GPON幀結(jié)構(gòu)分析(共16頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上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Revision Version修改章節(jié)Sec No. 修改描述Change Description作者Author目 錄1 前言GPON(Gigabit-Capable PON) 技術(shù)是基于ITU-TG.984.x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(wù)寬帶化，

2、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Alloc-IDAllocation Identifier分配標識符DBADynamic Bandwidth Assignment動態(tài)帶寬分配GEMGPON Encapsulation MethodGPON 封裝模式GTCGPON Transmission ConvergenceGPON 傳輸匯聚PCBdPhysical Control Block down

3、stream下行物理控制塊PLOuPhysical Layer Overhead upstream上行物理層開銷T-CONTTransmission 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等概念的深入，相應(yīng)的GPON、EPON等技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，GPON相比EPON擁有更高帶寬、更高效率、接入業(yè)務(wù)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(yīng)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

4、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2.48832Gbps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

5、（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2.48832Gbit/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)。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）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均接收完整的PCBd信息，并根據(jù)其中的信息進行相應(yīng)

6、操作。ü 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。ü Ident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FEC狀態(tài)，低30位比特為復(fù)幀計數(shù)器。ü PLOAMd域攜帶下行PLOAM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PLOAM消息介紹本文不涉及。ü 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FEC校驗位（如果有）。在完成FEC糾錯后（如果支

7、持），接收端應(yīng)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(yīng)覆蓋FEC校驗位（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。ü 下行凈荷長度（Plend）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，Plend域傳送兩次。帶寬映射長度（Blen）由Plend 域的前12比特指定，因此在125s時間周期內(nèi)最多能夠分配4095個帶寬授權(quán)。BWmap 的長度為8×Blen 字節(jié)。Plend域中緊跟Blen的12比特用于指定ATM塊的長度（Alen），本文只介紹GEM模式進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒?，ATM模式不涉及

8、，Alen域應(yīng)置為全0。圖3 Plend域結(jié)構(gòu)ü BWmap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的帶寬。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l 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ONU的上行OMCC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，ONU的第一個Alloc-ID應(yīng)在該范圍內(nèi)分配。ONU的第一個Alloc-ID是默認值，等于ONU-ID

9、（ONU-ID在PLOAM消息中使用），用于承載PLOAM和OMCI，可選用于承載用戶數(shù)據(jù)流。如果ONU需要更多的Alloc_ID值，則將會從255以上的ID值中分配。Alloc-ID254是ONU激活階段使用Alloc-ID，用于發(fā)現(xiàn)未知的ONU，Alloc-ID255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)。l 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)。Bit1110987654321Bit0Ø Bit11（MSB）：發(fā)送功率等級序號(PLSu)。Ø Bit10：指示上行突

10、發(fā)是否攜帶PLOAMu域Ø Bit9：指示上行突發(fā)是否使用FEC功能Ø Bit8Bit7：指示上行突發(fā)如何發(fā)送DBRu。00：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)）Ø Bit6-0：預(yù)留l 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GTC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。l StopTime域StopTime域長16bit，用于指示帶寬分配時隙的

11、結(jié)束時間。該時間以字節(jié)為單位，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BWmap域之后是GTC凈荷域。GTC凈荷域由一系列GEM幀組成。GEM凈荷域的長度等于GTC幀長減去PCBd長度。ONU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GEM幀并將其送到GEM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(yīng)使用唯一一個Port-ID傳遞組播業(yè)務(wù)，

12、可選支持使用多個Port-ID來傳遞。ONU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3.3.1 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(yīng)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)在幀中的位置范圍以及帶寬分配時隙在突發(fā)中的位置。每個分配時隙由下行幀中BWmap特定的帶寬分配結(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。圖6 上行物理層開銷（PLOu）域·

13、 Preamble、Delimiter：前導(dǎo)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(dǎo)和定界）做奇偶校驗，用于誤碼監(jiān)測· ONU_id：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位功能7 (MSB)緊急的PLOAM等待發(fā)送（1P

14、LOAM等待發(fā)送，0無PLOAM等待）6 FEC狀態(tài)（1FEC打開，0FEC關(guān)閉）5RDI狀態(tài)（1錯誤，0正確）4預(yù)留，不使用3預(yù)留，不使用2預(yù)留，不使用1預(yù)留，不使用0 (LSB)預(yù)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PON TC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。PLOAM消息僅在默認的Alloc-ID的分配時隙中傳輸，詳細的各個PLOAM消息介紹本文不涉及。3. 上行動態(tài)帶

15、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：CRC（1 Byte）DBA（1,2,4Byte）· 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(yù)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)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

16、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。圖7 GEM方式數(shù)據(jù)幀構(gòu)成2、 DBA報告：包含來自O(shè)NU固定長度的DBA報告，用于ONU的帶寬申請和報告。圖8 動態(tài)帶寬報告幀構(gòu)成3.4 OLT與ONU的定時關(guān)系3.4.1 概述本文中只介紹ONU處于O5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：ü 下行幀的開始時間是指發(fā)送/接收PSync域第1個字節(jié)的時刻。ü 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

17、的）的時刻。ü 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(yīng)時間定義為發(fā)送/接收Serial_Number_ONU消息第1個字節(jié)的時刻。3.4.2 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(yīng)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(yīng)帶寬分配結(jié)構(gòu)的時間為參考點，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GT

18、C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(yīng)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(yīng)時間是一個全局參數(shù)，它的取值應(yīng)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(yīng)。ONU響應(yīng)時間值為35±1s。名詞“必要延時（Requisite Delay）”是指要求ONU應(yīng)用到上行發(fā)送的超過正常響應(yīng)時間的總的額外延時。必要延時的目的是為了補償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GT

19、C凈荷的映射3.5.1 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(fù)用提供端口標識。GEM 幀到GTC 凈荷的映射示意見圖 10。圖10 GEM到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（PTI）和13 比特的幀頭差錯控制（HEC）域組成。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

20、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(wù)流以實現(xiàn)復(fù)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，不是幀尾001用戶數(shù)據(jù)段，是幀尾010預(yù)留011預(yù)留100GEM OAM，不是幀尾101GEM OAM，是幀尾110預(yù)留111預(yù)留HEC 字段提供幀頭的檢錯和糾錯功能。3.5.3 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

21、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。圖12 PTI使用示例3.5.4 用戶業(yè)務(wù)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(wù)接入。下面介紹幾種常用的用戶業(yè)務(wù)到GEM幀的映射。ü 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(dǎo)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

22、應(yīng)進行數(shù)據(jù)分片。一個GEM幀只應(yīng)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(yīng)關(guān)系。圖13 以太網(wǎng)幀映射到GEM上ü 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(yīng)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(yīng)進行數(shù)據(jù)分片。一個GEM幀只應(yīng)承載一個IP包的情況如圖14所示。圖14 IP包映射到GEM幀上ü TDM幀到GEM幀的映射GEM承載TDM業(yè)務(wù)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

23、GEM的方式如圖15所示。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。圖15 TDM幀映射到GEM幀上通過允許GEM 幀長根據(jù)TDM 業(yè)務(wù)的頻率偏移進行變化可實現(xiàn)TDM 業(yè)務(wù)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(yīng)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125s）GEM 幀復(fù)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

24、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(yīng)用GPON成幀技術(shù)在GPON系統(tǒng)中應(yīng)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(wù)處理過程如圖15所示，上行方向，語音信號輸入ONU后經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換封

25、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(wù)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(yīng)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(yīng)關(guān)系確定相應(yīng)GEM POR