第九章光接入网PPT精品

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1、光纤通信与数字传输光纤通信与数字传输南京邮电大学南京邮电大学通信与信息工程学院通信与信息工程学院第九章第九章 光纤接入网光纤接入网9.1 光接入网基本概念9.2 光接入网关键技术9.3 有源光接入网AON 9.4 无源光接入网PON 2光纤接入网光纤接入网 近年来，随着业务种类和数量的不断增加，用户侧的业务从传统的话音为主逐渐向包括话音、视频及各种交互式数据业务融和的方向发展。接入网成为通信网络建设和发展的重点。光光接接入入网网是是指指在在接接入入网网中中采采用用光光纤纤作作为为主主要要传传输输媒媒质质的的接接入入技技术术，相比较其他的如铜线接入技术和无线接入技术等而言，光接入网具有传输容量大

2、、传输距离长、对业务透明性好等优点，是固定接入领域内最佳的解决方案。 39.1 光接入网基本概念光接入网基本概念 按照电信网的概念，可以将全网分为公用电信网和用户驻地网两大块。用户驻地网是属于用户所有，因而，通常电信网是指公用电信网部分。 目前国际上已经倾向于将长途网和中继网合在一起称为核心网。相对于核心网而言，其他部分统称为接入网。接入网主要完成将所有用户接入到核心网的任务。49.1.1 接入网接入网1. 接入网定义 ITU-T建议G.902对接入网的定义如下： 接入网是由业务节点接口（SNI）和用户网络接口（UNI）之间的一系列传送实体（如线路设施和传输设施）组成的、为传送电信业务提供所需

3、要的传送承载能力的实施系统，可经由Q3接口进行配置和管理。其中的传送实体可提供必要的传送承载能力，通常接入网对用户信令是透明的，可不作解释。原则上，对接入网可以实现的SNI和UNI的类型和数目没有限制。 5Y.1231 IP接入网接入网 随着Internet和各种IP类数据业务应用的快速普及，ITU-T提出了适应于IP业务的IP接入网定义。建议Y.1231将IP接入网定义为IP用户和ISP之间为提供所需的、接入到IP业务的能力的网络实体的实现。Y.1231定义的接入网的结构和实现形式都较G.902灵活。 为便于读者理解和把握接入网的总体概念，本章中所涉及的接入网内容主要以G.902建议为参照。

4、 62. 接入网的定界接入网的定界 在电信网中接入网的定界如图9-1所示。 从图中可知，接入网所覆盖的范围是由三个接口来定界，即网络侧经业务节点接口（SNI）与业务节点（SN）相连；用户侧经用户网络接口（UNI）与用户相连；管理侧经Q3接口与电信管理网（TMN）相连，不具备Q3接口时通常需经由协调设备（MD）与TMN相连。SN是提供业务的实体，是一种可以接入各种交换型和/或永久连接型电信业务的网络单元。 7图图9-1 接入网的定界接入网的定界83. 接入网的分层接入网的分层 为了便于网络设计与管理，接入网按垂直方向分为三个独立的层次。其中每一层为其相邻的高阶层提供传送服务，同时又使用相邻的低阶

5、层所提供的传送服务，这三层分别是电路层、通道层和传输媒质层。在网络分层后，每一层仍显得很复杂，因此可以进一步将每一层网络划分为若干个子网，每一个子网又可以进一步分割成若干个更小的子网。 9图图9-2 接入网通用协议参考模型接入网通用协议参考模型 104. 接入网的主要特点接入网的主要特点o 完成复用、交叉连接和传输功能o 提供各种综合业务o 网径较小o 成本与用户有关o 线路施工难度较大o 光纤化程度高o 对环境的适应能力强o 组网能力强11图图9-3 接入网分类示意图接入网分类示意图线对增容技术PG数字用户线技术（xDSL）电力线接入技术PLC有线接入网无线接入网有线无线混合接入网接入网铜线

6、接入网光纤接入网光纤铜线混合接入网（HFC）固定终端无线接入网移动终端无线接入网有源光纤接入网AON无源光纤接入网PON129.1.2 光纤接入网光纤接入网 光 纤 接 入 网 （ OAN， Optical Access Network）是指在接入网中采用光纤作为主要传输媒质来实现信息传送的网络形式。它不是传统意义上的光纤传输系统，而是针对接入网环境所设计的特殊的光纤传输网络。131. 光纤接入网的主要结构光纤接入网的主要结构 光纤接入网采用光纤作为主要传输媒质，而局侧和用户侧发出和接收的均为电信号，所以在局侧要进行电/光变换，在用户侧要进行光/电变换，才可实现中间线路的光信号传输。一个一般意

7、义上的光纤接入网示意图如图9-4所示。 一个光接入网主要由光线路终端 OLT、光分配网络 ODN 和光网络单元 ONU 等组成。 14图图9-4 光纤接入网示意图光纤接入网示意图15图图9-5 光纤接入网的参考配置光纤接入网的参考配置16有源光网络有源光网络AON和无源光网络和无源光网络PON 从系统配置上可将OAN分为无源光网络PON和有源光网络AON。 无源光网络PON是指在OLT和ONU之间没有任何有源的设备而只使用光纤等无源器件。PON对各种业务透明，易于升级扩容，便于维护管理。有源光网络（AON）中，用有源设备或网络系统（如SDH环网）的ODT代替无源光网络中的ODN，传输距离和容量

8、大大增加，易于扩展带宽，网络规划和运行的灵活性大，不足的是有源设备需要机房、供电和维护等辅助设施。 17图图9-6 ODN中的光通道中的光通道18光纤接入网的拓扑结构光纤接入网的拓扑结构 光纤接入网的拓扑结构主要有总线形、环形和星形。由此又可以派生出树形、双星形、环形星形等结构，如图9-7所示。19图图9-7 光纤接入网的拓扑结构光纤接入网的拓扑结构(部分部分)209.1.3 光纤接入网的应用类型光纤接入网的应用类型 根据ONU位置的不同，可以将OAN划分为几种基本的应用类型，即光纤到路边FTTC、光纤到楼FTTB、光纤到家或办公室FTTH/FTTO等。 从发展来看，光接入网的普及主要受到成本

9、和内容等多方面的制约，从长远来看，以FTTH/O家家庭庭（办办公公室室）无无线线网网的的形形式式实实现现宽宽带带接接入入可能是一种较好的选择。219.1.4 光接入网性能指标光接入网性能指标 表9-1给出了OAN的容量和ONU的类别，其中的通路传输距离是逻辑距离，即特定系统（由帧结构和ONU数量限定的系统）所能达到的最大传输距离。ONU的类别是按照其在用户侧所需要最大容量来定义的，其单位为B（即64kbit/s通路），一般情况下不含控制和信令通路。22表表9-1 OAN和和ONU类别比较类别比较参数类型1（例如SDM和WDM）类型2（例如TCM）ODN接口至少4个ODN接口，总容量800B，每

10、个ODN接口至少200B至 少 4个 ODN接 口 ， 总 容 量800B， 每 个 ODN接 口 至 少100B最大分路比最大逻辑距离20km以下时：16最大逻辑距离10km以下时：32最大逻辑距离20km以下时：8最大逻辑距离10km以下时：16ONU类别类别1：至少2B，类别2：至少16B，类别3：至少32B，类别4：至少64B，类别5：至少128B类别1：至少2B，类别2：至少16B，类别3：至少32B，类别4： 至 少 64B， 类 别 5： 至 少64B23光纤光缆指标光纤光缆指标 考虑到OAN应用的实际环境，距离一般较近，传输速率也不会很高，因此目前建议使用G.652光纤，暂不使

11、用多模光纤和其他类型的单模光纤。工作波长必须在1310nm（12601360nm）或1550nm（14801580nm）波长段。 目前主要规定了三种类别的光通道损耗，如表9-2所示。表9-2 三种类别的光通道损耗类别类别A类别B类别C最小损耗（dB）51015最大损耗（dB）20253024第九章第九章 光纤接入网光纤接入网9.1 光接入网基本概念9.2 光接入网关键技术9.3 有源光接入网AON 9.4 无源光接入网PON 259.2 光接入网关键技术光接入网关键技术9.2.1 突发收发技术9.2.2 突发同步技术9.2.3 测距技术9.2.4 多址接入技术9.2.5 动态带宽分配技术9.2

12、.6 光功率的动态调节9.2.7 服务质量和安全技术269.2.1 突发收发技术突发收发技术 采用直接调制的光发送机，其建立稳定的信号输出需要一定的时间，而在光接入网中，需要具有突发收发的能力。例如对于采用TDMA的ONU而言，每个ONU只能在每一帧的特定时刻发送上行信号，因此需要有快速的功率开启和切断的功能。同时对于光接入网中发送机的消光比也有较高的要求。多多个个ONU对对应应于于一一个个OLT，在每一时刻只有一个ONU发送信号，其他所有ONU都应处于关断状态，此时要求其余所有ONU的残留光之和不能对正在发光的ONU产生影响。 OLT侧也有类似的问题。如多个ONU发送的信号到达OLT侧会有功

13、率的波动，OLT的接收机需要能灵活快速地调整接收电平，迅速地接收和恢复数据。279.2.2 突发同步技术突发同步技术 由于各ONU与OLT的距离不同，因此各个信元信号经传输延迟后，到达OLT时的比特相位不同，OLT接受到从ONU来的短脉冲数据流，这些数据流的比特相位各不相同且是未知。由于组成上行帧的各ONU传输的信元数有限，为了不丢失有用信息，需需有有较较快快的的比比特特同同步步，OLT处的比特同步必须在每个上行ONU短脉冲数据流期间建立。使得快速比特同步电路在几个比特周期内与输入数据同步，从而把每个ONU发送的信号正确恢复出来。 289.2.3 测距技术测距技术 光接入网的环境是典型的点点到

14、到多多点点方方式式，由于各个ONU到OLT的距离不等，为了防止各个ONU所发上行信号发生冲突，OLT需要一套测距功能，以保证不同物理距离的ONU与OLT之间的“逻辑距离”相等，即传输延迟一致，以避免碰撞和冲突的出现。 测距也即测量各个ONU到OLT的实际距离，并将所有的ONU到OLT的虚拟距离设置相等的过程。29测距实现测距实现 测距过程分为三个子过程：静静态态粗粗测测距距；静静态态精精测测距距；动动态态精精测测距距。系统初始化时或当一个新的ONU加入时或一个ONU重新加电时，静静态态粗粗测测距距起起作作用用，为保证该过程对数据传输的影响较小，采用低频低电平信号作为测距信号；静静态态精精测测距

15、距是达到所需测距精度的中间环节，每当ONU被重新激活时都要进行一次，它占据一个上行传输时隙；动动态态精精测测距距是在数据传输过程中，使用数据信号来进行测距。精态精测距过程结束后，OLT指示ONU可以发送数据了，在发送数据过程中，OLT持续地测量各ONU环路延时，及时调整补偿时延以适应各种因素对环路时延的影响。 309.2.4 多址接入技术多址接入技术o 时分多址接入TDMAo 波分多址接入WDMAo 码分多址接入CDMA31时分多址接入技术时分多址接入技术 TDMA 上行传输时将时间分成若干个时隙，每一时隙内只安排一个ONU以分组方式向OLT发送分组信息。每个ONU严格按照预先规定的顺序依次发

16、送。为了避免与OLT距离不同的ONU所发的上行信号在OLT处发生冲突，OLT需要有一套复杂的测距功能，不断测量每一ONU与OLT之间的时延（即逻辑距离），指挥每一个ONU调整发送时间，使之不至于互相冲突。32波分多址接入技术波分多址接入技术 WDMA 波分多址接入WDMA方式是采采用用不不同同的的波波长长对对应应于于不不同同的的ONU。采用单根光纤，两个方向的信号（上行信号和下行信号），分别调在不同的波长上。各个ONU不同波长的上行光信号，送至光分路器并耦合进光纤，该复用信号到达OLT后，利用WDM器件可分出属于各个ONU的光信号，再经过光电检测器，解调出电信号。上上行行传传输输（从从ONU到

17、到OLT）必必须须工工作作在在1310nm波波长长区区，下下行行传传输输（OLT到到ONU）工工作作在在1310nm或或1550nm波波长长区区。当当上上、下下行行均均工工作作在在1310nm波波长长区区时时，上上行行信信号号处处于于1310nm波波长长区区高高端端，下下行行信信号号处处于于1310nm波长区低端。波长区低端。33码分多址接入技术码分多址接入技术 CDMA 码分多址接入CDMA方式是为每每一一个个ONU分分配配一一个个多多址址码码，并将各ONU的上行信码与其进行模二加后，再去调制具有相同波长的激光器，经光分路器（OBD）合路后传输到OLT，通过检测、放大和模二加等电路后，恢复出

18、ONU送来的上行反码。349.2.5 动态带宽分配动态带宽分配 在在上上行行方方向向，任任意意时时刻刻不不同同ONU对对带带宽宽的的需需求求是是不不一一样样的的，这这就就涉涉及及到到带带宽宽分分配配及及其其算算法法的的问问题题。带宽分配要求提供一套最有效的在尽可能保证每个ONU需求的同时高效利用网络资源的手段。带宽分配算法既要考虑连接业务的性能特点和其服务质量的要求，又要考虑接入控制的实时性。 动态带宽分配可以通过包括消息和状态机等技术来实现。359.2.6 光功率的动态调节光功率的动态调节 每个ONU与中心接收机的光路损耗是不同的，所以中心节点的光接收机必须能够应付从一个突发到另一个突发的不

19、同的光接受功率，因此，接接收收机机需需要要较较大大的的动动态态范范围围，并且能够设定门限快速区分比特“0”和比特“1”。此外每个传输节点的输出功率将根据该节点的光路损耗而进行调节，从而降低对光接收机的动态范围的要求。369.2.7 服务质量和安全技术服务质量和安全技术 光接入网的服务质量和安全技术是保证用户对于不同业务类型需求的关键技术。采采用用TDM方方式式传传送送下下行行数数据据的的光光接接入入网网，必必须须采采取取一一定定的的认认证证和和鉴鉴权权机机制制，以保证每一个ONU只能获得自己所需的信息。而对于上行信号而言，需要采取认证机制以保证只有合法的ONU可以与OLT建立连接。同时针对用户

20、的不同类型的业务，如对时延、误码率等要求不同的话音和视频业务等采取不同的对策加以区别对待。37第九章第九章 光纤接入网光纤接入网9.1 光接入网基本概念9.2 光接入网关键技术9.3 有源光接入网AON 9.4 无源光接入网PON 389.3 有源光接入网有源光接入网AON9.3.1 AON基本概念9.3.2 基于PDH的AON9.3.3 基于SDH的AON399.3.1 AON基本概念基本概念Active Optical Network有源光接入网AON中的ODN由包括PDH或SDH的有源节点设备构成。AON的本质是一个点对多点的光纤传输系统，主要适用于大客户环境。根据复用体制的不同，又可以

21、分为基于PDH的AON和基于SDH的AON，其中后者目前应用较多。409.3.2 基于基于PDH的的AON PDH有源光接入网采用PDH点到点方式将OLT和多个ONU相连，其基本的性能指标和参数与传统的光纤本地环路系统（FITL）相似，包括发送功率、接收灵敏度和过载点、线路码型、工作波长、运行和维护特性等。 基于PDH的AON一般可以通过V5接口与本地终端互连。41SPDH 和和 PSDH 由于PDH的光接入网只具有纵向兼容性，同时复用过程较为复杂，因此又提出了SPDH和PSDH两种改进的AON。SPDH称称为为同同步步的的PDH，其核心是在PDH二次群（E2）或三次群（E3）速率等级实现比特

22、同步的复用和解复用，这样可以大为提高其业务上下的灵活性，缺点是标准化程度较低。PSDH称称为为准准同同步步的的SDH，其采用了一种新的同步字节复用的帧结构，ITU-T建议G.832对此进行了规范。PSDH可以在不改变现有的PDH线路系统情况下透明传送SDH净负荷，缺点是可能会引入较大的指针调整抖动。 429.3.3 基于基于SDH的的AON SDH技术已经在核心网络和城域网络中得到了广泛的应用，在接入网环境中使用SDH有源接入可以实现与城域网的无缝互连，因此是目前应用较多的一种形式。但是在干线系统中使用的SDH设备并不能直接在接入环境中使用，还必须解决小型化、低成本以及安装和维护等问题。431

23、. 接入环境对接入环境对SDH设备的要求设备的要求 SDH技术诞生之初是针对高速率、大容量的光纤传输系统所设计的，因此在接入网中使用时存在一些缺点，需要有专门的要求。 干线系统中，支路信号在映射入SDH时会经由多次映射和指针调整过程，而在接入环境中由于业务的特殊性一般只需要一次映射即可完成映射过程，因此复杂的系统映射过程可以简化。SDH规定的STMN中，考虑到接入网的业务实际需求，其系统构成复杂度、各项指标等都可以有所降低。同时对于时钟同步、设备类型构成、网络管理、保护倒换配置等方面都可以有所简化。 442. 简化简化SDH系统的方案系统的方案o 简化系统o 设立子速率o 简化网管o 简化保护

24、配置。o 灵活组网方式o 简化映射和复用过程。o 简化时钟同步。 453. 基于基于SDH的的AON发展趋势发展趋势 考虑到SDH体制在现有的干线网络中占据绝大多数份额，因此接入侧选用SDH的AON具有明显的优势。但是必须注意到的是，接入侧的业务类型越来越多的是基于IP类业务和应用，包括各种Ethernet业务，而面向电路连接的SDH对IP业务的承载存在一定缺陷，需要采用一些特殊的适配技术才能较高效率地承载IP业务。同同时时从从维维护护角角度度出出发发，在在接接入入网网中中存存在在大大量量的的有有源源节节点点，不不仅仅对对于于供供电电等等保保障障要要求求较较高高，也也使使得得应应用用上上存存在

25、在一一定定的的局局限限性性。基于SDH的AON对于像政府、金融等租用线业务较为适宜，但从长远来看，光接入网的发展趋势是无源化。 46第九章第九章 光纤接入网光纤接入网9.1 光接入网基本概念9.2 光接入网关键技术9.3 有源光接入网AON 9.4 无源光接入网PON 479.4 无源光接入网无源光接入网PON9.4.1 PON基本概念9.4.2 基于ATM的无源光接入网APON9.4.3 基于Ethernet的无源光接入网EPON9.4.4 千兆比特兼容的无源光接入网GPON489.4.1 PON基本概念基本概念 在光接入网中如果ODN全全部部是是由由无无源源器器件件组组成成，不包括任何有源

26、节点，则这种光接入网就是无源光接入网PON。PON中中的的ODN部部分分仅仅由由光光分分路路器器、光光缆缆等等无无源源器器件件组组成成，因此PON具有极高的可靠性，同时对环境的依赖程度小，是光接入网中最为看好的技术。 考虑到实际用户环境的复杂性，PON的结构也具有多种形式，一般来说前文所述的星型、树型和总线型结构都可以使用，但是考虑到FTTH等最终实现形式，采用点到多点的星型结构是比较合适的。49PON 基本概念基本概念 （续）（续） PON的结构中，OLT和多个ONU（有时也将用户侧设备称为光网络终端ONT）之间进行通信，一一般般采采用用的的方方法法是是下下行行数数据据信信号号使使用用149

27、0nm信信号号，上上行行数数据据信信号号采采用用1310nm信信号号，而而下下行行视视频频业业务务流流则则采采用用1550nm信信号号。如果PON的分路比较高，即一个OLT需要连接较多个ONU，且距离较长时，也可考虑在OLT侧设置光放大器，提高总的功率。ITU-T在G.983系列建议中规定，PON的分路比至少支持1：16或或更更高高（目前多为1：32或1：64），OLT与ONU之间的物理距离不得少于少于20km。509.4.2 基于基于ATM的的APON APON是在PON上上实实现现基基于于ATM信信元元传传输输的的接接入入技技术术，最早由全业务接入网组织FSAN于20世纪90年代提出，并由

28、ITU-T完成标准化的工作。APON系统为点到多点的传输系统的复用和多路接入方式提供了良好的基础，这种传输结构为多用户共享整个带宽提供了基础。APON采采用用TDM方方式式，并通过信头的虚通道标识符虚通路标识符（VPI/VCI）进行二级寻址，并根据不同业务的QoS（服务质量）进行不同的转接处理。51APON工作原理工作原理 一个典型的采用树型分支拓扑结构的APON系统如 图 9-8所 示 。 APON采采 用用 以以 信信 元元 为为 基基 础础 的的TDM/TDMA方方式式，系系统统采采用用单单纤纤双双向向波波分分复复用用方方式式，即上行信号用1310nm波长，下行信号用1550nm波长，分

29、路比小于32。在下行方向，由ATM交换机来的ATM信 元 先 送 给 OLT， OLT将 其 转 变 为 连 续 的155.52Mbit/s或622.08Mbit/s的下行帧，并以广播方式传送给与OLT相连的各ONU，每个ONU可以根据信元的VCI/VPI选出属于自己的信元送给终端用户。 52图图9-8 APON结构示意图结构示意图53图图9-9 APON帧结构帧结构54APON 帧结构说明帧结构说明 图9-9中，155.52Mbit/s和622.08Mbit/s的下行帧由连续的时隙流组成，每个时隙包含53字节的ATM信元和PLOAM信元（物理层运行和维护信元，用来转换物理层运行和维护信息，还

30、能携带ONU上行接入时所需的授权信号）。每隔27个时隙中插入一个PLOAM信元。速率为155.52Mbit/s的下行帧包含2个PLOAM，共有56个时隙；而622.08Mbit/s的下行帧包含8个PLOAM，共有224个时隙。 55APON 帧结构说明帧结构说明 （续）（续） 每一个PLOAM有27个授权信号，每一帧仅需53个授权信号，所以，622.08Mbit/s的下行帧中，后面的6个PLOAM信元的授权信号区全部填充空闲授权信号，不被ONU使用。上行帧采用155.52Mbit/s，共有53个时隙，每个时隙包含56个字节。其中3个字节是开销字节，包括：o防护时间o前置码o定界符 防护时间长度

31、，前置码和定界符格式由OLT编程决定，其内容由下行方向PLOAM信元中控制上行开销信息决定。569.4.3 基于基于Ethernet的的EPON EPON是由国际电气电子工程师协会IEEE提出并标准化。IEEE的第一英里以太网EFM（Ethernet in the First Mile Study）工作组于2002年7月制定了EPON草案。 EPON的ODN由由无无源源分分光光器器件件和和光光纤纤线线路路构构成成，EFM确定分路器的分光能力在1：16到1：128之间从OLT到ONU的方向称为下行方向，反之称为上行方向。上行和下行线路的光信号占用C波段（1550 nm窗口）的某两个不同波长，速速

32、率率均均为为1 Gbit/s，传传输输距离可达距离可达20 km。57EPON 上下行方案上下行方案 在下行链路上，OLT以广播方式发送以太网数据帧。通过1：N的无源分光器，数据帧到达各ONU，ONU通过检查接收到的数据帧的目的媒体接入控制（MAC）地址和帧类型（如：广播帧、OAM帧）来判断是否接收此帧 在上行链路上，各ONU的的数数据据帧帧以以突突发发方方式式通通过过共共同同的的无无源源分分配配网网传传输输到到OLT，因此必须有一种多址接入方式保证每个激活的ONU能够占用一定的上行信道带宽。考虑到业务的不对称性和ONU的低成本，EFM工作组决定在上上行链路上采用行链路上采用TDMA方式。方式

33、。 58图图9-10 EPON 下行信号示意下行信号示意59图图9-11 EPON 上行信号示意上行信号示意601.EPON的上行接入技术的上行接入技术 EPON上行接入技术可可以以使使用用时时分分多多址址复复用用（TDMA）、波波分分多多址址复复用用（WDMA）、码码分分多多址址复复用用等等方方式式（CDMA）。综合考虑下，现在一一般般都都是是采采用用时时分分复复用用多多址址接接入入方方式式，波波分分复复用用多多址址接接入入方方式式从长远来看也具有较大的竞争力。为了保证上行带宽的动态分配能力，EPON还提出了轮询机制等对时分多址接入进行补充。612. EPON安全机制安全机制o EPON中的

34、认证机制o EPON中的加密机制623. EPON业务等级区分业务等级区分 由于EPON的主要服务对象是家庭用户和小企业，业务种类多，需求差别大，计费方式多样，而利用上层协议并不能解决EPON中的数据链路层的业务区分和时延控制。因此，支持业务等级区分是EPON必备的功能。 EFM已经初步提出将用户的业务分为P0P2三个级别，对应于不同的业务类型。在分配带宽和安排上行时隙等时根据优先级高级进行排队。639.4.4 千兆比特兼容的无源光接入网千兆比特兼容的无源光接入网GPON ITU-T在APON基础上，提出了千千兆兆比比特特兼兼容容的的无无源源光光接接入入网网GPON。GPON的主要设想是在PO

35、N上传送多业务时保证高比特率和高效率。由于GPON一开始就自下而上地重新考虑了PON的应用和要求，为新的方案奠定了基础，不再基于早先的APON标准。它一方面保留了与PON不是直接相关的许多功能，如OAM消息、DBA等；另一方面GPON则基于完全新的传输会聚（TC）层。GPON采采用用的的是是一一个个以以帧帧为为基基础础的协议，用通用成帧程序（的协议，用通用成帧程序（GFP）作业务映射）作业务映射。 64GPON总体目标总体目标o 帧结构可以从622Mbit/s扩展到2.5Gbit/s，并支持不对称比特率；o 对任何业务都保证高带宽利用率和高效率；o 把任何业务（TDM和分组）都通过GFP装入1

36、25s的帧中；o 对纯TDM业务作高效率的无开销传送；o 通过带宽指示器为每一ONT动态分配上行带宽。651. GPON基本结构基本结构 图9-12给出了GPON总体结构示意，而图9-13给出了由G.984.2建议规划的GPON参考模型。GPON 由光线路终端 OLT 、光网络单光网络终端（ ONU/ONT ）及光纤分配网 ODN 组成。 OLT 位于中心机房，向上提供广域网接口，包括 GE 、 ATM 、 DS-3 等； ONU/ONT 放在用户侧，为用户提供 10/100BaseT 、 T1/E1 、 DS-3 等应用接口，适配功能 AF 在具体实现中可能集成于 ONU/ONT 中； OD

37、N 由分支器 / 耦合器等无源器件构成；上下行数据工作于不同波长，下行数据采用广播方式发送，上行数据采用基于统计复用的时分多址方式接入。 66图图9-12 GPON总体结构总体结构67图图9-13 GPON 协议模型协议模型682. GFP通用成帧规程及传输汇聚子层通用成帧规程及传输汇聚子层 GTC GFP在SDH和OTN网络中的使用分别在ITU-T G.707/Y1322和G.709/Y1321中做了规定。用户层信号可以是基于分组（例如IP/PPP，Ethernet），恒定比特率（CBR）或其他任何类型。GFP可以灵活地将不同的业务数据映射进字节同步的传送网中，是GPON中的关键技术之一。6

38、9图图9-14 GEM帧结构帧结构70GPON传输汇聚子层（传输汇聚子层（GTC） 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）。 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/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。71图图9-15 GPON GTC层协议

39、栈层协议栈GEM：GPON封装机制OMCI：运营管理控制接口TC：传输汇聚DBA：动态带宽控制72图图9-16 GTC C/M平面协议栈平面协议栈73图图9-17 GTC数据平面协议栈数据平面协议栈74GPON 媒质接入控制媒质接入控制MAC 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9-18所示。GPON下行数据帧的帧头中包括下行物理层控制块（PCBd，Physical Control Block downstream ），其中包含了 上 行 带 宽 映 射 （ US BW Map， UpS

40、tream BandWidth Map ）字段，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。US BW Map字段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。75图图9-18 上行接入控制示例上行接入控制示例 OLT以 最 低64kb/s的粒度对ONU的上行带宽进行分配76GPON ONU 注册注册 ONU的的注注册册通通过过自自动动发发现现进进程程来来完完成成。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O

41、LT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。773. GPON上下行方案上下行方案 图9-19和9-21分别给出了GPON上下行帧结构。78图图9-19 GPON 下行帧格式下行帧格式79图图9-21 GPON上行帧结构上行帧结构804. GPON的的MAC和和DBA GPON以MAC控控制制子子层层的的多多点点控控制制协协议议（MPCP，multi point control

42、 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的自动发现和加入、向高层报告拥塞情况以便动态分配带宽。 动态带宽分配（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。 815. GPON成本和效率成本和效率 由于在PON系统中，光接口有关的器件构成系统成本的主要部分，其余系统元器件的价格相差不大，故不管哪种PON系统，其系统本身的成本都比较接近。因此，在决定每比特成本时，效率就成了一个最重要的因素。假设系统的线路速率为1.25Gbit/s，那么100%效率的网络将提供1.25Gbit/s的吞吐量，而50%效率的网络只能提供622Mbit/s的吞吐量，因此为了获得相同的吞吐量，后者的系统成本就要加倍。82表表9-3 各种各种PON技术效率比较技术效率比较线路编码效率传输汇聚层效率承载层效率多业务适应性TDM快速以太网APON10096909880EPON8098977263GPON10099100969483本章小结和知识点本章小结和知识点o 接入网基本概念o 光接入网的定义和主要结构o 光接入网的关键技术o 有源光接入网定义和特点o 无源光接入网主要类型及工作原理84