第5章光纖接入網(wǎng)技術(shù)-副本

第5章光纖接入網(wǎng)技術(shù)·

本章介紹光纖接入網(wǎng)技術(shù)，主要內(nèi)容包括：●光纖接入網(wǎng)概述●

ATM無源光網(wǎng)絡(luò)（APON）接入技術(shù)●以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)（EPON）接入技術(shù)●吉比特?zé)o源光網(wǎng)絡(luò)（GPON）接入技術(shù)●有源光網(wǎng)絡(luò)（AON）接入技術(shù)光纖接入網(wǎng)概述5.1ATM無源光網(wǎng)絡(luò)（APON）接入技術(shù)5.2以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)（EPON）接入技術(shù)5.3吉比特?zé)o源光網(wǎng)絡(luò)（GPON）接入技術(shù)5.4有源光網(wǎng)絡(luò)（AON）接入技術(shù)5.55.1光纖接入網(wǎng)概述

5.1.1光纖接入網(wǎng)的定義及優(yōu)點(diǎn)

1、光纖接入網(wǎng)的定義·

光纖接入網(wǎng)(OAN)是指在接入網(wǎng)中用光纖作為主要傳輸媒介來實(shí)現(xiàn)信息傳送的網(wǎng)絡(luò)形式，或者說是業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)與用戶之間采用光纖通信或部分采用光纖通信的接入方式。2、光纖接入網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)（1）支持更高速率的寬帶業(yè)務(wù)；（2）有效解決接入網(wǎng)的“瓶頸效應(yīng)”問題；（3）傳輸距離長；（4）質(zhì)量高、可靠性好；（5）易于擴(kuò)容和維護(hù)。

5.1.2光纖接入網(wǎng)的功能參考配置·AON主要包含如下配置?！袼姆N基本功能模塊：

光線路終端(OLT)

光分配網(wǎng)絡(luò)(ODN)/光遠(yuǎn)程終端(ODT)

光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)AN系統(tǒng)管理功能塊●五個參考點(diǎn)：光發(fā)送參考點(diǎn)S光接收參考點(diǎn)R與業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)間的參考點(diǎn)V與用戶終端間的參考點(diǎn)TAF與ONU間的參考點(diǎn)a●三個接口：網(wǎng)絡(luò)維護(hù)接口Q3，用戶網(wǎng)絡(luò)接口UNI業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)接口SNI。1、OLT功能塊：（OpticalLineTerminal，光線路終端）·OLT，是光接入網(wǎng)的核心部件，相當(dāng)于傳統(tǒng)通信網(wǎng)中的交換機(jī)或路由器，同時(shí)也是一個多業(yè)務(wù)提供平臺。

一般放置在局端，提供面向用戶的無源光纖網(wǎng)絡(luò)的光纖接口

OLT的作用是為光接入網(wǎng)提供網(wǎng)絡(luò)側(cè)與本地交換機(jī)之間的接口，并經(jīng)過一個或多個ODN與用戶側(cè)的ONU通信。OLT與ONU的關(guān)系為主從通信關(guān)系?！?/p>

OLT對來自O(shè)NU的信令和監(jiān)控信息進(jìn)行管理，從而為ONU和自身提供維護(hù)與供給功能。有OLT的典型組網(wǎng)方式OLT內(nèi)部組成（圖5-3）業(yè)務(wù)部分：提供業(yè)務(wù)接口功能，包括接口適配、接口保護(hù)等，以及在需要時(shí)具有特定業(yè)務(wù)的信令處理和媒質(zhì)傳輸制式的轉(zhuǎn)換功能核心部分：包括匯聚分發(fā)、業(yè)務(wù)處理和ODN適配功能公共部分：包括供電與OAM功能2、ONU功能塊（OpticalNetworkUnit,光網(wǎng)絡(luò)單元）

（圖5-4）

是光網(wǎng)絡(luò)中的用戶端設(shè)備，放置在用戶端，與OLT配合使用，實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)二層、三層功能，為用戶提供語音、數(shù)據(jù)和多媒體業(yè)務(wù)?！NU位于ODN和用戶之間，ONU的網(wǎng)絡(luò)側(cè)具有光接口，而用戶側(cè)為電接口，因此需要具有光/電和電/光變換功能，并能實(shí)現(xiàn)對各種電信號的處理與維護(hù)管理功能。ONU主要實(shí)現(xiàn)的功能是：

—選擇接收OLT發(fā)送的數(shù)據(jù)。

—響應(yīng)OLT發(fā)出的管理命令，并作相應(yīng)的調(diào)整。

—對用戶的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存，并在OLT分配的發(fā)送窗口中向上行方向發(fā)送。

—其他用戶管理功能。3、ODN/ODT功能塊·

ODN（OpticalDistributionNetwork,光分配網(wǎng)絡(luò)）ODN/ODT為ONU和OLT提供光傳輸媒介作為其間的物理連接，即傳輸設(shè)施?！?/p>

根據(jù)傳輸設(shè)施中是否采用有源器件，光纖接入網(wǎng)分為有源光網(wǎng)絡(luò)（AON）和無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）?！?/p>

有源光網(wǎng)絡(luò)（AON）（ActiveOpticalNetwork）則指的是OAN的傳輸設(shè)施中含有源器件，即為光遠(yuǎn)程終端（ODT）；而無源光網(wǎng)絡(luò)（PON））（PassiveOpticalNetwork）指的是OAN中的傳輸設(shè)施全部由無源器件組成，即為光分配網(wǎng)絡(luò)（ODN）。4、AN系統(tǒng)管理功能塊·AN系統(tǒng)管理功能塊是對光纖接入網(wǎng)進(jìn)行維護(hù)管理的功能模塊，其管理功能包括配置管理、性能管理、故障管理、安全管理及計(jì)費(fèi)管理。5.1.3光纖接入網(wǎng)的分類

1、有源光網(wǎng)絡(luò)（AON）·

有源光網(wǎng)絡(luò)（AON）是傳輸設(shè)施中采用有源器件?！?/p>

有源光網(wǎng)絡(luò)由OLT、ONU、光遠(yuǎn)程終端（ODT）和光纖傳輸線路構(gòu)成。·AON通常用于電話接入網(wǎng)，其傳輸體制有PDH和SDH，一般采用SDH（或MSTP（Multi-ServiceTransferPlatform）技術(shù)）?！?/p>

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)大多為環(huán)形，ONU兼有SDH環(huán)形網(wǎng)中ADM（分插復(fù)用器）設(shè)備的功能。在數(shù)字傳輸系統(tǒng)中，有兩種數(shù)字傳輸系列，一種叫“準(zhǔn)同步數(shù)字系列”（PlesiochronousDigitalHierarchy），簡稱PDH；

另一種叫“同步數(shù)字系列”（SynchronousDigitalHierarchy），簡稱SDH。PDH是指在數(shù)字通信網(wǎng)的每個節(jié)點(diǎn)上都分別設(shè)置高精度的時(shí)鐘，這些時(shí)鐘的信號都具有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)速率。

盡管每個時(shí)鐘的精度都很高，但總還是有一些微小的差別。為了保證通信的質(zhì)量，要求這些時(shí)鐘的差別不能超過規(guī)定的范圍。

因此，這種同步方式嚴(yán)格來說不是真正的同步，所以叫做“準(zhǔn)同步”。

在以往的電信網(wǎng)中，多使用PDH設(shè)備。這種系列對傳統(tǒng)的點(diǎn)到點(diǎn)通信有較好的適應(yīng)性。

而隨著數(shù)字通信的迅速發(fā)展，點(diǎn)到點(diǎn)的直接傳輸越來越少，而大部分?jǐn)?shù)字傳輸都要經(jīng)過轉(zhuǎn)接，因而PDH系列便不能適合現(xiàn)代電信業(yè)務(wù)開發(fā)的需要，以及現(xiàn)代化電信網(wǎng)管理的需要。SDH就是適應(yīng)這種新的需要而出現(xiàn)的傳輸體系。

最早提出SDH概念的是美國貝爾通信研究所，稱為光同步網(wǎng)絡(luò)（SONET）。

它是高速、大容量光纖傳輸技術(shù)和高度靈活、又便于管理控制的智能網(wǎng)技術(shù)的有機(jī)結(jié)合。

最初的目的是在光路上實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，便于不同廠家的產(chǎn)品能在光路上互通，從而提高網(wǎng)絡(luò)的靈活性。1988年，國際電報(bào)電話咨詢委員會（CCITT）接受了SONET的概念，重新命名為“同步數(shù)字系列（SDH）”，使它不僅適用于光纖，也適用于微波和衛(wèi)星傳輸?shù)募夹g(shù)體制，并且使其網(wǎng)絡(luò)管理功能大大增強(qiáng)。它有統(tǒng)一的比特率，統(tǒng)一的接口標(biāo)準(zhǔn)，為不同廠家設(shè)備間的互聯(lián)提供了可能。2、無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）·

無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）中傳輸設(shè)施ODN是由無源光元件組成的無源光分配網(wǎng)，主要的無源光元件有：光纖、光連接器、無源光分路器OBD（分光器）和光纖接頭等?！?/p>

根據(jù)采用的技術(shù)不同，無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）又可以分為以下幾類?！馎PON——基于ATM的無源光網(wǎng)絡(luò)（在PON中采用ATM技術(shù)），后更名為寬帶PON（BPON）；●EPON——基于以太網(wǎng)的無源光網(wǎng)絡(luò)（采用PON的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)幀的接入）；●GPON——GPON業(yè)務(wù)是BPON的一種擴(kuò)展。

5.1.4光纖接入網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

1、無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

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無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)一般采用星形、樹形和總線形。（1）星形結(jié)構(gòu)·

星形結(jié)構(gòu)包括單星形結(jié)構(gòu)和雙星形結(jié)構(gòu)。①單星形結(jié)構(gòu)

單星形結(jié)構(gòu)是指用戶端的每一個光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)分別通過一根或一對光纖與OLT相連，形成以光線路終端(OLT)為中心向四周輻射的星型連接結(jié)構(gòu)。單星型結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：

光纖連接中不使用OBD，不存在由分路器引入的光信號衰減，網(wǎng)絡(luò)覆蓋的范圍大；線路中沒有有源電子設(shè)備，是一個純無源網(wǎng)絡(luò)，線路維護(hù)簡單；采用相互獨(dú)立的光纖信道，ONU之間互不影響且保密性好，易于升級。

但是光纜需要量大，光纖需要量大，光線和光源無法共享，成本較高。②雙星形結(jié)構(gòu)·

雙星形結(jié)構(gòu)單星形結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，多個光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)均連接到無源光分路器OBD（分光器），然后通過一根或一對光纖再與OLT相連，如圖5-6所示。

雙星型結(jié)構(gòu)適合網(wǎng)徑更大的范圍，且維護(hù)費(fèi)用低、易于擴(kuò)容升級、業(yè)務(wù)變化靈活。

是目前采用比較廣泛的一種結(jié)構(gòu)。（2）樹形結(jié)構(gòu)·

樹形結(jié)構(gòu)是光纖接入網(wǎng)星形結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展，如圖5-7所示?！?/p>

連接OLT的第1個光分路器(OBD)將光分成n路，下一級連接第2級OBD或直接連接ONU，最后一級的OBD連接n個ONU。樹形結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：

線路維護(hù)容易，不存在雷電及電磁干擾，可靠性高。但是由于OLT的一個光源提供給所有ONU的光功率，光源的功率有限，限制了所連接ONU的數(shù)量及光信號的傳輸距離。（3）總線形結(jié)構(gòu)適合于沿街道、公路線狀分布的用戶環(huán)境。采用非均勻分光的分光器沿線狀排列?？偩€型結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：

非均勻的分光器只引入少量的損耗給總線，并且只從光總線中分出少量的光功率。

但是由于光纖線路存在損耗，使在靠近OLT和遠(yuǎn)離OLT處接收到的光信號強(qiáng)度有較大的差別，因此對ONU中光接收機(jī)的動態(tài)范圍要求較高。

2、有源光網(wǎng)絡(luò)（AON）的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)·

有源光網(wǎng)絡(luò)（AON）的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)一般采用雙星形、鏈形和環(huán)形結(jié)構(gòu)。（1）有源雙星形結(jié)構(gòu)

引入了遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)RN/RT。通過向新設(shè)的遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)分配一些服用功能，或者附加一些有限的交換功能，來減少饋線段光纖的數(shù)量，以克服星形結(jié)構(gòu)成本高的缺點(diǎn)。

適于傳輸距離較遠(yuǎn)，用戶密度較高的企事業(yè)用戶區(qū)和住宅居民用戶區(qū)。

遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)可以采用SDH復(fù)用器。（2）鏈形結(jié)構(gòu)·

當(dāng)涉及通信的所有點(diǎn)串聯(lián)起來并使首末兩個點(diǎn)開放時(shí)就形成了鏈形結(jié)構(gòu)（線形結(jié)構(gòu)）?！?/p>

圖中的遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)RN可以采用SDH分插復(fù)用器（ADM），ADM具有十分經(jīng)濟(jì)靈活的上下低速業(yè)務(wù)的能力，可以節(jié)省光纖并簡化設(shè)備（ADM兼有ONU的功能）。（3）環(huán)形結(jié)構(gòu)·

環(huán)形結(jié)構(gòu)是指所有節(jié)點(diǎn)共用一條光纖鏈路，光纖鏈路首尾相接組成封閉回路的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。·

這種結(jié)構(gòu)的突出優(yōu)點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)自愈。缺點(diǎn)是單環(huán)所掛用戶有限。

自愈——無需外界干擾，網(wǎng)絡(luò)就可以在較短的時(shí)間內(nèi)自動從失效故障中恢復(fù)所傳業(yè)務(wù)。

有源光網(wǎng)絡(luò)和無源光網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別：

有源光網(wǎng)絡(luò)中，ONU設(shè)備串聯(lián)在光纖網(wǎng)絡(luò)中，每個ONU收到的信號是經(jīng)上級ONU光-電-光變換后的信號。而在無源光網(wǎng)絡(luò)中，ONU設(shè)備是通過光分路器并接在光纖網(wǎng)絡(luò)上，各ONU收到的信號都由OLT直接發(fā)送下來。

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)需要增加支路時(shí)，有源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)必須在支路節(jié)點(diǎn)增加光接口板以實(shí)現(xiàn)光方向的增加，而無源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)則只需更換光分路器，采用分路數(shù)更多的光分路器即可增加光方向，因此無源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)擴(kuò)充比有源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)更方便，且投資成本更低。5.1.5光纖接入網(wǎng)的應(yīng)用類型

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按照光纖接入網(wǎng)的參考配置，根據(jù)光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)設(shè)置的位置不同，光纖接入網(wǎng)可分成不同種應(yīng)用類型，主要包括：

光纖到路邊(FTTC)光纖到大樓(FTTB)光纖到家(FTTH)或光纖到辦公室(FTTO)FTTB（FiberToTheBuilding）:是FTTX+LAN的一種網(wǎng)絡(luò)連接模式，主要是將光信號接入辦公大樓或者公寓大廈的總配線箱內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)光纖信號的接入，而在辦公室大樓或公寓大廈的內(nèi)部，則仍然是利用同軸電纜、雙絞線或光纖實(shí)現(xiàn)信號的分撥輸入，以實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)的應(yīng)用。

我們稱為FTTX+LAN的寬帶接入網(wǎng)（簡稱FTTB），這是一種最合理、最實(shí)用、最經(jīng)濟(jì)有效的寬帶接入方法。5.1.6光纖接入網(wǎng)的傳輸技術(shù)

1、雙向傳輸技術(shù)（復(fù)用技術(shù)）·

雙向傳輸技術(shù)（復(fù)用技術(shù)）是上行信道(ONU到OLT)和下行信道(OLT到ONU)的區(qū)分。（1）光空分復(fù)用(OSDM)

·OSDM就是雙向通信的每一方向各使用一根光纖的通信方式，即單工方式，如圖5-13所示。（2）光波分復(fù)用(OWDM)·

只需將兩個方向的信號分別調(diào)制在不同波長上即可實(shí)現(xiàn)單纖雙向傳輸?shù)哪康?。?）時(shí)間壓縮復(fù)用方式(TCM)·

時(shí)間壓縮復(fù)用（TCM）又稱“光乒乓傳輸”?！?/p>

在一根光纖上以脈沖串形式的時(shí)分復(fù)用技術(shù)，每個方向傳送的信息，首先放在發(fā)送緩存中，然后每個方向在不同的時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)送到單根光纖上。接收端收到時(shí)間上壓縮的信息在接收緩存中解除壓縮。（4）光副載波復(fù)用(OSCM)·

在OSCM中，首先將兩個方向的信號分別調(diào)制到不同頻率的射頻波上，然后兩個方向的信號再各自調(diào)制一個光載波（可以使用一個波長）?！?/p>

在接收端同樣也需要二步解調(diào)，首先利用光/電探測器從光信號中得到兩個方向各自的射頻信號，然后再將各射頻波解調(diào)恢復(fù)出兩個方向各自的信號。2、多址接入技術(shù)·OLT與ONU的連接方式采用點(diǎn)到多點(diǎn)的連接方式時(shí)，為了使每個ONU都能正確無誤地與OLT進(jìn)行通信，反向的用戶接入，即多點(diǎn)用戶的上行接入需要采用多址接入技術(shù)?！?/p>

多址接入技術(shù)主要有：

光時(shí)分多址（OTDMA）光波分多址（OWDMA）光碼分多址（OCDMA）光副載波多址（OSCMA）（1）光時(shí)分多址接入(OTDMA)方式·OTDMA方式是指將上行傳輸時(shí)間分為若干時(shí)隙，在每個時(shí)隙只安排一個ONU發(fā)送的信息，各ONU按OLT規(guī)定的時(shí)間順序依次以分組的方式向OLT發(fā)送?！?/p>

為了避免與OLT距離不同的ONU所發(fā)送的上行信號在OLT處合成時(shí)發(fā)生重疊，OLT需要有測距功能，不斷測量每一個ONU與OLT之間的傳輸時(shí)延(與傳輸距離有關(guān))，指揮每一個ONU調(diào)整發(fā)送時(shí)間使之不致產(chǎn)生信號重疊。（2）光波分多址(OWDMA)方式·

光波分多址(OWDMA)方式是每個ONU使用不同的工作波長，OLT接收端通過分波器來區(qū)分來自不同ONU的信號?！?/p>

OWDMA方式的原理如圖5-18所示。（3）光碼分多址(OCDMA)·

光碼分多址(CDMA)方式是給每個ONU分配一個唯一的多址碼，將各ONU的上行信號碼元與自己的多址碼進(jìn)行模二加，再調(diào)制相同波長的激光器，在OLT用各ONU的多址碼恢復(fù)各ONU的信號。

光纖碼分多址（OCDMA）是利用光纖的豐富帶寬和高速的光信息處理技術(shù)，將數(shù)據(jù)信號擴(kuò)頻成光脈沖序列，經(jīng)光纖傳輸后，再利用光學(xué)相關(guān)技術(shù)實(shí)現(xiàn)解碼的技術(shù)；是將擴(kuò)頻多址射頻同軸連接與大容量的光纖通信技術(shù)相結(jié)合的通信方式，能更有效地彌補(bǔ)微波通訊帶寬不足的缺陷。

（4）光副載波多址（OSCMA）方式

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SCMA方式采用模擬調(diào)制技術(shù)，將各個ONU的上行信號分別用不同的調(diào)制頻率調(diào)制到不同的射頻段，然后用此模擬射頻信號分別調(diào)制各ONU的激光器，把波長相同的各模擬光信號傳輸至OBD合路點(diǎn)后再耦合到同一饋線光纖到達(dá)OLT。

在OLT端經(jīng)光/電探測器后輸出的電信號通過不同的濾波器和鑒相器分別得到各ONU的上行信號?！?/p>

目前光纖接入網(wǎng)主要采用的多址接入技術(shù)是OTDMA。

5.2ATM無源光網(wǎng)絡(luò)（APON）接入技術(shù)1、APON的概念·APON(ATM-PON)是PON技術(shù)和ATM信元相結(jié)合的產(chǎn)物，即在PON上實(shí)現(xiàn)基于ATM信元的傳輸?！PON是在20世紀(jì)90年代中期由全業(yè)務(wù)接入網(wǎng)絡(luò)組織（FSAN）最初運(yùn)作開發(fā)的?！?/p>

經(jīng)過FSAN集團(tuán)的不懈努力，1998年10月通過了全業(yè)務(wù)接入網(wǎng)采用的APON格式標(biāo)準(zhǔn)：ITU-TG.985.1；

2000年4月批準(zhǔn)其控制通道規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)：ITU-TG.985.2；2001年又發(fā)布了關(guān)于波長分配的標(biāo)準(zhǔn)：ITU-TG.985.3，利用波長分配增加業(yè)務(wù)能力的寬帶光接入系統(tǒng)。2、APON的特點(diǎn)

（1）綜合接入能力（2）高可靠性（3）接入成本低（4）資源利用率高（5）技術(shù)復(fù)雜APON工作原理OLT(光線路終端)將到達(dá)各個ONU(光網(wǎng)絡(luò)單元)的下行業(yè)務(wù)組裝成幀，以廣播的方式發(fā)送到下行信道上，各個ONU收到所有的下行信元后，根據(jù)信元頭信息從中取出屬于自己的信元；在上行方向上，由OLT輪詢各個ONU，得到ONU的上行帶寬要求，OLT合理分配帶寬后，以上行授權(quán)的形式允許ONU發(fā)送上行信元，即只有收到有效上行授權(quán)的ONU才有權(quán)利在上行幀中占有指定的時(shí)隙。實(shí)現(xiàn)APON的關(guān)鍵技術(shù)有：

多址和接入控制技術(shù)(在使用TDMA上行接入時(shí)包括測距、帶寬分配等)

突發(fā)信號的發(fā)送和接收技術(shù)

快速比特同步技術(shù)

安全保密等實(shí)用的PON系統(tǒng)主要是窄帶PON，由窄帶PON升級到寬帶的APON，終端設(shè)備和控制協(xié)議都需要進(jìn)行大幅度的改動，傳輸速率的提高對物理層設(shè)備和媒質(zhì)訪問控制(MAC)協(xié)議都有新的要求。

只要寬帶PON的成本可以控制在窄帶PON的1.5倍以下，還是可以接受的。雖然寬帶PON的技術(shù)細(xì)節(jié)還需要在其實(shí)際的發(fā)展和使用中繼續(xù)研究和完善，但I(xiàn)TU-T在APON實(shí)用系統(tǒng)出現(xiàn)之前就確定了G.983建議，對APON進(jìn)行了規(guī)范。985到了本世紀(jì)初，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展和其他通訊技術(shù)發(fā)展，APON也暴露了帶寬比較低的弱點(diǎn)；在APON技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展了BPON技術(shù)，帶寬從155M提升到622M。BPON在北美等很多地區(qū)得到了部署。BPON經(jīng)過發(fā)展，又形成了GPON技術(shù)。GPON可以支持2.5G下行，1.25G上行。底層封裝技術(shù)擴(kuò)展支持GEM（GeneralEncapsulationMethod）封裝，同時(shí)兼容支持ATM封裝。但從各個廠家實(shí)現(xiàn)來看，基本上拋棄了ATM封裝。5.3以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)（EPON）接入技術(shù)5.3.1EPON的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及設(shè)備功能（EthernetPassiveOpticalNetwork，以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)）·EPON是基于以太網(wǎng)的無源光網(wǎng)絡(luò)，即采用PON的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)幀的接入，EPON技術(shù)由IEEE802.3

EFM工作組進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。EPON的標(biāo)準(zhǔn)為IEEE802.3ah。

EPON，顧名思義，是基于以太網(wǎng)的PON技術(shù)。它采用點(diǎn)到多點(diǎn)結(jié)構(gòu)、無源光纖傳輸，在以太網(wǎng)之上提供多種業(yè)務(wù)。

在物理層采用PON技術(shù)，在數(shù)據(jù)鏈路層使用以太網(wǎng)協(xié)議，利用PON的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)接入。

因此，它綜合了PON技術(shù)和以太網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：低成本、高帶寬、擴(kuò)展性強(qiáng)、與現(xiàn)有以太網(wǎng)兼容、方便管理等。

1、EPON的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)·EPON的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一般采用雙星形或樹形，其示意圖如圖5-28所示?！PON中包括無源網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和有源網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。●無源網(wǎng)絡(luò)設(shè)備——無源網(wǎng)絡(luò)設(shè)備指的是光分配網(wǎng)絡(luò)(ODN)，包括光纖、無源分光器、連接器和光纖接頭等。·

它一般放置于局外，稱為局外設(shè)備?！裼性淳W(wǎng)絡(luò)設(shè)備——包括光線路終端（OLT）、光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)和設(shè)備管理系統(tǒng)(EMS)。2、EPON的設(shè)備功能（1）光線路終端（OLT）·OLT的具體功能為：①提供EPON與服務(wù)提供商核心網(wǎng)的數(shù)據(jù)、視頻和話音網(wǎng)絡(luò)的接口，具有復(fù)用/節(jié)復(fù)用功能；②光/電轉(zhuǎn)換、電/光轉(zhuǎn)換。③分配和控制信道的連接，并有實(shí)時(shí)監(jiān)控、管理及維護(hù)功能；④具有以太網(wǎng)交換機(jī)或路由器的功能·OLT布放位置一般有3種方式：

—OLT放置于局端中心機(jī)房(交換機(jī)房、數(shù)據(jù)機(jī)房等)

—OLT放置于遠(yuǎn)端中心機(jī)房

—戶外機(jī)房或小區(qū)機(jī)房(2)分光器·

分光器的作用是將1路光信號分為N路光信號?！?/p>

其具體功能為分發(fā)下行數(shù)據(jù)，并集中上行數(shù)據(jù)。·

分光器帶有一個上行光接口，若干下行光接口。

從上行光接口過來的光信號被分配到所有的下行光接口傳輸出去，從下行光接口過來的光信號被分配到唯一的上行光接口傳輸出去?！PON中，分光器的分光比一般為：1:8/1:16/1:32/1:64?！?/p>

分光器的布放方式有三種：

一級分光：應(yīng)用于需求密集的城鎮(zhèn)二級分光：應(yīng)用于需求分散的城鎮(zhèn)

多級分光：應(yīng)用于成帶狀分布的農(nóng)村或商業(yè)街（3）光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)①ONU的功能—給用戶提供數(shù)據(jù)、視頻和語音與PON之間的接口（若用戶業(yè)務(wù)為模擬信號，ONU應(yīng)具有模/數(shù)、數(shù)/模轉(zhuǎn)換功能）—光/電(以太網(wǎng)幀格式）轉(zhuǎn)換、電/光轉(zhuǎn)換—提供以太網(wǎng)二層、三層交換功能

②ONU布放的位置·

根據(jù)ONU布放的位置，可將EPON分為以下幾種情況：—光纖到戶(FTTH)—光纖到大樓(FTTB)—光纖到路邊(FTTC)（4）設(shè)備管理系統(tǒng)(EMS)·EPON中的OLT和所有的ONU被設(shè)備管理系統(tǒng)(EMS)管理，設(shè)備管理系統(tǒng)(EMS)提供與業(yè)務(wù)提供者核心網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的接口。·

管理功能有故障管理、配置管理、計(jì)費(fèi)管理、性能管理和安全管理。5.3.2EPON的工作原理及幀結(jié)構(gòu)·EPON系統(tǒng)采用WDM技術(shù)，實(shí)現(xiàn)單纖雙向傳輸。·

使用二個波長時(shí)，下行（OLT到ONU）使用1510nm，上行（ONU到OLT）使用1310nm，用于分配數(shù)據(jù)、語音和IP交換式數(shù)字視頻（SDV）業(yè)務(wù)?！?/p>

使用三個波長時(shí)下行使用1510nm上行使用1310nm增加一個下行1550nm波長，攜帶下行CATV業(yè)務(wù)1、下行通信·EPON下行采用時(shí)分復(fù)用（TDM）+廣播的傳輸方式?！?/p>

EPON下行傳輸原理如圖5-30所示。·EPON下行傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流被組成固定長度的幀，其幀結(jié)構(gòu)如圖5-31所示。·EPON下行傳輸速率為1.25Gbit/s，每幀幀長為2ms，攜帶多個可變長度的數(shù)據(jù)包。·

含有同步標(biāo)識符的時(shí)鐘信息位于每幀的開頭，用于ONU與OLT的同步，同步標(biāo)識符占1個字節(jié)。

·

EPON包頭（Header）：包含LLID

邏輯鏈接標(biāo)識（LLID，（LogicalLinkIdentifier）是EPON系統(tǒng)分配給通過點(diǎn)到點(diǎn)仿真子層（P2PESublayer）建立起來的邏輯鏈接的一種數(shù)字標(biāo)識，每一個邏輯鏈接都會分配到不同的LLID。

在EPON系統(tǒng)中，LLID是由網(wǎng)管通過OLT分配的。

OLT可以通過LLID辨別幀是由哪個ONU發(fā)來的，或者通過修改幀中的LLID將幀轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的ONU處。

于是，我們就能夠建立起OLT到ONU、ONU到OLT的通路，完成OLT與ONU之間，以及ONU與ONU之間的通信。

每個ONU的LLID的數(shù)目是可以通過設(shè)置選擇的。每個LLID可以支持一個或者多個隊(duì)列收發(fā)用戶的數(shù)據(jù)。2、上行通信·

在上行方向，EPON采用時(shí)分多址接入（TDMA）方式。

具體來說，就是每個ONU只能在OLT已分配的特定時(shí)隙中發(fā)送數(shù)據(jù)幀，每個特定時(shí)刻只能有一個ONU發(fā)送數(shù)據(jù)幀，否則，ONU間將產(chǎn)生時(shí)隙沖突，導(dǎo)致OLT無法正確接收各個ONU的數(shù)據(jù)。·

連接于分光器的各ONU發(fā)送上行信息流，經(jīng)過分光器耦合到共用光纖，以TDM方式復(fù)合成一個連續(xù)的數(shù)據(jù)流。

此數(shù)據(jù)流組成幀，其幀長也是2ms，每幀有一個幀頭，表示該幀的開始。·

每幀進(jìn)一步分割成可變長度的時(shí)隙，每個時(shí)隙分配給一個ONU?！?/p>

EPON上行幀結(jié)構(gòu)如圖5-33所示。5.3.3EPON的關(guān)鍵技術(shù)·EPON的關(guān)鍵技術(shù)包括時(shí)分多址接入的控制（測距技術(shù)）、快速比特同步、突發(fā)信號的收發(fā)和動態(tài)帶寬分配(DBA)、EPON的安全性及可靠性等。·

下面重點(diǎn)介紹多點(diǎn)控制協(xié)議（MPCP）、EPON的測距技術(shù)、動態(tài)帶寬分配(DBA)、安全性及可靠性。多點(diǎn)控制協(xié)議（MPCP）

MPCP（Multi-PointControlProtocol，多點(diǎn)控制協(xié)議）是解決EPON系統(tǒng)技術(shù)難點(diǎn)的關(guān)鍵協(xié)議。是整個EPON系統(tǒng)正常工作的核心，是對IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)的重要擴(kuò)展。

它通過定義特定的控制幀消息結(jié)構(gòu)，解決上行信道復(fù)用、測距及時(shí)延補(bǔ)償?shù)菶PON的難點(diǎn)問題。采用MPCP，可以實(shí)現(xiàn)一個可控制的網(wǎng)絡(luò)配置，如ONU的自動發(fā)現(xiàn)、終端站點(diǎn)的帶寬分配及查詢和監(jiān)控等。MPCP（Multi-PointControlProtocol多點(diǎn)控制協(xié)議），該協(xié)議是MACcontrol子層的一項(xiàng)功能。MPCP使用消息、狀態(tài)機(jī)、定時(shí)器來控制訪問P2MP（點(diǎn)到多點(diǎn)）的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

在P2MP拓?fù)渲械拿總€ONU都包含一個MPCP的實(shí)體，用以和OLT中的MPCP的一個實(shí)體相互通信。多點(diǎn)控制協(xié)議（MPCP）作為EPON/MPCP的基礎(chǔ)，EPON實(shí)現(xiàn)了一個P2P仿真子層，該子層使得P2MP網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵τ诟邔觼碚f就是多個點(diǎn)對點(diǎn)鏈路的集合。

該子層是通過在每個數(shù)據(jù)報(bào)的前面加上一個LLID（LogicalLinkIdentification）邏輯鏈路標(biāo)識來實(shí)現(xiàn)的。該LLID將替換前導(dǎo)碼中的兩個字節(jié)。PON將拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的根結(jié)點(diǎn)認(rèn)為是主設(shè)備，即OLT；將位于邊緣部分的多個節(jié)點(diǎn)認(rèn)為是從設(shè)備，即ONU。MPCP在點(diǎn)對多點(diǎn)的主從設(shè)備之間規(guī)定了一種控制機(jī)制以協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)有效的發(fā)送和接收。

系統(tǒng)運(yùn)行過程中上行方向在一個時(shí)刻只允許一個ONU發(fā)送，位于OLT的高層負(fù)責(zé)處理發(fā)送的定時(shí)、不同ONU的擁塞報(bào)告、以便優(yōu)化PON系統(tǒng)內(nèi)部的帶寬分配。EPON系統(tǒng)通過MPCPDU來實(shí)現(xiàn)OLT與ONU之間的帶寬請求、帶寬授權(quán)、測距等。MPCP涉及的內(nèi)容包括ONU發(fā)送時(shí)隙的分配，ONU的自動發(fā)現(xiàn)和加入，向高層報(bào)告擁塞情況以便動態(tài)分配帶寬。MPCP多點(diǎn)控制協(xié)議位于MACControl子層。MACControl向MAC子層的操作提供實(shí)時(shí)的控制和處理。1、測距技術(shù)·

測距具體過程為：OLT發(fā)出一個測距信息，此信息經(jīng)過OLT內(nèi)的電子電路和光電轉(zhuǎn)換延時(shí)后，光信號進(jìn)入光纖傳輸并產(chǎn)生延時(shí)到達(dá)ONU，經(jīng)過ONU內(nèi)的光電轉(zhuǎn)換和電子電路延時(shí)后，又發(fā)送光信號到光纖并再次產(chǎn)生延時(shí)，最后到達(dá)OLT，OLT把收到的傳輸延時(shí)信號和它發(fā)出去的信號相位進(jìn)行比較，從而獲得傳輸延時(shí)值。·OLT以距離最遠(yuǎn)的ONU的延時(shí)為基準(zhǔn)，算出每個ONU的延時(shí)補(bǔ)償值Td，并通知ONU。·

該ONU在收到OLT允許它發(fā)送信息的授權(quán)后，延時(shí)Td補(bǔ)償值后再發(fā)送自己的信息，這樣各個ONU采用不同的Td補(bǔ)償時(shí)延進(jìn)行調(diào)整自己的發(fā)送時(shí)刻，以便使所有ONU到達(dá)OLT的時(shí)間都相同。·

G.983.1建議要求測距精度為±1bit。

·

測距原理

簡化公式：

L=3.75*RTT2、動態(tài)帶寬分配(DBA)·

通過DBA功能，OLT可以對每個ONU的上下行帶寬進(jìn)行動態(tài)管理，按照ONU的業(yè)務(wù)類型和帶寬需求進(jìn)行，依據(jù)網(wǎng)絡(luò)帶寬使用狀態(tài)來靈活分配ONU的帶寬，試行按需分配，既可以保證相關(guān)業(yè)務(wù)的QoS，又可以方便用戶管理，可以實(shí)現(xiàn)按流量和業(yè)務(wù)類型的管理。3、安全性及可靠性·EPON系統(tǒng)可以對上下行的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，每個ONU可采用專用密鑰以保證其安全性，而且對密鑰可以定期更新。·

在IEEE802.3ah有關(guān)EPON的定義中，專門定義了有關(guān)EPON系統(tǒng)的維護(hù)功能，以利于系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的維護(hù)和故障分析。·

而且G.983.1建議采用雙PON系統(tǒng)，保證EPON系統(tǒng)的可靠性，即用備用的PON保護(hù)工作的PON，一旦工作的PON發(fā)生故障，就切換到備用的PON上。5.3.4EPON的優(yōu)缺點(diǎn)

1、EPON的優(yōu)點(diǎn)（1）相對成本低，維護(hù)簡單，容易擴(kuò)展，易于升級（2）提供非常高的帶寬——EPON目前可以提供上下行對稱的1.25Gbit/s的帶寬（3）服務(wù)范圍大（4）帶寬分配靈活，服務(wù)有保證2、EPON的缺點(diǎn)

（1）受政策制約及運(yùn)營商之間競爭的影響，小區(qū)信息化接入的開展存在較多的變數(shù)。（2）設(shè)備需要一次性投入，在建設(shè)初期如果用戶數(shù)較少時(shí)相對成本較高。5.3.5EPON的組網(wǎng)應(yīng)用實(shí)例1、EPON單獨(dú)組網(wǎng)FTTBFTTH/FTTO2、EPON混合組網(wǎng)FTTB+LAN/WLAN/DSLFTTC+DSL

5.4吉比特?zé)o源光網(wǎng)絡(luò)（GPON）接入技術(shù)

5.4.1GPON的概念與技術(shù)特點(diǎn)

1、GPON的概念

·GPON業(yè)務(wù)是BPON的一種擴(kuò)展，相對于其他的PON標(biāo)準(zhǔn)而言，GPON標(biāo)準(zhǔn)提供了前所未有的高帶寬（下行速率近2.5Gbit/s），上、下行速率有對稱和不對稱兩種，其非對稱特性更能適應(yīng)寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)市場。

GPON(Gigabit-CapablePON)技術(shù)是基于ITU-TG.984.x標(biāo)準(zhǔn)的最新一代寬帶無源光綜合接入標(biāo)準(zhǔn)，具有高帶寬，高效率，大覆蓋范圍，用戶接口豐富等眾多優(yōu)點(diǎn)，被大多數(shù)運(yùn)營商視為實(shí)現(xiàn)接入網(wǎng)業(yè)務(wù)寬帶化，綜合化改造的理想技術(shù)。在GPON標(biāo)準(zhǔn)中，明確規(guī)定需要支持的業(yè)務(wù)類型包括：數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)(Ethernet業(yè)務(wù)，包括IP業(yè)務(wù)和MPEG視頻流)、PSTN業(yè)務(wù)(POTS，ISDN業(yè)務(wù))、專用線(T1，E1，DS3，E3和ATM業(yè)務(wù))和視頻業(yè)務(wù)(數(shù)字視頻)。GPON中的多業(yè)務(wù)映射到ATM信元或GEM幀中進(jìn)行傳送，對各種業(yè)務(wù)類型都能提供相應(yīng)的QoS保證。

基于GPON技術(shù)的設(shè)備基本結(jié)構(gòu)與已有的PON類似，也是由局端的OLT，用戶端的ONT/ONU，連接前兩種設(shè)備由單模光纖(SMfiber)和無源分光器(Splitter)組成的ODN(光分配網(wǎng)絡(luò))以及網(wǎng)管系統(tǒng)組成。圖5-41GPON的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖GPON的技術(shù)特點(diǎn)是在第二層借鑒了ITU-T定義的GFP（GenericFramingProcedure，通用成幀規(guī)程）技術(shù)，擴(kuò)展支持GEM（GeneralEncapsulationMethods）封裝格式，將任何類型和任何速率的業(yè)務(wù)經(jīng)過重組后由PON傳輸，而且GEM幀頭包含幀長度指示字節(jié)，可用于可變長度數(shù)據(jù)包的傳遞，提高了傳輸效率，因此能更簡單、通用、高效地支持全業(yè)務(wù)?！ぷ鳛橐环N電信級的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，GPON還規(guī)定了在接入網(wǎng)層面上的保護(hù)機(jī)制和完整的OAM功能。

·

與EPON直接采用以太網(wǎng)幀不同，GPON標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了一種特殊的封裝方法：GEM。

·GPON可以同時(shí)承載ATM信元和(或)GEM幀，有很好的提供服務(wù)等級、支持QoS保證和全業(yè)務(wù)接入的能力；在承載GEM幀時(shí)，可以將TDM業(yè)務(wù)映射到GEM幀中，使用標(biāo)準(zhǔn)的8kHz(125μs)幀能夠直接支持TDM業(yè)務(wù)。EPON和GPON的區(qū)別：

EPON和GPON相同的部分僅是其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，也就是一對多，下行都是廣播機(jī)制的，上行都是TDMA機(jī)制，事實(shí)上，凡是PON，都是那么個模樣。

至于其數(shù)據(jù)幀的結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)復(fù)用的方式，上下行的帶寬，物理層的性能等，都是不同的。

不管局端設(shè)備（OLT）還是終端設(shè)備（ONU），都是不同的兩種設(shè)備。主要區(qū)別在于采用完全不同的標(biāo)準(zhǔn)；在

應(yīng)用上，GPON比EPON帶寬更大，它的業(yè)務(wù)承載更高效、分光能力更強(qiáng)，可以傳輸更大帶寬業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)更多用戶接入，更注重多業(yè)務(wù)和QoS保證；

但實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜，這樣就是導(dǎo)致其成本相對EPON也較高，但隨著GPON技術(shù)的大規(guī)模部署，GPON和EPON成本差異在逐步縮小。2、GPON的技術(shù)特點(diǎn)

（1）業(yè)務(wù)支持能力強(qiáng)，具有全業(yè)務(wù)接入能力（2）可提供較高帶寬和較遠(yuǎn)的覆蓋距離（3）帶寬分配靈活，有服務(wù)質(zhì)量保證（4）具有保護(hù)機(jī)制和OAM功能（5）安全性高（6）系統(tǒng)擴(kuò)展容易，便于升級（7）技術(shù)相對復(fù)雜、設(shè)備成本較高5.4.2GPON的協(xié)議層次模型與標(biāo)準(zhǔn)

1、GPON協(xié)議層次模型·GPON協(xié)議層次模型主要包括3層：

物理媒質(zhì)相關(guān)層（PMD層）

傳輸匯聚層（TC層）

系統(tǒng)管理控制接口（OMCI）層（1）PMD層·PMD層提供了在GPON物理媒質(zhì)上傳輸信號的手段，其要求參見G.984.2標(biāo)準(zhǔn)，其中規(guī)定了光接口的規(guī)范，包括上下行速率、工作波長、雙工方式、線路編碼、鏈路預(yù)算以及光接口的其他詳細(xì)要求。（2）TC層·TC層是GPON技術(shù)的核心，G.984.3規(guī)定了幀結(jié)構(gòu)、動態(tài)帶寬分配DBA、ONU激活、OAM功能、安全性等方面的要求?！?/p>

TC層包括兩個子層：

成幀子層（FramingSublayer）

適配子層（AdaptationSublayer）●成幀子層的主要作用是：

提供GPON傳輸匯聚（GTC）凈荷和物理層操作管理維護(hù)（PLOAM）的復(fù)用和解復(fù)用、GTC幀頭的生成和解碼（即在發(fā)送端封裝成GTC幀，在接收端進(jìn)行幀拆卸），以及嵌入式OAM的處理；

另外成幀子層還完成測距、帶寬分配、保護(hù)倒換等功能。●適配子層的主要作用是：

用GEM提供對上層協(xié)議和OMCI的適配（即GEM幀的封裝和拆卸），同時(shí)還提供DBA控制等功能。（3）OMCI層·

OMCI提供了對ONU進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和管理的手段，其要求在G.984.4和G.988標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定。2、GPON的標(biāo)準(zhǔn)·

2003年3月ITU-T頒布了描述GPON總體特性的G.984.1和ODN物理媒質(zhì)相關(guān)（PMD）子層的G.984.2GPON標(biāo)準(zhǔn)；

2004年2月和6月發(fā)布了規(guī)范傳輸匯聚(TC)層的G.984.3和系統(tǒng)管理控制接口（OMCI）的G.984.4標(biāo)準(zhǔn)；

2008年3月ITU-T發(fā)布了新的G.984.1和984.3。（1）G.984.1（G.gpon.gsr）·G.984.1標(biāo)準(zhǔn)的名稱是千兆比無源光網(wǎng)絡(luò)的總體特性，該標(biāo)準(zhǔn)主要規(guī)范了GPON系統(tǒng)的總體要求，包括光纖接入網(wǎng)(OAN)的體系結(jié)構(gòu)、業(yè)務(wù)類型、業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)接口(SNI)和用戶網(wǎng)絡(luò)接口(UNI)、物理速率、邏輯傳輸距離以及系統(tǒng)的性能目標(biāo)?！?/p>

G.984.1對GPON提出了總體目標(biāo)，要求ONU的最大邏輯距離差可達(dá)20km，支持的最大分路比為16、32或64，不同的分路比（分光比）對設(shè)備的要求不同?！?/p>

從分層結(jié)構(gòu)上看，ITU定義的GPON由PMD層和TC層構(gòu)成，分別由G.984.2和G.984.3進(jìn)行規(guī)范。（2）G.984.2（G.gpon.pmd）·

G.984.2標(biāo)準(zhǔn)的名稱為千兆比特?zé)o源光網(wǎng)絡(luò)的物理媒體相關(guān)(PMD)層規(guī)范，該標(biāo)準(zhǔn)主要規(guī)范了GPON系統(tǒng)的物理層要求?！.984.2規(guī)定了GPON系統(tǒng)的上、下行速率，有對稱和不對稱幾種?！裣滦?244.16Mbit/s/上行155.52Mbit/s；●下行1244.16Mbit/s/上行622.08Mbit/s；●下行1244.16Mbit/s/上行1244.16Mbit/s；●下行2488.32Mbit/s/上行155.52Mbit/s；●下行2488.32Mbit/s/上行622.08Mbit/s；●下行2488.32Mbit/s/上行1244.16Mbit/s；●下行2488.32Mbit/s/上行2488.32Mbit/s。（3）G.984.3（G.gpon.gtc）·G.984.3標(biāo)準(zhǔn)名稱為千兆比無源光網(wǎng)絡(luò)的傳輸匯聚（TC）層規(guī)范，于2003年完成。·

該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了GPON的TC子層的GTC幀格式、封裝方法、適配方法、測距機(jī)制、QoS機(jī)制、安全機(jī)制、動態(tài)帶寬分配（DBA）、操作維護(hù)管理功能等?！?/p>

G.984.3是GPON系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)要求，它引入了一種新的傳輸匯聚子層，用于承載ATM業(yè)務(wù)流和GEM業(yè)務(wù)流?！?/p>

GEM是一種新的封裝結(jié)構(gòu)，主要用于封裝那些長度可變的數(shù)據(jù)信號和TDM業(yè)務(wù)。（4）G.984.4（GPONOMCI規(guī)范）·G.984.4標(biāo)準(zhǔn)的名稱為GPON系統(tǒng)管理控制接口（OMCI）規(guī)范，2004年6月正式完成?！?/p>

該標(biāo)準(zhǔn)提出了對OMCI的要求，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)多廠家OLT和ONT設(shè)備的互通性。·

而且該標(biāo)準(zhǔn)指定了協(xié)議無關(guān)的MIB管理實(shí)體，模擬了OLT和ONT之間信息交換的過程。5.4.3GPON的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及設(shè)備功能

1、GPON的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)·GPON系統(tǒng)與其他PON接入系統(tǒng)相同，也是由OLT、ONU、ODN三部分組成。·GPON可以靈活地組成樹形、星形、總線形等拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其中典型結(jié)構(gòu)為樹形結(jié)構(gòu)。·

GPON的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖5-41所示。圖5-41GPON的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖2、GPON的設(shè)備功能

（1）光線路終端（OLT）·

具體功能為：①向上提供廣域網(wǎng)接口；②集中帶寬分配、控制光分配網(wǎng)(ODN)；③光/電轉(zhuǎn)換、電/光轉(zhuǎn)換；④實(shí)時(shí)監(jiān)控、運(yùn)行維護(hù)管理光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的功能。（2）光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)·

具體功能為：（1）為用戶提供l0/1OOBase-T、Tl/El和DS-3等應(yīng)用接口；（2）光/電(以太網(wǎng)幀格式）轉(zhuǎn)換、電/光轉(zhuǎn)換；（3）可以兼有適配功能。（3）光分配網(wǎng)絡(luò)（ODN）·ODN是一個連接OLT和ONU的無源設(shè)備，其中最重要的部件是分光器，其作用與APON和EPON中的一樣?！PON系統(tǒng)支持的分光比為1:16//1:32/1:64，隨著光收發(fā)模塊的發(fā)展演進(jìn)，支持的分光比將達(dá)到1:128。5.4.4GPON的工作原理

1、GPON的上、下行傳輸·GPON的工作原理與EPON一樣（只是幀結(jié)構(gòu)不同）。GPON在下行方向（OLT到ONU）采用TDM+廣播方式?！LT以廣播方式將由數(shù)據(jù)包組成的幀經(jīng)由無源光分路器發(fā)送到各個ONU?！?/p>

GPON的下行幀長為固定的125μs，所有ONU都能收到相同的數(shù)據(jù)，但通過ONUID來區(qū)分屬于各自的數(shù)據(jù)。上行方向（ONU到OLT），多個ONU共享信道容量和信道資源，GPON也采用TDMA（時(shí)分多址接入）方式?！?/p>

上行鏈路被分成不同的時(shí)隙，根據(jù)下行幀的USBWMap字段來給每個ONU分配上行時(shí)隙，這樣所有ONU就可以按照一定的秩序發(fā)送自己的數(shù)據(jù)，不會產(chǎn)生為了爭搶時(shí)隙而發(fā)生的數(shù)據(jù)沖突。2、GEM幀

·GEM幀結(jié)構(gòu)如圖5-44所示。·

幀頭包括4個字段，各字段的作用為：

——PLI用于指示凈荷長度，共12bit，即GEM凈荷的長度最多是4095字節(jié)，超過此長度就需要分片。——Port-ID是GEM端口的標(biāo)識，相當(dāng)于APON中的VPI。12bit的Port-ID可以提供4096個不同的端口，用于支持多端口復(fù)用，由OLT分配。——PTI（3bit）用于指示凈荷類型，同時(shí)用于指示在凈荷分片時(shí)是否為一幀中最后一片；——

HEC為13bit，用于幀頭的錯誤檢測和糾正。4、GPON的幀結(jié)構(gòu)（1）GPON下行幀結(jié)構(gòu)·GPON下行幀周期為125μs，若下行速率為2.488Gbit/s，下行幀的長度38880字節(jié)。·

對于1.244Gbit/s的上行速率，上行幀的長度為19440字節(jié)?！?/p>

GPON下行幀結(jié)構(gòu)如圖5-45所示?！PON下行幀包括兩部分：下行物理層控制塊（PCBd）和載荷部分（Payload）?！?/p>

PCBd用于提供幀同步、定時(shí)及動態(tài)帶寬分配等OAM功能。·

載荷部分（Payload）用于透明承載ATM信元或GEM幀。●物理層同步（Physicalsynchronization,Psync）（長度4字節(jié)）——用做ONU與OLT同步；●Ident（長度2字節(jié)）——用作超幀指示，其值為0時(shí)指示一個超幀的開始；●PLOAMd（PLOAMdownstream）（長度13字節(jié)）——用于承載下行PLOAM信息?！馚IP（長度1字節(jié)）——是比特間插奇偶校驗(yàn)8比特碼，用作誤碼監(jiān)測；●Plend（PayloadLengthdownstram）（長度4字節(jié)）——用于說明USBWMap域的長度及載荷中ATM信元的數(shù)目，為了增強(qiáng)容錯性，Plend出現(xiàn)兩次。●USBWMap域（長度N×9字節(jié)）——用于上行帶寬分配，帶寬分配的控制對象是傳輸容器（T-CONT：TransmissionContainer），一個ONU可分配多個T-CONT，每個T-CONT可包含多個具有相同QoS要求的VPI/VCI（用來識別ATM業(yè)務(wù)流）或PortID（用來識別GEM業(yè)務(wù)流），這是GPON動態(tài)帶寬分配技術(shù)中引入的概念，提高了動態(tài)帶寬分配的效率?！NU根據(jù)PCBd獲取同步等信息，并依據(jù)ATM信元頭的VPI/VCI過濾ATM信元，依據(jù)GEM幀頭的PortID過濾GEM幀。（2）GPON上行幀結(jié)構(gòu)·GPON上行幀周期為125μs，幀格式的組織由下行幀中USBWMap域確定，GPON的上行幀結(jié)構(gòu)如圖5-46所示。●上行物理層開銷（PhyscialLayerOverheadupstream，PLOu）——包含前導(dǎo)碼、定界符、BIP、PLOAMu指示及FEC指示，其長度由OLT在初始化ONU時(shí)設(shè)置，ONU在占據(jù)上行信道后首先發(fā)送PLOu單元，以使OLT能夠快速同步并正確接收ONU的數(shù)據(jù)；●PLSu（長度120字節(jié)）——為功率測量序列，用于調(diào)整光功率；●PLOAMu（PLOAMupstream）（長度13字節(jié)）——用于承載上行PLOAM信息，包含ONUID、MessageID、Message及CRC；●DBRu（長度2字節(jié)）——包含DBA（動態(tài)帶寬調(diào)整）域及CRC域，用于申請上行帶寬；●Playload域——填充ATM信元或者GEM幀。5.4.5GPON的關(guān)鍵技術(shù)·

GPON的關(guān)鍵技術(shù)與APON、EPON一樣，主要包括以下幾個方面?！獣r(shí)分多址接入的控制（測距技術(shù)和時(shí)延補(bǔ)償）—快速比特同步—突發(fā)信號的收發(fā)—動態(tài)帶寬分配—安全性和可靠性等5.4.6GPON與APON、EPON的比較GPON課件參考網(wǎng)頁/link?url=CsI1NsNtuq57kZnsKEUZfjsazSiCzU1s-KV85y2-K2qLwiC4gGgot-BPJfPAodXcbIhRJx_bt6M_nfq95Rl0A14_KinUnlWolEN_DtD2HUq5.5有源光網(wǎng)絡(luò)（AON）接入技術(shù)

（Active

Optical

Network—AON）有源光網(wǎng)絡(luò)屬于一點(diǎn)對多點(diǎn)的光通信系統(tǒng)，由ONU、光遠(yuǎn)程終端OLT和光纖傳輸線路組成。分為基于PDH和SDH的AON。數(shù)字復(fù)接技術(shù)：

CCITT推薦兩類數(shù)字速率系列和數(shù)字復(fù)接等級：（1）以北美和日本采用的1.544Mbit/s作基群的數(shù)字速率系列；（2）以歐洲和我國采用的2.048Mbit/s作基群的數(shù)字速率系列。復(fù)接原理：

數(shù)字復(fù)接包括發(fā)送數(shù)字復(fù)接器和接收數(shù)字分接器兩部分。

復(fù)接器：在發(fā)送端把多路信號按TDM方式合并為單路合路信號；

分接器：把合路信號分解為原來的各支路信號。

復(fù)接方式1、按位/按路/按接幀復(fù)：根據(jù)各支路在高次群中的排列方式分

按位復(fù)接：每次只復(fù)接每支路的一位碼元，待各支路第n位碼都取過之后，再依次取各支路的(n+1)位、(n+2)位。

按路復(fù)接:各個支路輪流按順序一次復(fù)接8位碼。

按幀復(fù)接：每次復(fù)接一個支路的一幀數(shù)碼2、同步/異步/準(zhǔn)同步復(fù)接

依照復(fù)接時(shí)各低次群的時(shí)鐘情況分同步復(fù)接：被復(fù)接各支路的時(shí)鐘由同一個總時(shí)鐘供給，各支路時(shí)鐘頻率完全相等的。異步復(fù)接：指時(shí)鐘不同、且沒有統(tǒng)一標(biāo)稱頻率或相應(yīng)關(guān)系的支路信號進(jìn)行復(fù)接的方式。在數(shù)字通信系統(tǒng)中，傳送的信號都是數(shù)字化的脈沖序列。這些數(shù)字信號流在數(shù)字交換設(shè)備之間傳輸時(shí)，其速率必須完全保持一致，才能保證信息傳送的準(zhǔn)確無誤，這就叫做“同步”。準(zhǔn)同步復(fù)接：參與復(fù)接的各低次群信號使用各自的時(shí)鐘但頻差，在一定的范圍內(nèi)，復(fù)接前必須將各支路碼速調(diào)整到統(tǒng)一值。

PCM二次群采用準(zhǔn)同步復(fù)接方式。

二次群同步復(fù)接

二次群由四個基群復(fù)接而成，復(fù)接后的碼速率是8.448Mb／s。每個基群的標(biāo)稱碼速率是2.048Mb／s；四個基群相加的速率為4×2.048＝8.192Mb/s；

在復(fù)接前應(yīng)將各支碼速提高到2.112Mb／s，即每個支路平均每秒插入64Kb／s碼元或每幀插入8bit碼元后，再復(fù)接成二次群碼流。按路復(fù)接PCM二次群同步復(fù)接幀結(jié)構(gòu)

二次群同步復(fù)接原理及其構(gòu)成框圖

PCM準(zhǔn)同步復(fù)接

準(zhǔn)同步復(fù)接前需將每個支路的碼速調(diào)整到2.112

Mb／s

PCM二次群準(zhǔn)同步復(fù)接幀結(jié)構(gòu)由四個基群數(shù)碼按位復(fù)接而成，幀周期100.38μs，幀長848bit，每個復(fù)接支路為212bit。

二次群準(zhǔn)同步復(fù)接基群支路插入碼及信息碼分配示意。二次群準(zhǔn)同步按位復(fù)接幀結(jié)構(gòu)PCM三次群準(zhǔn)同步復(fù)接幀結(jié)構(gòu)同步數(shù)字體系(SDH，SynchronousDigitalHierarchy)

是一種光纖通信系統(tǒng)中的數(shù)字通信體系。它是一套新的國際標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議，使用由發(fā)光二極管發(fā)出的激光或高相關(guān)光束，通過光纖同步傳輸復(fù)用數(shù)字碼流。

指由網(wǎng)絡(luò)單元(如復(fù)用器、數(shù)字交叉連接設(shè)備、分插復(fù)用器等)組成的、在光纖上進(jìn)行同步信息傳輸、復(fù)用和交叉連接的網(wǎng)絡(luò)。這是全球范圍內(nèi)第一個數(shù)字傳輸體制世界標(biāo)準(zhǔn)，其定義速率為N*155.520Mb/s（N=1，2，3，......）SDH特點(diǎn)：

確定了全球光接口標(biāo)準(zhǔn)，使不同廠家的設(shè)備可以互通，節(jié)省成本；

采用模塊化結(jié)構(gòu)和字節(jié)復(fù)用技術(shù)，便于組網(wǎng)和進(jìn)行交換；

幀結(jié)構(gòu)中富余比特多，使網(wǎng)路檢測故障、監(jiān)測傳輸?shù)牡饶芰Υ蟠蠹訌?qiáng)；采用指針調(diào)整技術(shù)，解決了節(jié)點(diǎn)之間由時(shí)鐘差異帶來的問題；

簡化了復(fù)接和分接技術(shù)，上下電路方便，提高通信網(wǎng)的靈活性和可靠性；

完全兼容PDH，還能容納各種新業(yè)務(wù)信號；SDH采用的信息結(jié)構(gòu)等級稱為同步傳送模塊STM－N（SynchronousTransport，N=1，4，16，64）。

最基本的模塊為STM－1，四個STM－1同步復(fù)用構(gòu)成STM－4，16個STM－1或四個STM－4同步復(fù)用構(gòu)成STM－16。SDH的復(fù)用原理與結(jié)構(gòu)

容器（C）是形成網(wǎng)絡(luò)同步虛容器（VC）的信息基本結(jié)構(gòu)，每種已定義的VC都有相應(yīng)的容器（C），已定義的適配功能使得許多常規(guī)網(wǎng)絡(luò)速率（例如2Mbit/s，34Mbit/s）可以進(jìn)入有限數(shù)目的標(biāo)準(zhǔn)容器中。

容器(C)是用來裝載各種速率信號的信息結(jié)構(gòu)。在SDH中定義了五種標(biāo)準(zhǔn)容器C-11、C-12、C-2、C-3和C-4，現(xiàn)有各種速率的信息經(jīng)過適配后都可以裝入其中。虛容器（VC）由虛容器通道開銷（VCPOH）與容器（C）組成。

把低階VCPOH附加在容器（C-1/C-2）上形成低階虛容器（VC-1/VC-2）。而高階VCPOH附加在容器（C-3/C-4）上則形成了高階虛容器（VC-3/VC-4），虛容器通道開銷（VCPOH）為虛容器（VC）的組合與分解提供了條件。

通道開銷的功能包括有虛容器（VC）通道性能監(jiān)視，維護(hù)信號和告警狀態(tài)指示等。支路單元（TU）是在低階通道層和高階通道層間提供適配的信息結(jié)構(gòu)。它由低階VC的信息凈負(fù)荷和指示凈負(fù)荷幀起點(diǎn)相對于高階VC幀起點(diǎn)偏差的TU指針組成。

由一個或多個同一或不同規(guī)模的TU構(gòu)成的混合容器凈負(fù)荷稱為支路單元組（TUG）。

支路單元組（TUG）在高階VC凈負(fù)荷中占有確定的位置。由TUG與高階的VC通道開銷（VCPOH）組成高階虛容器（VC）。

高階虛容器經(jīng)過管理單元指針（AUPTR）處理后形成了管理單元（AU）。

由管理單元（AU）組成管理單元組（AUG）。

W個管理單元組（AUG）組成同步傳送模塊（STM-A）。復(fù)用過程SDH傳輸業(yè)務(wù)信號時(shí)各種業(yè)務(wù)信號要進(jìn)入SDH的幀都要經(jīng)過映射、定位和復(fù)用三個步驟：（1）映射：是指將各種速率的信號先經(jīng)過碼速調(diào)整裝入相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)容器（C），再加入通道開銷（POH）形成虛容器（VC）的過程，幀相位發(fā)生偏差稱為幀偏移；（2）定位：是指將幀偏移信息收進(jìn)支路單元（TU）或管理單元（AU）的過程，它通過支路單元指針（TUPTR）或管理單元指針（AUPTR）的功能來實(shí)現(xiàn)；管理單元指針區(qū)（AUPTR）：用來指示凈負(fù)荷區(qū)內(nèi)的信息首字節(jié)在STM－N幀內(nèi)的準(zhǔn)確位置以便接收時(shí)能正確分離凈負(fù)荷。（3）復(fù)用：是指將多個低價(jià)通道層信號通過碼速調(diào)整使之進(jìn)入高價(jià)通道，或?qū)⒍鄠€高價(jià)通道層信號通過碼速調(diào)整使之進(jìn)入復(fù)用層的過程。

復(fù)用也就是通過字節(jié)交錯間插方式把TU組織進(jìn)高階VC或把AU組織進(jìn)STM-N的過程，由于經(jīng)過TU和AU指針處理后的各VC支路信號已相位同步，因此該復(fù)用過程是同步復(fù)用原理與數(shù)據(jù)的串并變換相類似。與相應(yīng)的PDH系列相比，SDH的系統(tǒng)容量略有減少；但同步數(shù)字體系SDH不僅提高了網(wǎng)絡(luò)利用率，還大幅度提高了通信網(wǎng)的可靠性、靈活性以及對各種業(yè)務(wù)的適應(yīng)性。1、系統(tǒng)簡化·SDH傳輸網(wǎng)用于干線網(wǎng)中，PDH信號作為支路裝入SDH幀結(jié)構(gòu)時(shí)，一般需要經(jīng)歷幾次映射和一次（或多次）指針調(diào)整?！?/p>

而在基于SDH技術(shù)的AON中，接入網(wǎng)業(yè)務(wù)一般只需經(jīng)過一次映射而不必再進(jìn)行指針調(diào)整，所以可以將指針值設(shè)置為一個固定值，即可簡化系統(tǒng)。5.5.3AON中簡化的SDH技術(shù)

2、設(shè)立子速率·SDH的標(biāo)準(zhǔn)速率STM-1即為155.520Mbit/s、622.080M