GPON原理介紹(華為)總結課件

GPON原理介紹GPON原理介紹前言考慮到未來許多的寬帶應用，越來越多的國家認識到必須盡早突破接入“瓶頸”，而光纖是迄今為止最好的傳輸媒介。本文主要分析GPON技術的產(chǎn)生背景、應用、基本概念和特點，以及GPON系統(tǒng)的管理模式和終端的業(yè)務發(fā)放模式。Page2前言考慮到未來許多的寬帶應用，越來越多的國家認識到必須盡參考資料ITU-T984.1ITU-T984.2ITU-T984.3ITU-T984.4Page3參考資料ITU-T984.1Page3培訓目標學完本課程后，您應該能：掌握GPON的概念及發(fā)展背景理解光網(wǎng)絡架構掌握GPON的主要協(xié)議掌握GPON的關鍵技術了解GPON提供的基本業(yè)務了解GPON系統(tǒng)的管理模式和終端的業(yè)務發(fā)放模式Page4培訓目標學完本課程后，您應該能：Page4目錄PON基本概念光接入網(wǎng)概述GPON協(xié)議分析GPON關鍵技術GPON承載的基本業(yè)務GPON系統(tǒng)的管理和業(yè)務發(fā)放模式Page5目錄PON基本概念Page5目錄PON基本概念光接入網(wǎng)概述GPON協(xié)議分析GPON關鍵技術GPON承載的基本業(yè)務GPON系統(tǒng)的管理和業(yè)務發(fā)放模式Page6目錄PON基本概念Page6什么是PON?PassiveOpticalNetwork無源光網(wǎng)絡OLTONUOpticalLineTerminal光線路終端OpticalNetworkUnit光網(wǎng)絡單元PassiveOpticalSplitter

無源分光器PSTNInternetCATVONUONUPON是一種點到多點（P2MP）結構的無源光網(wǎng)絡；PON由光線路終端OLT（OpticalLineTerminal）、光網(wǎng)絡單元ONU（OpticalNetworkUnit）和無源分光器POS（PassiveOpticalSplitter）組成；PassiveOpticalSplitter

無源分光器Page7什么是PON?PassiveOpticalNetwork<1Mbps3M8M25M100MADSL/ADSL2+CopperBasedVDSL/ADSL2+CopperBasedPONFiberBased2002200320062010時間帶寬互聯(lián)網(wǎng)視頻會議遠程控制接入技術業(yè)務需求VoD標清電視視頻會議Game實況TVVoDHDTV<3km<2km<1km~20km覆蓋半徑為什么選擇GPON?GPON（Gigabit-capablePassiveOpticalNetworks）三大優(yōu)勢：1、更遠的傳輸距離：采用光纖傳輸，接入層的覆蓋半徑20KM；2、更高的帶寬：對每用戶下行2.5G/上行1.25G（物理層）；3、分光特性：局端單根光纖經(jīng)分光后引出多路到戶光纖，節(jié)省光纖資源。標準完善，全球大運營商的選擇Page8<1Mbps3M8M25M100MADSL/ADSL2+VD目錄PON基本概念光接入網(wǎng)概述GPON協(xié)議分析GPON關鍵技術GPON承載的基本業(yè)務GPON系統(tǒng)的管理和業(yè)務發(fā)放模式Page9目錄PON基本概念Page9FTTX場景分析ADSL2+PONADSL2+VDSL2CentreofficeHomeVDSL2ONTADSL2+10/100Base-T1km2kmIPDSLAMGECurbBuildingGESplitter1xNFTTCFTTBFTTBFTTHADSL2+VDSL2GEFTTBDSLPage10FTTX場景分析ADSL2+PONADSL2+CentreWDMONU/ONTNEWDMOLTNEServicenode分光器T參考點V參考點R/SS/RODNUNISNIIFponIFponONUOpticalNetworkUnit光網(wǎng)絡單元ONTOpticalNetworkTerminal光網(wǎng)絡終端ODNOpticalDistributionNetwork光分配網(wǎng)絡OLTOpticalLineTerminal光線路終端WDMWavelengthDivisionMultiplexModule波分復用模塊NENetworkElement網(wǎng)絡單元SNIServiceNodeInterface業(yè)務節(jié)點UNIUserNetworkInterface用戶網(wǎng)絡接口GPON網(wǎng)絡參考模型Page11WDMONU/ONTNEWDMOLTNEServicenoGPON網(wǎng)絡基本性能參數(shù)上行速率(Gbps)下行速率(Gbps)0.155521.244160.622081.244161.244161.244160.155522.488320.622082.488321.244162.488322.488322.48832上行1.24416Gbit/s

，下行

2.48832Gbit/s

是目前可支持的主要速率Page12GPON網(wǎng)絡基本性能參數(shù)上行速率(Gbps)下行速率(GbpGPON網(wǎng)絡基本性能參數(shù)最大邏輯距離60km最大物理傳輸距離20km最大差分距離20km分離器比1：64/upto1：128

ONU

OLT

ONU

距離差:20km

邏輯距離:60km

邏輯分光比:128

UNI

SNI

Page13GPON網(wǎng)絡基本性能參數(shù)最大邏輯距離60km最大物理傳輸距1490nm1310nmGPON原理數(shù)據(jù)復用GPON系統(tǒng)采用WDM技術，實現(xiàn)單纖雙向傳輸（強制）為了分離同一根光纖上多個用戶的來去方向的信號，采用以下兩種復用技術：下行數(shù)據(jù)流采用廣播技術；上行數(shù)據(jù)流采用TDMA技術。Page141490nm1310nmGPON原理數(shù)據(jù)復用GPON目錄PON基本概念光接入網(wǎng)概述GPON協(xié)議分析GPON關鍵技術GPON承載的基本業(yè)務GPON系統(tǒng)的管理和業(yè)務發(fā)放模式Page15目錄PON基本概念Page15ITU-TG.984.3GPONTC層規(guī)格要求GTC復用結構及協(xié)議棧介紹GTC幀結構介紹ONU注冊激活流程DBA規(guī)格要求告警和性能ITU-TG-984.1/2/3/4產(chǎn)品開發(fā)簡單產(chǎn)品兼容性強ITU-TG.984.1GPON網(wǎng)絡參數(shù)說明保護倒換組網(wǎng)要求ITU-TG.984.4OMCI消息結構介紹OMCI設備管理框架OMCI實現(xiàn)原理簡述ITU-TG.984.2PMD層規(guī)格要求2.488Gbps下行光接口參數(shù)規(guī)格要求1.244Gbps上行光接口參數(shù)規(guī)格要求物理層開銷分配GPON標準協(xié)議Page16ITU-TG.984.3ITU-TG-984.1/2/3GPON原理下行數(shù)據(jù)廣播方式：GPON的下行幀長為固定的125us，下行為廣播方式，所有的ONU都能收到相同的數(shù)據(jù)，但是通過GEMportID來區(qū)分不同的ONU的數(shù)據(jù)，ONU通過過濾來接收屬于自己的數(shù)據(jù)。Page17GPON原理下行數(shù)據(jù)廣播方式：GPON的下行幀長為固GPON原理上行數(shù)據(jù)TDMA方式：GPON的上行是通過TDMA（時分復用）的方式傳輸數(shù)據(jù)，上行鏈路被分成不同的時隙，根據(jù)下行幀的upstreambandwidthmap字段來給每個ONU分配上行時隙。Page18GPON原理上行數(shù)據(jù)TDMA方式：GPON的上行是通IFponONUONUONUT-CONTPortT-CONTPortPortT-CONTT-CONTPortPortPortPortPortGPON復用結構GEMPort：業(yè)務的最小承載單位。T-CONT:TransmissionContainers。是一種承載業(yè)務的Buffer。主要用來傳輸上行數(shù)據(jù)的單元，引入T-CONT主要是為了解決上行帶寬動態(tài)分配，以提高線路利用率。IFpon：GPON接口。業(yè)務根據(jù)映射規(guī)則先映射到GEMPort中，然后在映射到T-CONT中進行上行傳輸。GEMport可以靈活的映射到T-CONT中，一個GEMPort可以映射到一個T-CONT中去，多個GEMPort也可以映射到同一個T-CONT中。一個ONU的GPON接口中可以包含一個或多個T-CONT。不同的ONU用ONU-ID標識不同的T-CONT用Alloc-ID標識不同的GEM-PORT用Port-ID標識Page19IFponOOOT-CONTPortT-CONTPortPoGPON協(xié)議棧IPDATADATAMACGEMGTC01010111010101000010101Page20GPON協(xié)議棧IPDATADATAMACGEMGTC010PhysicalControlBlockDownstream(PCBd)PayloadAllocIDStartEndAllocIDStartEnd1100200x300500T-CONT1(ONT1)T-CONTx(ONT2)Slot100Slot200Slot300Slot500PLOuPLOAMuPLSuDBRuxPayloadxDBRuYPayloadyUpstreamBandwidthMap125usDownstreamFramingUpstreamFramingOLTONT1ONT64GPON幀結構AllocIDStartEndy501650ONT21xyT-CONTy(ONT2)Slot650Slot501T-CONTxT-CONTyPage21PhysicalControlBlockDownstrGEMPayloadCRCPTIPortIDPLIGEMFrameEthernetPacketDASFDPreambleInterpacketgapSALength\TypeMACclientdataFECEOF5bytesGPON系統(tǒng)對以太網(wǎng)幀進行解析，將數(shù)據(jù)部分直接映射到GEMPayload中去進行傳輸。GEM幀會自動封裝頭信息。映射的格式清晰，設備很好實現(xiàn)，兼容性好。以太網(wǎng)業(yè)務在GPON中的映射方式Page22GEMCRCPTIPortIDPLIGEMFrameETDMTDMdataPayloadTDMfragmentHECPTIPortIDPLIGEMFrameIngressbufferTDMBufferTDM業(yè)務先導入緩存中進行排隊，并且按照固定的字節(jié)數(shù)復用到GEM幀中進行傳輸。這種方式不對具體的TDM業(yè)務進行感知，只進行透傳處理。GEM幀具有定長的特點，對TDM業(yè)務傳輸非常有利。TDM業(yè)務在GPON中的映射方式Page23TDMTDMdataPayloadHECPTIPortI目錄PON基本概念光接入網(wǎng)概述GPON協(xié)議分析GPON關鍵技術GPON承載的基本業(yè)務GPON系統(tǒng)的管理和業(yè)務發(fā)放模式Page24目錄PON基本概念Page24快速開啟和關斷能力2#ONT0#ONU1#ONU2#ONT連續(xù)模塊0#ONU1#ONU突發(fā)模塊PON關鍵技術突發(fā)光電技術Page25快速開啟和關斷能力2#ONT0#ONU1#ONU2#ONU3ONU2ONU1OLTOLT通過Ranging測距過程獲取ONU的往返延遲RTD（RoundTripDelay），從而指定合適的均衡延時參數(shù)EqD（EqualizationDelay），保證每個ONU發(fā)送數(shù)據(jù)時不會在分光器上產(chǎn)生沖突。Ranging的過程需要開窗，即QuietZone，暫停其他ONU的上行發(fā)送通道。OLT開窗通過將BWmap設置為空，不授權任何時隙來實現(xiàn)。GPON關鍵技術測距ONTOLT(inCO)20km3km12kmPage26ONU3ONU2ONU1OLTOLT通過Ranging測距過DBA概念什么是DBA?DBA,DynamicallyBandwidthAssignment(動態(tài)帶寬分配)DBA是一種能在微秒或毫秒級的時間間隔內完成對上行帶寬的動態(tài)分配的機制為什么需要DBA？可以提高PON端口的上行線路帶寬利用率可以在PON口上增加更多的用戶用戶可以享受到更高帶寬的服務，特別是那些對帶寬突變比較大的業(yè)務Page27DBA概念什么是DBA?Page27DBAGPON系統(tǒng)采用SBA+DBA的方式來實現(xiàn)帶寬的有效利用，GPON系統(tǒng)通過狀態(tài)的上報以及OLT業(yè)務監(jiān)視（非狀態(tài)上報）支持動態(tài)帶寬分配。Page28DBAGPON系統(tǒng)采用SBA+DBA的方式來實現(xiàn)帶寬的有效利PayloadUSBWMapDataReportPCBd下行方向上行方向OLTONT①②③④SR-DBA流程OLT根據(jù)上次計算的結果在下行幀頭中下發(fā)BWMap。ONU根據(jù)帶寬分配信息在規(guī)定的時隙上發(fā)送目前T-CONT中等待發(fā)送的數(shù)據(jù)狀態(tài)報告。OLT收到ONU的狀態(tài)報告后，經(jīng)過DBA計算并更新BWMap，在下一幀進行下發(fā)。ONU收到OLT下發(fā)的BWMap消息后，在指定的時隙上發(fā)送數(shù)據(jù)。Page29PayloadUSBWDataReportPCBd下行方向在OLT處監(jiān)視從NSR-ONU/ONT來的信元數(shù)據(jù)流的算法過程(Procedure)：Step1：在確定的間隔(interval)內監(jiān)視OLT接收到的信元數(shù)目。Step2：通過使用在Step1中的實時監(jiān)控(realtimemonitoring)結果來計算利用速率(utilizationrate)。Step3：通過比較利用速率和極限值，來認識(recognize)擁塞程度。DtijDiDjNSR(NonStatusReporting)-DBANSR-DBA實現(xiàn)Page30在OLT處監(jiān)視從NSR-ONU/ONT來的信元數(shù)據(jù)流的算法過T-CONT帶寬術語T-CONTs(TransmissionContainers)：動態(tài)接收OLT下發(fā)的授權，用于管理PON系統(tǒng)傳輸匯聚層的上行帶寬分配，改善PON系統(tǒng)中的上行帶寬。T-CONT的帶寬類型分為FB,AB,NAB,BE。

T-CONT的5種類型，Type1,Type2,Type3,Type4,Type5。Page31T-CONT帶寬術語T-CONTs(TransmissioT-CONT類型和帶寬類型之間的關系根據(jù)業(yè)務的優(yōu)先級，系統(tǒng)對每個ONU設置SLA，對業(yè)務的帶寬進行限制。最大帶寬和最小帶寬是對每個ONU的帶寬進行極限限制，保證帶寬根據(jù)業(yè)務的優(yōu)先級不同而不同，一般語音業(yè)務的優(yōu)先級最高，視頻業(yè)務優(yōu)先級次之，數(shù)據(jù)業(yè)務的優(yōu)先級最低。OLT根據(jù)業(yè)務和SLA及ONU的實際情況進行帶寬許可，優(yōu)先級高的可以得到更高的帶寬，滿足業(yè)務需求。Page32T-CONT類型和帶寬類型之間的關系根據(jù)業(yè)務的優(yōu)先級，系統(tǒng)對ETH/TDMGEMGTCFlowcontrol/ClassificationGPON業(yè)務承載層GPONQoS處理機制T-CONT/DBAVLAN/COS/PQ/GTS/POLICINGGPON中的QoS處理GTCQoS處理的最小單元是T-CONT，T-CONT可以看作是ONU業(yè)務流的承載容器，調度機制是DBA（動態(tài)帶寬分配）。DBA的算法是GTC的QoS處理性能的關鍵。GEM在GEM層主要是針對每個GEMPort進行業(yè)務流分類，類似于DSLAM的單PVC多業(yè)務的處理方式。針對流分類后的業(yè)務分別進行優(yōu)先級修改、流量監(jiān)管和轉發(fā)處理。ETH/TDMTDM業(yè)務（非電路仿真方式）為面向連接，系統(tǒng)可以通過靜態(tài)配置帶寬嚴格保證面向連接的QoS。ETH業(yè)務（包括電路仿真方式的TDM業(yè)務）主要是基于二層VLAN、COS等標識進行業(yè)務的QoS處理，Page33ETH/TDMGEMGTCFlowcontrol/ClasEndUser1EndUser3ONTEndUser233133211112ONTONT133211133211OLT加密解密解密解密1133211AES:AdvancedEncryptSystem一種國際通用的加密算法GPON系統(tǒng)的AES加密處理GPON支持下行廣播數(shù)據(jù)進行AES128加密處理。只對GEM幀中的Payload進行加密處理。GPON系統(tǒng)定期的進行AES密鑰交換和更新，提高了線路數(shù)據(jù)的可靠性。密鑰更換由OLT發(fā)起密鑰更換請求，ONU響應并將生成的新的密鑰，并分兩部分發(fā)給OLT，且重復發(fā)送三次，OLT收到了新的密鑰后，就要開始進行密鑰切換，將使用新的密鑰的幀號通過相關的命令通知ONU（也是三次），ONU在相應的數(shù)據(jù)幀上切換校驗密鑰。Page34EndUserEndUserONTEndUser331光纖衰減和光功率預算光纖衰減和長度有關光纖熔接點的衰減值一般小于0.2dB其他方面，如光纖彎曲等也可能造成衰減1310nm,1490nm光纖波長每公里衰減0.35dBTableG.984.2–ClassesforopticalpathlossClassAClassBClassB＋ClassCMinimumloss5dB10dB13dB15dBMaximumloss20dB25dB28dB30dBNOTE–1：2分離器理論衰減為3dBHuawei’sOLTandONU28dB(ClassB+)Page35光纖衰減和光功率預算光纖衰減和長度有關1310nm,1490項目單位規(guī)格OLT:OLT最小平均發(fā)送功率dBm+1.5最大平均發(fā)送功率dBm5接收靈敏度dBm-28過載光功率dBm-8ONU:ONU最小平均發(fā)送功率dBm0.5最大平均發(fā)送功率dBm5接收靈敏度dBm-27過載光功率dBm-8GPON接口參數(shù)指標（ClassB+）Page36項目單位規(guī)格OLT:OLT最小平均發(fā)送功率dBm+1.5目錄PON基本概念光接入網(wǎng)概述GPON協(xié)議分析GPON關鍵技術GPON承載的基本業(yè)務GPON系統(tǒng)的管理和業(yè)務發(fā)放模式Page37目錄PON基本概念Page37BRASAAAServerIPCoreASP/ISPCPEMSEEthernetMA5600TSoftswitchInternetIPTVServerMiddle

wareNMSTL1/CORBA

/APIBBserviceplatformCarrier’sOSSNotificationIPTVPhonePCSFU(HG8xx)CPEMDU(MA5606T)VDSL2NSPIPVoiceCBU/MTUE1FEODNSplitterBase

stationPBXPhonePCSBU(OT925)E12G/3GTriple-Play-->Multi-Play業(yè)務承載方式：多Gemport多業(yè)務單Gemport多業(yè)務業(yè)務流映射：user-vlan、802.1P、EthPHY單一或混合的業(yè)務流到Gemport映射規(guī)則GPONTriple-Play端到端解決方案Page38BRASAAAServerIPCoreASP/ISPxDSL線路改造，有利于原來的銅纜資源的利用GPON+xDSL