GPON技术培训-顾生华

GPON技术培训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、根本概念和特点，以及GPON系统的管理模式和终端的业务发放模式。前言第1章PON根本概念第2章光接入网概述第3章GPON协议分析第4章GPON关键技术第5章GPON承载的根本业务第6章GPON系统的管理和业务发放模式内容介绍ServiceAccessCoreX.25ADSLEthernetPSTNIPATMFRGSM/GPRSCDMACablePDHSDHWirelessVoiceWirelessDataHighSpeedInternet

VoiceStreamingDial-upVoIPMessageFTTHGPONDSLWirelessEth/IP/MPLSAggregationNetworkLocation&PresenceMessageOnlineGamingVoiceDataVideoStorageDirectory接入网的开展－AllIPPassiveOpticalNetwork

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?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?上行下行Mbps15010025201050510202510015015Dial-upADSL2+CableModemVDSL2GPON/P2PNextHostedApplications&StorageHDTVVODLargeFileSharingTelemedicinePremisesWebHostingMulti-PlayerGaming,InteractiveDistanceLearningRealTimeSDTV,NetworkPVRFileSharing,HomeVideoSharing/StreamingSDTVVOD,TelecommutingVideoConferencing,PremisesSurveillanceWebSurfing接入业务带宽的需求增长APON:ATMPassiveOpticalNetworksEPON:EthernetPassiveOpticalNetworksGE-PON:Giga-bitEthernetPassiveOpticalNetworksGPON:Gigabit-capablePassiveOpticalNetworksEPONGEPONGPONATMAPONBPONEthernetEPONGPON几种PON标准PONTPONAPON/BPONGPONEPONWDMPON国际标准IEEE802.3ah国际标准国际标准国际标准尚无标准ITU-TG.982国家标准Q1/1998国家标准Q3/2000国家标准国家标准尚无标准Q4/2004Q3/2004PON技术标准化进展P2MPP2PGPONEPON标准ITU.TIEEEIEEE802.3ah速率2.488G/1.244G1.25G/1.25G100M~1G分光比1:64~1:1281:16~1:321：1承载ATM,Ethernet,TDMEthernetEthernet带宽效率92%72%80%QOSVerygood，includingEthernet,TDM,ATMGood,onlyethernetGood,dedicatebandwidth光预算ClassA/B/CPx10/Px20/测距EqD逻辑等距RTT/DBA标准格式厂家自定义/TDM支持TDMoverEthernet

(PWE3,CESoEthernet)ornativeTDM)TDMoverEthernet(PWE3,CESoEthernet)Good,dedicatebandwidthONT互通OMCI无NoneOAMITU-TG.984(强)EthernetOAM（弱，厂家扩展）IEEE802.3ahOPEX低OPEX中OPEX/GPON与EPON的比较第1章PON根本概念第2章光接入网概述第3章GPON协议分析第4章GPON关键技术第5章GPON承载的根本业务第6章GPON系统的管理和业务发放模式内容介绍ADSL2+PONADSL2+VDSL2CentreofficeHomeVDSL2ONTADSL2+10/100Base-T1km2kmIPDSLAMGECurbBuildingGESplitter1xNFTTCFTTBFTTBFTTHADSL2+VDSL2GEFTTBDSLBestSuitableistheBestChoiceFTTX场景分析FTTH光缆网络根本结构各段模拟图

模拟图1模拟图2模拟图3用户接入点+入户线光缆段—高层建筑模拟图第1章PON根本概念第2章光接入网概述第3章GPON协议分析第4章GPON关键技术第5章GPON承载的根本业务第6章GPON系统的管理和业务发放模式内容介绍GPONTC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GPON网络参数说明保护倒换组网要求OMCI消息结构介绍OMCI设备管理框架OMCI实现原理简述PMD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网络根本性能参数GPON系统采用WDM技术，实现单纤双向传输〔强制〕。为了别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：下行数据流采用播送技术；上行数据流采用TDMA技术。1490nm1310nmGPON原理----数据复用播送方式：GPON的下行帧长为固定的125us，下行为播送方式，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。每帧共有9120个时隙。GPON原理----上行数据IFponONUONUONUT-CONTPortT-CONTPortPortT-CONTT-CONTPortPortPortPortPort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OLTONTT-CONTT-CONTGEMPortGEMPortGEMPort：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。业务根据映射规那么先映射到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。GPON复用结构GPON协议栈C/M平面由3局部组成：嵌入式OAM，PLOAM和OMCI。嵌入式OAM和PLOAM通道信息用于对物理层和GTC层进行管理。而OMCI提供了更高层次的统一的管理系统。嵌入式OAM通道通过GTC帧头中域格式信息来提供(BDMap，DBRu等)。功能包括：带宽授权，动态带宽分配信令等。PLOAM通道涉及ONU注册、加密，BootOMCI等功能。OMCI通道用于管理在GTC层上层定义的业务的管理。GTC成帧子层：1、复用/解复用，PLOAM，GEM到FTC帧的映射2、GTC帧头的产生/解码3、基于ALLOC-ID的内部交换GTC适配子层：1、ATM、GEM、OMCI的上层适配GPON参考模型PhysicalControlBlockDownstream(PCBd)PayloadAllocIDStartEndAllocIDStartEnd11002002300500T-CONT1(ONT1)T-CONT2(ONT2)Slot100Slot200Slot300Slot500PLOuPLOAMuPLSuDBRuPayloadxDBRuYPayloadyUpstreamBandwidthMap125usDownstreamFramingUpstreamFramingOLTONT1ONT64GPON帧结构PLOuPLOAMuPLSuDBRuxPayloadxDBRuyPayloadyPLOuDBRuzPayloadzPreambleAbytesDelimiterBbytesBIP1bytesONU-ID1bytesInd1bytesONU-ID1bytesMsgID1bytesMessage10bytesCRC1bytesDBA1,2,4bytesCRC1bytesGEMheaderFramefragmentGEMheaderFullframeGEMheaderFramefragmentPLI12bitGemPortID12bitPTI3bitHEC13bitONTAONTBUpstreamFramingDBAReportPadifneededGPON上行帧结构PCBdnPayloadnPCBdn+1PayloadnPsync4bytesIdent4bytesPLOAMd13bytesBIP1bytesPlend4bytesPlend4bytesUSBWMapN*8bytesFECInd1bitReserved1bitSuper-frameCounter30bitsBlenBWMapLength12bitsAlenATMPartitionLength12bitsCRC8bitsAccess18bytesAccess28bytes…..Accessn8bytesAllocID12bitsFlags12bitsSStart2bytesSStop2bytesCRC1byteSendPLS1bitSendPLOAMn1bitUseFEC1bitSendDBRu2bitsReserved7bits125usCoverageofthisBIPCoverageofnextBIPDownstreamFramingGPON下行帧结构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。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GEMPayloadCRCPTIPortIDPLIGEMFrameEthernetPacketDASFDPreambleInterpacketgapSALength\TypeMACclientdataFECEOF5bytesGPON系统对以太网帧进行解析，将数据局部直接映射到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中的映射方式第1章PON根本概念第2章光接入网概述第3章GPON协议分析第4章GPON关键技术第5章GPON承载的根本业务第6章GPON系统的管理和业务发放模式内容介绍突发发射快速开启和关断能力消光比大〔>10dB〕突发接受快速AGC(动态范围>20dB)连续发送模块突发发送模块0#ONT0#ONU1#ONU0#ONU1#ONU0#ONT0#ONU1#ONU0#ONT有快速AGC接收无快速AGC阈值线恢复出来的数据到达OLT的信号及阈值建立ONT/ONU发出的信号连续接收模块突发接收模块PON关键技术----突发光电技术ONU3ONU2ONU1OLTOLT通过Ranging测距过程获取ONU的往返延迟RTD〔RoundTripDelay〕，从而指定适宜的均衡延时参数EqD〔EqualizationDelay〕，保证每个ONU发送数据时不会在分光器上产生冲突。OLT获取序列号和Ranging的过程都需要开窗，即QuietZone，暂停其他ONU的上行发送通道。GPON关键技术---测距什么是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效劳，特别是那些对带宽突变比较大的业务DBA概念GPON系统采用SBA+DBA的方式来实现带宽的有效利用，TDM业务通过SBA指配带宽以保证其高QoS，其他一些业务可以通过DBA来动态分配带宽。DBA的实现与QoS的保障机制有密切关系。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。GPON的状态上报DBA存在3种机制：PLOu-StateIndDBA;DBRu-Piggy-backDBA;PayloadDBA;DBA功能的实现机制主要包括以下几个局部：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按照新分配的带宽和T-CONT类型发送授权;DBA操作的管理。DBA提高最大带宽利用率无DBA,利用率40%有DBA,利用率到达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T-CONTs(TransmissionContainers)：动态接收OLT下发的授权，用于管理PON系统传输会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。T-CONT类型和带宽类型之间的关系GTCPON系统架构是下行方向为播送方式，上行方向为TDMA方式，所以只对上行方向的业务流提供QoS处理。QoS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，QoS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QoS处理性能的关键GPON中的QoS处理ETH/TDMGEMGTCFlowcontrol/ClassificationGPON业务承载层GPONQoS处理机制T-CONT/DBAVLAN/COS/PQ/GTS/POLICINGEndUser1EndUser3ONTEndUser233133211112ONTONT133211133211OLT加密解密解密解密1133211GPON支持下行播送数据进行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，并分两局部发给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ForwardErrorCorrection,FEC。一种基于Reed-Solomon的块编码算法，FEC码字由定长数据块和冗余位构成。GPON在传输层使用FEC算法可以将线路传输的误码率降低到10E-15,可以防止数据重传。GPON系统上、下行均支持FEC处理。对PCBd和Payload一起进行FEC处理，提高了数据传输质量。FEC处理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光功率衰减分光器衰减计算分光器的插入损耗(<1dB):∑(Power_input)-∑(Power_outputofallbranch)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ItemsUnitSinglefibreOLT:OLT最小平均发送功率MeanlaunchedpowerMINdBm+1.5最大平均发送功率MeanlaunchedpowerMAXdBm

5接收灵敏度MinimumsensitivitydBm-28过载光功率MinimumoverloaddBm-8下行光功率代价DownstreamopticalpenaltydB0.5ONU:ONU最小平均发送功率MeanlaunchedpowerMINdBm0.5最大平均发送功率MeanlaunchedpowerMAXdBm

5接收灵敏度MinimumsensitivitydBm-27过载光功率MinimumoverloaddBm-8上行光功率代价UpstreamopticalpenaltydB0.5GPON接口参数指标〔ClassB+〕IFponIFponIFpon1：N分光器OLTONU#1ONU#N备用光纤TypeA光纤备份IFponIFponIFpon2：N分光器OLTONU#1ONU#NTypeBOLT端口备份IFpon

设备没有任何备份措施.主干光纤故障后，由人工切换至备用光纤.业务肯定中断，中断时间取决于线路恢复时间.如果到用户的线路故障，业务就会中断，无法备份。OLT设备上有两个GPON接口.此种保护方式仅限于主干光纤出现故障时，系统会自动切换到备用系统，实现了对骨干光纤的保护。保护对象仅限于OLT与ODN之间的光纤故障和OLT单板硬件故障，对其他类型的故障没有涉及，可能存在严重平安隐患，无法满足客户需求。无法定位故障。

GPON网络保护方式IFponIFponIFpon2：N分光器OLTONU#1ONU#NTypeC全备份方式IFponIFponIFpon2：N分光器OLT和ONT上均有两个GPON接口。OLT的GPON接口要工作在1:1模式下。此种保护方式一种全保护光纤倒换方式，OLT与ONU之间有完全不同的两条通路，可以保证各种故障都得到恢复。当ONU的主用PON口或用户线路故障时，ONU会自动将业务倒换到备用PON口上，业务通过备用线路和OLT的备份端口上行。业务根本不会中断。实现难度较大，本钱较高。其中一个端口试种处于空闲状态，造成系统带宽利用率低。

GPON网络保护方式IFponIFponIFpon2：N分光器OLTONU#1ONU#NTypeD混和备份方式IFponIFpon2：N分光器1：2分光器1：2分光器OLT上有两个GPON接口。OLT的GPON接口要工作在1＋1模式下。此种保护方式一种全保护光纤倒换方式，OLT与ONU之间有完全不同的两条通路，可以保证各种故障都得到恢复，包括无源分光器故障，链路都可以自动恢复。此种网络中支持ONU混合方式，可以是带一个PON口的，也可以是带两个PON口的，根据用户的实际需要选择。实现难度较大，本钱较高。GPON网络保护方式第1章PON根本概念第2章光接入网概述第3章GPON协议分析第4章GPON关键技术第5章GPON系统的管理和业务发放模式第6章GPON承载的根本业务内容介绍BRASAAAServerIPCore

ASP/ISP

CPEMSEEthernetMA5600TSoftswitchInternetIPTVServerMiddle

wareNMSTL1/CORBA

/APIBBserviceplatformCarrier’sOSSNotificationIPTVPhonePCSFU(HG8xx)CPEMDU(MA5606T)VDSL2

NSPIPVoiceCBU/MTUE1FE

ODNSplitterBase

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映射规那么GPONTriple-Play端到端解决方案CESoP方式TDMB扣板－GEM-TDM－GPBANative方式GPBC无扣板，普通以太方式走背板路由到另一块上行板OLT支持Native和CESoP两种TDM处理方式。GPON强大的QoS能力，可确保TDM业务的端到端延时、Jitter和误码率指标。针对GPON的定长帧传输特点，TDM在GPON线路上承载具有天然优势。TDMoGEM的实现是将TDM帧直接封装到GEM帧中进行传输。在GPON线路上给封装有TDM帧的GEM给与最高的优先级，保证TDM的传输质量。在同步方面，系统采用统一的8K时钟进行全网同步。ONTOLTCOLESplitterONTBUSINESSPBXPBXE1/T1ODNE1/T1E1/T1FEPSTNONT应用场景：解决移动基站和商业用户PBX语音接入的TDM业务传输GPON

TDM业务解决方案xDSL线路改造，有利于原来的铜缆资源的利用GPON+xDSL解决方案GPON

RF业务解决方案EDFA〔ErbiumDopedFiberAmplifier〕OpticalCouplers〔WDM〕