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1、GPON原理介绍,Page 2,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。,Page 3,参考资料,ITU-T984.1 ITU-T984.2 ITU-T984.3 ITU-T984.4,Page 4,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,Page 5,
2、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,Page 6,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,Page 7,什么是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,Passive Optical Splitter 无源分光器,PSTN,Internet,CATV,ONU
3、,ONU,PON是一种点到多点（P2MP）结构的无源光网络； 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,Page 8,为什么选择GPON?,GPON（Gigabit-capable Passive Optical Networks） 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
4、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,Page 9,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,Page 10,FTTX场景分析,ADSL2+,PON,ADSL2+ VDSL2,Centre office,Home,VDSL2,ONT,ADSL2+,10/100Base-T,1 km,2 km,IP DSLAM,GE,Curb,Building,GE,FTTC,FTTB,FTTB,FTTH,ADSL2+ VDSL2,GE,FTTB,DSL
5、,Page 11,WDM,ONU/ONT,NE,WDM,OLT,NE,Service node,分光器,T参考点,V参考点,R/S,S/R,ODN,UNI,SNI,IFpon,IFpon,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 NE Network Element 网络
6、单元 SNI Service Node Interface 业务节点 UNI User Network Interface 用户网络接口,GPON网络参考模型,Page 12,GPON网络基本性能参数,上行1.24416 Gbit/s ，下行 2.48832 Gbit/s 是目前可支持的主要速率,Page 13,GPON网络基本性能参数,Page 14,GPON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。,Page 15,目 录,PON基本概念
7、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,Page 16,ITU-T G.984.3 GPON 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-984.1/2/3/4,产品开发简单 产品兼容性强,ITU-T G.984.1 GPON网络参数说明 保护倒换组网要求,ITU-T G.984.4 OMCI消息结构介绍 OMCI设备管理框架 OMCI实现原理简述,ITU-T G.984.2 PMD层规格要求 2.488Gbps下行光接口参数规格要求 1.244
8、Gbps上行光接口参数规格要求 物理层开销分配,GPON标准协议,Page 17,GPON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GEM port 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。,Page 18,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upstream bandwidth map字段来给每个ONU分配上行时隙。,Page 19,IFpon,O N U,O N U,O N U,T-CONT
9、,Port,T-CONT,Port,Port,T-CONT,T-CONT,Port,Port,Port,Port,Port,GPON复用结构,GEM 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
10、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,Page 20,GPON 协议栈,IP,DATA,DATA,MAC,GEM,GTC,01010111010101000010101,Page 21,Physical Control Block Downstream (PCBd),Payload,AllocID,Start,End,AllocID,Start,End,1,100,200,x,300,500,T-CONT1 (O
11、NT 1),T-CONT x (ONT 2),Slot 100,Slot 200,Slot 300,Slot 500,PLOu,PLOAMu,PLSu,DBRu x,Payload x,DBRu Y,Payload y,Upstream Bandwidth Map,125us,Downstream Framing,Upstream Framing,GPON帧结构,AllocID,Start,End,y,501,650,1,x,y,T-CONT y (ONT 2),Slot 650,Slot 501,T-CONT x,T-CONT y,Page 22,GPON系统对以太网帧进行解析，将数据部分直
12、接映射到GEM Payload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,Page 23,TDM,TDM data,Payload TDM fragment,HEC,PTI,Port ID,PLI,GEM Frame,Ingress buffer,TDM Buffer,TDM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,Page 24,目 录,PON基
13、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,Page 25,快速开启和关断能力,2# ONT,0# ONU,1# ONU,2# ONT,连续模块,0# ONU,1# ONU,突发模块,PON关键技术-突发光电技术,Page 26,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。 Ranging的过程需要开窗，即Quiet Zone，暂停其他ONU的上行发送
14、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,ONT,OLT (in CO),20 km,3 km,12 km,Page 27,DBA概念,什么是DBA? - DBA, Dynamically Bandwidth Assignment(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,Page 28,DBA,GPON系统采用SBA+DBA的方式
15、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。,Page 29,SR-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。,Page 30,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)。 Step3：通过比较利用速率和极限值，来认识(recognize)拥塞程度。,NSR (Non Status Reporting)-DBA,NSR-DBA实现,Page 31,T-CONT带宽术语,T-CONTs (Transmission Containers)：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
