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1、GPON原理介绍,网络产品技术服务部接入网产品导入团队,Page 1,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。,前 言,Page 2,参考资料,http:/知识中心/接入网/光接入/光接入公共/GPON QoS专题介绍 http:/知识中心/接入网/光接入/光接入公共/FTTx网络配置方案,Page 3,学习完此课程，您将会：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,目 标,Pag
2、e 4,第1章光接入网概述第2章 PON基本概念第3章 GPON协议分析第4章 GPON关键技术第5章 GPON的物理特性,内容介绍,Page 5,接入网的现状,全球电信运营商处在转型过程中：1、业务竞争力的提升：提供更多业务。2、增加ARPU值：多种业务捆绑，降维护成本。3、提升用户忠诚度：提高用户对网络感受满意度，降低用户离网率。要实现转型目标，宽带提速是前提。,Page 6,Service,Access,Core,X.25,ADSL,Ethernet,PSTN,IP,ATM,FR,GSM/GPRS,CDMA,Cable,PDH,SDH,Wireless Voice,Wireless Da
3、ta,High SpeedInternet,Voice,Streaming,Dial-up,VoIP,Message,FTTH GPON,DSL,Wireless,Eth/IP/MPLSAggregation Network,Location&Presence,Message,Online Gaming,Voice,Data,Video,Storage,Directory,接入网的发展趋势All over IP,Page 7,如何解决“距离与带宽”的矛盾,ISDN,HDSL,ADSL,ADSL2+,VDSL 2,xDSL技术,?,xDSL技术很难解决距离与带宽的矛盾,问：怎么办？答：“光进铜退
4、”！采用光纤接入方案！,Page 8,光纤接入网的接入方案,(a)点到点的网络,(b)路边交换网络,(c)无源光网络即:PON,Page 9,ADSL2+,PON,ADSL2+VDSL2,Centre office,Home,VDSL2/POTS,ONT,ADSL2+,10/100Base-T,GE,Curb,Building,GE,FTTC,FTTB,FTTB,FTTH,ADSL2+VDSL2,GE,FTTB,DSL,Best Suitable is the Best Choice,FTTX场景分析,Page 10,第1章光接入网概述第2章 PON基本概念第3章 GPON协议分析第4章 GP
5、ON关键技术第5章 GPON的物理特性,内容介绍,Page 11,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,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 Optica
6、l Splitter）组成；,Passive Optical Splitter 无源分光器,什么是PON?,Page 12,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 Divis
7、ion Multiplex Module 波分复用模块NE Network Element 网络单元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 13,APON:ATM Passive Optical Networks EPON:Ethernet Passive Optical NetworksGE-PON:Giga-bit Ethernet Passive Optical NetworksGPON:Gigabit-capable Passive Optical Networks
8、,EPON,GEPON,GPON,ATM,APON,BPON,Ethernet,EPON,GPON,几种PON标准,Page 14,GPON与EPON的比较,Page 15,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。GPON支持Tripleplay业务，可提供全业务竞争方案可以有效解决双绞线接入的带宽瓶颈，满足用户对高带宽业务的需求，如高清电视、实
9、况转播等，GPON是三网合一的上佳方案。GPON标准完善，综合业务支持好，技术要求高全球大运营商的选择,为什么选择GPON?,Page 16,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。,GPON原理-数据复用,Page 17,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，通过Gemport ID,ONU来识别、区分和过滤属于自己的数据。,GPON原理-下行数据,Page 18,GPON原理-上行数据,TDMA方式：
10、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，这样所有的ONU就可以按照一定的秩序发送自己的数据了，不会产生为了争夺时隙而冲突。,Page 19,GPON提供以下几种异步传输速率：0.15552 Gbit/s up,1.24416 Gbit/s down0.62208 Gbit/s up,1.24416 Gbit/s down1.24416 Gbit/s up,1.24416 Gbit/s down0.15552 Gbit/s up,2.48832 Gbit/s down
11、0.62208 Gbit/s up,2.48832 Gbit/s down1.24416 Gbit/s up,2.48832 Gbit/s down（目前的主流支持速率）2.48832 Gbit/s up,2.48832 Gbit/s down 支持最大逻辑距离为：60km 支持最大物理距离为：20km 支持最大距离差为：20km 分光比为1：64，可升级为1：128,GPON网络基本性能参数,Page 20,第1章光接入网概述第2章 PON基本概念第3章 GPON协议分析第4章 GPON关键技术第5章 GPON的物理特性,内容介绍,Page 21,GPON TC层规格要求GTC复用结构及协议
12、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,GPON网络参数说明保护倒换组网要求,OMCI消息结构介绍OMCI设备管理框架OMCI实现原理简述,PMD层规格要求2.488Gbps下行光接口参数规格要求1.244Gbps上行光接口参数规格要求物理层开销分配,GPON标准协议,Page 22,GPON 协议栈,Page 23,不同的GEM-PORT用Port-ID标识,GPON复用示意图(ATM&GEM),(ATM业务),(GEM业务),Page 24,Physical Control Block Downst
13、ream(PCBd),Payload,AllocID,Start,End,AllocID,Start,End,1,100,200,x,300,500,T-CONT1(ONT 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,
14、T-CONT y(ONT 2),Slot 650,Slot 501,T-CONT x,T-CONT y,Page 25,PLOu,PLOAMu,PLSu,DBRu x,Payload x,DBRu y,Payload y,PLOu,DBRu z,Payload z,PreambleA bytes,DelimiterB bytes,BIP1 bytes,ONU-ID1 bytes,Ind1 bytes,ONU-ID1 bytes,Msg ID1 bytes,Message10 bytes,CRC1 bytes,DBA 1,2,4bytes,CRC1 bytes,GEMheader,Framefr
15、agment,GEMheader,Full frame,GEMheader,Framefragment,PLI12bit,Gem Port ID12bit,PTI3bit,HEC13bit,ONT A,ONT B,Upstream Framing,DBA Report,Pad if needed,GPON上行帧结构,T-CONT y,T-CONT x,T-CONT z,Page 26,GPON系统对以太网帧进行解析，将数据部分直接映射到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 27,TDM
16、,TDM data,PayloadTDM 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。,TDM业务在GPON中的映射方式,Page 28,第1章光接入网概述第2章 PON基本概念第3章 GPON协议分析第4章 GPON关键技术第5章 GPON的物理特性,内容介绍,Page 29,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,
17、突发模块,PON关键技术-突发光电技术,Page 30,快速AGC（光模块）(动态范围 20dB)快速时钟恢复,0#ONU,1#ONU,0#ONT,有快速AGC,无快速AGC,阈值线,PON关键技术-突发光电技术,2#,Page 31,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的上行发送通道。OLT开窗通过将BWmap设置为空，不授权任何时隙来实现。,G
18、PON关键技术-测距,ONT,OLT(in CO),20 km,3 km,12 km,Page 32,什么是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,GPON关键技术DBA,Page 33,提高最大带宽利用率无DBA,利用率40%有DBA,利用率达到80%减小平均时延无DBA:100ms有DBA:10ms,DBA在
19、利用率和延迟指标上带来的优势,Page 34,GPON的状态上报DBA存在3种机制：PLOu-State Ind DBA;（状态指示）DBRu-Piggy-back DBA;（我司采用此机制）Payload DBA;（完整ONU上报),DBA报告类型,Page 35,SR(Status Reporting)-DBA,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
20、。,DBA的两种实现模式,Page 36,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 37,T-CONTs(Transmission Containers)：动态接收OL
21、T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。T-CONT的5种类型，Type1,Type2,Type3,Type4,Type5。,T-CONT带宽术语,Page 38,根据业务的优先级，系统对每个ONU设置SLA，对业务的带宽进行限制。最大带宽和最小带宽是对每个ONU的带宽进行极限限制，保证带宽根据业务的优先级不同而不同，一般语音业务的优先级最高，视频业务优先级次之，数据业务的优先级最低。OLT根据业务和SLA及ONU的实际情况进行带宽许可，优先级高的可以得到更高的带宽，满足业务需求。,T-CONT类
22、型和带宽类型之间的关系,Page 39,DBA 1类型的分配为静态固定分配，等于配置最大带宽，优先分配。DBA 2类型的分配为保证带宽,最大保证带宽,也是配置最大带宽，前2种类型不会参与带宽竞争，超过最大带宽的部分将被丢弃。DBA 3类型为混合保证和非保证带宽，如果可以保证申请带宽，则直接分配，否则将不能分配的部分带宽打上标记和DBA 5类型的TAG部分带宽采用RR（轮巡）方式分配DBA 4类型为不保证类型，只有保证带宽分配后剩余带宽和DBA 5部分剩余带宽申请一起RR调度；DBA 5类型为混合型，首先确保固定带宽，若不够再判断保证带宽是否能够满足要求，如果可以，则直接分配，如果还不满足，则将
23、剩余部分带宽申请打上标记和DBA 3的TAG部分带宽RR调度分配，如果竟争后还不能满足，则剩余带宽与DBA 4竞争。,ONU_ID T-CONT1,ONU_ID T-CONT2,ONU_ID T-CONT3,ONU_ID T-CONT4,ONU_ID T-CONT5,配置最大带宽,保证带宽,竞争带宽,5-1,5-2,3-1,3-2,5-3,5-4,3-4,5-5,5-6,4-1,4-2,1-1,2-1,3-3,5-3,A-B,A：T-CONT类型B：分配步骤,DBA调度算法的实现,固定带宽,Page 40,第1章光接入网概述第2章 PON基本概念第3章 GPON协议分析第4章 GPON关键技术
24、第5章 GPON的物理特性,内容介绍,Page 41,分光器衰减计算分光器的插入损耗(1dB):(Power_input)-(Power_output of all branch),Input,Output,1:2 分光器,2:N 分光器,10 log(0.5)=-3.011:2 分光器衰减为3.01 dB 1:16分光器衰减为12.04 dB 1:64分光器衰减为18.06 dB,光功率衰减,Page 42,光纤衰减和长度有关光纤熔接点的衰减值一般小于0.2dB其他方面，如光纤弯曲等也可能造成衰减,About 0.35 dB per kmfor 1310,1490nm,Huaweis OLT and ONU28 dB(Class B+),光纤衰减和光功率预算,Page 43,GPON接口参数指标（Class B+）,
