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1、 光电通讯网 丰富的开发资源，丰富的技术交流，硬件设计者的网上家园 GPON GTC层技术简介 GPON GTC层技术简介 光电通讯网整理 光电通讯网 丰富的开发资源 丰富的技术交流 硬件设计者的网上家园 2004-08-15 光电通讯网 丰富的开发资源，丰富的技术交流，硬件设计者的网上家园 1. GPON标准体系 1. GPON标准体系 GPON（Gigabit Passive Optical Network）是ITU-T SG15开发的新一代 吉比特无源宽带光接入技术， 有别于ITU-T早先开发的G.983系列基于ATM架构 的BPON技术，GPON采用了新的GTC架构，可以同时承载
2、ATM和Packet，因而其 应用更灵活，业界也普遍将该技术认作为未来与IEEE 802.3开发的EPON进行 竞争的光接入网技术。GPON将无法后向兼容EPON或BPON。 GPON技术标准在ITU-T被分配为G.984系列，目前SG15规划中的GPON标准 主要有4个，分别是： G.gpon.gsr(G.984.1)(General characteristics for Gigabit-capable Passive Optical Networks(GPON)千兆比无源光网络接入 系统一般特性)； G.gpon.pmd(G.984.2)(Gigabit-capable Passive
3、OpticalNetworks(GPON)：Physical Media Dependent(PMD)layer Specificaiton千兆比无源光网络接入系统物理媒质相关子层规定)； G.gpon.gtc(G.984.3)(Gigabit-capable Passive Optical Networks(GPON)：Transmission Convergence Layer Specificaiton千兆比 无源光网络接入系统传输汇聚子层规定)； G.gpon.omci(G.984.4)(Gigabit-capable Passive Optical Networks(GPON)：（O
4、NT management and control interface specification 千兆比无源光网络接入系统光网络终端ONT管理和控制接口规定）。 以上4个标准，其中G.984.13已经得到SG15的通过，基本内容已经比较 稳定， 而G.984.4计划在2004年4月ITU-T SG15的全会上通过。 当然， 由于GPON 标准是ITU在APON标准之后推出的，因此G.984标准系列不可避免的沿用了 APON标准G.983的很多思路。 2. GPON规定的速率等级 2. GPON规定的速率等级 G.gpon.gsr(G.984.1)对GPON的传输速率进行了定义，总共定义了7种
5、类 型： 155.52Mb/s上行, 1.24416Gb/s下行； 622.08Mb/s上行, 1.24416Gb/s下行； 1.24416Gb/s上行, 1.24416Gb/s下行； 155.52Mb/s上行, 2.48832Gb/s下行； 622.08Mb/s上行, 2.48832Gb/s下行； 光电通讯网 丰富的开发资源，丰富的技术交流，硬件设计者的网上家园 1.24416Gb/s上行, 2.48832Gb/s下行； 2.48832Gb/s上行, 2.48832Gb/s下行。 从上述速率等级可以看出，GPON将支持对称速率和不对称速率等级，这 些速率等级既考虑了当前的业务需求，也兼顾了
6、将来的带宽需要（如速率等 级7）。G.984.2对这些速率等级的PON光接口参数进行了定义，但由于目前市 场上还没有商用的可进行突发发送和接收的光器件，因而一些2.48832Gb/s 速率的光接口参数还处于待定状态。 3. GPON GTC子层 3. GPON GTC子层 G.984.3为GPON定义了一个全新的传输会聚子层GTC，该子层可以作为通 用的传输平台来承载各种客户信号（ATM、GEM）。在G.984.3中，还定义了一 个GEM层，该GEM类似于GFP，用于对变长包信号进行封装，同时，G.984.3还 规定传统的TDM业务也将由GEM进行封装和传送，因而如何保证TDM业务的QoS 也
7、是GPON技术面临的挑战。 3.1. GTC层协议栈 GTC层的协议栈如图1所示： 图1 GPON GTC层协议栈 从图1可以看出，GTC层主要由GTC成帧子层（GTC Framing sublayer）和 TC适配子层构成，GTC成帧子层应实现的功能包括：复用和解复用功能，实 现PLOAM、ATM和GEM流与TC传输帧的复用/解复用；TC传输帧帧头的产生/ 光电通讯网 丰富的开发资源，丰富的技术交流，硬件设计者的网上家园 解码；基于Alloc ID的内部交换功能。TC适配子层提供3种适配：ATM适配、 GEM适配和OMCI适配。从另一个角度讲，GTC主要由控制/管理（C/M）平面以 及数据
8、（D）平面组成。C/M平面完成用户流量管理、安全及OAM功能，而D平 面用于传送用户数据。可以看出，GTC可支持两种传送模式：一种是ATM；另 一种是GEM，因此GTC将更加灵活通用。但G.984.3也没有对OLT及ONU所必须具 备的传送模式做硬性规定 （如表1所示） ， 但一般情况下， OLT和ONU应支持GEM 模式。 表1 OLT和ONU支持的传送模式 OLT GEM Dual ATM ONU GEM X X N/A Dual X X X ATM N/A X X 3.2. C/M平面协议栈 GTC控制/管理平面的协议栈如图2所示，GTC的C/M平面由3部分组成，嵌 入式OAM和PLOA
9、M主要用于对GPON的物理层和GTC层进行管理， 而OMCI提供了一 种管理更高层的通用方式。 光电通讯网 丰富的开发资源，丰富的技术交流，硬件设计者的网上家园 图2 GTC C/M平面协议栈 3.3. D平面协议栈 GTC 数据平面协议栈如图3所示。 光电通讯网 丰富的开发资源，丰富的技术交流，硬件设计者的网上家园 图3 GTC数据平面协议栈 GTC数据平面的业务流通过其数据类型（ATM或GEM）以及其端口Port-ID （GEM，共12比特）或VPI（ATM）来标识。GPON GTC中还引入了G.983.4中规 定的T-CONT概念。T-CONT是业务流量的集合体，通过Alloc-ID
10、标识，一种 T-CONT只能承载一种数据类型。 3.4. GTC实现的功能 GPON GTC层要实现两个重要的功能： （1）媒体接入控制功能 GTC在上行方向提供业务流的媒体接入控制功能， GTC是通过下行GTC数据 帧的控制字节来完成对上行方向每个ONU发送的T-CONT进行控制的，如图4所 示。GPON下行数据帧的帧头PCBd的US BW Map字段就是用于对ONU发送数据进 行授权。该字段指示哪个Alloc ID（一个ONU可以对应一个Alloc ID或多个ID） 何时开始发送数据何时停止发送数据。这样，在正常情况下，上行方向的任 意时刻都只有一个ONU在发送数据。US BW Map字段
11、的指针指示的数值是以字 节为单位，GPON系统可以实现以64kb/s为步长的上行带宽分配。 光电通讯网 丰富的开发资源，丰富的技术交流，硬件设计者的网上家园 图4 上行接入控制图例 （2）ONU注册 ONU的注册通过自动发现进程来完成。ONU的注册有两种方式：第一种方 式是通过管理系统实现将ONU的序列号写入OLT中，如果OLT检测到需加入的 ONU的序列号与事先设置的序列号不一致，则判断该ONU为无效ONU；第二种方 式是管理系统实现不将ONU的序列号写入OLT中，OLT通过自动发现机制检测 ONU的序列号。一旦一个新ONU被发现，OLT将分配给该OLT一个ONU ID同时激 活该ONU。
12、 4. DBA功能4. DBA功能 动态带宽分配（Dynamic Bandwidth Assignment，DBA）功能是GPON应实 现的一项重要功能，通过DBA，GPON能实现PON传输带宽在各ONU之间的动态共 享，从而提高带宽的利用率。GPON系统的动态带宽分配机制和QoS沿用了 G.983.4的思路，将业务分为5种类型，不同的业务设置不同的参数，根据参 数检测拥塞状态，分配带宽，对ONU进行授权。 与DBA对应的是SBA，GPON系统可以采用SBA和DBA相结合的方式来实现带 光电通讯网 丰富的开发资源，丰富的技术交流，硬件设计者的网上家园 宽的有效利用，对于TDM业务，可以通过S
13、BA指配带宽以保证其高QoS，而对于 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基本沿用了G.983.4 BPON的QoS和DBA机制。对于GEM业务，GPON 将GEM的数据帧分割成固定帧长（缺省为48字节）进行DBA带宽申请。 DBA功能的实现机制主要包括以下几个部分： 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。 5. IEEE提出的千兆比无源光网络技术EPON5. IEEE提出的千兆比无源光网络技术EPON 在1998年
14、发布了千兆比以太网标准之后，从2000年开始，IEEE通过成立 802.3ah即第一英里以太网（Ethernet for the First Mile，EFM）工作组的 方式开始了EPON的标准化工作。 EFM指出了以Ethernet技术为核心的EPON的许 多优点，包括协议成熟，技术简单，易于扩展，面向用户等，并坚信Ethernet PON可以消除WAN/LAN连接中ATM和IP之间的协议转换。 IEEE制定EPON技术标准的基本原则是尽量在802.3体系结构内进行EPON 的标准化工作，并计划将其工作重点放在EPON的MAC协议上，最小程度地扩充 以太网MAC协议，其余将主要参照ITU-T
15、 G.983建议。为了支持PON这一新应用 和新介质，EFM在研究点到点（point to point，P2P）光纤以太网，速率最 低1000Mbit/s，距离至少10km的基础上，定义了新的网络拓扑和相应的物理 层：点到多点（point to multi point，P2MP）光纤以太网，速率最低 1000Mbit/s，距离至少10km。 在EFM提出的EPON技术中，EPON以MAC控制子层的MPCP（multi point control protocol）机制为基础，MPCP通过消息、状态机和定时器来控制访 问P2MP的拓扑结构。MPCP涉及的内容包括ONU发送时隙的分配、ONU的自动
16、发 现和加入、向高层报告拥塞情况以便动态分配带宽。P2MP拓扑中的每个ONU 都包含一个MPCP实体，它可以和OLT中的MPCP实体进行消息交互。MPCP在OLT 和ONU之间规定了一种控制机制来协调数据的有效发送和接收： 系统运行过程 中上行方向在一个时刻只允许一个ONU发送，位于OLT的高层负责处理发送的 定时、不同ONU的拥塞报告从而优化PON系统内部的带宽分配。P2P仿真子层是 EPON/MPCP协议中的关键组件，通过给每个分组包增加LLID（logical link identification）从而替代2字节的前缀，它可使P2MP网络拓扑对于高层来说 表现为多个点对点链路的集合。另外，EPO
