学生姓名 学 号 专业班级 指导教师 2014 年年 5 月月 武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文） 作者声明作者声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果，除了文中特别加以标注的地方外，没有任何剽窃、抄袭、造假等违反学术 道德、学术规范的行为，也没有侵犯任何其他人或组织的科研成果及专利。与我 一

2、同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了 谢意。如本毕业设计（论文）引起的法律结果完全由本人承担。 毕业设计（论文）成果归武汉工程大学邮电与信息工程学院所有。 特此声明。 作者专业： 通信工程 作者学号： 1030010218 作者签名： _年_月_日 武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文） 摘摘 要要 gpon（吉比特无源光网络）技术是无源光网络（pon）家族中一个重要的 技术分支，其它 pon 技术包括 apon/bpon 和 epon 技术等。gpon 是当前和 未来二到三年内最受关注的光接入技术之一。相对于现有的接入网技术，gpon 具有高带宽、高效

3、率、高分光比、长距离传输、覆盖面积广、用户接口丰富等特 点，并且能大量节省运营商在接入层馈线段的光纤资源，为各种业务类型提供相 应的 qos 保证。gpon 还规定了在接入网层面上的保护机制和完整的 oam 功能， 使光纤自动倒换时间小于 50ms。由于这些优点，gpon 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。 本论文第 1 章介绍了 pon 技术的发展历史及现状，简要介绍了 apon、bpon、epon 和 gpon 的由来和发展趋势。第 2 章和第 3 章介绍了 gpon 的结构原理，重点研究了 gpon 的关键技术、组网方式及设备类型，分析 了 gpon 的上下

4、行帧结构、gem 封装技术以及动态带宽分配等。第 4 章以一个 小区用户业务需求为案例，提出了基于 gpon 的小区 ftth 解决方案，通过 ftth 组网设计、小区 gpon、ftth 总体设计、odn 建设方案、光分路比的选 取，成本、设备选取、传输损耗和业务带宽提供等方面，体现小区 gpon 接入的 可行性，指出 gpon 是目前三网融合、光纤到户的最佳解决方案。 关键词：关键词：gpon；光纤到户；方案设计 武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文） abstract gpon (gigabit passive optical network ) technique is a p

5、assive optical network (pon) technology is an important family of branches other similar techniques include apon / bpon and epon technology. gpon is one of the current and future 2-3 years most talked about optical access technologies. compared with the existing access network technology, gpon has a

6、 high bandwidth, high efficiency, high scores than light, long-distance transmission, wide coverage area, rich user interface features, and can save a lot of operators in the access layer of the fiber feeder segment resources and provide qos guarantees for a variety of business types. gpon also prov

7、ides network level protection mechanisms followed and complete oam function, automatically switching time is less than the fiber 50ms. because of these advantages, gpon considered by most operators realize the broadband access network services, integrated transformation of the ideal technology. the

8、first chapter introduces the history and current situation of the development of pon technology, briefly introduces the origin and development trends apon, bpon, epon and gpon. the second and third chapter introduces the principle gpon architecture, focusing on the key technology of gpon, networking

9、 and device type, analyzes of gpon uplink and downlink frame structure, gem packaging technology and dynamic bandwidth allocation. the fourth chapter to the business needs of users in a cell case, the district proposed based on gpon ftth solutions through ftth network design, residential gpon, ftth

10、overall design, odn-building program, select the optical splitter ratio, cost, equipment selected, transmission loss and bandwidth for other aspects of the business, reflecting the feasibility of residential gpon access, noting that gpon is the triple play, the best solution for ftth. key words： gpo

11、n (gigabit-capable pon); ftth (fiber to the home); program design 武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文） 目目 录录 第第 1 章章 绪论绪论.1 1.1 pon 的国内外发展历史及现状.1 1.2 本论文的研究内容 .2 第第 2 章章 gpon 技术概述技术概述.3 2.1 几种 pon 技术的比较 .3 2.2 gpon 的概念及特点 .4 2.2.1 gpon 的定义.4 2.2.2 gpon 的主要特点.4 2.3 gpon 的关键技术 .6 2.3.1 gpon 的技术标准及系统结构.6 2.3.2 gem

12、封装技术.8 2.3.3 gpon 上下行帧结构.9 2.3.4 动态带宽分配（dba）.11 第第 3 章章 gpon 的设备及组网模式的设备及组网模式.14 3.1 gpon 设备的功能结构 .14 3.1.1 ont 的功能结构.14 3.1.2 olt 的功能结构.15 3.1.3 odn 的功能结构 .16 3.2 gpon 的设备介绍 .16 3.2.1 华为公司的系列设备.16 3.2.2 中兴通讯的系列产品.19 3.2.3 烽火通信的系列产品.21 3.3 gpon 的组网模式 .22 3.3.1 ftth.22 3.3.2 fttb.22 3.3.3 ftto.23 武汉工

13、程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文） 3.3.4 fttc.23 第第 4 章章 基于基于 gpon 的光纤到户的设计方案的光纤到户的设计方案.24 4.1 小区项目概况 .24 4.2 解决方案 .25 4.2.1 ftth 组网方案.25 4.2.2 基于 gpon 的 ftth 设计方案.25 第第 5 章章 总结与展望总结与展望.30 参考文献参考文献.32 致谢致谢.33 附录附录 主要英文缩写对照表主要英文缩写对照表.34 武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文） 1 第第 1 章章 绪论绪论 宽带接入是指用户需要通过一定的通信基础网络支持实现用户和 internet 的

14、 高速连接。由于种种原因，从通信基础网络到用户端“最后一公里”成为宽带接 入的“瓶颈” 。目前，实现主要有以下几种方式：xdsl、cable modem、吉比特 以太网、无线接入技术、光纤接入技术。 1.1 pon 的国内外发展历史及现状的国内外发展历史及现状 最早的 pon 系统主要是用于解决多个窄带接入网（数字用户环路）远端设 备的互联，传送 n64kbit/s 的语音时隙。但由于价格和业务保护方面均无法与环 形拓扑的数字用户环路设备抗衡，因此成为失败的技术。 20 世纪 90 年代，随着 atm/b-isdn 的兴起，宽带第一次成为电信技术发展 的重要方向，而带宽潜力巨大的光纤技术也成为

15、信息传输技术的宠儿。因此，在 1995 年全球 7 个重要的运营商成立了全业务接入网组织（fsan） ，致力于光纤接 入网的标准和应用的推进工作。在 fsan 和 itu-t 的共同努力下，第一个关于 pon 系统的国际标准基于无源光网络（pon）的宽带光接入系统 （itu-t g.983.1）于 1998 年发布，该标准一般也被称为 bpon 标准1。 bpon 在当时的技术环境下采用了以 atm 为内核的设计思路，且限于当时 器件水平和价格的因素，pon 设备的成本还比较高、光纤接入网的外部配套条件 也不成熟，因此 bpon 仅在北美地区的电信运营商中有一定规模的部署，并未在 全球获得广泛

16、的应用。 随着 atm 技术的衰落和互联网 ip 技术的迅速兴起，继 bpon 之后，业界希 望开发一种新型的 pon 系统，取代过时的 bpon 技术。在这个背景下，ieee 和 itu-t 相继在 2000 年和 2001 年启动了 epon 和 gpon 的标准化工作，并分别于 2004 年发布了完成的标准，为今天 epon 和 gpon 在现网中的大量应用奠定了 基础2。 武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文） 2 1.2 本论文的研究内容本论文的研究内容 本论文总共有五个章节，围绕“基于 gpon 的光纤到户方案设计”而进行调 研，查阅资料，将理论知识与实践相结合写了这篇论文

17、。 第 1 章描述了 pon 技术的历史和发展现状，简要介绍了 apon、bpon、epon 和 gpon 的由来和发展趋势。 第 2 章介绍了 apon、bpon、epon 和 gpon，并对几种 pon 技术进行比 较。重点描述了 gpon 技术的概念，特点及其关键技术等。 第 3 章介绍了 gpon 技术的 ont，olt，odn 设备的功能结构，以及一些 通信公司的 gpon 设备，和 gpon 的组网模式。 第 4 章以某一小区为例介绍了基于 gpon 的光纤到户的方案设计。 第 5 章总结了 gpon 是能够实现小区三网融合方案和 ftth 建设，能够为小 区用户提供足够的带宽用于

18、宽带业务，并且展望从 gpon 到 10g gpon 的平滑过 渡， 网络演进必须考虑的问题是二者的共存。 武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文） 3 第第 2 章章 gpon 技术概述技术概述 2.1 几种几种 pon 技术的比较技术的比较 从第 1 章讨论的 pon 技术的发展历史来看，主要的 pon 技术有以下几种： apon 是 atm pon 的简称。atm 是一种基于信元的传输协议，近年来，被 越来越广泛地应用于接入网以提供视频广播、远程教学、以及数据通信等多种业 务。atm 技术能为接入网提供动态的带宽分配，从而更适合宽带数据业务的需 要。可以运行在多种物理层技术上，xd

19、sl 技术和 pon 技术均可为 atm 的运行 提供物理平台。apon 在 2001 年改名为 bpon。 bpon 最初被称为 atm 宽带无源光网络（apon） ，是由 fsan 委员会确定， 被用于 atm 第二层信号传输协议的最初的 pon 规范。采用 apon 这个术语导 致用户相信只有 atm 服务可以被提供给终端用户，因此，fsan 决定将上述术 语扩展为宽带 pon（bpon） 。bpon 系统提供包括以太网连接和图像传输在内的 多种宽带服务。bpon 基于 atm 协议，上下行速度分别为 155 和 622mbps。随 着需求与发展，相继出现了 epon 和 gpon。 e

20、pon（以太无源光网络）是一种新型的光纤接入网技术，它采用点到多点 结构、无源光纤传输，在以太网之上提供多种业务。它在物理层采用了 pon 技 术，在链路层使用以太网协议，利用 pon 的拓扑结构实现了以太网的接入。因 此，它综合了 pon 技术和以太网技术的优点：低成本；高带宽；扩展性强，灵 活快速的服务重组；与现有以太网的兼容性；方便的管理等等。 gpon（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，被大多数运营商视 为实现接入网业务宽带化。gpon 最早由 fsan 组织于 2002

21、 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.984.3 的标准化3。 apon 的最高速率 155mbps，二层采用的是 atm 封装和传送技术，因此存 在带宽不足、技术复杂、价格高、承载 ip 业务效率低等问题，未能取得市场上的 成功。epon 由于其将以太网技术与 pon 技术完美结合，成了非常合适 ip 业务 武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文） 4 的带宽接入技术，已得到一定程度的商用。但是 epon 系统无支持 tdm 业务的 机制，如需要支持必定

22、要增加外部适配设备，所以预计 epon 系统在绝对系统成 本和每比特成本这两方面都将相对较高。gpon 应是当今市场上最先进的 pon 协议，能够支持高速率、多业务，并且有最丰富的 oam&p 特点。gpon 将是 pon 的重要发展方向，但业务的需求仍然是决定 gpon 技术应用的首要因素。 从目前情况看，在接入网中提供 g 比特业务还找不到明确的市场定位，目前的大 量接入需求仍然是 ip 业务。另外一方面，目前提供 gpon 设备的厂家和部署 gpon 网络的运营商都较少，且 gpon 的成本要高于 epon，产品的成熟性也逊 于 epon。 但总的来说，无论在技术体制还是市场应用方面，g

23、pon 仍然有继续发展完 善的必要性和可行性。对于中国的运营商而言，在部署 gpon 的进程中，采用从 低速到高速，从 ip 业务接入到综合业务接入的策略将是切实可行的选择4。 2.2 gpon 的概念及特点的概念及特点 2.2.1 gpon 的定义的定义 gpon 技术起源于 1995 年开始逐渐形成的 atm pon 技术标准，pon 是英 文“passive optical network”的缩写。而 gpon（gigabit-capable pon）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

24、g.984.2 的制定，2004 年 2 月和 6 月完成了 g.984.3 的标准化。从而最 终形成了 gpon 的标准化。基于 gpon 技术的设备基本结构与已有的 pon 类似， 也是由局端的 olt（光线路终端） ，用户端的 ont/onu（光网络终端或称作光 网络单元） ，连接前两种设备由单模光纤（sm fiber）和无源分光器（splitter）组 成的 odn（光分配网络）以及网管系统组成5。 2.2.2 gpon 的主要特点的主要特点 1. 前所未有的高带宽前所未有的高带宽 gpon 速率高达 2.5 gbps，能提供足够大的带宽以满足未来网络日益增长的 武汉工程大学邮电与信息

25、工程学院毕业设计（论文） 5 对高带宽的需求，同时非对称特性更能适应宽带数据业务市场。 2. qos 保证的全业务接入保证的全业务接入 gpon 能够同时承载 atm 信元和 c/m plane 或 gem 帧，有很好的提供服务 等级、支持 qos 保证和全业务接入的能力。目前，atm 承载话音、 pdh、ethernet 等多业务的技术已经非常成熟；使用 gem 承载各种用户业务的技 术也得到大家的一致认可，已经开始广泛应用和发展。 3. 很好地支持很好地支持 tdm 业务业务 tdm 业务映射到 gem 帧中，由于 gpon tc 帧帧长为 125s，能够直接支 持 tdm 业务。tdm

26、业务也可映射到 atm 信元中，也能提供有 qos 保证的实时 传输。 4. 简单、高效的适配封装简单、高效的适配封装 采用 gem 对多业务流实现简单、高效的适配封装。在 apon 中，所有的多 业务流（话音、数据业务流）都必需进行协议转化，映射到 atm 信元中传输。 众所周知，5 字节的 atm 头相对于 48 字节的数据来说，会带来超过 10%的带宽 损失，特别对于长分组的数据包来说，其打包过程复杂、效率非常低。而在 epon 中，虽然直接承载以太网帧，实现过程简单，但仅考虑 8b/10b 的线路编 码就已经有 20%的带宽浪费，加上对以太网帧的封装和开销，epon 带宽利用率 比 g

27、pon 低 30%左右。同时，在传输 tdm 业务时，需要将其通过协议转化映射 到以太网帧中，目前对此技术还没有规定统一的标准。gpon 的 gem 提供了一 种灵活的帧结构封装，支持定长和不定长帧的封装，对多种业务实现通用映射， 不需要进行协议转换，实现过程简单，开销小，协议封装效率最高可达 94%，实 现了带宽资源的充分利用。 5. 强大的强大的 oam 能力能力 针对以太网系统在网路管理和性能监测的不足，gpon 从消费者需求和运营 商运行维护管理的角度，提供了 3 种 oam 通道：嵌入的 oam 通道、ploam 和 omci。它们承担不同的 oam 任务，形成 c/m plane（

28、控制/管理平面） ，平面 中的不同信息对各自的 oam 功能进行管理。gpon 还继承了 g.983 中规定的 oam 相关要求，具有丰富的业务管理和电信级的网络监测能力。 武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文） 6 6. 技术相对复杂，设备成本较高技术相对复杂，设备成本较高 gpon 承载有 qos 保障的多业务和强大的 oam 能力等优势很大程度上是以 技术和设备的复杂性为代价换来的，从而使得相关设备成本较高。但随着 gpon 技术的发展和大规模应用，gpon 设备的成本可能会有相应地下降。 2.3 gpon 的关键技术的关键技术 2.3.1 gpon 的技术标准及系统结构的技术标

29、准及系统结构 1. 技术标准技术标准 对于其他的 pon 标准而言，gpon 标准提供了前所未有的高带宽，下行速 率高达 2.5gbit/s，其非对称特性更能适应宽带数据业务市场。提供 qos 的全业务 保障，同时承载 atm 信元或 gem 帧，有很好的提供服务等级、支持 qos 保证 和全业务接入的能力。承载 gem 帧时，可以将 tdm 业务映射到 gem 帧中，使 用标准的 8khz（125s）帧能够直接支持 tdm 业务。作为电信级的技术标准， gpon 还规定了在接入网层面上的保护机制和完整的 oam 功能。 在 gpon 标准中，明确规定需要支持的业务类型包括数据业务（ether

30、net 业 务，包括 ip 业务和 mpeg 视频流） 、pstn 业务（pots，isdn 业务） 、专用线 （t1，e1，ds3，e3 和 atm 业务）和视频业务（数字视频） 。gpon 中的多业 务映射到 atm 信元或 gem 帧中进行传送，对各种业务类型都能提供相应的 qos 保证6。 2. gpon 的系统结构的系统结构 同所有 pon 系统一样，gpon 由 ont、olt 和无源光分配网组成。olt 为 接入网提供网络侧与核心网之间的接口，通过 odn 与各 ont 连接。 作为 pon 系统的核心功能设备，olt 具有集中带宽分配、控制各 ont、实时监控、运行 维护管理

31、pon 系统的功能。ont 为接入网提供用户侧的接口，提供话音、数据、 视频等多业务流与 odn 的接入，受 olt 集中控制。系统支持的分支比为 1:16/32/64，随着光收发模块的发展演进，支持的分支比将达到 1:128。在同一根 光纤上，gpon 可使用波分复用（wdm）技术实现信号的双向传输。根据实际 武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文） 7 需要，还可以在传统的树型拓扑的基础上采用相应的 pon 保护结构来提高网络 的生存性。 3. 数据传输过程数据传输过程 在下行方向，gpon 是一个点到多点的网络。olt 以广播方式将由数据包组 成的帧经由无源光分路器发送到各个 on

32、t。每个 ont 收到全部的数据流，然后 根据 ont 的媒质接入控制（mac）地址取出特定的数据包，如图 2.1 所示7。 图图 2.1 gpon 下行数据流下行数据流 在上行方向，多个 ont 共享干线信道容量和信道资源。由于无源光合路器 的方向属性，从 ont 来的数据帧只能到达 olt，而不能到达其他 ont。从这一 点上来说，上行方向的 gpon 网络就如同一个点到点的网络。然而，不同于其他 的点到点网络，来自不同 ont 的数据帧可能会发生数据冲突。因此，在上行方 向 ont 需要一些仲裁机制来避免数据冲突和公平的分配信道资源。一般 gpon 系统的上行接入采用 tdma 方式，将

33、不同 ont 的数据帧插入到不同的时隙发送 至 olt，如图 2.2 所示7。 olt ont#1 ont#2 ont#n 用户 1 用户 2 用户 n 12n12n 1 1 2 2 n n 1 2 n 1n olt 1 ont#1 ont#2 2n 用户 1 用户 2 2 11 2 1n1n 1n 武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文） 8 图图 2.2 gpon 上行数据流上行数据流 2.3.2 gem 封装技术封装技术 1. gem 功能功能 从帧结构封装的角度讲，gem 和其他数据封装方式类似。然而，gem 是嵌 入在 pon 内部的，与 olt 端的 snis 及 unis

34、类型无关。也就是说，gem 封装 功能在 gpon 内部终结，gpon 以外的系统无法看到。如图 2.3 所示8。 图图 2.3 嵌入式嵌入式 gem gem 帧结构如图 2.4 所示，由 gem 帧头和净负荷域两部分组成。gem 帧由 pli（净负荷长度指示） 、portid（端口 id） 、pti（净负荷类型指示）和 hec（头 差错校验）组成。pli 指示是头部后面的净负荷域的长度为 l 字节，长度为 12bit，最多指示到 4095 字节，所以大于这个值的用户数据帧必须采用分片机制 传送。12bit 的 portid 可以提供 4096 个不同的端口，用于支持多端口复用，相当 pon

35、section 相互独立 olt 相互独立 uni ont gem sni ont#n 用户 n nn 1n 武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文） 9 于 apon 中的 vpi。如图 2.4 所示。 图图 2.4 gem 帧结构帧结构 pli 用于指示净负荷段的内容类型和相应的处理方式，类似于在 atm 应用。 3bit 中的最高位指示是数据帧还是 gem oam 帧，数据帧的最低位比特指示在分 片机制中是否是帧的末端，次低位指示是否发生拥塞。 pti 预留了一些编码。hec 为 13bit，提供头部的检错和纠错功能。它是 bch（39，12，2）码和一个奇偶校验比特的组合。 ge

36、m 帧头确定后，发送机将该头部和固定的 0 x0xb6ab31e055 进行异或运 算，将头部发送出去，接收机使用同样的异或计算回复头部9。 2.3.3 gpon 上下行帧结构上下行帧结构 gpon 系统采用固定 125us 周期的下行帧，以保证整个系统的定时关系。下 pli 12bit/s portid 12bit/s pti 3bit/s hec 13bit/s gem payload l bytes tdm datatdm frame pream sfd da sa len/ mac client data fcs blc7 1 6 6 type2 4 etbernet fream ge

37、m header 武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文） 10 行帧结构如图 2.5 所示。 图图 2.5 gpon 下行帧结构图下行帧结构图 下行帧是由 pcbd 和负荷组成。pcbd 是下行物理控制块，提供帧同步、定 时及动态带宽分配等 oam 功能。 pcbd 由以下字段组成： 物理同步字段（physical synchronization field）是固定的 32bit 样式，ont 逻 辑电路用该字段来发现下行帧的起始位置，用作与 olt 的同步。 ident 字段的低 30 位包含一个超帧计数器，每个帧的 ident 将会比前一个大 pcbd 净荷 n pcbd 净荷 n

38、+1 pcbd n n+1 n+2 tp-prame=125us gem 承载的 tdm&数据片段 pcbd 净荷 psync ident ploamd bip plend plend us bwmap 4 字节 4 字节 13 字节 1 字节 4 字节 4 字节 nx8 字节 bip 覆盖区域 下一 bip 覆盖区域 武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文） 11 1，当这个计数器达到它的最大值时，下一个帧计数器将重设置为 0。它主要用于 用户数据加密系统，也可用于提供较低速率的同步参考信号。 ploamd 字段用于传送物理层信息。bip 是比特间插奇偶校验 8 比特码，用 作误码率监

39、测。 plend（payload length downstream）字段规定了带宽映射和 atm 部分的 长度，该字段被发送两次以保证误差的健壮性。 bwmap 是一个 8 字节分配结构的标量数组，该数组的每一项代表一个特殊 t-cont 的带宽映射，映射数组中的项数 n 在 plend 字段中已经给出，它主要用 于上行带宽分配。 如图 2.6 所示，gpon 系统的上行帧是由许多猝发脉冲组成，每个上行猝发 最少应包含 plou。除了负荷，它还可能包含 ploamu、plsu 和 dbru 字段。 olt 通过 bwmap 中的 flags 字段指示是否在每个分配中允许 ont 发送 plo

40、amu、plsu 和 dbru 信息。上行帧的负荷是由 atm 负荷、gem 负荷和 dba 负荷组成。如图 2.6 所示10。 图图 2.6 gpon 的上行帧结构的上行帧结构 上行物理层开销（plou）包含了用于系统同步的前导码和定界符，它允许对 上行突发链路进行适当的操作。 ploamu 字段用于承载上行物理层管理信息。plsu 为功率测量序列，长度 120 字节，用于调整光功率。dbru 用于向 olt 报告 ont 的上行带宽需求， olt 根据报告进行适当的上行带宽分配。 plou ploamu plsu dbru payload x dbru payload y x y plou

41、 dbru payload z z ont aont b 上行帧 武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文） 12 2.3.4 动态带宽分配（动态带宽分配（dba） 动态带宽分配（dba）技术是指通过 gpon 系统中各个 ont 的上行使用带 宽实时动态的改变来适应用户速率的各种变化，以提高系统的宽带利用率的技术。 pon 系统的上行接入一般采用中央控制按需分配和固定分配相结合的方式，也就 是 itu-t g.983.4 规定的静态带宽分配和动态带宽分配两种方式，按照业务等级 进行优先级分配。对于 gpon 中的数据通信这种变速率业务，用静态带宽分配是 不合适的，需要通过动态带宽分配使系

42、统带宽利用率大幅度提高，即 dba 技术 根据 ont 的突发业务的要求，通过在 ont 之间动态调节带宽来提高上行带宽利 用率。根据 gpon 的特点和 g.983 建议，可以知道动态带宽分配的具体要求是： 业务要透明、带宽利用率尽量高、具备低抖动与时延特性、公平分配带宽、信号 健壮、实时性保证不同业务的 qos 等。 1. 宽带类型宽带类型 gpon 标准沿用了 bpon 中对 qos 支持的规定。itu-t 在 bpon 标准 g.983.4 和 gpon 标准 g.983.4 中明确提出了四种有先级别的带宽。它们分别是 fixed、assured、non-assured 和 best-

43、effort 四种类型的带宽，就是固定类型、确 保类型、非确保类型和尽力而为类型的带宽。同时，gpon 上行系统中带宽分配 基本单元的传输容器（t-cont）则按照其使用的带宽类型组合一共分为五种类 型。基于业务等级的优先级分配方案能够在实现高效的 dba 的同时为业务提供 良好的 qos 保障，所以，清晰地认识到各种带宽资源的特性以及理解 t-cont 的使用范围对 dba 有着重要意义。 2. 传输容器传输容器 t-cont 前面指出了 gpon 有四种类型的带宽，每种类型的带宽都可以支持一定的 qos 要求的业务；而 t-cont 通过为业务提供特定类型的带宽间接保证该业务的 qos 要

44、求。一种 t-cont 能否支持某种 qos 要求的业务，完全取决于该 t-cont 能否提供满足该业务 qos 要求的带宽。如果该 t-cont 提供满足某业务 qos 要 求的带宽，就可以承载该业务，在五种类型的 t-cont 中，type 1 类型 t-cont 仅提供 fixed 类型的带宽；type 2 类型仅提供 assured 类型的带宽；type 3 类型提 供 assured 类型和 non-assured 类型的带宽；type 4 类型仅提供 best-effort 类型的 武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文） 13 带宽；而 type 5 类型是前四种类型的融合

45、，可以提供所有类型的带宽，支持所有 类型的业务。这五种 t-cont 在本文中有时也被分别称为类型 1、类型 2、类型 3、类型 4 和类型 5 的 t-cont。 3. gpon 实现实现 dba 的过程的过程 根据协议，gpon 的 dba 过程包括以下 5 个步骤：用塞状态检测，将拥塞 状态汇报给 olt、olt 根据提供的参数中心进行带宽分配，olt 根据更新的带 宽分配信息和 t-cont 类型发送授权，在 dba 中实现管理信息的协商。dba 过 程如图 2.7 所示11。 图图 2.7 gpon dba 过程图过程图 根据协议规定，gpon 的 dba 分为两种模式：一种是 on

46、t 向 olt 报告自 己的状态和所需的带宽，olt 根据上报的数据对 ont 进行 dba，即所谓的基于 状态报告的动态带宽分配（sr-dba，status reporting dba） ；另一种是 ont 不 需向 olt 报告，olt 由自己的流量监测功能，实现自动动态的带宽分配，既非 基于状态报告的动态带宽分配（nsr-dba，non ststus reporting dba） 。 拥塞状态检测 拥塞状态汇报给 olt olt 提供参数进行 dba olt 发送授权 dba 管理信息的协商 武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文） 14 第第 3 章章 gpon 的设备及组网模式

47、的设备及组网模式 3.1 gpon 设备的功能结构设备的功能结构 3.1.1 ont 的功能结构的功能结构 ont 提供通往 odn 的光接口，用于实现 oan 的用户接入。根据 ont 放置 位置的不同，oan 可分为 ftth、ftto、fttb 及 fttc。每个 ont 由核心功 能块、服务功能块及通用功能块组成，如图 3.1 所示。 图图 3.1 ont 的功能结构的功能结构 ont 的核心功能块包括用户和服务复用功能、传输复用功能以及 odn 接口 功能。用户和服务复用功能包括装配来自各用户的信息、分配要传输给各用户的 信息以及连接单个的服务接口功能；传输复用功能包括分析从 odn

48、 过来的信号 并取出属于该 ont 的部分以及合理地安排要发送给 odn 的信息；odn 接口功 武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文） 15 能则提供一系列光物理接口功能，包括光/电和电/光转换。如果每个 ont 使用不 止一根光纤与 odn 相连，那么就存在不止一个物理接口。 ont 服务功能块提供用户端功能，它包括提供用户服务接口并将用户信息适 配为 64kbit/s 或 n64kbit/s 的形式。该功能块可为一个或若干个用户服务，并能 根据其物理接口提供信令转换功能。 ont 通用功能模块提供供电功能及系统的运行、管理和维护（oam）功能。 供电功能包括交流变直流或直流变交流

49、，供电方式为本地供电或远端供电，若干 个 ont 可共享一个电源，ont 应在用备用电源供电时也能正常工作。 3.1.2 olt 的功能结构的功能结构 olt 提供一个与 odn 相连的光接口，在 oan 的网络端提供至少一个网络 业务接口。它位于本地交换局或远端，为 ont 所需业务提供必要的传输方式。 olt 的核心功能块包括数字交叉连接、传输复用和 odn 接口功能。数字交 叉连接功能提供网络端与 odn 端允许的连接；传输复用功能通过 odn 的发送和 接收通道提供必要的服务，它包括复用需要送至各 ont 的信息及识别各 ont 送 来的信息；odn 接口功能提供光物理功能接口与 od

50、n 相关的一系列光纤相连， 当与 odn 相连的光纤出现故障时，oan 启动自动保护倒换功能，通过 odn 保 护光纤与别的 odn 接口相连来恢复服务。olt 服务功能块提供服务端功能，它 可支持一种或若干种不同的服务。olt 通用功能块提供供电功能和 oam 功能。 olt 的功能结构如图 3.2 所示。 武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文） 16 图图 3.2 olt 的功能结构的功能结构 3.1.3 odn 的功能结构的功能结构 odn 是 oan 中极其重要的组成部分，它位于 ont 和 olt 之间。pon 的 odn 全部由无源器件构成，它具有无源分配功能，其基本要求：

51、为今后提供可靠 的光缆设施；易于维护；具有纵向兼容性；具有可靠的网络结构；具有很大的传 输容量；有效性高。 通常，odn 应为 ont 到 olt 的物理连接提供光传输媒质。图 3.3 为 odn 的一般配置。 图图 3.3 odn 的功能结构的功能结构 武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文） 17 3.2 gpon 的设备介绍的设备介绍 3.2.1 华为公司的系列设备华为公司的系列设备 1. ont 设备设备 （1）ont 基本功能：ont 光网络单元；依托 xpon 上行，提供中小规格的 多业务接入网方式。如：adsl2+、vdsl2、pots、lan 等；方便灵活的组网 应用；简

52、便快捷的安装；高可靠性和可维护性； （2）ont 产品在网络中位置：处于网络接入层的尾端；主要用于 ftth/fttb/dttc 应用，即 olt+sfu（single family unit） 、 olt+mdu/sbu（multi dwelling unit/single business unit） 、olt+mini dlsam 。如图 3.4 所示。 图图 3.4 ont 设备网络图设备网络图 武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文） 18 （3）华为 xpon ont 系列化产品，如图 3.5 所示。 武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文） 19 图图 3.5 华为华

53、为 xpon ont 系列化产品系列化产品 2. olt 设备设备 smartax ma5680t 多业务接入设备是华为技术有限公司推出的 epon/gpon/p2p 一体化接入产品。ma5680t 提供大容量、高速率和高带宽的数 据、语音和视频业务接入，可以作为 epon/gpon 系统中 olt 设备，和终端 ont/ont 设备配合使用；满足 ftth、fttb、fttc/v/n、基站回传、ip 专线互 联、批发等组网需求；支持 p2p 光接入和以太网级联等宽带接入业务，通过与光 接入终端配合，为用户提供点对点的 fttx 接入。产品外观，如图 3.6 所示。 武汉工程大学邮电与信息工程

54、学院毕业设计（论文） 20 图图 3.6 smartax ma5680t 多业务接入设备多业务接入设备 根据容量的不同，共有三款 olt 设备，分别为 ma5680t、ma5683t、ma5606t。ma5680t 共有 16 个业务槽位，ma5683t 有 6 个业务槽位，ma5606t 有 2 个业务槽位，三款 olt 产品均支持相同业务单板 （ma5606t 8pon 口板及 e1 上行板）。 3.2.2 中兴通讯的系列产品中兴通讯的系列产品 zxa10 gpon ont 为用户端接入网关，主要用于 ftth（光纤到户） 、 ftto（光纤到办公室）场景建设。zxa10 gpon ont

55、 包括 zxa10 f600、zxa10 f601、zxa10 f620、zxa10 f612、zxa10 f625、zxa10 f660、zxhn f612、zxhn f620、zxhn f660、zxhn f627 等系列产品，为用 户提供丰富、多样化、个性化、方便、舒适、安全和高效的服务。 1. 产品特性：产品特性： （1）接口丰富，承载全面：提供 fe、ge、pots、e1、rf、wifi、usb 等 多种接口，支持 ip、voip、tdm、wifi、iptv、catv 等业务承载，满足多种 武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文） 21 应用场景，促进全业务运营。 （2）小巧美

56、观，部署灵活：小巧的产品，漂亮的外观，多项人性化功能设 计，适合于室内灵活安置，助力运营商实现经济、灵活、简便、快速部署 fttx 网络，迅速开展宽带增值业务。 （3）绿色节能，安全可靠：低功耗，绿色环保产品，用户接受度高，业界 独家支持可内置铁锂蓄电池的电源适配器，宽电压设计和高等级防雷击保护，适 应酷暑严寒等恶劣环境部署。 （4）综合管理，运维轻松：基于 netnumen u31 综合网管系统实现设备即插 即用，现场零配置，业务自动开通和恢复，故障自动检测和告警，业务性能监控 统计，有效降低运维成本。 2. 设备设备 zxa10 f600 是一款应用于 ftth 场景的 gpon sfu

57、终端。它外形美观，绿 色节能，提供 4 个 10/100mbps 接口，为用户提供高速的数据服务和优质的视频 服务，通过 omci 实现远程业务发放、故障诊断和性能统计，有效降低运维成本。 上联接口：gpon 接口：1 个，sc/pc；下联接口：以太网接口：4 个， rj45。如图 3.7 所示。 图图 3.7 zxa10 f600 3.2.3 烽火通信的系列产品烽火通信的系列产品 1. onu 设备设备 如图 3.8 和图 3.9 所示。 武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文） 22 图图 3.8 an5506-04 sfu 图图 3.9 gigabit single family/

58、business unit 2. olt 设备设备 an5516-01 是一款 epon/gpon 一体化接入设备，可实现 epon 和 gpon 业务的混合接入。设备支持多种物理接口种类：10ge 光接口、ge 光接口、ge 电接口、stm-1 光接口、e1 电接口、epon/gpon 光接口、干节点接口、外部时 武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文） 23 钟接口、管理接口、告警接口。设备支持机盘的热拔拓，提供完善的电源、风扇、 机盘、接口的冗余保护和光线路保护倒换机制。如图 3.10 所示。 图图 3.10 an5516-01 3.3 gpon 的组网模式的组网模式 3.3.1

59、ftth ftth：fiber to the home，在原来的 fttc 结构中，将设置在路边的光网络 单元换成无源光分路器，然后将光网络单元移到用户家8。ont 直接放在用户家 里；中心局到用户之间全部为光连接和光传输；接入网无任何有源设备，是一个 真正的透明网络；是一种真正意义上的宽带接入技术；是用户接入网的长远目标。 3.3.2 fttb fttb：fiber to the budding，可以看做是 fttc 的一种类型，不同之处在于 将光网络单元直接放到楼内（通常为居民住宅公寓或小企业事业单位办公楼） ， 再经多对双绞线将业务分送给各个用户。是一种点到多点结构，通常不用于点到 点结

60、构。ont 设在办公楼或居民住宅楼内的某个公共地方；用户到 ont 之间 （引入线）用 utp5 类线（或更高等级线）连接；点到多点结构，一个 ont 为 武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文） 24 多个用户提供接入；通常采用 fttb+ethernet 技术。 3.3.3 ftto ftto（fiber to the office） ，光纤到办公室，是光纤延伸到办公室的宽带接 入技术。若将 fttc 结构中的 ont 放置在办公室，就构成了 ftto 结构。ftto 实现了全程光纤接入，主要用于大型企事业单位，业务量需求大，一般采用环型 或点到点的结构。但是一般 ftto 除了提供