GPON帧结构分析

1、GTC帧结构分析V1.0 >内部公开GPON帧结构分析编号：版本：V1.0编 制：审 核：批 准：All rights reserved版权所有侵权必究(for internal use only)(仅供内部使用)文档修订记录日期Date修订版本Revisi onVersio n修改早节SecNo.修改描述Change Description作者Author第10页共16页18目录1 前言4.1.1 缩略语42 技术背景4.3 GTC成帧技术分析 4.3.1 GTC成帧概述43.2 GTC下行成帧分析53.2.1 下行物理控制块（PCBd） 53.3 XX技术在GPON系统中的应用 14

2、3.4 XXX技术与 EPON的区别 154 我司设备XX的实现错误!未定义书签。4.1 与标准差异 错误!未定义书签。4.2 测试实践与应用错误!未定义书签。5 FAQ错误!未定义书签。6 参考资料16、八、刖言GPON（Gigabit-Capable PON）技术是基于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。正是GPON高带宽，高效率，用户接口丰富等特点决定了GPON技术的数据帧组织形式及其结构，下面我们将对相关内容进行介绍。1.1缩略语GPONGigabit Passi

3、ve Optical Network吉比特无源光网络Alloc-IDAllocation Identifier分配标识符DBADyn amic Ban dwidth Assig nment动态带宽分配GEMGPON En capsulation MethodGPON封装模式GTCGPON Tran smissi on Con verge neeGPON传输汇聚PCBdPhysical Con trol Block dow nstream下行物理控制块PLOuPhysical Layer Overhead upstream上行物理层开销T-CONTTran smissi on Container

4、传输容器2技术背景近年来随着接入网光进铜退、FTTH等概念的深入，相应的 GPON、EPON等技术得到了广泛的应用，GPON相比EPON拥有更高带宽、更高效率、接入业务多样等优势，受到 了业内的广泛关注，近两年 GPON的大规模应用也印证了 GPON技术会有广阔的明天。GPON技术主要有如下几种传输标准：0.15552Gbps 上行 1.24416Gbps 下行0.62208Gbps 上行 1.24416Gbps 下行1.24416Gbps 上行 1.24416Gbps 下行0.15552Gbps 上行 2.48832Gbps 下行0.62208Gbps 上行 2.48832Gbps 下行1.

5、24416Gbps 上行 2.48832Gbps 下行2.48832Gbps 上行 2.48832Gbps 下行其中1.24416Gbps上行2.48832Gbps下行是目前最常用的 GPON传输速率，本文介绍的GPON成帧技术也是基于该传输速率标准的。3 GTC成帧技术分析3.1 GTC成帧概述GTC上、下行帧结构示意如图 1所示。下行GTC帧由下行物理控制块（PCBd ）和GTC 净荷部分组成。上行GTC帧由多个突发（burst）组成。每个上行突发由上行物理层开销（PLOu）以及一个或多个与特定 Alloc-ID关联的带宽分配时隙组成。下行GTC帧提供了 PON公共时间参考和上行突发在上行

6、帧中的位置进行媒质接入控 制。本文主要介绍了下行速率为2.48832Gbit/s ，上行速率为 1.24416Gbit/s 的 GPON成帧技术，下行帧长为 125us，即38880字节，上行帧长为 125us，即19440字节。卜右祐TCT晁12,usGTC呎头(PCBd)ONU突发KP1 0.1PI Oil分配时療P【0(1分配时隙图1 GTC帧结构3.2 GTC下行成帧分析3.2.1 下行物理控制块（PCBd）浄荷KlnrPLOAMdBIPPlendFkticiUS BWuiap厅节13字节1字"4宇节4字节图2下行物理控制块结构下行物理控制块（PCBd ）结构如图2所示，PC

7、Bd由多个域组成。OLT以广播方式发送 PCBd，每个ONU均接收完整的PCBd信息，并根据其中的信息进行相应操作。? 物理同步（Psync）域固定长度为32字节，编码为0xB6AB31E0 ，ONU利用Psync来确定下行帧的起始位置。? Ide nt 域4字节的IDENT域用于指示更大的帧结构。最高的1比特用于指示下行FEO态，低30位比特为复帧计数器。? PLOAM域携带下行PLOAI消息，用于完成ONU激活、OMCC 建立、加密配置、密钥管理和告警 通知等PON TC层管理功能。详细的各个 PLOAI消息介绍本文不涉及。? BIP 域BIP域长8比特，携带的比特间插奇偶校验信息覆盖了所

8、有传输字节，但不包括FECK验位（如果有）。在完成FEC纠错后（如果支持），接收端应计算前一个BIP域之后所有接收到字节的比特间插奇偶校验值，但不应覆盖FECK验位（如果有），并与接收到的 BIP值进行比较，从而测量链路上的差错数量。?下行净荷长度（Pie nd ）域下行净荷长度域指定了带宽映射（Bwmap的长度，结构如图3所示。为了保证健壮性，Pie nd域传送两次。带宽映射长度（Bien ）由Pie nd域的前12比特指定，因此在125卩s时间周期内最多能够 分配4095个带宽授权。BWmap的长度为8X Blen字节。Plend域中紧跟Blen的12比特用于指定ATMfe的长度（Alen

9、 ），本文只介绍GEM模式进行 数据传输的方法，ATM模式不涉及，Alen域应置为全0。图3 Plend域结构?BWma域带宽映射（BWmap是8字节分配结构的向量数组。数组中的每个条目代表分配给某个特 定T-CONT勺带宽。映射表中条目的数量由Plend域指定。每个条目的格式见图 4。图4 Bwmap域示意图Alloc-ID 域Alloc-ID 域为12比特，用于指示带宽分配的接收者，即特定的T-CONT或 ON的上行OMC通道。这12个比特无固定结构，但必须遵循一定规则。首先，Alloc-ID值0253用于直接标识ONU在测距过程中，ON的第一个Alloc-ID 应在该范围内分配。ONU勺

10、第一个Alloc-ID是默认值，等于 ONU-ID （ONU-ID在PLOA消息中使用）， 用于承载PLOA和OMCI可选用于承载用户数据流。如果ON需要更多的Alloc_ID 值，则将会从255以上的ID值中分配。Alloc-ID = 254是ON激活阶段使用Alloc-ID , 用于发现未知的 ONU Alloc-ID = 255是未分配的Alloc-ID ，用于指示没有T-CONT 能使用相关分配结构。Flags 域Flags域为12比特，包含4个独立的与上行传输功能相关的指示符，用于指示上行突发的部分功能结构。Bit1110987654321Bit0? Bit11 （MSB）:发送功率

11、等级序号 （PLSu。?Bit10 :指示上行突发是否携带PLOAMu域?Bit9 :指示上行突发是否使用FEC功能?Bit8Bit7 :指示上行突发如何发送DBRuo00:不发送DBRu01：发送“模式0” DBRu （2字节）10:发送“模式1 ” DBRu （3字节）11:发送“模式2 ” DBRu （5字节）? Bit6-0 :预留StartTime 域StartTime域长16bit ,用于指示带宽分配时隙的开始时间。该时间以字节为单位，在上行GT（帧中从0开始，并且限制上行帧的大小不超过65536字节，可满足2.488Gb/s的上行速率要求。StopTime 域StopTime域长

12、16bit，用于指示带宽分配时隙的结束时间。该时间以字节为单 位，在上行GTC帧中从0开始。StopTime域指示了该带宽分配时隙的最后一个有效数 据字节。3.2.2 TC净荷域BWma域之后是GT（净荷域。GT（净荷域由一系列GEM帧组成。GE净荷域的长度等于 GT（帧长减去PCB长度。ON根据GEM帧头中携带的12比特Port-ID值过滤下行GEM帧。ONU经过配置后可识别出 属于自己的Port-ID，只接收属于自己的 GE帧并将其送到GE客户端处理进程作进一步处理。注意，可把Port-ID配置为从属于PON中的多个ONU并利用该Port-ID来传递组播流。GEM 方式下应使用唯个 Por

13、t-ID传递组播业务，可选支持使用多个Port-ID来传递。ON支持组播的方式由OLT通过OMCI接口发现和识别。3.3 GTC上行成帧分析上行帧结构开销图5上行帧结构上行突发GTC帧结构如图5所示，每个上行传输突发由上行物理层开销（PLOu）以及与Alloc-ID对应的一个或多个带宽分配时隙组成。下行帧中的BWmap信息指示了传输突发每个分配时隙由下行帧中 BWmap特在帧中的位置范围以及带宽分配时隙在突发中的位置。 定的带宽分配结构控制。1. 上行物理层开销（PLOu）上行物理层开销如图 6所示，PLOu字节在StartTime指针指示的时间点之前发送。PreambleDelimiterB

14、IPONU-IDIndA bytesB bytes1 bytes1 byies1 bytes图6上行物理层开销（PLOu ）域? Preamble、Delimiter :前导字段、帧定界符根据 OLT发送的Upstream_Overhead消息和Extended_Burst_Length 消息指示生成。? BIP :该字段对前后两帧 BIP字段之间的所有字节（不包括前导和定界）做奇偶校验，用于误 码监测? ONUd :该字段唯一指示当前发送上行数据的ONU-ID，ONU-ID在测距过程中配给 ONU。OLT通过比较ONU-ID域值和带宽分配记录来确认当前发送的ONU是否正确。? Ind :该域

15、向OLT报告ONU的实时数据状态，各比特位功能所示如下:Bit位功能7 (MSB)紧急的PLOAM等待发送（1 = PLOAM等待发送，0 =无PLOAM等待）6FEC状态（1= FEC打开，0 = FEC关闭）5RDI状态（1 =错误，0 =正确）4预留，不使用3预留，不使用2预留，不使用1预留，不使用0 (LSB)预留给将来使用。2. 物理层 OAM （ PLOAM）物理层OAM （ PLOAM ）消息通道用于 OLT和ONU之间承载OAM功能的消息，消息长 度固定为13字节，下行方向由OLT发送至ONU，上行方向由ONU发送至OLT。用于支持PONTC 层管理功能，包括 ONU激活、OM

16、CC建立、加密配置、密钥管理和告警通知等。PLOAI消息仅在默认的Alloc-ID的分配时隙中传输，详细的各个PLOA消息介绍本文不涉及。3. 上行动态带宽报告（DBRu）DBRu用于上报T-CONT的状态，为了给下一次申请带宽，完成ONU的动态带宽分配。但不是每帧都有，当BWmap的分配结构中相关 Flags置 1时，发送DBRu域。DBRu字段由DBA 域和CRC域构成，如下图所示：DBA (1,2,4Byte)CRC (1 Byte)DBA域根据带宽分配结构要求的 DBA报告模式不同，DBA域预留8bit、16bit或32bit的域。必需 注意的是，为了维护定界，即使 OLT要求的DBA

17、模式已经被废除或者 ONU不支持该DBA模 式，ONU也必须发送长度正确的 DBA域。? CRC 域用于完成对DBRu域的CRC校验。3.3.2 GTC 净荷域GTC数据净荷，可以是数据 GEM帧，也可以是 DBA状态报告。净荷长度等于分 配时隙长度减去开销长度。1、 GEM帧：由符合GEM格式的数据帧构成。PLOuploamuDBRuPayloadGEMGEMGEMHeaderFrame Fragme ntHeaderFull FrameHeaderFrame Fragme nt图7 GEM方式数据帧构成3.4 OLT与ONU的定时关系概述本文中只介绍 ONU处于05状态的上下行帧交互过程中

18、OLT与ONU的定时关系，下面提供几个定义：?下行帧的开始时间是指发送 /接收PSync域第1个字节的时刻。? 上行GTC帧的开始时间是指值为0的StartTime指针所指示的字节发送/接收（实际或计算的）的时刻。?上行发送时间是指带宽分配结构中StartTime参数指示的字节发送/接收的时刻。对于非相邻结构的上行发送，StartTime参数指示的发送字节紧跟上行突发的PLOu域。特殊的，序列号响应时间定义为发送/接收Serial_Number_ONU消息第1个字 节的时刻。342 ONU上行发送定时所有的上行发送事件都以承载BWmap的下行帧开始时间为参考点，BWmap中包含了相应的带宽分配

19、结构。需要特别注意的，ONU发送事件不以接收相应带宽分配结构的时间为参考点，因为下行帧中带宽分配结构的接收时间可能会发生变化。ONU在任何时刻都维护一个始终运行的上行 GTC帧时钟，上行 GTC帧时钟同步于下 行GTC帧时钟，二者之间保持精确的时钟偏移。时钟偏移量为ONU响应时间和必要延时的总和，如图所示。图9 ONU上行发送定时示意ONU响应时间是一个全局参数，它的取值应保证ONU有充分时间接收包括上行BWmap在内的下行帧、完成上行和下行FEC (如果需要)并准备上行响应。ONU响应时间值为35 ± 1s。名词“必要延时(Requisite Delay)”是指要求 ONU应用到上

20、行发送的超过正常响应时 间的总的额外延时。必要延时的目的是为了补偿ONU的传输延时抖动和处理延时抖动。ONU的必要延时值基于 OLT规定的均衡延时参数，在 ONU的不同状态下会发生变化。3.5 GEM帧到GTC净荷的映射概述GTC协议以透明方式承载 GEM流。GEM协议有两个功能：一是用户数据帧定界， 二是为复用提供端口标识。GEM帧到GTC净荷的映射示意见图10。GTC打响I丄 LtJl'Ir.ir V .：仁讥】卷岌1GEM用申豹厨收聆片GEM持户數酣恆丄疫的）GEM用户融据軌碎片GEM#-*4图10 GEM至U GTC净荷的映射3.5.2 GEM帧格式GEM帧头格式见图11。GE

21、M帧头由净荷长度指示（PLI ）、Port-ID、净荷类型指示（PTI） 和13比特的帧头差错控制（HEC ）域组成。GEMW 头饰M冲荷弟节PIJFT!HECU比特3比特培比特图11 GEM帧结构PLI以字节为单位指示紧跟帧头的净荷段长度L。通过PLI可查找下一个帧头从而提供定界。由于PLI域只有12比特，所以最多可指示4095字节。如果用户数据帧长大于 4095 字节，则必须要拆分成小于4095字节的碎片。Port-ID用来标识PON中4096个不同的业务流以实现复用功能。 每个Port-ID包含一 个用户传送流。 在一个Alloc-ID 或T-CONT中可以传输1个或多个Port-ID。

22、PTI编码含义 如下表所示：PTI编码含义000用户数据碎片，不是帧尾001用户数据段，是帧尾010预留011预留100GEM OAM ,，不是帧尾101GEM OAM ,，是帧尾110预留111预留HEC字段提供帧头的检错和纠错功能。用户数据分片因为用户数据帧长是随机的， 所以GEM协议必须支持对用户数据帧进行分片， 并在每 个GTC净荷域前插入 GEM帧头。注意分片操作在上下行方向都可能发生。GEM帧头中PTI的最低位比特就是用于此目的。 每个用户数据帧可以分为多个碎片， 每个碎片之前附加一个帧头，PTI域指示该碎片是否是用户帧的帧尾。一些PTI使用示例见图12。PTt |宜整的用hPT!

23、GTC-L'jK用玻抑灿PTi辞片松GTCf：-K+lLihJ图12 PTI使用示例用户业务到GEM帧的映射GPON系统通过GEM通道传输普通用户协议数据，可支持多种业务接入。下面介绍几 种常用的用户业务到 GEM帧的映射。? 以太网帧到GEM帧的映射以太网帧直接封装在 GEM帧净荷中进行承载。在进行GEM封装前，前导码和SFD 字节被丢弃。每个以太网帧可能被映射到一个单独的GEM帧或多个GEM帧中，如果一个以太网帧被封装到多个 GEM帧中，则应进行数据分片。一个 GEM帧只应承载一 个以太网帧。如图13指示了由以太网帧映射到 GEM上的对应关系。以太网旬GEM祯包间ISPL1Pcrt

24、-1DJ1r前导码PTICRCDAGEM净荷SA长度爍揑客户端数据FCSror图13 以太网帧映射到 GEM上IP包到GEM帧的映射IP包可直接封装到 GEM帧净荷中进行承载。每个 IP包（或IP包片段）应映射到一个单独的GEM帧中或多个 GEM帧中，如果一个IP包被封装到多个 GEM帧中，则 应进行数据分片。一个 GEM帧只应承载一个IP包的情况如图14所示。v MTOSj=l Frag.orrTTLRrotCRCm的地址图14 IP包映射到GEM帧上? TDM帧到GEM帧的映射GEM承载TDM业务的实现方式有多种：TDM数据可直接封装到 GEM帧中传送； 或者先封装到以太网包中再封装到GE

25、M中传送等多种方式。TDM数据封装到GEM的方式如图15所示。该机制是利用可变长度的GEM帧来封装TDM帧。具有相同 Port-ID的TDM数据分组会汇聚到 TC层之上。I D U字卡缨存器CEMIW?图15 TDM帧映射到GEM帧上通过允许 GEM帧长根据 TDM业务的频率偏移进行变化可实现TDM业务到GEM帧的映射。TDM片段的长度由净荷长度指示符（PLI）字段指示。TDM源适配进程应在输入缓存中对输入数据进行排队，每当有帧到达（即每125卩s） GEM帧复用实体将记录当前 GEM帧中准备发送的字节数量。一般情况下， PLI字段根据TDM标称速率指示一个固定字节数，但经常需要多传送或少传送

26、一些字节，这种情况将在PLI域中反映出来。如果输出频率比输入信号频率快，则输入缓存器开始清空， 缓冲器中的数据量最终会降到低门限以下。此时将从输入缓存器中少读取一些字节，缓冲器中的数据量将上升至低门限以上。相反的，如果输出频率比输入信号频率慢，则输入缓存器开始填满，缓 冲器中的数据量最终会上升到高门限以上。此时将从输入缓存器多读取一些字节，缓冲器中的数据量将降至高门限以下。3.6 GTC成帧技术在GPON系统中的应用GPON成帧技术在GPON系统中应用主要体现在 GPON局端设备与终端设备的数据交 互过程，下面就结合用户数据在GPON系统中的传输过程来介绍 GTC成帧技术的实现。GPON系统用

27、户业务处理过程如图 15所示，上行方向，语音信号输入 ONU后经过AD 转换封装成以太网包后被封装在GEM帧中，其GEM port-id为6,以太网业务直接封装在GEM帧中，其port-id为4, ONU在OLT分配的上行 T-CONT时隙内将携带 GEM4、GEM6 的T-CONT传递给 OLT，OLT PON芯片将上行 GTC净荷中的 GEM4、GEM6分别传递给GEM客户端进行处理，GEM客户端在TM功能模块中对 GEM帧进行解封装，解出以太网 包，并记录这类以太网包与GEM PORT的对应关系，解出的以太网包通过主交换芯片传输给上联接口板进行上联汇聚。下行方向，上联板过来的数据通过主交换芯片传输给GPON板TM模块，TM模块通过记录的 GEM PORT与以太网包的对应关系确定相应GEM PORT，并将以太网包