GPON原理介绍胶片

GPON原理介绍胶片第一页，共41页。第1章光接入网概述第2章PON基本概念第3章GPON协议分析第4章GPON关键技术第5章GPON的物理特性内容介绍Page2第二页，共41页。接入网的现状全球电信运营商处在转型过程中：

1、业务竞争力的提升：提供更多业务。

2、增加ARPU值：多种业务捆绑，降维护成本。

3、提升用户忠诚度：提高用户对网络感受满意度，降低用户离网率。要实现转型目标，宽带提速是前提。Page3第三页，共41页。ServiceAccessCoreX.25ADSLEthernetPSTNIPATMFRGSM/GPRSCDMACablePDHSDHWirelessVoiceWirelessDataHighSpeedInternetVoiceStreamingDial-upVoIPMessageFTTHGPONDSLWirelessEth/IP/MPLSAggregationNetworkLocation&PresenceMessageOnlineGamingVoiceDataVideoStorageDirectory接入网的发展趋势－AlloverIPPage4第四页，共41页。如何解决“距离与带宽”的矛盾ISDNHDSLADSLADSL2+VDSL2xDSL技术……???xDSL技术很难解决距离与带宽的矛盾问：怎么办？答：“光进铜退”！采用光纤接入方案！Page5第五页，共41页。光纤接入网的接入方案(a)点到点的网络

(b)路边交换网络

(c)无源光网络即:PON

CurbswitchCOCOCONsubscribersL

kmL

kmL

kmPassiveopticalsplitterNsubscribersPage6第六页，共41页。ADSL2+PONADSL2+VDSL2CentreofficeHomeVDSL2ONTADSL2+10/100Base-T1km2kmIPDSLAMGECurbBuildingGESplitter1xNFTTCFTTBFTTBFTTHADSL2+VDSL2GEFTTBDSLBestSuitableistheBestChoiceFTTX场景分析Page7第七页，共41页。第1章光接入网概述第2章PON基本概念第3章GPON协议分析第4章GPON关键技术第5章GPON的物理特性内容介绍Page8第八页，共41页。PassiveOpticalNetwork

无源光网络OLTONUOpticalLineTerminal光线路终端OpticalNetworkUnit光网络单元PassiveOpticalSplitter

无源分光器PSTNInternetCATVONUONUPON是一种点到多点（P2MP）结构的无源光网络；

PON由光线路终端OLT（OpticalLineTerminal）、光网络单元ONU（OpticalNetworkUnit）和无源分光器POS（PassiveOpticalSplitter）组成；PassiveOpticalSplitter

无源分光器什么是PON?Page9第九页，共41页。WDMONU/ONTNEWDMOLTNEServicenode分光器T参考点V参考点R/SS/RODNUNISNIIFponIFponONUOpticalNetworkUnit光网络单元ONTOpticalNetworkTerminal光网络终端ODNOpticalDistributionNetwork光分配网络OLTOpticalLineTerminal光线路终端WDMWavelengthDivisionMultiplexModule波分复用模块NENetworkElement网络单元SNIServiceNodeInterface业务节点UNIUserNetworkInterface用户网络接口GPON网络参考模型Page10第十页，共41页。P2MPGPONEPON标准ITU.TIEEE速率2.488G/1.244G1.25G/1.25G分光比1:64~1:1281:16~1:64承载ATM,Ethernet,TDMEthernet带宽效率92%72%QOSVerygood，includingEthernet,TDM,ATMGood,onlyethernet光预算ClassA/B/CPx10/Px20DBA标准格式厂家自定义ONT互通OMCI无OAMITU-TG.984(强)EthernetOAM（弱，厂家扩展）GPON与EPON的比较Page11第十一页，共41页。GPON（Gigabit-capablePassiveOpticalNetworks）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20KM；

2、更高的带宽：对每用户下行2.5G/上行1.25G（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。GPON支持Triple－play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，GPON是三网合一的上佳方案。GPON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<1Mbps3M8M25M100MADSL/ADSL2+CopperBasedVDSL/ADSL2+CopperBasedPONFiberBased2002200320062010时间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TVVoDHDTV<3km<2km<1km~20km覆盖半径为什么选择GPON?Page12第十二页，共41页。GPON系统采用WDM技术，实现单纤双向传输（强制）。为了分离同一根光纤上多个用户的来去方向的信号，采用以下两种复用技术：下行数据流采用广播技术；上行数据流采用TDMA技术。1490nm1310nmGPON原理数据复用Page13第十三页，共41页。

GPON提供以下几种异步传输速率：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

支持最大逻辑距离为：60km

支持最大物理距离为：20km

支持最大距离差为：20km

分光比为1：64，可升级为1：128GPON网络基本性能参数Page14第十四页，共41页。第1章光接入网概述第2章PON基本概念第3章GPON协议分析第4章GPON关键技术第5章GPON的物理特性内容介绍Page15第十五页，共41页。ITU-TG.984.3GPONTC层规格要求GTC复用结构及协议栈介绍GTC帧结构介绍ONU注册激活流程DBA规格要求告警和性能ITU-TG-984.1/2/3/4产品开发简单产品兼容性强ITU-TG.984.1GPON网络参数说明保护倒换组网要求ITU-TG.984.4OMCI消息结构介绍OMCI设备管理框架OMCI实现原理简述ITU-TG.984.2PMD层规格要求2.488Gbps下行光接口参数规格要求1.244Gbps上行光接口参数规格要求物理层开销分配GPON标准协议Page16第十六页，共41页。广播方式：GPON的下行帧长为固定的125us，下行为广播方式，所有的ONU都能收到相同的数据，但是通过ONUID来区分不同的ONU的数据，ONU通过过滤来接收属于自己的数据。GPON原理下行数据Page17第十七页，共41页。TDMA方式：GPON的上行是通过TDMA（时分复用）的方式传输数据，上行链路被分成不同的时隙，根据下行帧的upstreambandwidthmap字段来给每个ONU分配上行时隙，这样所有的ONU就可以按照一定的秩序发送自己的数据了，不会产生为了争夺时隙而冲突。GPON原理上行数据Page18第十八页，共41页。PCBdnPayloadnPCBdn+1Payloadn+1Psync4bytesIdent4bytesPLOAMd13bytesBIP1bytesPlend4bytesPlend4bytesUSBWMapN*8bytesFECInd1bitReserved1bitSuper-frameCounter30bitsBlenBWMapLength12bitsAlenATMPartitionLength12bitsCRC8bitsAccess18bytesAccess28bytes…..Accessn8bytesAllocID12bitsFlags12bitsSStart2bytesSStop2bytesCRC1byteSendPLS1bitSendPLOAMn1bitUseFEC1bitSendDBRu2bitsReserved7bits125usCoverageofthisBIPCoverageofnextBIPDownstreamFramingGPON下行帧结构125usONUID

1BMessageID1BData

10BCRC1BPage19第十九页，共41页。PLOuPLOAMuPLSuDBRuxPayloadxDBRuyPayloadyPLOuDBRuzPayloadzPreambleAbytesDelimiterBbytesBIP1bytesONU-ID1bytesInd1bytesONU-ID1bytesMsgID1bytesMessage10bytesCRC1bytesDBA1,2,4bytesCRC1bytesGEMheaderFramefragmentGEMheaderFullframeGEMheaderFramefragmentPLI12bitGemPortID12bitPTI3bitHEC13bitONTAONTBUpstreamFramingDBAReportPadifneededGPON上行帧结构T-CONTyT-CONTxT-CONTzPage20第二十页，共41页。GEMPayloadHEC13bitsPTI3bitsPortID12bitsPLI12bitsGEMFrameEthernetPacketDASFDPreambleInterpacketgapSALength\TypeMACclientdataFECEOF5bytesGPON系统对以太网帧进行解析，将数据部分直接映射到GEMPayload中去进行传输。GEM帧会自动封装头信息。映射的格式清晰，设备很好实现，兼容性好。以太网业务在GPON中的映射方式Page21第二十一页，共41页。TDMTDMdataPayloadTDMfragmentHECPTIPortIDPLIGEMFrameIngressbufferTDMBufferTDM业务先导入缓存中进行排队，并且按照固定的字节数复用到GEM帧中进行传输。这种方式不对具体的TDM业务进行感知，只进行透传处理。TDM业务在GPON中的映射方式Page22第二十二页，共41页。第1章光接入网概述第2章PON基本概念第3章GPON协议分析第4章GPON关键技术第5章GPON的物理特性内容介绍Page23第二十三页，共41页。快速开启和关断能力2#ONT0#ONU1#ONU2#ONT连续模块0#ONU1#ONU突发模块PON关键技术突发光电技术Page24第二十四页，共41页。快速AGC（光模块）(动态范围>20dB)快速时钟恢复0#ONU1#ONU0#ONT有快速AGC无快速AGC阈值线恢复出来的数据到达OLT的信号及阈值建立ONT/ONU发出的信号PON关键技术突发光电技术2#Page25第二十五页，共41页。ONU3ONU2ONU1OLTOLT通过Ranging测距过程获取ONU的往返延迟RTD（RoundTripDelay），从而指定合适的均衡延时参数EqD（EqualizationDelay），保证每个ONU发送数据时不会在分光器上产生冲突。Ranging的过程需要开窗，即QuietZone，暂停其他ONU的上行发送通道。OLT开窗通过将BWmap设置为空，不授权任何时隙来实现。GPON关键技术测距ONTOLT(inCO)20km3km12kmPage26第二十六页，共41页。什么是DBA?DBA,DynamicallyBandwidthAssignment(动态带宽分配)DBA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为什么需要DBA？

可以提高PON端口的上行线路带宽利用率

可以在PON口上增加更多的用户

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GPON关键技术－DBAPage27第二十七页，共41页。提高最大带宽利用率无DBA,利用率40%有DBA,利用率达到80%减小平均时延无DBA:100ms有DBA:<10msDBA在利用率和延迟指标上带来的优势Page28第二十八页，共41页。OLT内部DBA模块不断收集DBA报告信息，进行相关计算，并将计算结果以BWMap的形式下发给各ONU。各ONU根据BWMap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DBA报告BWMapTimeslotT-CONTT-CONTT-CONTONU的调度器ONUOLT控制平面数据平面DBA的实现过程Page29第二十九页，共41页。T-CONTs(TransmissionContainers)：动态接收OLT下发的授权，用于管理PON系统传输汇聚层的上行带宽分配，改善PON系统中的上行带宽。T-CONT的带宽类型分为FB,AB,NAB,BE。

T-CONT的5种类型，Type1,Type2,Type3,Type4,Type5。T-CONT带宽术语Page30第三十页，共41页。EndUser1EndUser3ONTEndUser233133211112ONTONT133211133211OLT加密解密解密解密1133211GPON支持下行广播数据进行AES128加密处理。只对GEM帧中的Payload进行加密处理。GPON系统定期的进行AES密钥交换和更新，提高了线路数据的可靠性。密钥更换由OLT发起密钥更换请求，ONU响应并将生成的新的密钥，并分两部分发给OLT，且重复发送三次，OLT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ONU（也是三次），ONU在相应的数据帧上切换校验密钥。AES:AdvancedEncryptSystem一种国际通用的加密算法GPON系统的AES加密处理Page31第三十一页，共41页。ONU的激活进程激活进程在OLT控制下工作，ONU应答OLT启动的消息。激活进程的大致步骤为：ONU从OLT接收US_OVERHEAD消息，并调整自身参数。OLT发现新连接的ONU的序列号（通过广播+随机时延方法）OLT分配ONU-ID给ONUOLT测量来自于ONU的上行流传输的到达相位（测量RTD）OLT通知ONU均衡时延（EqD)ONU根据通知的EqD值及BWMap计算上行数据发送窗口该过程通过上行/下行流传送的flag和PLOAM消息实现带内数字交换。Page32第三十二页，共41页。第1章光接入网概述第2章PON基本概念第3章GPON协议分析第4章GPON关键技术第5章GPON的物理特性内容介绍Page33第三十三页，共41页。分光器衰减计算分光器的插入损耗(<1dB):∑(Power_input)-∑(Power_outputofallbranch)InputOutput1:2分光器2:N分光器∵10log(0.5)=-3.01∴1:2分光器衰减为3.01dB1:16分光器衰减为12.04dB1:64分光器衰减为18.06dB光功率衰减Page34第三十四页，共41页。光纤衰减和长度有关光纤熔接点的衰减值一般小于0.2dB其他方面，如光纤弯曲等也可能造成衰减About0.35dBperkmfor1310,1490nmTableG.984.2–ClassesforopticalpathlossClassAClassBClassB＋ClassCMinimumloss5dB10dB13dB15dBMaximumloss20dB25dB28dB30dBNOTE–Therequirementsofaparticularclassmaybemorestringentforonesystemtypethanforanother,e.g.theclassCattenuationrangeisinherentlymorestringentforTCMsystemsduetotheuseofa1:2

splitter/combinerateachsideoftheODN,eachhavingalossofabout3dB.Huawei’sOLTandONU28dB(ClassB+)光纤衰减和光功率预算Page35第三十五页，共41页。ItemsUnitSinglefibreOLT:OLT最小平均发送功率MeanlaunchedpowerMINdBm+1.5最大平均发送功率MeanlaunchedpowerMAXdBm5接收灵敏度MinimumsensitivitydBm-28过载光功率MinimumoverloaddBm-8ONU:ONU最小平均发送功率MeanlaunchedpowerMINdBm0.5最大平均发送功率MeanlaunchedpowerMAXdBm5接收灵敏度MinimumsensitivitydBm-27过载光功率MinimumoverloaddBm-8GPON接口参数指标（ClassB+）Page36第三十六页，共41页。IFponIFponIFpon1：N分光器OLTONU#1ONU#N备用光纤TypeA光纤备份IFpon