GPON畢業(yè)設(shè)計

.一選題意義及背景隨著信息技術(shù)的發(fā)展，人們對以固話網(wǎng)、電視廣播網(wǎng)、internet數(shù)據(jù)網(wǎng)為代表的電信服務(wù)有了越來越高的需要，但不同網(wǎng)絡(luò)的重復(fù)投資造成資源的浪費，以及管理的成本增加，基于三網(wǎng)融合技術(shù)的飛速發(fā)展推動了給接入網(wǎng)性能的提高。目前，對于新建的有高帶寬業(yè)務(wù)需求的高檔小區(qū)（主要是高檔別墅和高檔公寓），PON技術(shù)被廣泛應(yīng)用到三網(wǎng)融合的接入網(wǎng)建設(shè)中，該課題選擇EPON或者GPON技術(shù)，進(jìn)行完整的光纖接入網(wǎng)設(shè)計，具有較強(qiáng)的工程實踐價值。二畢業(yè)設(shè)計（論文）主要內(nèi)容： 以某具體小區(qū)為設(shè)計對象，將PON技術(shù)應(yīng)用到現(xiàn)代化小區(qū)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，主要完成：1.PON相關(guān)技術(shù)的分析；2.針對具體的小區(qū)，設(shè)計該小區(qū)的接入網(wǎng)的方案，包括元件的選擇、工程概況分析、施工圖設(shè)計、概預(yù)算文件的編制、施工等。三計劃進(jìn)度：第八周：查找資料，確定論文大綱第九周：方案的規(guī)劃設(shè)計第十周：利用設(shè)備進(jìn)行方案的仿真實驗第十一周：寫論文 第十二周：修改論文第十三周：準(zhǔn)備答辯四畢業(yè)設(shè)計（論文）結(jié)束應(yīng)提交的材料：1、基于PON技術(shù)的施工圖設(shè)計方案2、概預(yù)算文件3、畢業(yè)論文指導(dǎo)教師 教研室主任 年 月 日年 月 日 摘要本論文首先闡述了接入網(wǎng)的概念及發(fā)展歷程，介紹了GPON以及它的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，重點研究了GPON的關(guān)鍵技術(shù)，通過與EPON的比較，得出了GPON高帶寬、高效率、高分光比、長距離傳輸、覆蓋范圍廣、用戶接口豐富等優(yōu)點。其次從OLT設(shè)備安裝設(shè)計、ONU設(shè)備安裝設(shè)計、光分路器配置等方面重點分析了GPON的設(shè)計接入原則，具體分析了GPON在FTTx中的應(yīng)用模式。最后將GPON技術(shù)應(yīng)用到毓秀華庭小區(qū)的FTTH建設(shè)中，通過對用戶高速上網(wǎng)、IP話音、視頻通信、網(wǎng)絡(luò)游戲、VOD等需求分析，設(shè)計了基于GPON的FTTH組網(wǎng)方案，進(jìn)行了詳細(xì)施工接入設(shè)計和工程預(yù)算，實現(xiàn)了該小區(qū)的多業(yè)務(wù)融合接入，體現(xiàn)出GPON是目前三網(wǎng)融合、光纖到戶的最佳解決方案。關(guān)鍵詞：GPON；接入網(wǎng)；FTTH;.AbstractThis paper first describes the concept and development of access network, introduces the GPON and its architecture, focusing on the key technologies of GPON, compared with EPON, the GPON high bandwidth, high efficiency, high light ratio, long distance transmission, wide coverage, the advantages of rich user interface. Secondly, from the OLT equipment installation design, ONU equipment installation design, optical splitter configuration and other important aspects of the design of access principle of GPON, analyzed the application of GPON in FTTx mode. Finally, GPON technology will be applied to the Yuxiu Vista area in the construction of the FTTH, through the analysis of the user IP high-speed Internet access, voice, video communication, network game, VOD requirements, design the FTTH networking scheme based on GPON, has carried on the detailed design and implementation of the project budget, the multi service access in the area of the reflecting fusion, GPON is the best solution to the integration of three networks, fiber to the home.Key words：GPON；Access network；FTTH;.目錄摘要IAbstractII第一章 緒論11.1 選題的背景及其意義11.2 接入網(wǎng)的概念及發(fā)展歷程1第二章 GPON的技術(shù)分析22.1 GPON的簡介22.2 GPON的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)22.3 GPON與EPON的比較32.4 GPON的關(guān)鍵技術(shù)42.4.1 GPON的傳輸復(fù)用方式及幀結(jié)構(gòu)42.4.2 GEM封裝技術(shù)82.4.3 動態(tài)帶寬分配（DBA）82.4.4 層次化QoS技術(shù)92.4.5 TDMoGEM技術(shù)92.4.6 GPON安全技術(shù)9第三章 基于GPON的接入網(wǎng)分析113.1 GPON設(shè)計接入原則113.1.1 OLT 設(shè)備安裝設(shè)計原則113.1.2 ONU 設(shè)備的安裝設(shè)計原則113.1.3 光分路器(OBD)配置原則113.1.4 光通道衰減核算原則113.1.5 GPON保護(hù)機(jī)制原則123.1.6 容量測算原則123.2 GPON在FTTx中的應(yīng)用模式143.2.1 FTTB應(yīng)用模式143.2.2 FTTH應(yīng)用模式143.3 典型PON網(wǎng)絡(luò)建設(shè)案例143.3.1 商務(wù)樓宇建設(shè)案例143.3.2 多層小區(qū)建設(shè)案例163.3.3 高層小區(qū)建設(shè)案例193.3.4 聯(lián)體別墅建設(shè)案例21第四章 基于GPON的小區(qū)FTTH方案224.1 需求分析224.2 設(shè)計方案224.2.1 FTTH組網(wǎng)方案224.2.2 施工設(shè)計234.3 工程預(yù)算25第五章 總結(jié)28參考文獻(xiàn)29附錄30致謝31;.第一章 緒論1.1 選題的背景及其意義隨著信息技術(shù)的發(fā)展，人們對以固話網(wǎng)、電視廣播網(wǎng)、internet數(shù)據(jù)網(wǎng)為代表的電信服務(wù)有了越來越高的需要，但不同網(wǎng)絡(luò)的重復(fù)投資造成資源的浪費，以及管理的成本增加，基于三網(wǎng)融合技術(shù)的飛速發(fā)展推動了給接入網(wǎng)性能的提高。目前，對于新建的有高帶寬業(yè)務(wù)需求的高檔小區(qū)（主要是高檔別墅和高檔公寓），PON技術(shù)被廣泛應(yīng)用到三網(wǎng)融合的接入網(wǎng)建設(shè)中，該課題選擇EPON或者GPON技術(shù)，進(jìn)行完整的光纖接入網(wǎng)設(shè)計，具有較強(qiáng)的工程實踐價值。1.2 接入網(wǎng)的概念及發(fā)展歷程所謂接入網(wǎng)是指骨干網(wǎng)絡(luò)到用戶終端之間的所有設(shè)備。其長度一般為幾百米到幾公里，因而被形象地稱為“最后一公里”。由于骨干網(wǎng)一般采用光纖結(jié)構(gòu)，傳輸速度快，因此，接入網(wǎng)便成為了整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的瓶頸。接入網(wǎng)的接入方式包括銅線（普通電話線）接入、光纖接入、光纖同軸電纜（有線電視電纜）混合接入和無線接入等幾種方式。通信網(wǎng)發(fā)展至今，發(fā)生了天翻地覆的變化，從模擬到數(shù)字，從電纜到光纜，從PDH到SDH，從STM到ATM，從ATM到IP/DWDM，一代又一代新技術(shù)、新系統(tǒng)層出不窮。然而，絕大多數(shù)新技術(shù)、新系統(tǒng)都是應(yīng)用于骨干網(wǎng)中，用戶接入網(wǎng)仍為模擬雙絞線技術(shù)所主宰。由于社會經(jīng)濟(jì)和通信技術(shù)的發(fā)展，單純的語音業(yè)務(wù)已難以滿足用戶和市場的需求，特別是光纖技術(shù)的出現(xiàn)，以及用戶對新業(yè)務(wù)，尤其是對寬帶圖象和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求增加，給整個網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)帶來了影響，同時也為用戶接入網(wǎng)的改造和更新帶來了轉(zhuǎn)機(jī)。總之，用戶對寬帶綜合業(yè)務(wù)的需求和通信技術(shù)的迅速發(fā)展成為接入網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的兩大原動力。隨著電信行業(yè)壟斷市場消失和電信網(wǎng)業(yè)務(wù)市場的開放，電信業(yè)務(wù)功能、接入技術(shù)的不斷提高，接入網(wǎng)也伴隨著發(fā)展，主要表現(xiàn)在以下幾點：接入網(wǎng)的復(fù)雜程度在不斷增加。不同的接入技術(shù)間的競爭與綜合使用，以及要求對大量電信業(yè)務(wù)的支持等，使得接入網(wǎng)的復(fù)雜程度增加。接入網(wǎng)的服務(wù)范圍在擴(kuò)大。隨著通信技術(shù)和通信網(wǎng)的發(fā)展，本地交換局的容量不斷擴(kuò)大，交換局的數(shù)量在日趨減少，在容量小的地方，改用集線器和復(fù)用器等，這使接入網(wǎng)的服務(wù)范圍不斷擴(kuò)大。接入網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化程度日益提高。在本地交換局逐步采用基于V5.X標(biāo)準(zhǔn)的開放接口后，電信運營商更加自由地選擇接入網(wǎng)技術(shù)及系統(tǒng)設(shè)備。接入網(wǎng)應(yīng)支持更高檔次的業(yè)務(wù)。市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，促使商業(yè)和公司客戶要求更大容量的接入線路用于數(shù)據(jù)應(yīng)用，特別是局域網(wǎng)互連，要求可靠性、短時限的連接。隨著光纖技術(shù)向用戶網(wǎng)的延伸，CATV的發(fā)展給用戶環(huán)路發(fā)展帶來了機(jī)遇。支持接入網(wǎng)的技術(shù)更加多樣化。盡管目前在接入網(wǎng)中光傳輸?shù)暮吭诓粩嘣黾?，但如何更好地利用現(xiàn)有的雙絞線仍受重視，但對要求快速建設(shè)的大容量接入線路，則可選用無線鏈路。光纖技術(shù)將更多的應(yīng)用于接入網(wǎng)。隨著光纖覆蓋擴(kuò)展，光纖技術(shù)也將日益增多地用于接入網(wǎng)，從發(fā)展的角度看，SDH、ATM、IP/DWDM目前僅適用于主干光纜段和數(shù)字局端機(jī)接口，隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展，光纖接口將進(jìn)一步擴(kuò)展到路邊，并最終進(jìn)入家庭，真正實現(xiàn)寬帶光纖接入，實現(xiàn)統(tǒng)一的寬帶全光網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，因此，電信網(wǎng)絡(luò)將真正成為本世紀(jì)信息高速公路的堅實網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。第二章 GPON的技術(shù)分析2.1 GPON的簡介GPON(Gigabit-CapablePON)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，被運營商視為實現(xiàn)接入網(wǎng)業(yè)務(wù)寬帶化，綜合化改造的理想技術(shù)1。無源光網(wǎng)絡(luò)是一種采用點到多點（P2MP）結(jié)構(gòu)的單纖雙向光接入網(wǎng)，其典型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為樹型或星型，由網(wǎng)絡(luò)側(cè)的OLT、光分配網(wǎng)(ODN)、用戶側(cè)的ONU和網(wǎng)管系統(tǒng)組成，根據(jù)ONU擺放的位置，GPON系統(tǒng)可能的應(yīng)用包括FTTH、FTTO、FTTB、FTTC等場合2。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，GPON下行最大速率為2.5Gbps，上行為1.25Gbps，分光比最大為1：64，其非對稱特性更能適應(yīng)寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)市場3。提供QoS的全業(yè)務(wù)保障，同時承載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。做為電信級的技術(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。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)、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。2.2 GPON的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)GPON系統(tǒng)主要由OLT(光線路終端)、ODN(光分配網(wǎng)絡(luò))、ONU(光網(wǎng)絡(luò)單元)組成,其中ODN由光分路器和光纖線路等組成。所謂“無源”，是指ODN中不含有任何有源電子器件及電子電源，全部由光纖和光分/合路器（Splitter）等無源光器件組成，沒有昂貴的有源電子設(shè)備4。OLT放置于業(yè)務(wù)接入中心節(jié)點,為接入網(wǎng)提供網(wǎng)絡(luò)側(cè)與城域網(wǎng)之間的接口,通過多個GE/FE接口上聯(lián)不同的業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò);ONU放置于小區(qū)或樓內(nèi)機(jī)房,為接入網(wǎng)提供用戶側(cè)的接口,提供語音、數(shù)據(jù)、視頻等多業(yè)務(wù)流的接入,通過GE光口經(jīng)ODN上聯(lián)至OLT，如圖2.1為GPON的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖2.1 GPON系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.3 GPON與EPON的比較同EPON相比，GPON的主要優(yōu)勢為：更高的帶寬和更大的分光比。GPON采用上下行不對稱寬帶分配方式，上行125G，下行25G，優(yōu)于EPON采用上下行都是125G的對稱寬帶分配方式；且GPON光纖利用率高，最大分光比可達(dá)1：128，EPON只有1：32。傳輸距離遠(yuǎn)，覆蓋范圍大。支持最大理論距離為60KM，支持最大物理距離為20KM，支持最大距離差為20KM。承載業(yè)務(wù)豐富。GPON網(wǎng)絡(luò)可以承載Ethemet業(yè)務(wù)、TDM業(yè)務(wù)、iTv業(yè)務(wù)等，綜合業(yè)務(wù)支持好，是三網(wǎng)融合的最佳方案。GPON標(biāo)準(zhǔn)完善，對各種業(yè)務(wù)類型都能提供相應(yīng)的QoS保證，還規(guī)定了在接入網(wǎng)層面上的保護(hù)機(jī)制，光纖自動倒換時間小于50ms，并具有完整OAM 功能5。總結(jié)起來，GPON和EPON的區(qū)別如表2.1所示?？梢哉f，盡管EPON從成本和目前的市場狀況來看占據(jù)了一定的優(yōu)勢，但是GPON具有更遠(yuǎn)的傳輸距離，更高的帶寬，以及更為優(yōu)良的分光特性。如果說EPON代表了目前的主流，那么GPON就是未來的發(fā)展趨勢6。P2MPP2PGPONEPON標(biāo)準(zhǔn)ITU.TIEEEIEEE 802.3ah速率2.488G/1.244G1.25G/1.25G100M1G分光比1:641:1281:161:321:1承載ATM,Ethernet,TDMEthernetEthernet帶寬效率92%72%80%QOSVery good，Including Ethernet，TDM,ATMGood,Only athernetGood,dedicatebandwidth光預(yù)算Class A/B/CPx10/Px20/測距EoD邏輯等距RTT/DBA標(biāo)準(zhǔn)格式廠家自定義/TDM支持TDM over Ethernet（PWE3,CESoEthernet or native TDM)TDM over Ethernet（PWE3,CESoEthernet )Good,dedicatebandwidthONT互通OMCI無NoneOAMITU-T G.984(強(qiáng))Ethernet OAM(弱，廠家擴(kuò)展)IEEE 802.3ahOPEX低OPEX中OPEX/表2.1 GPON與EPON的對比2.4 GPON的關(guān)鍵技術(shù)2.4.1 GPON的傳輸復(fù)用方式及幀結(jié)構(gòu)與APON、EPON相比，GPON最主要的區(qū)別表現(xiàn)在傳輸匯聚幀結(jié)構(gòu)上。GPON通過ATM和GFP兩種協(xié)議承載不同類型的用戶數(shù)據(jù)。它的上、下行幀長均為125s，下行采用TDM方式，上行采用TDMA接入技術(shù)。上行幀由復(fù)用的突發(fā)傳輸時隙（slot）組成，每幀包括一個或多個光網(wǎng)絡(luò)單元的傳輸時隙，通過下行幀的上行帶寬映射（US BWmap）域指示相應(yīng)光網(wǎng)絡(luò)單元的上行數(shù)據(jù)發(fā)送。1.GPON的下行傳輸方式OLT下行業(yè)務(wù)采用廣播方式，OLT將業(yè)務(wù)封裝入GPON封裝方式（GPON Encapsulation Method，GEM）幀中，然后若干個GEM幀組成GPON傳輸匯聚（GPON Transmission Convergence，GTC）幀，下行傳送。在ONU根據(jù)GEM幀中封裝的Gemport ID進(jìn)行過濾。下行具有兩種類型的通道，單播Gemport通道和組播Gemport通道。（1）單播Gemport通道單播Gemport通道，表示OLT發(fā)送的數(shù)據(jù)只是傳送給某個特定的ONU，只有一個配置了這個單播Gempor的ONU會接收這個數(shù)據(jù)，如圖2.2所示。（2）組播Gemport通道組播Gemport通道，表示OLT發(fā)送的數(shù)據(jù)是傳送給一組ONU，存在若干個ONU配置了這個組播Gemport，這些ONU都會接收這個數(shù)據(jù)，由于ONU往往具有若干個UNI接口，一般對于組播Gemport通道會結(jié)合組播Gemport ID與組播媒介接入控制（Medium Access Control，MAC）地址一起進(jìn)行過濾操作，如圖2.3所示。FCSFCSpayloadT/LDASApayloadT/LDASApayloadHECPort-id=1PTIPLIGEM1GEM3GEM2GEM1PCBONU2Portid=1ONU2Portid=2ONU3Portid=3OLT125s根據(jù)PORT-ID進(jìn)行過濾圖2.2 單播通道FCSFCSpayloadpayloadpayloadT/LT/LSASADA=YDA=YHECPTIPortid=xPLIGEM1GEM2GEM3GEM1PCBOLTONU2Portid=1Portid=xMA=YONU2Portid=2Portid=xMA=YONU3Portid=3Portid=xMAY125sPortid=x構(gòu)成廣播域MA=組播地址表項Y是組播地址圖2.3 組播通道2.GPON的上行傳輸方式GPON上行業(yè)務(wù)采用TDMA方式，ONU將業(yè)務(wù)封裝入GEM幀中，然后若干個GEM幀組成一個T-CONT，在分配的時間片內(nèi)傳送。OLT上行只有一種類型，如圖2.4所示。GEM2ploploploploploploGEM1GEM1GEM3GEM3GEM2FCSFCSpayloadpayloadpayloadT/LT/LSASADADAONU2Portid=1ONU2Portid=2ONU3Portid=3Port-id=1HECPTIPLI125s上行數(shù)據(jù)用PORTID進(jìn)行隔離復(fù)用OLT圖2.4 上行通道3.GPON的幀結(jié)構(gòu)GPON系統(tǒng)的協(xié)議主要有物理媒質(zhì)相關(guān)層和GPON傳輸匯聚層（GTC）組成。如圖2.5所示，其中層又包括兩個子層：GTC成幀子層和TC適配子層。GTC層主要實現(xiàn)GEM（傳感器網(wǎng)絡(luò)）客戶接口和管理和控制接口（OMCI）的適配和封裝。OMCIPLOAMOMCI適配GEM TC適配GPON傳輸匯聚（TC）層DBA控制TC適配子層GTC成幀子層GPON物理媒質(zhì)相關(guān)子層GEM Client圖2.5 GPON系統(tǒng)協(xié)議棧GPON GTC的TC幀結(jié)構(gòu)分為下行幀結(jié)構(gòu)和上行幀結(jié)構(gòu)，如圖2.6所示，兩者不對稱。其中下行幀結(jié)構(gòu)采用125s長度的幀結(jié)構(gòu)。而上行幀結(jié)構(gòu)是按照125s劃分的虛擬幀結(jié)構(gòu)。PCBd n凈荷nPCBdn+1凈荷n+1Slot RSlot 0Slot 0Slot 1Slot RSlot 1TP-Frame=125s上行虛擬幀TX時長1字節(jié)下行上行圖2.6 GTC的TC幀結(jié)構(gòu)（1）GPON下行幀結(jié)構(gòu)GPON的下行幀格式包括下行物理層控制塊頭（Physical Control Block downstream，PCBd）和凈荷兩個部分組成。如圖2.7所示，PCBd提供幀同步、定時及動態(tài)寬帶分配等操作管理維護(hù)（Operation Administration and Maintenance，OAM）功能；凈荷部分透明封裝GEM幀。ONU依據(jù)PCBd獲取同步等信息，依據(jù)GEM幀頭的Port ID過濾GEM幀。PCBd中的US BWmap用于指示OLT分配給ONU的時間片，如圖2.8所示。SStart用于指示分配時隙的開始時間。該時間以字節(jié)為單位，在上行幀中從0開始，并限制上行幀的大小不超過65536字節(jié)，可滿足2.488Gbit/s的上行速率要求。SStop用于指示分配時隙的結(jié)束時間。凈荷Psync4字節(jié)Ident4字節(jié)BIP4字節(jié)PLOAMd13字節(jié)Plend4字節(jié)Plend4字節(jié)US BWmapN8字節(jié)BIP覆蓋區(qū)域下一個BIP覆蓋區(qū)域 PCBd圖2.7 PCBd組成US BWmapN*8字節(jié)Access18字節(jié)Access18字節(jié)AccessN8字節(jié)Access的數(shù)目是變化的SStart2字節(jié)SStop2字節(jié)CRC1字節(jié)CRC覆蓋范圍Alloc-ID 12bitFlags12bit圖2.8 GTC帶寬映射分配結(jié)構(gòu)（2）GPON上行幀結(jié)構(gòu)GPON的上行幀是按照125s劃分的虛擬幀結(jié)構(gòu)，實際是由若干個突發(fā)時間片構(gòu)成，時間片的長度由下行幀中US BW Map域確定。如圖2.9所示，GPON的上行幀結(jié)構(gòu)中的突發(fā)時間片包括上行物理層開銷（Physical Layer Overhead upstream，PLOu）、物理層OAM（Physical Layer Operations, Administration and Maintenance，PLOAMu）、PLSu、DBRu以及凈荷。PLOu主要用于OLT進(jìn)行突發(fā)同步，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)；PLOAMu（PLOAM upstream）用于承載上行PLOAM信息，包含ONU ID、Message ID及CRC，長度13字節(jié)；PLSu為功率測量序列，現(xiàn)在已經(jīng)基本廢除；DBRu用于上報相關(guān)信息凈荷域透明封裝幀。Delirniterb bytesBIP1byteONU-ID1byte1nd1byteONU-ID1byteMag-ID1byteCNC1byteCRC1byteDBA1，2，4bytesMessage10bytesPLOuPLOAMuPLSuDBRuPayloadStart Time指示字節(jié)邊界Preamble a bytes圖2.9 GPON上行幀結(jié)構(gòu)的突發(fā)時間片構(gòu)成2.4.2 GEM封裝技術(shù)為克服ATM承載IP業(yè)務(wù)開銷大的缺點，GPON的業(yè)務(wù)封裝采用了GEM幀，該協(xié)議能完成對以太網(wǎng)業(yè)務(wù)、Native TDM業(yè)務(wù)的適配，如圖2.10所示。其中PLI用于下一個幀頭定界，以及確定當(dāng)前GEM幀的凈荷長度，PLI以字節(jié)為單位指示幀頭后面的凈荷段長度，由于PLI域只有12比特，所以最多可指示4095字節(jié)。如果用戶數(shù)據(jù)幀大于這個值，則必須要分成小于4095字節(jié)的碎片；Port ID為12比特，Port ID用來提供PON中4096個不同的業(yè)務(wù)流標(biāo)識，以實現(xiàn)業(yè)務(wù)流復(fù)用。每個Port-ID包含一個用戶傳送流。在一個Alloc-ID或T-CONT中可以有一個或多個Port-ID傳輸；PTI用作分段指示；HEC為頭校驗，用于幀的同步與幀頭保護(hù)。GEM幀的凈荷可以封裝以太網(wǎng)業(yè)務(wù)或者Native TDM業(yè)務(wù)，由于GEM幀的凈荷最長只能是4095字節(jié)，而以太網(wǎng)Jumbo幀長可達(dá)到9K，因此封裝以太網(wǎng)業(yè)務(wù)時可能會對以太網(wǎng)幀進(jìn)行分片處理。凈荷長度指示凈荷類型指示PTI3bitsHEC13bitsPort ID12bits凈荷段L BytesPLI12bits圖2.10 GEM幀結(jié)構(gòu)2.4.3 動態(tài)帶寬分配（DBA）動態(tài)帶寬分配（Dynamic Bandwidth Assignment，DBA）技術(shù)是指通過GPON系統(tǒng)中各個ONU的上行使用帶寬實時動態(tài)的改變來適應(yīng)用戶速率的各種變化，以提高系統(tǒng)的帶寬利用率的技術(shù)。PON系統(tǒng)的上行接入一般采用中央控制按需分配和固定分配相結(jié)合的方式，也就是ITU-T G.983.4規(guī)定的靜態(tài)帶寬分配和動態(tài)帶寬分配兩種方式，按照業(yè)務(wù)等級進(jìn)行優(yōu)先級分配。對于GPON中的數(shù)據(jù)通信這種變速率業(yè)務(wù)，用靜態(tài)帶寬分配是不合適的，需要通過動態(tài)帶寬分配使系統(tǒng)帶寬利用率大幅度提高，即DBA技術(shù)根據(jù)ONU的突發(fā)業(yè)務(wù)的要求，通過在ONU之間動態(tài)調(diào)節(jié)帶寬來提高上行帶寬利用效率。根據(jù)GPON的特點和G.983建議，可以知道動態(tài)帶寬分配的具體要求是：業(yè)務(wù)要透明、帶寬利用率盡量高、具備地抖動與時延特性、公平分配帶寬、信號健壯、實時性強(qiáng)、保證不同業(yè)務(wù)的QoS等。在GPON結(jié)構(gòu)中，OLT通過向ONU內(nèi)部每個流量容器（T-CONT）分配數(shù)據(jù)授權(quán)來控制上行流量。為確定分配給一個T-CONT的授權(quán)數(shù)目，OLT需要知道該T-CONT的流量狀態(tài)。2.4.4 層次化QoS技術(shù)在GPON系統(tǒng)中，業(yè)務(wù)承載層主要分為三層：GTC、GEM、ETH/TDM，針對每一個承載層具備相應(yīng)的QoS處理機(jī)制，如圖2.11所示。GPON業(yè)務(wù)承載層GPON QoS處理機(jī)制ETH/TDM GEM GTCVLAN/COS/GTS/POLICINGFlow control/ClassificationT-CONT/DBA圖2.11 業(yè)務(wù)承載層和QoS1.GTCPON系統(tǒng)構(gòu)架是下行方向為廣播方式，上行方向為TDMA方式，所以只對上行方向的業(yè)務(wù)流提供QoS處理。QoS處理的最小單元是T-CONT，T-CONT可以看作是ONU業(yè)務(wù)流的承載容器，調(diào)度機(jī)制是DBA（動態(tài)帶寬分配）。DBA的算法是GTC的QoS處理性能的關(guān)鍵。2.GEM在GEM層主要是針對每個GEM Port進(jìn)行業(yè)務(wù)流分類，類似于DSLAM（數(shù)字用戶線路接入復(fù)用器）的單PVC多業(yè)務(wù)的處理方式。針對流分類后的業(yè)務(wù)分別進(jìn)行優(yōu)先級修改、流量監(jiān)管和轉(zhuǎn)發(fā)處理。3.ETH/TDMTDM業(yè)務(wù)（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(yán)格保證面向連接的QoS。ETH業(yè)務(wù)（包括電路仿真方式的業(yè)務(wù)）主要是基于二層VLAN、COS等標(biāo)識進(jìn)行業(yè)務(wù)的QoS處理，QoS主要處理機(jī)制分為流分類、監(jiān)管、隊列調(diào)度、擁塞處理、整形，它們的實現(xiàn)復(fù)雜度是影響QoS處理性能的關(guān)鍵。2.4.5 TDMoGEM技術(shù)針對GPON的定長幀傳輸特點，TDM在GPON線路上承載具有天然優(yōu)勢。TDMoGEM的實現(xiàn)是將TDM幀直接封裝到GEM幀中進(jìn)行傳輸。在GPON線路上給封裝有TDM幀的GEM給與最高的優(yōu)先級，保證TDM的傳輸質(zhì)量。在同步方面，系統(tǒng)采用統(tǒng)一的8K時鐘進(jìn)行全網(wǎng)同步。2.4.6 GPON安全技術(shù)1.線路加密技術(shù)GPON系統(tǒng)采用AES128加密機(jī)制對線路安全進(jìn)行控制，有效地防止了數(shù)據(jù)盜用等安全問題。在AES128加密系統(tǒng)中，OLT支持密鑰更換和切換功能。密鑰更換由OLT發(fā)起密鑰更換請求，ONU響應(yīng)并將生成的新的密鑰，由于PLAOM消息的長度有限，密鑰分為兩部分發(fā)給OLT，并重復(fù)發(fā)送三次。如果OLT沒有收到三次傳送中的任意一次，OLT將重新發(fā)送密鑰更換請求，直到三次收到相同的密鑰為止。當(dāng)OLT收到了新的密鑰后，就要開始進(jìn)行密鑰切換。OLT將使用新的密鑰的幀號通過相關(guān)的命令通知ONU，這個命令一般會發(fā)送三次，只要ONU成功收到一次就在相應(yīng)的數(shù)據(jù)幀上切換校驗密鑰。2.終端SN+PSW注冊O(shè)NU在上電進(jìn)入序列碼狀態(tài)后，OLT會發(fā)序列碼請求消息，ONU會將唯一的序列碼發(fā)送給OLT進(jìn)行認(rèn)證。這個序列碼是唯一的，類似設(shè)備的MAC地址。如果序列碼合法，OLT將分配一個ONU-ID給ONU并要求進(jìn)行密碼認(rèn)證，如果ONU反饋的密碼正確，這個ONU才會進(jìn)入下一個測距狀態(tài)。否則就會停在這個狀態(tài)，超時后返回原始狀態(tài)，重新開始注冊。3.用戶安全認(rèn)證技術(shù)在GPON系統(tǒng)中，用戶通過物理端口實現(xiàn)用戶唯一標(biāo)識、定位和認(rèn)證主要有VBAS、PPPoE+和DHCP Option60/82三種方案。4.系統(tǒng)安全防護(hù)技術(shù)（1）防IP SpoofingOLT設(shè)備一般會采用IP地址和業(yè)務(wù)流綁定的方法，使得其他用戶無法用其他非法獲取的IP地址在OLT上完成業(yè)務(wù)認(rèn)證，從而達(dá)到了防止IP地址欺騙的目的。（2）防MAC Spoofing防MAC Spoofing的處理是從捕獲的上行報文中提取MAC出地址、VLAN ID和用戶的流信息進(jìn)行MAC地址的動態(tài)綁定，然后再轉(zhuǎn)發(fā)出去，作用在于防止非法用戶偽造合法用戶的MAC截獲和監(jiān)聽合法用戶的業(yè)務(wù)信息。（3）MAC+IP綁定OLT支持MAC和IP地址綁定的功能，OLT在主控板上生成一個IP地址和MAC地址的對應(yīng)表，只有“IP+MAC”地址相對應(yīng)的合法用戶才能得到更正確的ARP應(yīng)答，來控制IP-MAC不匹配的主機(jī)與外界通訊，達(dá)到防止IP地址的盜用。（4）管理用戶的RADIUS認(rèn)證支持管理用戶的RADIUS認(rèn)證，這樣就可以保證網(wǎng)絡(luò)管理的安全，免受非法管理員進(jìn)入系統(tǒng)修改數(shù)據(jù)。（5）訪問控制（ACL）技術(shù)ACL使用包過濾技術(shù)，在OLT上讀取第三層及第四層包頭中的信息如源地址、目的地址、源端口、目的端口等，根據(jù)預(yù)先定義好的規(guī)則對包進(jìn)行過濾，從而達(dá)到訪問控制的目的。5.網(wǎng)絡(luò)管理安全技術(shù)SNMP V3的安全特性極大的提高了網(wǎng)絡(luò)管理的可靠性，SNMP V3需要用戶名和密碼才能通過SNMP進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)管理，同時這樣的過程都是加密進(jìn)行的，保證了整個SNMP訪問過程的安全性和可靠性。第三章 基于GPON的接入網(wǎng)分析3.1 GPON設(shè)計接入原則3.1.1 OLT 設(shè)備安裝設(shè)計原則為便于運行維護(hù)，降低維護(hù)成本，光線路終端(OLT)設(shè)備宜集中安裝在端局，也可以分散安裝，利用已有的接入網(wǎng)機(jī)房、住宅小區(qū)中心機(jī)房等，由于OLT設(shè)備用戶容量集成度較高，一般不宜單獨安裝，設(shè)計時應(yīng)根據(jù)覆蓋范圍內(nèi)的用戶數(shù)、通信管道、光纜引入等因素綜合考慮，將OLT設(shè)備安裝在最經(jīng)濟(jì)、最合適的位置。 省公司設(shè)計原則，盡量接近用戶側(cè)安裝，比如小區(qū)內(nèi)的光交箱、商務(wù)樓的室外綜合箱。3.1.2 ONU 設(shè)備的安裝設(shè)計原則光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)通常安裝在用戶家中或者辦公地點，安裝方式大致有三種：安裝在預(yù)埋的綜合信息箱中、掛墻明裝方式、安裝在的桌面或用戶指定的位置7。3.1.3 光分路器(OBD)配置原則光分路器（OBD）常用的光分路比為：1:2、1:4、1:8、1:16、1:32 、1：64六種， 需要時也可以選用2:N 光分路器或非均分光分路器。ODN總分光比應(yīng)根據(jù)用戶帶寬要求、光鏈路衰減等因素確定；光分路器（OBD）的級聯(lián)不應(yīng)超過二級8。3.1.4 光通道衰減核算原則ODN的光功率衰減與OBD的分路比、活動連接數(shù)量、光纜線路長度等有關(guān)， 設(shè)計時必須控制ODN中最大的衰減值，使其符合系統(tǒng)設(shè)備OLT和ONU PON口的光功率預(yù)算要求。ODN光通道衰減所允許的衰減定義為S/R和R/S參考點之間的光衰減，以dB 表示。包括光纖、光分路器、光活動連接器、光纖熔接接頭所引入的衰減總和。 在設(shè)計過程中應(yīng)對無源光分配網(wǎng)絡(luò)中最遠(yuǎn)用戶終端的光通道衰減核算，采用最壞值法進(jìn)行ODN光通道衰減核算。計算時相關(guān)參數(shù)取定： 1.光纖衰減取定:1310nm 波長時取0.36dB/km； 1490nm 波長時取0.22dB/km。 2.光活動連接器插入衰減取定：0.5dB/個。3.光纖熔接接頭衰減取定：0.08 0.2dB /每個接頭。 4.冷接子雙向平均值：0.15dB/每個接頭。 5.計算時光分路器插入衰減參數(shù)取定見表3.1。表3.1 插入損耗參數(shù)分光器類型1:21:41:8或2:81:16或2:161:32或2:32FBT或PLC3.6dB7.3dB10.7dB14.0dB17.7dB6.光纖富余度 Mc ：（1）當(dāng)傳輸距離 5 公里時，光纖富余度不少于1 dB；（2）當(dāng)傳輸距離10 公里時，光纖富余度不少于2 dB；（3）當(dāng)傳輸距離10 公里時，光纖富余度不少于3 dB。3.1.5 GPON保護(hù)機(jī)制原則GPON標(biāo)準(zhǔn)中定義了TYPEA/B/C/D種保護(hù)機(jī)制，其中最為常用的是TYPEB和TYPEC保護(hù)，如圖3.1所示。圖3.1 TYPEB和TYPEC保護(hù)TYPEB方式通過采用N:2的分光器提供了主干光纖的保護(hù)。在實際FTTx建設(shè)中，由于分光器部署的位置距離客戶駐地的距離很近，通常在500m范圍內(nèi)，甚至在FTTB模式下，分光器會安裝在樓內(nèi)，分支光纖出現(xiàn)故障的可能性很低，這種模式能夠滿足大多數(shù)企業(yè)業(yè)務(wù)的可靠性需求。而針對可靠性要求更高的客戶可采用TYPEC保護(hù)，OLT和ONU均提供2個PON端口，使用2個獨立的ODN網(wǎng)絡(luò)連接，實現(xiàn)端到端的光纖保護(hù)。GPON系統(tǒng)的50ms保護(hù)倒換能力與SDH網(wǎng)絡(luò)相當(dāng)，能夠提供高質(zhì)量的業(yè)務(wù)保障9。3.1.6 容量測算原則1.OLT測算原則： 在估算 OLT設(shè)備個數(shù)和容量時，可采用等效用戶數(shù)指標(biāo)。根據(jù)OLT所覆蓋的理區(qū)域、用戶分布特點等，預(yù)測規(guī)劃期內(nèi)分年度OLT需要覆蓋的大致用戶規(guī)模再根據(jù)OLT的等效用戶容量，并結(jié)合ODN組網(wǎng)規(guī)劃，就可以估算出規(guī)劃期內(nèi)每年需要的OLT數(shù)量和用戶容量。2.ONU容量測算：結(jié)合項目本身的性質(zhì)，來選擇和配置ONU型號，有些項目只需要提供寬帶，有些只需提供語音，有些需提供語音和寬帶，有些是機(jī)房拆除替換，有些是大對數(shù)電纜整改等。 3.1.7 帶寬測算原則結(jié)合經(jīng)營策略和業(yè)務(wù)性質(zhì)，為不同客戶群、不同業(yè)務(wù)分配相應(yīng)的帶寬，表3.2是典型業(yè)務(wù)帶寬需求的參考模型：表3.2 業(yè)務(wù)帶寬需求的參考模型業(yè)務(wù)分類下行帶寬上行帶寬上網(wǎng)業(yè)務(wù)2M1M網(wǎng)絡(luò)游戲300K300K IPTV視頻（標(biāo)清）2M IPTV視頻（高清）6MVOD3M語音電話100K100K可視電話1M1MPeer to Peer4M4MTDM專線N*64或者2MN*64或者2M3.1.8 投資估算原則每個項目投資由設(shè)備成本、線路成本、人工成本組成，在前期GPON匯聚層的設(shè)備投入使用后，綜合測算后，新增一個寬帶或者窄帶端口需增加投資約為300元（包含從機(jī)房側(cè)到用戶側(cè)全部投資）。 例如：濟(jì)南濱河星都小區(qū)是一個大型新建社區(qū)，位于聯(lián)四路以東，水屯北路以北。小區(qū)共有13棟樓，均為7層，每層2戶，包含9棟3個單元和4棟4個單元，合計共588戶。 采用GPON技術(shù)接入時，在小區(qū)內(nèi)新建一個光交接箱，安裝一個1：64的光分路器，安裝43個8+8口的ONU，布放光纜23.62芯公里，項目投資估算為：23.12萬元。新增寬帶和窄帶端口各344線，每線投資為336元。 采用傳統(tǒng)技術(shù)接入時，布放用戶主干電纜500P的1100米、支路電纜50P的1800米和20P的1000米，新建一個600對電纜交接箱，安裝43個20對分線盒，需對機(jī)房進(jìn)行擴(kuò)容包括：11塊A32用戶板和11塊ADCE用戶板，項目投資估算為：29萬元，新增寬帶和窄帶端口資源各352線，每線投資為420元。此費用不包括售后服務(wù)和維護(hù)費用。比較得出，單線資源投資GPON接入時為336元小于傳統(tǒng)技術(shù)方式接入時的420元，GPON接入投資收效大。 3.2 GPON在FTTx中的應(yīng)用模式3.2.1 FTTB應(yīng)用模式FTTB+xDSL。具體實現(xiàn)是將光纖端接點分布在樓層(高層樓宇)或樓道(多層建筑)，小型DSLAM設(shè)備網(wǎng)絡(luò)側(cè)采用GPON上聯(lián)口，用戶側(cè)提供xDSL接口通過雙絞線人戶。這種方式利用現(xiàn)有的雙絞線資源，采用成熟的ADSL2+、VDSL相關(guān)技術(shù)，可以充分利用現(xiàn)有的線路投資。提供中小容量的DSL MDU，并且有適合室外惡劣環(huán)境的一體化機(jī)柜。FTTB+LAN。具體實現(xiàn)是將光纖端接點分布在樓層(高層樓宇)或樓道(多層建筑)，由ONU終結(jié)光信號，ONU提供多個以太網(wǎng)接12I。由于以太網(wǎng)五類線具有的距離限制，這種實現(xiàn)需要保證ONU到最終用戶的走線距離不超過100米10。3.2.2 FTTH應(yīng)用模式OLT和ONU側(cè)都提供了高速接入的數(shù)據(jù)接口，對于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)具備有天然的接入。由ONU的以太網(wǎng)接口提供用戶的寬帶上網(wǎng)接人，根據(jù)現(xiàn)階段的寬帶應(yīng)用實際，用戶認(rèn)證和管理仍然可以由BRAS來完成，以保持與現(xiàn)有用戶管理方式的一致性。對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的接入，主要是需要采用合適的QoS策略，根據(jù)不同的業(yè)務(wù)提供不同的QoS保證，從而為不同的業(yè)務(wù)提供不同的帶寬保證和業(yè)務(wù)質(zhì)量。對于FTTH模式，比較適合社區(qū)信息化場合。社區(qū)信息化覆蓋目前已經(jīng)比較普遍，大多數(shù)社區(qū)采用ADSL接人技術(shù)實現(xiàn)，隨著IPTV和高清電視等高帶寬業(yè)務(wù)引入家庭，傳統(tǒng)社區(qū)接入網(wǎng)絡(luò)面臨改造。GPON光接人平臺立足高帶寬接入，根據(jù)高檔小區(qū)、別墅小區(qū)和普通小區(qū)的消費承受能力，分層次提供一步到位的FTTH。接人業(yè)務(wù)包括語音、數(shù)字家庭、寬帶上網(wǎng)(有線和無線方式可選)、IPTV視頻、CATV視頻業(yè)務(wù)等11。3.3 典型PON網(wǎng)絡(luò)建設(shè)案例3.3.1 商務(wù)樓宇建設(shè)案例1.商務(wù)樓宇FTTO建設(shè)案例如圖3.2所示，高層商業(yè)樓宇采用FTTO方案，樓宇用戶多，光纖需求量大，配線間設(shè)置光分路機(jī)柜或光分路交接箱，分纖盒分層放置。ONU上行：光纜接頭盒分出的入樓光纜,在光分路機(jī)柜或光分路交接箱內(nèi)進(jìn)行分光，出來的垂直布線沿弱電井穿越樓層，在樓層分纖盒內(nèi)分纖，出來的皮線光纜沿樓層管道、線槽或墻壁敷設(shè)至用戶室內(nèi)，成端在光纖終端盒內(nèi)，光纖終端盒與ONU之間用鎧裝跳纖連接。ONU下行：從ONU中下接雙絞線或五類線與電話、計算機(jī)或路由器等設(shè)備相連。圖3.2 商務(wù)樓宇FTTO設(shè)計方案2.商務(wù)樓宇FTTB(PON+LAN)建設(shè)案例如圖3.3所示，光分路機(jī)柜或光分路交接箱放置于樓內(nèi)配線間，采用上架式光分路單元集中分光，弱電箱可放置在每層的弱電間，弱電箱內(nèi)可根據(jù)需要集成ONU設(shè)備、配線架、光纖熔接模塊以及電源模塊。ONU上行：從光纜接頭盒分出來的光纜，進(jìn)入樓道配線間中的光分路機(jī)柜中分光，出來皮線光纜沿弱電井穿越樓層，進(jìn)入弱電箱，在熔接模塊內(nèi)與尾纖熔接，尾纖另一端插到ONU光口上。ONU下行：從弱電箱中分出雙絞線或五類線沿樓層管道進(jìn)入用戶室內(nèi)，再根據(jù)業(yè)務(wù)需求配置相應(yīng)的接入終端設(shè)備。圖3.3 商務(wù)樓宇FTTB（PON+LAN）設(shè)計方案3.3.2 多層小區(qū)建設(shè)案例1.多層小區(qū)FTTH建設(shè)案例模型假設(shè)：假設(shè)有一較大規(guī)模小區(qū)，共24棟6層的住宅小區(qū)樓房，每棟2單元，每單元12戶，住戶共576戶，如圖3.4所示。圖3.4 多層小區(qū)模型將小區(qū)劃分為四個片區(qū)，40芯光纜從接入網(wǎng)機(jī)房ODF引出到小區(qū)，10芯光纜在接頭盒內(nèi)分歧至四個片區(qū)的光交接箱，從每個交接箱到每個單元采用32芯室內(nèi)外兩用纜，最后一段入戶光纜采用室內(nèi)外通用型皮線光纜。一級分光，每交接箱內(nèi)放6個1:32分光器，共24個。OLT PON端口配置24個，OLT采用集中式放置，如圖3.5所示。圖3.5 多層小區(qū)FTTH設(shè)計圖2.多層小區(qū)FTTB(PON+LAN)建設(shè)案例按照每PON下覆蓋350512的用戶模型，576個用戶需要的PON端口數(shù)為2個。ONU的FE端口數(shù)需求為576個，在方案中，初期配置8口ONU 24個，選用2個分光比為1：16的分光器進(jìn)行分光。分光器集中布放，放置在光分配點的交接箱內(nèi)，如圖3.6所示。圖3.6 多層小區(qū)FTTB(PON+LAN)設(shè)計圖3.多層小區(qū)FTTB(PON+DSL)建設(shè)案例仍然按圖518 多層小區(qū)模型進(jìn)行設(shè)計。按照每PON下覆蓋350512的用戶模型，576個用戶需要的PON端口數(shù)為2個。在銅纜不出樓的前提下，初期每棟樓（24戶）配1臺ONU，每臺16線。ONU共24個，選用2個分光比為1：16的分光器進(jìn)行分光。分光器集中布放，放置在光分配點的交接箱內(nèi)，如圖3.7所示。圖3.7 多層小區(qū)FTTB(PON+DSL)設(shè)計圖3.3.3 高層小區(qū)建設(shè)案例1.高層小區(qū)FTTH建設(shè)案例模型假設(shè)：假設(shè)有四棟住宅樓宇，高20層，每棟每層有四戶住戶，共320戶。光纖到戶，采用集中分光方案，在每棟樓地下室放置光交接箱（滿配144芯），分光器內(nèi)置于光交接箱內(nèi)，采用一級分光，一棟樓內(nèi)1:32分光器3個，共12個。OLT PON端口配置12個，如圖3.8所示。圖3.8 高層小區(qū)FTTH設(shè)計圖2.高層小區(qū)FTTB(PON+LAN)建設(shè)案例按照每PON下覆蓋350512的用戶模型，需要的PON端口數(shù)為1個。ONU的FE端口數(shù)需求為320個。 ONU共16個，初期配備8端口ONU，選用1個分光比為1：16的分光器進(jìn)行分光。分光器集中布放，放置在光分配