GPON原理介绍胶片-20070410-B

1、HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTDHUAWEI Confidential InternalGPON原理介绍ISSUE 1.0HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 2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。 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 3参考资料参考资料lht

2、tp:/ 接入网/光接入/光接入公共/GPON QoS专题介绍 lhttp:/ HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 4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接入网的发展接入网的发展All IPAll IPHUAWEI TECHNOL

4、OGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 7lPassive Optical Network 无源光网络无源光网络OLTONUOptical Line Terminal 光线路终端Optical Network Unit 光网络单元 Passive Optical Splitter 无源分光器PSTNInternetCATVONUONU PON是一种点到多点（是一种点到多点（P2MP）结构的无源光网络；）结构的无源光网络； PON由由光线路终端光线路终端OLT（Optical Line Terminal）、光网络单元）、光网络单元 ONU（ Optical

5、 Network Unit） 和无源分光器和无源分光器POS（Passive Optical Splitter）组成；）组成；Passive Optical Splitter 无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）三大优势：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、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、更高的带宽：对每用户下

6、行2.5G/上行上行1.25G（物理层）；（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。、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支持支持Tripleplay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，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是三网是三网合一的上佳方案。合一的上佳方案。GPON标准完善，综合业务支持好，技术要求高标准完善，综合业务支持好，技术要求高全球大运营商的选择全球

7、大运营商的选择1Mbps3M8M25M100MADSL/ADSL2+Copper BasedVDSL / ADSL2+Copper BasedPONFiber Based2002200320062010时间时间带宽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TVVoDHDTV3km2km10dB10dB）l突发接受突发接受l快速快速AGC (AGC (动态范围动态范围 20dB)20dB)连续发送模块连续发送模块突发发送模块突发发送模块0# ONT0# ONU1# ONU0# ONU1# ONU0# ONT0# ONU1# ONU0# ONT有快速有快速AGC接

8、收无快速接收无快速AGC阈值线阈值线恢复出来的数据恢复出来的数据到达到达OLT的信号及阈值建立的信号及阈值建立ONT/ONU发出的信号发出的信号连续接收模块连续接收模块突发接收模块突发接收模块PONPON关键技术关键技术-突发光电技术突发光电技术HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 34OLTONU inRangingstateStart of D/S FrameReception of D/S FrameTransmission of S/N ResponseActual Receptionof S/N ResonseDe

9、sired Start ofU/S FrameAssigned EqDPre-AssignedEqDZero Distance EqDDesired Receptionof SN ResponseSstartU/S BW MapcontainingRanging RequestONUResponseTimePre-AssignedEqDSstartStart of U/S Framefor Pre-ranged ONUONU3ONU2ONU1OLTlOLT通过Ranging测距过程获取ONU的往返延迟RTD（Round Trip Delay），从而指定合适的均衡延时参数EqD（Equaliza

10、tion Delay），保证每个ONU发送数据时不会在分光器上产生冲突。 lOLT获取序列号和Ranging的过程都需要开窗，即Quiet Zone，暂停其他ONU的上行发送通道。GPONGPON关键技术关键技术-测距测距HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 35l什么是DBA?l - DBA, Dynamically Bandwidth Assignment( - DBA, Dynamically Bandwidth Assignment(动态带宽分配动态带宽分配) )l - DBA - DBA是一种能在微秒或毫秒级的时间

11、间隔内完成对上行带宽的动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态分配的机制l为什么需要DBA？l - - 可以提高可以提高PONPON端口的上行线路带宽利用率端口的上行线路带宽利用率l - - 可以在可以在PONPON口上增加更多的用户口上增加更多的用户l - - 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的业务DBADBA概念概念HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 36lGPON系统采用SBA+DBA的方式来实现带宽的有

12、效利用，lTDM业务通过SBA指配带宽以保证其高QoS，l其他一些业务可以通过DBA来动态分配带宽。lDBA的实现与QoS的保障机制有密切关系。lGPON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。lGPONGPON的状态上报的状态上报DBADBA存在存在3 3种机制：种机制： PLOu-State Ind DBA; DBRu-Piggy-back DBA; Payload DBA;lDBADBA功能的实现机制主要包括以下几个部分：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

13、配的带宽和T-CONT类型发送授权; DBA操作的管理。DBADBAHUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 37l提高最大带宽利用率无无DBA,DBA,利用率利用率40%40%有有DBA,DBA,利用率达到利用率达到80%80%l减小平均时延无无DBA:100msDBA:100ms有有DBA:10msDBA:10msDBADBA在利用率和延迟指标上带来的优势在利用率和延迟指标上带来的优势HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 38uT-CONTs (Trans

14、mission Containers)T-CONTs (Transmission Containers)：动态接收：动态接收OLTOLT下发的授权下发的授权 ，用于管理，用于管理PONPON系统传输汇聚层的上行带宽分配，改善系统传输汇聚层的上行带宽分配，改善PONPON系统中的上行带宽。系统中的上行带宽。uT-CONTT-CONT的带宽类型分为的带宽类型分为FB,AB,NAB,BEFB,AB,NAB,BE。 uT-CONTT-CONT的的5 5种类型，种类型，Type1,Type2,Type3,Type4,Type5Type1,Type2,Type3,Type4,Type5。T-CONTT-C

15、ONT带宽术语带宽术语HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 39l根据业务的优先级，系统对每个根据业务的优先级，系统对每个ONUONU设置设置SLASLA，对业务的带宽进行限制。，对业务的带宽进行限制。 l最大带宽和最小带宽是对每个最大带宽和最小带宽是对每个ONUONU的带宽进行极限限制，保证带宽根据业务的优先级不同而不同，一的带宽进行极限限制，保证带宽根据业务的优先级不同而不同，一般语音业务的优先级最高，视频业务优先级次之，数据业务的优先级最低。般语音业务的优先级最高，视频业务优先级次之，数据业务的优先级最低。lOLTOL

16、T根据业务和根据业务和SLASLA及及ONUONU的实际情况进行带宽许可，优先级高的可以得到更高的带宽，满足业务需的实际情况进行带宽许可，优先级高的可以得到更高的带宽，满足业务需求。求。T-CONTT-CONT类型和带宽类型之间的关系类型和带宽类型之间的关系HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 40nT-CONT1类型的分配为静态分配，保证带宽直接等于配置最大带宽，优先分配nT-CONT2类型的分配只需要保证用户的保证带宽，如果超过最大带宽则按照最大带宽分配nT-CONT3类型为混合保证和非保证带宽，如果可以保证申请带宽，则

17、直接分配，否则将不能分配的部分带宽打上标记和T-CONT5类型的TAG部分带宽采用RR（轮巡）方式分配nT-CONT4类型为不保证类型，只有保证带宽分配后剩余带宽和T-CONT5部分剩余带宽申请一起RR调度；nT-CONT5类型为混合型，首先判断保证带宽是否能够满足要求，如果可以，则直接分配，如果不满足，则将剩余部分带宽申请打上标记和T-CONT3的TAG部分带宽RR调度分配，如果分配后还不能满足，则剩余带宽与T-CONT4竞争ONU_ID T-CONT1TAGRRONU_ID T-CONT2ONU_ID T-CONT3ONU_ID T-CONT4ONU_ID T-CONT5RR配置最大带宽保

18、证带宽竞争带宽5-15-23-13-25-35-43-45-55-64-14-21-12-13-35-3A-BA：T-CONT类型B：分配步骤DBADBA调度算法的实现调度算法的实现HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 41lOLTOLT内部内部DBADBA模块不断收集模块不断收集DBADBA报告信息，进行相关计算，并将计算结果以报告信息，进行相关计算，并将计算结果以BW MapBW Map的形式下发给各的形式下发给各ONUONU。 l各各ONUONU根据根据BW MapBW Map信息在各自的时隙内发送上行突发数据，占用上

19、行带宽。信息在各自的时隙内发送上行突发数据，占用上行带宽。DBA算法逻辑算法逻辑DBA报告报告BW MapTime slotT-CONTT-CONTT-CONT调度器调度器ONUOLT控制平面数据平面DBADBA的实现过程的实现过程HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 42lSR(Status Reporting )-DBA PayloadUS BWMapDataReportPCBdD/S DirectionU/S DirectionOLTONTlOLTOLT根据上次计算的根据上次计算的结果在下行帧头中下结果在下行帧头中下发

20、发BW MapBW Map。lONUONU根据带宽分配根据带宽分配信息在规定的时隙上信息在规定的时隙上发送目前发送目前T-CONTT-CONT中中等待发送的数据状态等待发送的数据状态报告报告 。lOLTOLT收到收到ONUONU的状态的状态报告后，经过报告后，经过DBADBA计计算并更新算并更新BW MapBW Map，在下一帧进行下发。在下一帧进行下发。lONUONU收到收到OLTOLT下发的下发的BW MapBW Map消息后，在消息后，在指定的时隙上发送数指定的时隙上发送数据。据。DBADBA的两种实现模式的两种实现模式HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWE

21、I Confidential Page 43在在OLT处监视从处监视从NSR-ONU/ONT来的信元数据流的算法来的信元数据流的算法过程(Procedure)：Step1：在确定的间隔(interval)内监视OLT接收到的信元数目。Step2：通过使用在Step1中的实时监控(real time monitoring)结果来计算利用速率(utilization rate)。Step3：通过比较利用速率和极限值，来认识(recognize)拥塞程度。 DtijDiDjlNSR (Non Status Reporting)-DBA NSR-DBANSR-DBA实现实现HUAWEI TECHNOL

22、OGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 44GTCGTC PON PON系统架构是下行方向为广播方式，上行方向为系统架构是下行方向为广播方式，上行方向为TDMATDMA方式，所以只对上行方向的业务流提供方式，所以只对上行方向的业务流提供QoSQoS处理。处理。 QoSQoS处理的最小单元是处理的最小单元是T-CONTT-CONT，T-CONTT-CONT可以看作是可以看作是ONUONU业务流的承载容器，调度机制是业务流的承载容器，调度机制是DBADBA（动态带宽分配）（动态带宽分配）。 DBADBA的算法是的算法是GTCGTC的的QoSQoS处理性能的关

23、键。处理性能的关键。GEMGEM 在在GEMGEM层主要是针对每个层主要是针对每个GEM PortGEM Port进行业务流分类，类似于进行业务流分类，类似于DSLAMDSLAM的单的单PVCPVC多业务的处理方式。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。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/TDMETH/TDM TDM TDM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QoSQoS。 ETHETH业务（包括电路仿真方式的

24、业务（包括电路仿真方式的TDMTDM业务）主要是基于二层业务）主要是基于二层VLANVLAN、COSCOS等标识进行业务的等标识进行业务的QoSQoS处理，处理， QoSQoS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QoSQoS处理性能的关键处理性能的关键GPONGPON中的中的QoSQoS处理处理ETH/TDMGEMGTCFlow control/ClassificationGPON 业务承载层GPON QoS处理机制T-CONT/DBAVLAN/COS/PQ/GTS/POLI

25、CINGHUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 45ONTONTONTOLT加密加密解密解密解密解密解密解密lGPONGPON支持下行广播数据进行支持下行广播数据进行AES128AES128加密处理。加密处理。l只对只对GEMGEM帧中的帧中的PayloadPayload进行加密处理。进行加密处理。lGPONGPON系统定期的进行系统定期的进行AESAES密钥交换和更新，提高了线路数据的可靠性。密钥交换和更新，提高了线路数据的可靠性。l密钥更换由密钥更换由OLTOLT发起密钥更换请求，发起密钥更换请求，ONUONU响应并将生成

26、的新的密钥，并分两部分发给响应并将生成的新的密钥，并分两部分发给OLTOLT，且重复发送三次且重复发送三次 ，OLTOLT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通过相关的命令通知ONUONU（也是三次）（也是三次） ，ONUONU在相应的数据帧上切换校验密钥。在相应的数据帧上切换校验密钥。AES: Advanced Encrypt System一种国际通用的加密算法GPONGPON系统的系统的AESAES加密处理加密处理HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Co

27、nfidential 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

28、bytes ofcodeword #5Data bytesParityCodewordData bytes ofcodeword #6ParityDatabyteslForward Error Correction,Forward Error Correction, FEC FEC 。 l一种基于一种基于Reed-SolomonReed-Solomon的块编码算法，的块编码算法，FECFEC码字由定长数据块和冗余位构成。码字由定长数据块和冗余位构成。lGPONGPON在传输层使用在传输层使用FECFEC算法可以将线路传输的误码率降低到算法可以将线路传输的误码率降低到10E-15,10E-15,

29、可以避免数据重传。可以避免数据重传。lGPONGPON系统上、下行均支持系统上、下行均支持FECFEC处理。处理。l对对PCBdPCBd和和PayloadPayload一起进行一起进行FECFEC处理，提高了数据传输质量。处理，提高了数据传输质量。FECFEC处理处理HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 47分光器衰减计算分光器的插入损耗( Multi-PlayTriple-Play - Multi-Play业务承载方式：业务承载方式： 多多GemportGemport多业务多业务 单单GemportGemport多业务多业

30、务业务流映射：业务流映射： user-vlanuser-vlan、802.1P802.1P、Eth PHYEth PHY单一或单一或 混合的业务流到混合的业务流到GemportGemport映射规则映射规则GPON Triple-Play GPON Triple-Play 端到端解决方案端到端解决方案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无扣板，普通以太方式走背板路由到另一块上行

31、板无扣板，普通以太方式走背板路由到另一块上行板lOLTOLT支持支持NativeNative和和CESoPCESoP两种两种TDMTDM处理方式。处理方式。lGPONGPON强大的强大的QoSQoS能力，可确保能力，可确保TDMTDM业务的端到端延时、业务的端到端延时、JitterJitter和误码率指标。和误码率指标。l针对针对GPONGPON的定长帧传输特点，的定长帧传输特点，TDMTDM在在GPONGPON线路上承载具有天然优势。线路上承载具有天然优势。lTDMoGEMTDMoGEM的实现是将的实现是将TDMTDM帧直接封装到帧直接封装到GEMGEM帧中进行传输。帧中进行传输。l在在GP

32、ONGPON线路上给封装有线路上给封装有TDMTDM帧的帧的GEMGEM给与最高的优先级，保证给与最高的优先级，保证TDMTDM的传输质量。的传输质量。l在同步方面，系统采用统一的在同步方面，系统采用统一的8K8K时钟进行全网同步。时钟进行全网同步。ONTONTOLTOLTCOCOLELESplitterSplitterONTONTBUSINESSBUSINESSPBXPBXPBXPBXE1/T1ODNODNE1/T1E1/T1FEPSTNPSTNONTONT应用场景：应用场景：解决移动基站和商业用户解决移动基站和商业用户PBXPBX语音接入的语音接入的TDMTDM业务传输业务传输 GPON

33、TDM GPON TDM 业务解决方案业务解决方案HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 56xDSLxDSL线路改造，有利于原来的铜缆资源的利用线路改造，有利于原来的铜缆资源的利用 GPON + xDSL GPON + xDSL 解决方案解决方案HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 57GPON RF GPON RF 业务解决方案业务解决方案EDFA（Erbium Doped Fiber Amplifier）OpticalCouplers（WDM）OLT(

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

35、D42Mhz550Mhz860MhzUpstreamDownstream1310nm1490nm1550nmHUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 58HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 59物理层物理层OAMOAM消息有三种类型：嵌入式消息有三种类型：嵌入式OAMOAM，PLOAMPLOAM消息，消息，OMCIOMCI消息。消息。嵌入式嵌入式OAMOAM和和PLOAMPLOAM通道信息用于对物理层和通道信息用于对物理层和GTCGTC层进行管理。层进行管理。嵌入式嵌入式OAMOAM通道通过通道通过GTCGTC帧头中域格式信息来提供帧头中域格式信息来提供(BW Map(BW Map，DBRuDBRu等等) )。 （功能包括：带宽授权，动态带宽分配信令等）（功能包括：带宽授权，动态带宽分配信令等）PLOAMPLOAM通道涉及通道涉及ONUONU注册、加密，