• 1. GPON原理介绍ISSUE 1.1
  • 2. 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
  • 3. 参考资料http://support.huawei.com/support/知识中心/ 接入网/光接入/光接入公共/GPON QoS专题介绍 http://support.huawei.com/support/知识中心/接入网/光接入/光接入公共/FTTx网络配置方案 Page
  • 4. 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 Page
  • 5. 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
  • 6. 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
  • 7. ServiceAccessCoreX.25ADSLEthernetPSTNIPATMFRGSM/GPRSCDMACablePDHSDHWireless VoiceWireless DataHigh Speed Internet VoiceStreamingDial-upVoIPMessageFTTH GPONDSLWirelessEth/IP/MPLS Aggregation NetworkLocation & PresenceMessageOnline GamingVoiceDataVideoStorageDirectory接入网的发展趋势-All over IP Page
  • 8. 如何解决“距离与带宽”的矛盾ISDNHDSLADSLADSL2+VDSL 2xDSL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”!采用光纤接入方案! Page
  • 9. 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: PONCurb switchCOCOCON subscribersLkmLkmLkmPassiveopticalsplitterN subscribers Page
  • 10. ADSL2+PONADSL2+ VDSL2Centre officeHomeVDSL2ONTADSL2+10/100Base-T1 km2 kmIP DSLAMGECurbBuildingGESplitter1 x NFTTCFTTBFTTBFTTHADSL2+ VDSL2GEFTTBDSLBest Suitable is the Best ChoiceFTTX场景分析 Page
  • 11. 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
  • 12. Passive Optical Network 无源光网络OLTONUOptical Line Terminal 光线路终端Optical Network Unit 光网络单元 Passive Optical Splitter 无源分光器PSTNInternetCATVONUONU 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 Optical Splitter)组成;Passive Optical Splitter 无源分光器什么是PON? Page
  • 13. WDMONU/ONTNEWDMOLTNEService node分光器T参考点V参考点R/SS/RODNUNISNIIFponIFponONU 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 Division 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
  • 14. APON: ATM Passive Optical Networks EPON: Ethernet Passive Optical Networks GE-PON: Giga-bit Ethernet Passive Optical Networks GPON: Gigabit-capable Passive Optical NetworksEPON GEPONGPONATMAPONBPONEthernetEPONGPON几种PON标准 Page
  • 15. P2MPGPONEPON标准ITU.TIEEE速率2.488G/1.244G1.25G/1.25G分光比1:64~1:1281:16~1:64承载ATM, Ethernet, TDMEthernet带宽效率92%72%QOSVery good, including Ethernet, TDM, ATMGood, only ethernet光预算Class A/B/CPx10/Px20DBA标准格式厂家自定义ONT互通OMCI无OAMITU-T G.984 (强)Ethernet OAM(弱,厂家扩展)GPON与EPON的比较 Page
  • 16. 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Triple-play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<1Mbps3M8M25M100MADSL/ADSL2+ Copper BasedVDSL / ADSL2+ Copper BasedPON Fiber Based2002200320062010时间带宽互联网 视频会议 远程控制接入技术业务需求VoD 标清电视 视频会议 Game实况TV VoD HDTV<3km<2km<1km~20km覆盖半径为什么选择GPON? Page
  • 17. 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。1490nm1310nmGPON原理----数据复用 Page
  • 18. GPON提供以下几种异步传输速率: 0.15552 Gbit/s up, 1.24416 Gbit/s down 0.62208 Gbit/s up, 1.24416 Gbit/s down 1.24416 Gbit/s up, 1.24416 Gbit/s down 0.15552 Gbit/s up, 2.48832 Gbit/s down 0.62208 Gbit/s up, 2.48832 Gbit/s down 1.24416 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1:128GPON网络基本性能参数 Page
  • 19. 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
  • 20. ITU-T G.984.3 GPON TC层规格要求 GTC复用结构及协议栈介绍 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ITU-T G.984.1 GPON网络参数说明 保护倒换组网要求ITU-T G.984.4 OMCI消息结构介绍 OMCI设备管理框架 OMCI实现原理简述ITU-T G.984.2 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
  • 21. 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,但是通过ONU ID来区分不同的ONU的数据,ONU 通过过滤来接收属于自己的数据。GPON原理----下行数据 Page
  • 22. TDMA方式: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。GPON原理----上行数据 Page
  • 23. GPON 协议栈 Page
  • 24. IFponO N UO N UO N UT-CONTPortT-CONTPortPortT-CONTT-CONTPortPortPortPortPort不同的ONU用ONU-ID标识不同的T-CONT用Alloc-ID标识不同的GEM-PORT用Port-ID标识GPON复用示意图 (ATM&GEM)IFponO N UO N UO N UT-CONTPVCT-CONTPVCPVCT-CONTT-CONTPVCPVCPVCPVCPVC不同的ONU用ONU-ID标识不同的T-CONT用Alloc-ID标识不同的PVC用VPI/VCI标识(ATM业务)(GEM业务) Page
  • 25. Physical Control Block Downstream (PCBd)PayloadAllocIDStartEndAllocIDStartEnd1100200x300500T-CONT1 (ONT 1)T-CONT x (ONT 2)Slot 100Slot 200Slot 300Slot 500PLOuPLOAMuPLSuDBRu xPayload xDBRu YPayload yUpstream Bandwidth Map125usDownstream FramingUpstream FramingOLT ONT 1ONT 64GPON帧结构AllocIDStartEndy501650 ONT 21xyT-CONT y (ONT 2)Slot 650Slot 501T-CONT xT-CONT y Page
  • 26. PCBd nPayload nPCBd n + 1Payload n+1Psync 4 bytesIdent 4 bytesPLOAMd 13 bytesBIP 1 bytesPlend 4 bytesPlend 4 bytesUS BW Map N*8 bytesFEC Ind 1 bitReserved 1 bitSuper-frame Counter 30 bitsBlen BW Map Length 12 bitsAlen ATM Partition Length 12 bitsCRC 8 bitsAccess 1 8 bytesAccess 2 8 bytes…..Access n 8 bytesAlloc ID 12 bitsFlags 12 bitsSStart 2 bytesSStop 2 bytesCRC 1 byteSend PLS 1 bitSend PLOAMn 1 bitUse FEC 1 bitSend DBRu 2 bitsReserved 7 bits125usCoverage of this BIPCoverage of next BIPDownstream FramingGPON下行帧结构125usONU ID 1 BMessage ID 1 BData 10 BCRC 1B Page
  • 27. PLOuPLOAMuPLSuDBRu xPayload xDBRu yPayload yPLOuDBRu zPayload zPreamble A bytesDelimiter B bytesBIP 1 bytesONU-ID 1 bytesInd 1 bytesONU-ID 1 bytesMsg ID 1 bytesMessage 10 bytesCRC 1 bytesDBA 1,2,4bytesCRC 1 bytesGEM headerFrame fragmentGEM headerFull frameGEM headerFrame fragmentPLI 12bitGem Port ID 12bitPTI 3bitHEC 13bitONT AONT BUpstream FramingDBA ReportPad if neededGPON上行帧结构T-CONT yT-CONT xT-CONT z Page
  • 28. GEM Payload HEC 13bitsPTI 3bitsPort ID 12bitsPLI 12bitsGEM FrameEthernet PacketDASFDPreambleInter packet gapSALength\TypeMAC client dataFECEOF5 bytesGPON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
  • 29. TDMTDM dataPayload TDM fragmentHECPTIPort IDPLIGEM FrameIngress bufferTDM BufferTDM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
  • 30. 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
  • 31. 快速开启和关断能力2# ONT0# ONU1# ONU2# ONT连续模块0# ONU1# ONU突发模块PON关键技术----突发光电技术 Page
  • 32. 快速AGC(光模块)(动态范围 >20dB) 快速时钟恢复0# ONU1# ONU0# ONT有快速AGC无快速AGC阈值线恢复出来的数据到达OLT的信号及阈值建立ONT/ONU发出的信号PON关键技术----突发光电技术2# Page
  • 33. 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。GPON关键技术---测距ONTOLT (in CO)20 km3 km12 km Page
  • 34. 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
  • 35. 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:<10msDBA在利用率和延迟指标上带来的优势 Page
  • 36. 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
  • 37. OLT内部DBA模块不断收集DBA报告信息,进行相关计算,并将计算结果以BW Map的形式下发给各ONU。 各ONU根据BW Map信息在各自的时隙内发送上行突发数据,占用上行带宽。DBA算法逻辑DBA报告BW MapTime slotT-CONTT-CONTT-CONTONU的调度器ONU OLT 控制平面数据平面DBA的实现过程 Page
  • 38. SR(Status Reporting )-DBA PayloadUS BW MapDataReportPCBdD/S DirectionU/S DirectionOLTONT①②③④OLT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。DBA的两种实现模式 Page
  • 39. 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。 DtijDiDj NSR (Non Status Reporting)-DBA NSR-DBA实现 Page
  • 40. T-CONTs (Transmission Containers):动态接收OLT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
  • 41. 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类型和带宽类型之间的关系 Page
  • 42. DBA 1类型的分配为静态分配,保证带宽直接等于配置最大带宽,优先分配 DBA 2类型的分配只需要保证用户的保证带宽。 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-CONT1TAG RRONU_ID T-CONT2ONU_ID T-CONT3ONU_ID T-CONT4ONU_ID T-CONT5RR配置最大带宽保证带宽竞争带宽5-15-23-13-25-35-43-45-55-64-14-21-12-13-35-3A-BA:T-CONT类型 B:分配步骤DBA调度算法的实现固定带宽 Page
  • 43. End User 1End User 3ONTEnd User 233133211112ONTONT133211133211OLT加密解密解密解密1133211 GPON支持下行广播数据进行AES128加密处理。 只对GEM帧中的Payload进行加密处理。 GPON系统定期的进行AES密钥交换和更新,提高了线路数据的可靠性。 密钥更换由OLT发起密钥更换请求,ONU响应并将生成的新的密钥,并分两部分发给OLT,且重复发送三次 ,OLT收到了新的密钥后,就要开始进行密钥切换,将使用新的密钥的帧号通过相关的命令通知ONU(也是三次) ,ONU在相应的数据帧上切换校验密钥。AES: Advanced Encrypt System 一种国际通用的加密算法GPON系统的AES加密处理 Page
  • 44. ONU的激活进程激活进程在OLT控制下工作,ONU应答OLT启动的消息。激活进程的大致步骤为: ONU从OLT接收US_OVERHEAD消息,并调整自身参数。 OLT发现新连接的ONU的序列号(通过广播+随机时延方法) OLT分配ONU-ID给ONU OLT测量来自于ONU的上行流传输的到达相位(测量RTD) OLT通知ONU均衡时延(EqD) ONU根据通知的EqD值及BW Map计算上行数据发送窗口 该过程通过上行/下行流传送的flag和PLOAM消息实现带内数字交换。 Page
  • 45. 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
  • 46. 分光器衰减计算 分光器的插入损耗(<1dB): ∑(Power_input) - ∑(Power_output of all branch) InputOutput1:2 分光器2:N 分光器∵ 10 log(0.5) = - 3.01 ∴ 1:2 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
  • 47. 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 km for 1310,1490nmTable G.984.2 – Classes for optical path lossClass AClass BClass B+Class CMinimum loss5 dB10 dB13 dB15 dBMaximum loss20 dB25 dB28 dB30 dBNOTE – The requirements of a particular class may be more stringent for one system type than for another, e.g. the class C attenuation range is inherently more stringent for TCM systems due to the use of a 1:2 splitter/combiner at each side of the ODN, each having a loss of about 3 dB.Huawei’s OLT and ONU 28 dB (Class B+)光纤衰减和光功率预算 Page
  • 48. ItemsUnitSingle fibreOLT: OLT最小平均发送功率 Mean launched power MINdBm+1.5最大平均发送功率 Mean launched power MAXdBm5接收灵敏度 Minimum sensitivitydBm-28过载光功率 Minimum overloaddBm-8ONU: ONU最小平均发送功率 Mean launched power MINdBm0.5最大平均发送功率 Mean launched power MAXdBm5接收灵敏度 Minimum sensitivity dBm-27过载光功率 Minimum overloaddBm-8GPON接口参数指标(Class B+) Page
  • 49. IFponIFponIFpon1:N分光器OLTONU#1ONU#N备用光纤Type A 光纤备份IFponIFponIFpon2:N分光器OLTONU#1ONU#NType B OLT端口备份IFpon 设备没有任何备份措施. 主干光纤故障后,由人工切换至备用光纤. 业务肯定中断,中断时间取决于线路恢复时间. 如果到用户的线路故障,业务就会中断,无法备份。 OLT设备上有两个GPON接口. 此种保护方式仅限于主干光纤出现故障时,系统会自动切换到备用系统,实现了对骨干光纤的保护。 保护对象仅限于OLT与ODN之间的光纤故障和OLT单板硬件故障,对其他类型的故障没有涉及,可能存在严重安全隐患,无法满足客户需求。 无法定位故障。  GPON网络保护方式 Page
  • 50. IFponIFponIFpon2:N分光器OLTONU#1ONU#NType C 全备份方式IFponIFponIFpon2:N分光器OLT和ONT上均有两个GPON接口。OLT的GPON接口要工作在1:1模式下。 此种保护方式一种全保护光纤倒换方式,OLT与ONU之间有完全不同的两条通路,可以保证各种故障都得到恢复 。 当ONU的主用PON口或用户线路故障时,ONU会自动将业务倒换到备用PON口上,业务通过备用线路和OLT的备份端口上行。业务基本不会中断。 实现难度较大,成本较高。 其中一个端口试种处于空闲状态,造成系统带宽利用率低。  GPON网络保护方式 Page
  • 51. IFponIFponIFpon2:N分光器OLTONU#1ONU#NType D 混和备份方式IFponIFpon2:N分光器1:2分光器1:2分光器OLT上有两个GPON接口。OLT的GPON接口要工作在1+1模式下。 此种保护方式一种全保护光纤倒换方式,OLT与ONU之间有完全不同的两条通路,可以保证各种故障都得到恢复,包括无源分光器故障,链路都可以自动恢复 。 此种网络中支持ONU混合方式,可以是带一个PON口的,也可以是带两个PON口的,根据用户的实际需要选择。 实现难度较大,成本较高。 GPON网络保护方式 Page
  • 52. (本页无文本内容)