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1、GPON原理1 PON产业链发展2 GPON技术原理及关键特性内容摘要3 烽火GPON产品介绍2PON的主要技术PON（无源光网络）（无源光网络）TDM PON（时分无源光网络）（时分无源光网络）FSAN/ITU-TGPON（G.984.1/2/3/4/5）NG-PON1NG-PON2IEEEEPON（IEEE802.3ah）10G EPON（IEEE802.3av）WDM PON（波分无源光网络）（波分无源光网络）310 GEPONEthernet PON基于以太网的无源光接入技术基于以太网的无源光接入技术.2000年11月成立IEEE研究小组，即后来的EFM工作组；2004年4月工作组形成
2、IEEE 802.3ah系列标准.现统称为IEEE 802.3-2005；以以EPON为基础为基础,EPON的下一代无源光接入技术的下一代无源光接入技术.2006年802.3av成立（确定了10GEPON标准目标）2008年3月D1.1 确定主要技术类型/参数；2008年12月D2.2修订2009年1月D3.0草案终稿2009年9月发布标准定稿EPONPON技术演进 14NGA2 PONGigabit PON基于基于ATM/GEM的无源光接入技术的无源光接入技术.FSAN在2001年初提出，ITU和FSAN进行标准化，2004年3月ITU-T颁布了G.984标准；新增G.984.5规定了增强波
3、长范围和WBF波长过滤器功能。ITU-T在2008年底启动了NG-PON1标准，已完成白皮书，并从2009年开始标准化工作，预计2011年完成对应的ITU-T G.987标准；重点研究方向：提升速率，引入WDM技术；增加长距/大分光比；远期研究的解决方案，研究期预计为2012-2015年，不再考虑与已部署的GPON与ODN网络的兼容性；高速率、长距、大分光比的WDM-PON与TDM-PON相结合的混合PON网络。ATM PON基于基于ATM的无源光接入技术的无源光接入技术.1998年，ITU-T以155Mbit/s ATM技术为基础，发布了G.983 系列APON标准；2001年底，更名为BP
4、ON。A/BPONNGA1 PONGPONPON技术演进 25中国：中国：EPON：规模商用 GPON：试点阶段GPON商用区GPON试商用区GPON试点区EPON商用区未启动图例截至目前，截至目前，EPON的应用主要集中在中、日、韩，的应用主要集中在中、日、韩，GPON在北美、西欧、澳洲、中东发达地区在北美、西欧、澳洲、中东发达地区和新加坡均已启动商用部署进程，巴西、加拿大、意大利、俄罗斯、东南亚等地区处于试点和新加坡均已启动商用部署进程，巴西、加拿大、意大利、俄罗斯、东南亚等地区处于试点和试商用阶段。和试商用阶段。全球GPON、EPON应用情况61 PON产业链发展2 GPON技术原理及关
5、键特性内容摘要3 烽火GPON产品介绍7大家应该也有点累了，稍作休息大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流8ITU-T G.984.3ITU-T G.984.3GPON TC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-T G.984.1ITU-T G.984.1GPON网络结构GPON网络参数说明保护倒换组网要求ITU-T G.984.4ITU-T G.984.4OMCI消息结构介绍OMCI设备管理框架OMCI实现原理简述ITU-T G.984.2ITU-T G.
6、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ITU G.984.5ITU G.984.5增强波长范围WBF波长过滤器功能9GPON工作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ONU ID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。10GPON工作原理上行数据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upstream bandwidth map字
7、段来给每个ONU分配上行时隙。11End UserEnd User1 1End UserEnd User3 3End UserEnd User2 23 33 31 13 33 32 21 11 11 11 12 21 13 33 32 21 11 11 13 33 32 21 11 1加密加密解密解密解密解密解密解密1 11 13 33 32 21 11 1AES:Advanced Encrypt System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
8、，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。12GPON的基本特性GPON采用125s定长的帧结构，每秒8千帧。GEM（GPON Encapsulation Method）是GPON技术优势的集中体现，它直接采用了GFP的技术（ITU-T G.7041）。GPON支持不对称线路速率，下行2.488 Gbit/s，上行1.244 Gbit/s。GPM：ODN规格、光接口参数、
9、物理层开销等传输汇聚层：实现复用、DBA、告警性能等GEM封装：实现多业务支持能力物理层OAM：ONU注册、加密等ONU管理控制接口：业务管理和FCAPS13GEM PayloadCRCCRCPTIPTIPort IDPort IDPLIPLIGEM FrameEthernet PacketDADASFDSFDPreamblePreambleInter packet gapInter packet gapSASALengthTypeLengthTypeMAC client dataMAC client dataFECFECEOFEOF5 byteslGPON系统对以太网帧进行解析，将数据部分直
10、接映射到GEM Payload中去进行传输。lGEM帧会自动封装头信息。l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14TDMTDMTDM dataPayloadTDM fragmentHECHECPTIPTIPort IDPort IDPLIPLIGEM FrameIngress bufferTDM BufferlTDM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。l这种方式不对具体的TDM业务进行感知，只进行透传处理。lGEM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15OAMcontrolOAMcontro
11、lDownstream125125 m ms s125125 m ms sATM(optional)ATM(optional)Ethernet(overGEM)Ethernet(overGEM)GPON下行帧格式GPONn标准的SDH的125us的固定帧nONU更容易提取同步信号n更好的延时和抖动性能EPONn承载TDM业务没有具体定义n时钟信息必须通过PWE3算法恢复n不同厂家采用不同方法承载，互通性差GPON帧结构16GPON业务映射Layer 2Layer 3Layer 4Layer 5or moreLayer 1EPONGPONTCP+UDP etc.IPEthernetPON-PHY
12、TDME1话音音视频数据数据VoIPAES(Optional)AAL1/AAL2AAL5GEM FramePON-PHYTDME1话音音视频数据数据VoIPAES(Optional)17IFponONUONUONUT-CONTT-CONTT-CONTT-CONTPortPortPortPortPortPortPortPortGEM Port：业务的最小承载单位。T-CONT:Transmission Containers。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。IF pon：GPON接口。业务根据映射规则先映射
13、到GEM Port中，然后在映射到T-CONT中进行上行传输。GEM port可以灵活的映射到T-CONT中，一个GEM Port可以映射到一个T-CONT中去，多个GEM Port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GPON的复用结构18GPON复用结构OLTONTT-CONTT-CONTGEM PortGEM Port19GPON T-CONTl树形共享媒体接入网络需要分布式复用功能，将需求不同的许多用户和业务汇聚在一起。为
14、了保证QOS敏感的业务不受其他业务的影响，需要更高层次的汇聚，在GPON称为T-CONT。l一个T-CONT对应一种带宽业务流，这种业务流有自己的Qos特征，Qos特征主要体现在带宽保证上，分为固定带宽，保证带宽，保证/不保证带宽，尽力转发，混合方式五种。T-CONT的主要是从带宽的保证角度而不是从业务的种类（如CBR，UBR等，这里包含了带宽、延时、抖动等等的考虑），来划分的。20Physical Control Block Downstream(PCBd)Physical Control Block Downstream(PCBd)PayloadPayloadAllocIDAllocIDS
15、tartStartEndEndAllocIDAllocIDStartStartEndEnd1 11001002002002 2300300500500T-CONT1T-CONT1(ONT 1)(ONT 1)T-CONT 2T-CONT 2(ONT 2)(ONT 2)Slot 100Slot 200Slot 300Slot 500PLOuPLOuPLOAMuPLOAMuPLSuPLSuDBRu XDBRu XPayload xPayload xDBRu YDBRu YPayload yPayload yUpstream Upstream Bandwidth MapBandwidth Map125
16、us125usDownstream FramingDownstream FramingUpstream FramingUpstream FramingOLTONT 1ONT 64GPON帧结构21GPON的DBA技术GPON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。GPON的状态上报DBA存在3种机制：PLOu-State Ind DBA;DBRu-Piggy-back DBA;Payload DBA;22PayloadUS BWMapDataReportPCBd下行方向下行方向上行方向上行方向OLTONTSR
17、-DBA流程OLT根据上次计算的结果在下行帧头中下发BW Map。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BW Map，在下一帧进行下发。ONU收到OLT下发的BW Map消息后，在指定的时隙上发送数据。23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(real time monitoring)结果来计算利用速率(utilization rate
18、)。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-DBA实现24GPON关键技术测距OLT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（Equalization Delay），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Quiet Zone，暂停其他ONU的上行发送通道。ONU3ONU2ONU1OLT25GPON 业务处理流程ONU侧：对UNI接口
19、接收到的业务流进行流分类，流分类的结果定义为Virtual UNI（一般就是VLAN或者802.1p TAG）Virtual UNI映射到指定的GEM port，多个Virtual UNI可以映射到同一个GEM port。ONU再将GEM port分配到指定的T-CONT。OLT侧：OLT从T-CONT中拆出GEM帧，然后对每个GEM port接收到的业务流分别进行流分类，CVLAN切换为SVLAN，以及上行网络侧VLAN的802.1p优先级，再基于802.1p调度后发送到SNI接口26GPON与EPON比较（1）27GPON与EPON比较（2）29 dB24dB20 dBMaximum lo
20、ss15 dB10 dB5 dBMinimum lossPX30PX20PX10Table 802.3ah for optical path loss30 dB15 dBClass C28 dB25 dB20 dBMaximum loss13 dB10 dB5 dBMinimum lossClass BClass BClass ATable G.984.2 Classes for optical path loss33 dB18 dBClass C+EPONFP+PIN激光器激光器常规常规ODN：1：32分路比下传分路比下传20kmGPONDFB+APD激光器激光器常规常规ODN：1：64分路
21、比下传分路比下传20km28ETH/TDMGEMGTC/T-contFlow control/ClassificationGPON 业务承载层PON QoS处理机制DBAVLAN/COS/PQ/GTS/POLICINGGPON与EPON比较（3）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GEM在GEM层主要是针对每个GEM Port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
22、和转发处理。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。DBA的算法是GTC的QoS处理性能的关键。ETH/TDMDBAEPON 业务承载层29GPON与EPON比较（4）PON CESNative TDMNative模式是模式是GPON 标准附录中规定的一种标准附录中规定的一种TDM承载方式，它借助承载方式，它借助GPON的的8K帧头进行边帧头进行边界定位，把界定位，把TDM业务直接承载在业务直接承载在GEM帧内。帧内。TDM业务先导入缓存中进行排队，并且按照固定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的字节数复用到G
23、EM帧中进行传输。帧中进行传输。这种方式这种方式不对具体的不对具体的TDM业务进行感知，只进行透传处理。业务进行感知，只进行透传处理。GEM帧具有定长的特点，对帧具有定长的特点，对TDM业务传输非常业务传输非常有利。有利。EPON/GPON均可以采用均可以采用CES方式方式CES技术实现分为技术实现分为PWE3和和MEF8两种协议两种协议MEF8通过以太网（通过以太网（MAC地址）进行电路仿真，地址）进行电路仿真，PWE3通过通过IP网（网（IP地址）进行电路仿真地址）进行电路仿真30GPON与EPON比较（5）EPON OAM：标准以太网OAMCTC扩展OAM802.3ah、802.1ag、Y.1731规范了以太网OAM，但是由于以太网较早成熟很多设备已经定型而且有各自的应用场景，因此改起来不容易。中国电信企标对OAM的扩展，对全球EPON产业链的影响还不够大。GPON OAM：G.984.4 PLOAMOMCIGPON是运营商主导的标准，考虑更周全，例如光链路诊断、OMCI和PLOAM等。EPON借鉴GPON在OAM和保护方面增强了很多，但到底是企业级标准，还是有局限性。31