GPON幀結(jié)構(gòu)分析

1、GPON幀結(jié)構(gòu)分析編號：版本：V1.0編 制：審 核：批 準：All rights reserved版權(quán)所有侵權(quán)必究(for internal use only)(僅供內(nèi)部使用)文檔修訂記錄日期Date修訂版本Revisi onVersio n修改早節(jié)SecNo.修改描述Change Description作者Author目錄1 前言4.1.1 縮略語42 技術(shù)背景4.3 GTC成幀技術(shù)分析 4.3.1 GTC成幀概述43.2 GTC下行成幀分析53.2.1 下行物理控制塊（PCBd） 53.3 XX技術(shù)在GPON系統(tǒng)中的應用 143.4 XXX技術(shù)與 EPON的區(qū)別 154 我司設(shè)備XX的實

2、現(xiàn)錯誤!未定義書簽。4.1 與標準差異 錯誤!未定義書簽。4.2 測試實踐與應用錯誤!未定義書簽。5 FAQ錯誤!未定義書簽。6 參考資料16、八、刖言GPON（Gigabit-Capable PON）技術(shù)是基于標準的最新一代寬帶無源光綜 合接入標準，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，被大多數(shù)運營 商視為實現(xiàn)接入網(wǎng)業(yè)務寬帶化，綜合化改造的理想技術(shù)。正是GPON高帶寬，高效率，用戶接口豐富等特點決定了GPON技術(shù)的數(shù)據(jù)幀組織形式及其結(jié)構(gòu)，下面我們將對相關(guān)內(nèi)容進行介紹。1.1縮略語GPONGigabit Passive Optical Network吉比特無源光網(wǎng)絡Alloc

3、-IDAllocation Identifier分配標識符DBADyn amic Ban dwidth Assig nment動態(tài)帶寬分配GEMGPON En capsulation MethodGPON封裝模式GTCGPON Tran smissi on Con verge neeGPON傳輸匯聚PCBdPhysical Con trol Block dow nstream下行物理控制塊PLOuPhysical Layer Overhead upstream上行物理層開銷T-CONTTran smissi on Container傳輸容器2技術(shù)背景近年來隨著接入網(wǎng)光進銅退、FTTH等概念的深

4、入，相應的 GPON、EPON等技術(shù)得到了廣泛的應用，GPON相比EPON擁有更高帶寬、更高效率、接入業(yè)務多樣等優(yōu)勢，受到 了業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注，近兩年 GPON的大規(guī)模應用也印證了 GPON技術(shù)會有廣闊的明天。GPON技術(shù)主要有如下幾種傳輸標準：0.15552Gbps 上行 1.24416Gbps 下行0.62208Gbps 上行 1.24416Gbps 下行1.24416Gbps 上行 1.24416Gbps 下行0.15552Gbps 上行 2.48832Gbps 下行0.62208Gbps 上行 2.48832Gbps 下行1.24416Gbps 上行 2.48832Gbps 下行2.48

5、832Gbps 上行 2.48832Gbps 下行其中1.24416Gbps上行2.48832Gbps下行是目前最常用的 GPON傳輸速率，本文介紹的GPON成幀技術(shù)也是基于該傳輸速率標準的。3 GTC成幀技術(shù)分析3.1 GTC成幀概述GTC上、下行幀結(jié)構(gòu)示意如圖 1所示。下行GTC幀由下行物理控制塊（PCBd ）和GTC 凈荷部分組成。上行GTC幀由多個突發(fā)（burst）組成。每個上行突發(fā)由上行物理層開銷（PLOu）以及一個或多個與特定 Alloc-ID關(guān)聯(lián)的帶寬分配時隙組成。下行GTC幀提供了 PON公共時間參考和上行突發(fā)在上行幀中的位置進行媒質(zhì)接入控 制。本文主要介紹了下行速率為2.48

6、832Gbit/s ，上行速率為 1.24416Gbit/s 的 GPON成幀技術(shù)，下行幀長為 125us，即38880字節(jié)，上行幀長為 125us，即19440字節(jié)。卜右祐TCT晁12,usGTC呎頭(PCBd)ONU突發(fā)KP1 0.1PI Oil分配時療P【0(1分配時隙圖1 GTC幀結(jié)構(gòu)3.2 GTC下行成幀分析3.2.1 下行物理控制塊（PCBd）浄荷KlnrPLOAMdBIPPlendFkticiUS BWuiap廳節(jié)13字節(jié)1字"4宇節(jié)4字節(jié)圖2下行物理控制塊結(jié)構(gòu)下行物理控制塊（PCBd ）結(jié)構(gòu)如圖2所示，PCBd由多個域組成。OLT以廣播方式發(fā)送 PCBd，每個ONU均

7、接收完整的PCBd信息，并根據(jù)其中的信息進行相應操作。? 物理同步（Psync）域固定長度為32字節(jié)，編碼為0xB6AB31E0 ，ONU利用Psync來確定下行幀的起始位置。? Ide nt 域4字節(jié)的IDENT域用于指示更大的幀結(jié)構(gòu)。最高的1比特用于指示下行FEO態(tài)，低30位比特為復幀計數(shù)器。? PLOAM域攜帶下行PLOAI消息，用于完成ONU激活、OMCC 建立、加密配置、密鑰管理和告警 通知等PON TC層管理功能。詳細的各個 PLOAI消息介紹本文不涉及。? BIP 域BIP域長8比特，攜帶的比特間插奇偶校驗信息覆蓋了所有傳輸字節(jié)，但不包括FECK驗位（如果有）。在完成FEC糾錯后

8、（如果支持），接收端應計算前一個BIP域之后所有接收到字節(jié)的比特間插奇偶校驗值，但不應覆蓋FECK驗位（如果有），并與接收到的 BIP值進行比較，從而測量鏈路上的差錯數(shù)量。?下行凈荷長度（Pie nd ）域下行凈荷長度域指定了帶寬映射（Bwmap的長度，結(jié)構(gòu)如圖3所示。為了保證健壯性，Pie nd域傳送兩次。帶寬映射長度（Bien ）由Pie nd域的前12比特指定，因此在125卩s時間周期內(nèi)最多能夠 分配4095個帶寬授權(quán)。BWmap的長度為8X Blen字節(jié)。Plend域中緊跟Blen的12比特用于指定ATMfe的長度（Alen ），本文只介紹GEM模式進行 數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒?，ATM模式不涉

9、及，Alen域應置為全0。圖3 Plend域結(jié)構(gòu)?BWma域帶寬映射（BWmap是8字節(jié)分配結(jié)構(gòu)的向量數(shù)組。數(shù)組中的每個條目代表分配給某個特 定T-CONT勺帶寬。映射表中條目的數(shù)量由Plend域指定。每個條目的格式見圖 4。圖4 Bwmap域示意圖Alloc-ID 域Alloc-ID 域為12比特，用于指示帶寬分配的接收者，即特定的T-CONT或 ON的上行OMC通道。這12個比特無固定結(jié)構(gòu)，但必須遵循一定規(guī)則。首先，Alloc-ID值0253用于直接標識ONU在測距過程中，ON的第一個Alloc-ID 應在該范圍內(nèi)分配。ONU勺第一個Alloc-ID是默認值，等于 ONU-ID （ONU-

10、ID在PLOA消息中使用）， 用于承載PLOA和OMCI可選用于承載用戶數(shù)據(jù)流。如果ON需要更多的Alloc_ID 值，則將會從255以上的ID值中分配。Alloc-ID = 254是ON激活階段使用Alloc-ID , 用于發(fā)現(xiàn)未知的 ONU Alloc-ID = 255是未分配的Alloc-ID ，用于指示沒有T-CONT 能使用相關(guān)分配結(jié)構(gòu)。Flags 域Flags域為12比特，包含4個獨立的與上行傳輸功能相關(guān)的指示符，用于指示上行突發(fā)的部分功能結(jié)構(gòu)。Bit1110987654321Bit0? Bit11 （MSB）:發(fā)送功率等級序號 （PLSu。?Bit10 :指示上行突發(fā)是否攜帶PL

11、OAMu域?Bit9 :指示上行突發(fā)是否使用FEC功能?Bit8Bit7 :指示上行突發(fā)如何發(fā)送DBRuo00:不發(fā)送DBRu01：發(fā)送“模式0” DBRu （2字節(jié)）10:發(fā)送“模式1 ” DBRu （3字節(jié)）11:發(fā)送“模式2 ” DBRu （5字節(jié)）? Bit6-0 :預留StartTime 域StartTime域長16bit ,用于指示帶寬分配時隙的開始時間。該時間以字節(jié)為單位，在上行GT（幀中從0開始，并且限制上行幀的大小不超過65536字節(jié)，可滿足2.488Gb/s的上行速率要求。StopTime 域StopTime域長16bit，用于指示帶寬分配時隙的結(jié)束時間。該時間以字節(jié)為單

12、位，在上行GTC幀中從0開始。StopTime域指示了該帶寬分配時隙的最后一個有效數(shù) 據(jù)字節(jié)。3.2.2 TC凈荷域BWma域之后是GT（凈荷域。GT（凈荷域由一系列GEM幀組成。GE凈荷域的長度等于 GT（幀長減去PCB長度。ON根據(jù)GEM幀頭中攜帶的12比特Port-ID值過濾下行GEM幀。ONU經(jīng)過配置后可識別出 屬于自己的Port-ID，只接收屬于自己的 GE幀并將其送到GE客戶端處理進程作進一步處理。注意，可把Port-ID配置為從屬于PON中的多個ONU并利用該Port-ID來傳遞組播流。GEM 方式下應使用唯個 Port-ID傳遞組播業(yè)務，可選支持使用多個Port-ID來傳遞。O

13、N支持組播的方式由OLT通過OMCI接口發(fā)現(xiàn)和識別。3.3 GTC上行成幀分析上行幀結(jié)構(gòu)開銷圖5上行幀結(jié)構(gòu)上行突發(fā)GTC幀結(jié)構(gòu)如圖5所示，每個上行傳輸突發(fā)由上行物理層開銷（PLOu）以及與Alloc-ID對應的一個或多個帶寬分配時隙組成。下行幀中的BWmap信息指示了傳輸突發(fā)每個分配時隙由下行幀中 BWmap特在幀中的位置范圍以及帶寬分配時隙在突發(fā)中的位置。 定的帶寬分配結(jié)構(gòu)控制。1. 上行物理層開銷（PLOu）上行物理層開銷如圖 6所示，PLOu字節(jié)在StartTime指針指示的時間點之前發(fā)送。PreambleDelimiterBIPONU-IDIndA bytesB bytes1 byte

14、s1 byies1 bytes圖6上行物理層開銷（PLOu ）域? Preamble、Delimiter :前導字段、幀定界符根據(jù) OLT發(fā)送的Upstream_Overhead消息和Extended_Burst_Length 消息指示生成。? BIP :該字段對前后兩幀 BIP字段之間的所有字節(jié)（不包括前導和定界）做奇偶校驗，用于誤 碼監(jiān)測? ONUd :該字段唯一指示當前發(fā)送上行數(shù)據(jù)的ONU-ID，ONU-ID在測距過程中配給 ONU。OLT通過比較ONU-ID域值和帶寬分配記錄來確認當前發(fā)送的ONU是否正確。? Ind :該域向OLT報告ONU的實時數(shù)據(jù)狀態(tài)，各比特位功能所示如下:Bit

15、位功能7 (MSB)緊急的PLOAM等待發(fā)送（1 = PLOAM等待發(fā)送，0 =無PLOAM等待）6FEC狀態(tài)（1= FEC打開，0 = FEC關(guān)閉）5RDI狀態(tài)（1 =錯誤，0 =正確）4預留，不使用3預留，不使用2預留，不使用1預留，不使用0 (LSB)預留給將來使用。2. 物理層 OAM （ PLOAM）物理層OAM （ PLOAM ）消息通道用于 OLT和ONU之間承載OAM功能的消息，消息長 度固定為13字節(jié)，下行方向由OLT發(fā)送至ONU，上行方向由ONU發(fā)送至OLT。用于支持PONTC 層管理功能，包括 ONU激活、OMCC建立、加密配置、密鑰管理和告警通知等。PLOAI消息僅在默

16、認的Alloc-ID的分配時隙中傳輸，詳細的各個PLOA消息介紹本文不涉及。3. 上行動態(tài)帶寬報告（DBRu）DBRu用于上報T-CONT的狀態(tài)，為了給下一次申請帶寬，完成ONU的動態(tài)帶寬分配。但不是每幀都有，當BWmap的分配結(jié)構(gòu)中相關(guān) Flags置 1時，發(fā)送DBRu域。DBRu字段由DBA 域和CRC域構(gòu)成，如下圖所示：DBA (1,2,4Byte)CRC (1 Byte)DBA域根據(jù)帶寬分配結(jié)構(gòu)要求的 DBA報告模式不同，DBA域預留8bit、16bit或32bit的域。必需 注意的是，為了維護定界，即使 OLT要求的DBA模式已經(jīng)被廢除或者 ONU不支持該DBA模 式，ONU也必須發(fā)

17、送長度正確的 DBA域。? CRC 域用于完成對DBRu域的CRC校驗。3.3.2 GTC 凈荷域GTC數(shù)據(jù)凈荷，可以是數(shù)據(jù) GEM幀，也可以是 DBA狀態(tài)報告。凈荷長度等于分 配時隙長度減去開銷長度。1、 GEM幀：由符合GEM格式的數(shù)據(jù)幀構(gòu)成。PLOuploamuDBRuPayloadGEMGEMGEMHeaderFrame Fragme ntHeaderFull FrameHeaderFrame Fragme nt圖7 GEM方式數(shù)據(jù)幀構(gòu)成3.4 OLT與ONU的定時關(guān)系概述本文中只介紹 ONU處于05狀態(tài)的上下行幀交互過程中OLT與ONU的定時關(guān)系，下面提供幾個定義：?下行幀的開始時間

18、是指發(fā)送 /接收PSync域第1個字節(jié)的時刻。? 上行GTC幀的開始時間是指值為0的StartTime指針所指示的字節(jié)發(fā)送/接收（實際或計算的）的時刻。?上行發(fā)送時間是指帶寬分配結(jié)構(gòu)中StartTime參數(shù)指示的字節(jié)發(fā)送/接收的時刻。對于非相鄰結(jié)構(gòu)的上行發(fā)送，StartTime參數(shù)指示的發(fā)送字節(jié)緊跟上行突發(fā)的PLOu域。特殊的，序列號響應時間定義為發(fā)送/接收Serial_Number_ONU消息第1個字 節(jié)的時刻。342 ONU上行發(fā)送定時所有的上行發(fā)送事件都以承載BWmap的下行幀開始時間為參考點，BWmap中包含了相應的帶寬分配結(jié)構(gòu)。需要特別注意的，ONU發(fā)送事件不以接收相應帶寬分配結(jié)構(gòu)的

19、時間為參考點，因為下行幀中帶寬分配結(jié)構(gòu)的接收時間可能會發(fā)生變化。ONU在任何時刻都維護一個始終運行的上行 GTC幀時鐘，上行 GTC幀時鐘同步于下 行GTC幀時鐘，二者之間保持精確的時鐘偏移。時鐘偏移量為ONU響應時間和必要延時的總和，如圖所示。圖9 ONU上行發(fā)送定時示意ONU響應時間是一個全局參數(shù)，它的取值應保證ONU有充分時間接收包括上行BWmap在內(nèi)的下行幀、完成上行和下行FEC (如果需要)并準備上行響應。ONU響應時間值為35 ± 1s。名詞“必要延時(Requisite Delay)”是指要求 ONU應用到上行發(fā)送的超過正常響應時 間的總的額外延時。必要延時的目的是為了

20、補償ONU的傳輸延時抖動和處理延時抖動。ONU的必要延時值基于 OLT規(guī)定的均衡延時參數(shù)，在 ONU的不同狀態(tài)下會發(fā)生變化。3.5 GEM幀到GTC凈荷的映射概述GTC協(xié)議以透明方式承載 GEM流。GEM協(xié)議有兩個功能：一是用戶數(shù)據(jù)幀定界， 二是為復用提供端口標識。GEM幀到GTC凈荷的映射示意見圖10。GTC打響I丄 LtJl'Ir.ir V .：仁譏】卷岌1GEM用申豹廚收聆片GEM持戶數(shù)酣恆丄疫的）GEM用戶融據(jù)軌碎片GEM#-*4圖10 GEM至U GTC凈荷的映射3.5.2 GEM幀格式GEM幀頭格式見圖11。GEM幀頭由凈荷長度指示（PLI ）、Port-ID、凈荷類型指示

21、（PTI） 和13比特的幀頭差錯控制（HEC ）域組成。GEMW 頭飾M沖荷弟節(jié)PIJFT!HECU比特3比特培比特圖11 GEM幀結(jié)構(gòu)PLI以字節(jié)為單位指示緊跟幀頭的凈荷段長度L。通過PLI可查找下一個幀頭從而提供定界。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)幀長大于 4095 字節(jié)，則必須要拆分成小于4095字節(jié)的碎片。Port-ID用來標識PON中4096個不同的業(yè)務流以實現(xiàn)復用功能。 每個Port-ID包含一 個用戶傳送流。 在一個Alloc-ID 或T-CONT中可以傳輸1個或多個Port-ID。PTI編碼含義 如下表所示：PTI編碼含義000用戶數(shù)據(jù)碎片，

22、不是幀尾001用戶數(shù)據(jù)段，是幀尾010預留011預留100GEM OAM ,，不是幀尾101GEM OAM ,，是幀尾110預留111預留HEC字段提供幀頭的檢錯和糾錯功能。用戶數(shù)據(jù)分片因為用戶數(shù)據(jù)幀長是隨機的， 所以GEM協(xié)議必須支持對用戶數(shù)據(jù)幀進行分片， 并在每 個GTC凈荷域前插入 GEM幀頭。注意分片操作在上下行方向都可能發(fā)生。GEM幀頭中PTI的最低位比特就是用于此目的。 每個用戶數(shù)據(jù)幀可以分為多個碎片， 每個碎片之前附加一個幀頭，PTI域指示該碎片是否是用戶幀的幀尾。一些PTI使用示例見圖12。PTt |宜整的用hPT!GTC-L'jK用玻抑燦PTi辭片松GTCf：-K+l

23、LihJ圖12 PTI使用示例用戶業(yè)務到GEM幀的映射GPON系統(tǒng)通過GEM通道傳輸普通用戶協(xié)議數(shù)據(jù)，可支持多種業(yè)務接入。下面介紹幾 種常用的用戶業(yè)務到 GEM幀的映射。? 以太網(wǎng)幀到GEM幀的映射以太網(wǎng)幀直接封裝在 GEM幀凈荷中進行承載。在進行GEM封裝前，前導碼和SFD 字節(jié)被丟棄。每個以太網(wǎng)幀可能被映射到一個單獨的GEM幀或多個GEM幀中，如果一個以太網(wǎng)幀被封裝到多個 GEM幀中，則應進行數(shù)據(jù)分片。一個 GEM幀只應承載一 個以太網(wǎng)幀。如圖13指示了由以太網(wǎng)幀映射到 GEM上的對應關(guān)系。以太網(wǎng)旬GEM禎包間ISPL1Pcrt-1DJ1r前導碼PTICRCDAGEM凈荷SA長度爍揑客戶端

24、數(shù)據(jù)FCSror圖13 以太網(wǎng)幀映射到 GEM上IP包到GEM幀的映射IP包可直接封裝到 GEM幀凈荷中進行承載。每個 IP包（或IP包片段）應映射到一個單獨的GEM幀中或多個 GEM幀中，如果一個IP包被封裝到多個 GEM幀中，則 應進行數(shù)據(jù)分片。一個 GEM幀只應承載一個IP包的情況如圖14所示。v MTOSj=l Frag.orrTTLRrotCRCm的地址圖14 IP包映射到GEM幀上? TDM幀到GEM幀的映射GEM承載TDM業(yè)務的實現(xiàn)方式有多種：TDM數(shù)據(jù)可直接封裝到 GEM幀中傳送； 或者先封裝到以太網(wǎng)包中再封裝到GEM中傳送等多種方式。TDM數(shù)據(jù)封裝到GEM的方式如圖15所示。

25、該機制是利用可變長度的GEM幀來封裝TDM幀。具有相同 Port-ID的TDM數(shù)據(jù)分組會匯聚到 TC層之上。I D U字卡纓存器CEMIW?圖15 TDM幀映射到GEM幀上通過允許 GEM幀長根據(jù) TDM業(yè)務的頻率偏移進行變化可實現(xiàn)TDM業(yè)務到GEM幀的映射。TDM片段的長度由凈荷長度指示符（PLI）字段指示。TDM源適配進程應在輸入緩存中對輸入數(shù)據(jù)進行排隊，每當有幀到達（即每125卩s） GEM幀復用實體將記錄當前 GEM幀中準備發(fā)送的字節(jié)數(shù)量。一般情況下， PLI字段根據(jù)TDM標稱速率指示一個固定字節(jié)數(shù)，但經(jīng)常需要多傳送或少傳送一些字節(jié)，這種情況將在PLI域中反映出來。如果輸出頻率比輸入信

26、號頻率快，則輸入緩存器開始清空， 緩沖器中的數(shù)據(jù)量最終會降到低門限以下。此時將從輸入緩存器中少讀取一些字節(jié)，緩沖器中的數(shù)據(jù)量將上升至低門限以上。相反的，如果輸出頻率比輸入信號頻率慢，則輸入緩存器開始填滿，緩 沖器中的數(shù)據(jù)量最終會上升到高門限以上。此時將從輸入緩存器多讀取一些字節(jié)，緩沖器中的數(shù)據(jù)量將降至高門限以下。3.6 GTC成幀技術(shù)在GPON系統(tǒng)中的應用GPON成幀技術(shù)在GPON系統(tǒng)中應用主要體現(xiàn)在 GPON局端設(shè)備與終端設(shè)備的數(shù)據(jù)交 互過程，下面就結(jié)合用戶數(shù)據(jù)在GPON系統(tǒng)中的傳輸過程來介紹 GTC成幀技術(shù)的實現(xiàn)。GPON系統(tǒng)用戶業(yè)務處理過程如圖 15所示，上行方向，語音信號輸入 ONU后

27、經(jīng)過AD 轉(zhuǎn)換封裝成以太網(wǎng)包后被封裝在GEM幀中，其GEM port-id為6,以太網(wǎng)業(yè)務直接封裝在GEM幀中，其port-id為4, ONU在OLT分配的上行 T-CONT時隙內(nèi)將攜帶 GEM4、GEM6 的T-CONT傳遞給 OLT，OLT PON芯片將上行 GTC凈荷中的 GEM4、GEM6分別傳遞給GEM客戶端進行處理，GEM客戶端在TM功能模塊中對 GEM幀進行解封裝，解出以太網(wǎng) 包，并記錄這類以太網(wǎng)包與GEM PORT的對應關(guān)系，解出的以太網(wǎng)包通過主交換芯片傳輸給上聯(lián)接口板進行上聯(lián)匯聚。下行方向，上聯(lián)板過來的數(shù)據(jù)通過主交換芯片傳輸給GPON板TM模塊，TM模塊通過記錄的 GEM PORT與以太網(wǎng)包的對應關(guān)系確定相應GEM PORT，并將以太網(wǎng)包封裝成