GPON原理介绍(华为)总结课件

GPON原理介绍GPON原理介绍前言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”，而光纤是迄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。Page2前言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参考资料ITU-T984.1ITU-T984.2ITU-T984.3ITU-T984.4Page3参考资料ITU-T984.1Page3培训目标学完本课程后，您应该能：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Page4培训目标学完本课程后，您应该能：Page4目录PON基本概念光接入网概述GPON协议分析GPON关键技术GPON承载的基本业务GPON系统的管理和业务发放模式Page5目录PON基本概念Page5目录PON基本概念光接入网概述GPON协议分析GPON关键技术GPON承载的基本业务GPON系统的管理和业务发放模式Page6目录PON基本概念Page6什么是PON?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Page7什么是PON?PassiveOpticalNetwork<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?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。标准完善，全球大运营商的选择Page8<1Mbps3M8M25M100MADSL/ADSL2+VD目录PON基本概念光接入网概述GPON协议分析GPON关键技术GPON承载的基本业务GPON系统的管理和业务发放模式Page9目录PON基本概念Page9FTTX场景分析ADSL2+PONADSL2+VDSL2CentreofficeHomeVDSL2ONTADSL2+10/100Base-T1km2kmIPDSLAMGECurbBuildingGESplitter1xNFTTCFTTBFTTBFTTHADSL2+VDSL2GEFTTBDSLPage10FTTX场景分析ADSL2+PONADSL2+CentreWDMONU/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Page11WDMONU/ONTNEWDMOLTNEServicenoGPON网络基本性能参数上行速率(Gbps)下行速率(Gbps)0.155521.244160.622081.244161.244161.244160.155522.488320.622082.488321.244162.488322.488322.48832上行1.24416Gbit/s

，下行

2.48832Gbit/s

是目前可支持的主要速率Page12GPON网络基本性能参数上行速率(Gbps)下行速率(GbpGPON网络基本性能参数最大逻辑距离60km最大物理传输距离20km最大差分距离20km分离器比1：64/upto1：128

ONU

OLT

ONU

距离差:20km

逻辑距离:60km

逻辑分光比:128

UNI

SNI

Page13GPON网络基本性能参数最大逻辑距离60km最大物理传输距1490nm1310nmGPON原理数据复用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。Page141490nm1310nmGPON原理数据复用GPON目录PON基本概念光接入网概述GPON协议分析GPON关键技术GPON承载的基本业务GPON系统的管理和业务发放模式Page15目录PON基本概念Page15ITU-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Page16ITU-TG.984.3ITU-TG-984.1/2/3GPON原理下行数据广播方式：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GEMportID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。Page17GPON原理下行数据广播方式：GPON的下行帧长为固GPON原理上行数据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。Page18GPON原理上行数据TDMA方式：GPON的上行是通IFponONUONUONUT-CONTPortT-CONTPortPortT-CONTT-CONTPortPortPortPortPortGPON复用结构GEMPort：业务的最小承载单位。T-CONT:TransmissionContainers。是一种承载业务的Buffer。主要用来传输上行数据的单元，引入T-CONT主要是为了解决上行带宽动态分配，以提高线路利用率。IFpon：GPON接口。业务根据映射规则先映射到GEMPort中，然后在映射到T-CONT中进行上行传输。GEMport可以灵活的映射到T-CONT中，一个GEMPort可以映射到一个T-CONT中去，多个GEMPort也可以映射到同一个T-CONT中。一个ONU的GPON接口中可以包含一个或多个T-CONT。不同的ONU用ONU-ID标识不同的T-CONT用Alloc-ID标识不同的GEM-PORT用Port-ID标识Page19IFponOOOT-CONTPortT-CONTPortPoGPON协议栈IPDATADATAMACGEMGTC01010111010101000010101Page20GPON协议栈IPDATADATAMACGEMGTC010PhysicalControlBlockDownstream(PCBd)PayloadAllocIDStartEndAllocIDStartEnd1100200x300500T-CONT1(ONT1)T-CONTx(ONT2)Slot100Slot200Slot300Slot500PLOuPLOAMuPLSuDBRuxPayloadxDBRuYPayloadyUpstreamBandwidthMap125usDownstreamFramingUpstreamFramingOLTONT1ONT64GPON帧结构AllocIDStartEndy501650ONT21xyT-CONTy(ONT2)Slot650Slot501T-CONTxT-CONTyPage21PhysicalControlBlockDownstrGEMPayloadCRCPTIPortIDPLIGEMFrameEthernetPacketDASFDPreambleInterpacketgapSALength\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Page22GEMCRCPTIPortIDPLIGEMFrameETDMTDMdataPayloadTDMfragmentHECPTIPortIDPLIGEMFrameIngressbufferTDMBufferTDM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。GEM帧具有定长的特点，对TDM业务传输非常有利。TDM业务在GPON中的映射方式Page23TDMTDMdataPayloadHECPTIPortI目录PON基本概念光接入网概述GPON协议分析GPON关键技术GPON承载的基本业务GPON系统的管理和业务发放模式Page24目录PON基本概念Page24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Page25快速开启和关断能力2#ONT0#ONU1#ONU2#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)20km3km12kmPage26ONU3ONU2ONU1OLTOLT通过Ranging测距过DBA概念什么是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Page27DBA概念什么是DBA?Page27DBAGPON系统采用SBA+DBA的方式来实现带宽的有效利用，GPON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。Page28DBAGPON系统采用SBA+DBA的方式来实现带宽的有效利PayloadUSBWMapDataReportPCBd下行方向上行方向OLTONT①②③④SR-DBA流程OLT根据上次计算的结果在下行帧头中下发BWMap。ONU根据带宽分配信息在规定的时隙上发送目前T-CONT中等待发送的数据状态报告。OLT收到ONU的状态报告后，经过DBA计算并更新BWMap，在下一帧进行下发。ONU收到OLT下发的BWMap消息后，在指定的时隙上发送数据。Page29PayloadUSBWDataReportPCBd下行方向在OLT处监视从NSR-ONU/ONT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(realtimemonitoring)结果来计算利用速率(utilizationrate)。Step3：通过比较利用速率和极限值，来认识(recognize)拥塞程度。DtijDiDjNSR(NonStatusReporting)-DBANSR-DBA实现Page30在OLT处监视从NSR-ONU/ONT来的信元数据流的算法过T-CONT带宽术语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。Page31T-CONT带宽术语T-CONTs(TransmissioT-CONT类型和带宽类型之间的关系根据业务的优先级，系统对每个ONU设置SLA，对业务的带宽进行限制。最大带宽和最小带宽是对每个ONU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。OLT根据业务和SLA及ONU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。Page32T-CONT类型和带宽类型之间的关系根据业务的优先级，系统对ETH/TDMGEMGTCFlowcontrol/ClassificationGPON业务承载层GPONQoS处理机制T-CONT/DBAVLAN/COS/PQ/GTS/POLICINGGPON中的QoS处理GTCQoS处理的最小单元是T-CONT，T-CONT可以看作是ONU业务流的承载容器，调度机制是DBA（动态带宽分配）。DBA的算法是GTC的QoS处理性能的关键。GEM在GEM层主要是针对每个GEMPort进行业务流分类，类似于DSLAM的单PVC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。ETH/TDMTDM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QoS。ETH业务（包括电路仿真方式的TDM业务）主要是基于二层VLAN、COS等标识进行业务的QoS处理，Page33ETH/TDMGEMGTCFlowcontrol/ClasEndUser1EndUser3ONTEndUser233133211112ONTONT133211133211OLT加密解密解密解密1133211AES:AdvancedEncryptSystem一种国际通用的加密算法GPON系统的AES加密处理GPON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。Page34EndUserEndUserONTEndUser331光纤衰减和光功率预算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1310nm,1490nm光纤波长每公里衰减0.35dBTableG.984.2–ClassesforopticalpathlossClassAClassBClassB＋ClassCMinimumloss5dB10dB13dB15dBMaximumloss20dB25dB28dB30dBNOTE–1：2分离器理论衰减为3dBHuawei’sOLTandONU28dB(ClassB+)Page35光纤衰减和光功率预算光纤衰减和长度有关1310nm,1490项目单位规格OLT:OLT最小平均发送功率dBm+1.5最大平均发送功率dBm5接收灵敏度dBm-28过载光功率dBm-8ONU:ONU最小平均发送功率dBm0.5最大平均发送功率dBm5接收灵敏度dBm-27过载光功率dBm-8GPON接口参数指标（ClassB+）Page36项目单位规格OLT:OLT最小平均发送功率dBm+1.5目录PON基本概念光接入网概述GPON协议分析GPON关键技术GPON承载的基本业务GPON系统的管理和业务发放模式Page37目录PON基本概念Page37BRASAAAServerIPCoreASP/ISPCPEMSEEthernetMA5600TSoftswitchInternetIPTVServerMiddle

wareNMSTL1/CORBA

/APIBBserviceplatformCarrier’sOSSNotificationIPTVPhonePCSFU(HG8xx)CPEMDU(MA5606T)VDSL2NSPIPVoiceCBU/MTUE1FEODNSplitterBase

stationPBXPhonePCSBU(OT925)E12G/3GTriple-Play-->Multi-Play业务承载方式：多Gemport多业务单Gemport多业务业务流映射：user-vlan、802.1P、EthPHY单一或混合的业务流到Gemport映射规则GPONTriple-Play端到端解决方案Page38BRASAAAServerIPCoreASP/ISPxDSL线路改造，有利于原来的铜缆资源的利用GPON+xDSL