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GPON基础知识,2010年4月,目录,PON原理GPON与EPONGPON相关标准GPON协议分析GPON关键技术GPON ONU业务模型应用场景及相关概念,什么是PON?,Passive Optical Network 无源光网络,OLT,ONU,Optical Line Terminal 光线路终端,Optical Network Unit 光网络单元,PSTN,Internet,ONU,ONU,PON由光线路终端OLT（Optical Line Terminal）、光网络单元 ONU（ Optical Network Unit）和无源分光器POS（Passive Optical Splitter）组成；,Passive Optical Splitter 无源分光器,ONU Optical Network Unit 光网络单元 ONT Optical Network Terminal 光网络终端ODN Optical Distribution Network 光分配网络 OLT Optical Line Terminal 光线路终端WDM Wavelength Division Multiplex Module 波分复用模块接口,PON原理-数据复用,PON系统采用WDM技术，实现单纤双向传输（强制）。,ODN 波长,G.652标准单模光纤下行（OLT到ONU）波长1490nm，承载语音和数据信号上行（ONU到OLT）波长1310nm ，承载语音和数据信号下行还可以使用1550nm的波长，用于承载CATV视频信号上下行是否可以采用相同波长？,ODN 波长,上下行采用相同波长时，需要考虑的问题ONU和OLT侧的光模块，需要一个1：2的分光器，接收和发送都衰减了3dB；发射器前面需要加隔离器，防止接收波长的影响；,ODN 光纤,多模光纤中心玻璃芯较粗，可传多种模式的光。模间色散较大，传输距离比较近。一般用橙色（橘红色）表示，也有的用灰色表示。,单模光纤中心玻璃芯很细，只能传一种模式的光。其模间色散很小，传输距离较长。 一般用黄色表示,ODN 光纤连接器,FCFerrule Connector螺丝紧固型。用于公共通信线路，局域网，CATV，测量仪器等（如光功率计、可调衰减器）。SCSubscriber Connector/Standard Connector推压型，可以很容易地装卸 。是最普通的连接器。重量轻，体积小，便于操作 。 用于OLT和ONU的PON口。LCLucent Connector / Local Connector为推压型，可以很容易地装卸 。是超小型光连接器，可以进行高密度装配 。 用于OLT上连接口,ODN 光纤连接器,PCPhysical Contact微球面研磨抛光。回波损耗40dB，常用于电信网络，传输数据和语音信号。蓝色接头。APCAngled Physical Contact。呈8度角并做微球面研磨抛光。回波损耗60dB，常用于有线电视网络，传输CATV信号。绿色接头。,PON原理-数据复用,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。,PON组网保护方式,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OLT与ODN之间的光纤故障和OLT单板硬件故障上行采用1+1负荷分担方式,OLT,分光器,PON端口A,PON端口B,上行端口A,上行端口B,下行1：1,上行11,ONU,ONU,ONT,目录,PON原理GPON与EPONGPON相关标准GPON协议分析GPON关键技术GPON ONU业务模型应用场景及相关概念,TPON,APON/BPON,GPON,EPON,国际标准,ITU-T G.983.x,ITU-T G.984.x,IEEE 802.3ah,国际标准,国际标准,国际标准,ITU-T G.982,国家标准,YD/T 1077-2000,国家标准,YD/T 1090-2000,国家标准,国家标准,PON技术标准化情况,GPON/EPON发展史,GPON和EPON,EPON,GPON,TCP+UDP etc.,IP,Ethernet,Layer 2,Layer 3,Layer 4,Layer 5or more,Layer 1,PON-PHY,TDME1,话音,视频,数据,VoIP,AES (Optional),AAL1/AAL2,AAL5,GEM Frame,PON-PHY,TDME1,话音,视频,数据,VoIP,AES (Optional),窄带PON,A/BPON,GPON,NG-PON,EPON,10G EPON,ITU-T/FSAN,IEEE 802.3,过去,将来,ITU和IEEE两标准组织定位的不同导致GPON和EPON在技术理念存在较大差异： ITU-T/FSAN是以国家/企业会员身份参与的具有官方性质的通信行业标准化组织，制定的标准更关注运营商的业务需求如何得到实现与满足。 IEEE是以工程师个人身份参与的电子/电器行业化标准组织，更关注技术的创新和实现，但缺乏对运营商实际需求的理解与分析。,PON：Passive Optical Network 无源光网络,GPON具有更高带宽和更大分光比,GPON业务承载更高效，下行的有效带宽是EPON的2.55倍，上行是1.37倍。,GPON的分光能力是EPON的2倍，覆盖相同用户时可节省一半的主干光纤。,采用GPON技术进行光接入网络建设，可节省线路成本和局端设备投资50。,EPON,1:32,GPON,1:64128,GPON支持更精细的业务模型,EPON只定义了两种业务模型：固定带宽（带宽独享）、尽力而为（带宽共享，不保证服务质量） ，只能开展只有两种业务优先级的综合业务。GPON增加“保障带宽”（不用时共享，用时优先保证）业务模型的定义，可组合开展多种优先级的综合业务。,企业用户,家庭用户,EPON：企业用户带宽和家庭用户带宽无法共享上行带宽。GPON：在保证服务质量的同时可以实现家庭用户和企业用户上行带宽的共享。,家庭监控（2M）,可视电话（0.4M）,宽带业务,EPON：每用户分配3M带宽，其中2.4M独享，带宽共享率20%。GPON：每用户分配3M带宽，其中0.4M独享，带宽共享率为86.7%。,GPON具备SDH的线路时钟传送能力,OLT,Splitter,ONT,ONT,ONT,城域网,ONT,OLT,线路时钟同步,Femto Cell,Femto Cell,GPON是同步系统，采用定长帧结构，具备天然的线路时钟传送能力，能够提供和SDH一样精度的线路时钟，可作为微基站的接入手段。EPON本质是以太网，是异步系统，承载线路时钟能力有限。,时钟源,GPON具备更好的光纤线路管理能力,EPON： 人工维护光纤网络和排障,收发光功率偏置电流温度,由于EPON标准已停止发展，在线路检测机制上缺乏统一标准，光纤线路发生故障后，只靠人工进行故障定位。（不排除通过专利技术来实现）GPON标准制定了光纤测试系统OLS，能够动态监测信号的质量，再通过专家系统预测系统的寿命和定位故障位置、变被动维护为主动防护。,OLT,ONU,ONU,ONU,光纤线路诊断系统,OLS (光纤链路在线实时检测),GPON： 自动进行光纤网络的维护和诊断,ONU,ONU,ONU,OLT,更高的QoS和时钟同步能力GPON是全同步系统，传输窄带业务时延小，时钟精度非常高GPON的QoS带宽分配机制更灵活保护倒换和维护管理等标准定义清晰完善,先进完善的技术标准，是保障产品商用成功的关键,支持更好的光纤线路管理能力支持OLS光纤线路检测功能，及时排障和事前预警,GPON比EPON的优势总结,更高带宽，更大分光比，更高发射功率GPON下行有效带宽是EPON的2.5倍，上行有效带宽是EPON的1.3倍，业务体验更好EPON最大1：32；GPON 1：64大大节省线路成本GPON覆盖范围在同等比分光下高于EPON,支持更精细的多业务模型支持“保障带宽”模型，带宽利用效率更高可组合开展多种优先级的综合业务,GPON/EPON主要技术指标对比,目录,PON原理GPON与EPONGPON相关标准GPON协议分析GPON关键技术GPON ONU业务模型应用场景及相关概念,ITU G.984.x,G.984.1 GPON总体特性说明（2003/03）GPON网络参数说明保护倒换组网要求建议的接口类型和业务类型G.984.2 GPON PMD（Physical Media Dependent）层规格要求（2003/03，2008/03）ODN参数规格要求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,ITU G.984.x,G.984.3 GPON TC（ Transmission Convergence）层规格要求（2004/02，2009/02）GTC复用结构及协议栈介绍GTC帧结构介绍GTC消息（PLOAM）ONU注册激活流程DBA规格要求加密和FEC告警和性能G.984.4 OMCI（ONT Management Control Interface）接口规格要求（2004/06，2009/08修订）OMCI 消息结构介绍OMCI 设备管理架构OMCI 业务模型及相关实体说明OMCI 实现原理,传输速率,0.15552 Gbit/s up, 1.24416 Gbit/s down0.62208 Gbit/s up, 1.24416 Gbit/s down1.24416 Gbit/s up, 1.24416 Gbit/s down0.15552 Gbit/s up, 2.48832 Gbit/s down0.62208 Gbit/s up, 2.48832 Gbit/s down1.24416 Gbit/s up, 2.48832 Gbit/s down2.48832 Gbit/s up, 2.48832 Gbit/s down,GPON数据封装,OLT,ONU,ETH,TDM,SDH,ETH,TDM,SDH,GEM,ONU从UNI口接收到上行的ETH、TDM或SDH数据。ONU把上行数据封装为GEM帧，发送给OLT。OLT把GEM帧解封装为ETH、TDM或SDH数据，通过上联口发送出去。下行方向进行类似的处理。,目录,PON原理GPON与EPONGPON相关标准GPON协议分析GPON关键技术GPON ONU业务模型应用场景及相关概念,GPON协议分析,从控制和业务的角度，GPON由控制/管理平面和用户平面组成C/M平面完成的工作：管理用户数据流、完成安全加密等OAM功能U平面完成用户数据流的传输,GPON协议栈,GPON协议栈,GTC成帧子层（GTC Frame Sublayer）复用解复用功能帧头的产生和解码基于Alloc-ID的内部交换功能适配子层（TC Adaptation sublayer）ATM TC 适配器，GEM TC 适配器处理从GTC成帧子层来的PDUOMCI 适配器通过gemportId识别OMCI通道与GEM TC适配器交换OMCI通道数据，传到OMCI实体,GPON C/M平面,GPON C/M平面,嵌入OAMEmbedded Operations, Administration and Maintenance进行ONU物理层的管理维护操作，如DBA、FEC标识等位于上下行帧的特定头字节中 PLOAM帧Physical Layer Operations, Administration and Maintenance进行ONU物理层的管理维护操作，如ONU注册、建立OMCI通道等由ONU ID标识，位于上下行帧的头字节中使用管理T-CONT分配的带宽OMCI帧ONU Management and Control Interface进行ONU业务层的管理维护操作，如配置ONU的业务、进行ONU侧流量统计等由管理GEM Port Id标识，需要封装到GEM帧中，位于载荷字节中使用管理T-CONT分配的带宽,GPON U平面,GPON U平面,下行方向GEM帧通过OLT封装在GEM块中传到ONUONU的成帧子层对GEM帧解压由适配子层根据Port-ID进行过滤送至相应GEM客户端上行方向GEM通过一个或多个T-CONT进行传输每个T-CONT只和一个或多个GEM流相关,GPON标识,ONUOptical Network UnitT-CONTTransmission ContainerGEM PortGEM：GPON Encapsulation Method,GPON标识 ONU,PON用户终端，由ONU Id标识。这里的ONU Id是系统内部使用的，不等于用户配置ONU时使用的索引值；用户在配置ONU时，系统会自动为其分配一个ONU Id；用户配置ONU时使用的索引值，在单个PON口内不能重复；,GPON标识 T-CONT,上行带宽调度的最小单位，由Alloc Id来标识。这里的Alloc Id是系统内部使用的，不等于用户配置T-CONT时使用的索引值；用户在配置T-CONT时，系统会自动为其分配一个Alloc Id；用户配置T-CONT时使用的索引值，在单个ONU内不能重复，不同ONU之间可以重复。如在ONU 1下面配置了T-CONT 1，在ONU 2下面还可以配置T-CONT 1；按用途分类：管理T-CONT，业务T-CONT。管理T-CONT由系统自动配置，用于为OLT和ONU之间的管理信息分配带宽；业务T-CONT由用户进行配置，用于为上下行业务数据流分配带宽；从带宽的保证角度，而不是业务的角度来划分的OLT在下行帧中，告诉ONU各个Alloc Id的上行数据时隙。,GPON标识 T-CONT,OLT在下行帧的BWmap字段中，把各个T-CONT的上行时隙发送给ONU。ONU在这些时隙中，发送上行的数据。,GPON标识- GEM Port,数据流的最小单位，由Port Id来标识。标识具体业务流承载的通道，虚连接这里的Port Id是系统内部使用的，不等于用户配置GEM Port时使用的索引值；用户在配置GEM Port时，系统会自动为其分配一个Port Id；用户配置GEM Port时使用的索引值，在单个ONU内不能重复，不同ONU之间可以重复。如在ONU 1下面配置了GEM Port 1，在ONU 2下面还可以配置GEM Port 1；按方向分类：下行GEM Port 、上行GEM Port 、双向GEM Port 。下行的GEM Port常用于传输下行的广播、组播和洪泛数据；双向的GEM Port常用于传输单播数据；上行的GEM Port很少使用；按用途分类：管理GEM port，业务GEM port。管理GEM Port由系统自动配置，用于在OLT和ONU之间传输管理信息；业务GEM Port由用户进行配置，用于传输上下行业务数据流；以太帧按照一定的规则，映射到GEM帧中。,GPON标识 - GEM Port,以太帧到GEM帧的映射以太帧的帧间隔、前导符、定界符、以及同步BIT被丢弃，载荷部分被复制为GEM的载荷GEM帧的头字段PLI表示载荷的长度；Port-ID通常由以太帧的VLAN TAG映射得到，具体映射规则由用户配置；PTI表示GEM帧的类型，如当前的载荷是管理信息，还是业务数据；CRC对头字段进行校验；,GPON标识 - GEM Port,GEM封装从GFP演化而来，只是在GFP帧上增加了PORT ID以及PTI字段而已。同时GEM的封装大大提高了效率，高达90以上,目录,PON原理GPON与EPONGPON相关标准GPON协议分析GPON关键技术GPON ONU业务模型应用场景及相关概念,GPON下行数据帧格式,下行帧是连续的结构。PCBd表示下行物理控制块，包含有下行的管理参数。载荷字段由很多的GEM帧组成,GPON下行数据帧格式-PCBd,GPON上行数据帧格式,上行帧由很多ONU Burst组成，每个Burst表示一个ONU的上行数据每个ONU Burst包含有一个或多个Allocation interval，每个Allocation interval表示该ONU的一个T-CONT的上行数据,GEM帧结构,PLOAM帧结构,OMCI帧结构,DBA定义及功能,定义OLT根据ONU上T-CONT发送缓存占用情况，动态为其分配上行传输时隙分类根据OLT获取T-CONT缓存占用情况的方式，DBA可以分为两类TM (Traffic monitoring) DBA： OLT对一个T-CONT的上行流量进行持续的检测，根据流量的波动情况，推测出该T-CONT逻辑缓存的当前占用情况，从而为其分配相应的带宽。SR (Status reporting)-DBA ：OLT要求ONU上报其各个T-CONT的逻辑缓存的当前占用情况，从而为其分配相应的带宽。功能自动检测用户流量变化，并调整相应带宽，从而为用户提供更优质的服务。DBA能实现传输带宽在各用户之间的动态共享，提高了带宽的利用率，从而可以在保证服务质量的基础上，接入更多的用户。,GPON QoS- GTC层,GTC层上只针对上行方向的业务流提供QoS处理QoS的最小控制单元为T-CONTGemport映射到T-CONT汇聚后才能上传一个T-CONT对应一种带宽业务流这种流有其特有的QoS特征体现在带宽保证上固定带宽，保证带宽，非保证带宽，尽力而为带宽，混合模式T-CONT之间的调度机制SBA（静态）DBA（动态）,GPON QoS- GEM层,OLT侧基于Gemport的流分类业务流的带宽控制优先级调度ONU侧用户业务流到Gemport的映射Gemport到T-CONT的映射,DBA功能框图,OLT获取各个T-CONT逻辑缓存的占用情况。OLT根据T-CONT的缓存占用情况和配置的带宽参数，计算出当前为这个T-CONT分配的上行带宽值，通过下行帧的BWmap字段发送给ONU。ONU收到该带宽信息后，负责将带宽具体分配给T-CONT上的各个队列。OLT可以通过管理通道，设置ONU的T-CONT上的队列调度策略。,BWmap字段,Alloc-ID，T-CONT的标识符。Flags，定义一些标识信息，如是否需要ONU上报该T-CONT的缓存信息。SStart，上行时隙起始时间。SStop，上行时隙结束时间。CRC，校验字节。,上行带宽的类型,固定带宽（Fixed bandwidth）在T-CONT激活之后，OLT就为其分配该带宽，不管T-CONT上是否有上行流量。保证带宽（Assured bandwidth）当T-CONT有带宽需求时，必须分配给它的带宽。如果T-CONT的带宽需求小于配置的保证带宽，多出来的配置带宽可以被其他的 T-CONT使用。非保证带宽（Non-Assured bandwidth）当T-CONT有带宽需求时，也不一定分配给它的带宽。只有在所有的固定带宽和保证带宽都分配完之后，才会进行非保证带宽的分配。尽力而为带宽（Best-Effort bandwidth）是优先级最低的带宽类型。在固定带宽、保证带宽和非保证带宽都分配完之后，如果带宽还有剩余，才会进行尽力而为带宽的分配。,上行带宽的类型（续）,最大带宽（Maximum bandwidth）不管该T-CONT上的实际上行流量有多大，分配的带宽值都不能大于最大带宽。等于固定带宽、保证带宽、非保证带宽和尽力而为带宽的和。类型间优先级固定带宽、保证带宽、非保证带宽和尽力而为带宽，优先级依次降低。对同一个T-CONT，不会同时配置非保证带宽和尽力而为带宽。,上行带宽类型和T-CONT类型的关系,T-CONT类型1，仅包含固定带宽，有确定的带宽和时隙，适合于对时延和抖动都很敏感、流量速率固定或波动很小的业务，如话音业务。T-CONT类型2，仅包含保证带宽，有确定的带宽，但是时隙不确定，适合于对时延和抖动要求不高、流量速率受限的业务，如视频点播业务。T-CONT类型3，包括保证带宽和非保证带宽，有最小带宽保证又能够动态共享剩余带宽，并有最大带宽的约束，适合于有服务保证要求而又突发流量较大的业务。T-CONT类型4，仅包含尽力而为带宽，在固定带宽、保证带宽、非保证带宽分配后，竞争使用剩余带宽，适合于时延和抖动要求不高的业务，如WEB浏览业务。T-CONT类型5，是其它类型的组合，兼具其他类型的特点，适合于大部分的业务流。,下行流量调度方式,基于PON口基于ONU基于Gemport缺省使用基于PON口的调度方式,基于PON口,这种调度方式只会针对PON口下业务优先级进行调度。每个PON口下有8个调度队列，对应业务的8个优先级。配置方法：在GPON模式下，使用schedule-mode命令，明确使用PON口调度（可选）在PON下使用命令pon-bandwidth配置PON口带宽，比如配置100000kbps，那么这个PON口的下行最大流量就不是2.5Gbps了，而是100000kbps,基于ONU的下行流量调度方式,这种方式针对ONU来调度，PON口下对每个ONU都有一个调度队列。一般这种方式应用为配置FTTB+LAN,基于Gemport的下行流量调度方式,这种方式针对Gemport来调度，只有在这种调度方式下面，在创建Gemport的时候指定下行带宽才有意义。配置方法：在GPON模式下，使用schedule-mode命令，使用OnuOrGemport方式在GPON模式下，使用traffic-profile命令，配置下行流量的模板，供Gemport使用。Sir是平均速率，pir是峰值速率，当瞬间突发数据包的速率为pir，但是一般sir和pir都配置成相同的值。,GPON保护,Type A,Type B,Type C,方案：采用单个PON端口，PON口处内置12光开关，由OLT发起倒换效用：只保护主干光纤,方案：备用的OLT PON端口处于冷备用状态，由OLT发起倒换。主备端口可以共板，也可跨板效用：保护主干光纤、PON端口、单板,方案：全保护，OLT和ONU之间有两条热备的链路，ONU发起倒换。可是主备，也可负荷分担效用：全保护，保护主干光纤、PON端口、单板、分光器、分支光缆, 保护范围,Type A是纯粹物理层备份，与设备无关。标准已将其废除目前主要支持Type B和Type C,61,目录,PON原理GPON与EPONGPON相关标准GPON协议分析GPON关键技术GPON ONU业务模型应用场景及相关概念,ONU功能框图,Service adaptation：完成用户接口数据流和GEM数据流之间的转换；Service MUX and DEMUV：数据流的调度管理；PON TC function：GPON传输汇聚层功能，如GTC数据帧的封装；ODN interface function：光分配网接口功能，如发送和接收光信号；,目录,PON原理GPON与EPONGPON相关标准GPON协议分析GPON关键技术应用场景及相关概念,不同的应用模式,GPON多业务性,光功率的衰减,分光器引起的衰减每经过一个1：2的分光器，衰减约为3dB。所以1：4的分光器引起的衰减约为6dB， 1：8的分光器引起的衰减约为9dB，以此类推,OLT/ONT 光参数指标,实际应用时，注意ODN的衰减值在合适的范围内,OLT，ONU的正常范围如下表（我们当前通常为Class B+）：OLT 光参数指标,ONU 光参数指标,以上值作为参考值，我们主要使用的是Class B+/Class C+。,