第6章GPON接入技術

1、寬帶光接入技術 原榮 編著1第第 6 章章 GPON接入技術接入技術 GPON概述概述 GPON物理媒質(zhì)相關層（物理媒質(zhì)相關層（PMD） GPON幀結構與封裝幀結構與封裝 GPON媒質(zhì)接入控制和動態(tài)帶寬分配媒質(zhì)接入控制和動態(tài)帶寬分配 GPON的產(chǎn)業(yè)化進程的產(chǎn)業(yè)化進程寬帶光接入技術 原榮 編著2APON、EPON、GPON APON標準復雜，成本高，在傳輸以太網(wǎng)和標準復雜，成本高，在傳輸以太網(wǎng)和IP數(shù)數(shù)據(jù)業(yè)務時效率低，以及在據(jù)業(yè)務時效率低，以及在ATM層上適配和提供業(yè)層上適配和提供業(yè)務復雜。務復雜。 EPON帶寬利用率低和難以支持以太網(wǎng)之外的業(yè)帶寬利用率低和難以支持以太網(wǎng)之外的業(yè)務。務。 因此，

2、全業(yè)務接入網(wǎng)（因此，全業(yè)務接入網(wǎng)（FSAN）組織開始考慮制）組織開始考慮制定一種融合定一種融合APON和和EPON的優(yōu)點，克服其缺點的優(yōu)點，克服其缺點的新的的新的PON，那就是，那就是GPON。 GPON具有吉比特高速率，具有吉比特高速率，92%的帶寬利用率和的帶寬利用率和支持多業(yè)務透明傳輸?shù)哪芰?，同時能夠保證服務支持多業(yè)務透明傳輸?shù)哪芰?，同時能夠保證服務質(zhì)量和級別，提供電信級的網(wǎng)絡監(jiān)測和業(yè)務管理。質(zhì)量和級別，提供電信級的網(wǎng)絡監(jiān)測和業(yè)務管理。寬帶光接入技術 原榮 編著36.1 GPON概述概述 6.1.1 GPON標準進展和參考結構標準進展和參考結構 6.1.2 GPON系統(tǒng)協(xié)議分層模型和各層

3、功能系統(tǒng)協(xié)議分層模型和各層功能 6.1.3 GPON與與EPON的比較及其優(yōu)勢的比較及其優(yōu)勢寬帶光接入技術 原榮 編著46.1.1 GPON標準進展和參考結構標準進展和參考結構 2001年在年在IEEE制定制定EPON標準的同時，全業(yè)務接入網(wǎng)標準的同時，全業(yè)務接入網(wǎng)（FSAN）組織開始發(fā)起制定速率超過）組織開始發(fā)起制定速率超過1 Gb/s的的PON網(wǎng)絡網(wǎng)絡標準，即標準，即GPON（Gigabit Capable PON）。）。 隨后，隨后，ITU-T也介入了這個新標準的制定工作，并于也介入了這個新標準的制定工作，并于2003年年1月通過了兩個有關月通過了兩個有關GPON的新標準，即的新標準，即

4、G.984.1（總體（總體特性）、特性）、G.984.2（物理媒質(zhì)相關層）。（物理媒質(zhì)相關層）。 2004年年3月和月和6月發(fā)布了月發(fā)布了G.984.3（傳輸匯聚（傳輸匯聚TC層）標準。層）標準。 2005年又制定了年又制定了G.984.4（ONU管理控制接口規(guī)范）標準。管理控制接口規(guī)范）標準。 為了使為了使GPON實現(xiàn)與下一代實現(xiàn)與下一代PON（NG-PON）兼容，）兼容，ITU-T又發(fā)布了又發(fā)布了G.984.5標準，其中包括了對標準，其中包括了對ONU上行波長范圍上行波長范圍進行收窄。進行收窄。寬帶光接入技術 原榮 編著5圖圖6.1.1 GPON系統(tǒng)參考結構系統(tǒng)參考結構ODN是一個連接是一

5、個連接OLT和和ONU的無源設備，它的主要功能是完成光信號的無源設備，它的主要功能是完成光信號和功率的分配任務。和功率的分配任務。GPON上下行數(shù)據(jù)流可以采用波分復用技術，在一根光纖上傳送上下行上下行數(shù)據(jù)流可以采用波分復用技術，在一根光纖上傳送上下行數(shù)據(jù)。下行使用數(shù)據(jù)。下行使用1 4801 500 nm波段，上行使用波段，上行使用12601360 nm波段。波段。同時，同時，GPON的的ODN光分路器的性能也大大提高，可支持光分路器的性能也大大提高，可支持1:128分路比。分路比。1 310 nm1 490 nmWDMWDMOLTONU光分路器光發(fā)射機光接收機1 490 nm1 310 nm光

6、發(fā)射機光接收機GPONONUMACUNII/O數(shù)據(jù)GPONOLTMACODNS/RR/SSNII/O數(shù)據(jù)SNRUNI寬帶光接入技術 原榮 編著66.1.2 GPON系統(tǒng)協(xié)議分層模型和各層功能系統(tǒng)協(xié)議分層模型和各層功能GTC成幀子層完成成幀子層完成GTC幀的封裝、傳輸、測距和帶寬分配等。幀的封裝、傳輸、測距和帶寬分配等。GTC適配子層提供協(xié)議數(shù)據(jù)單元（適配子層提供協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU）與高層實體的接口。）與高層實體的接口。ATM和和GEM（GPON）信息在各自的適配子層完成服務數(shù)據(jù)單元（）信息在各自的適配子層完成服務數(shù)據(jù)單元（SDU）與與PDU的轉換。的轉換。ONT操作管理通信接口操作管理通信接

7、口OMCI適配子層高于適配子層高于ATM和和 GEM適配子層，適配子層，它識別它識別VPI/VCI和和Port-ID，并完成，并完成OMCI通道數(shù)據(jù)與高層實體的交換。通道數(shù)據(jù)與高層實體的交換。GTC（U）PMD物理媒質(zhì)相關層 GTC高層適配子層成幀子層用戶 平面（C/A）控制/管理 平面層TC層結構功能傳輸媒質(zhì)層傳輸匯聚層 成幀子層適配子層 層測距、 上行時隙分配、帶寬分配、保密安全、保護切換適配子層ATM適配子層GEMOMCI適配子層提供該通道數(shù)據(jù)和高層實體的交喚ATM、SDHPDU與 的轉換GEM、SDU 與 的轉換PDUVPI/VCIPort-ID識別 和 波分復用、光纖連接適配E/OT

8、CPMD寬帶光接入技術 原榮 編著7圖圖6.1.3 C/U平面協(xié)議棧平面協(xié)議棧OMCIOMCI適配VPI/VCI過濾ATM TC適配PLOAMPort-IDGEM TC適配Alloc-IDGEM部分Alloc-IDATM部分PLOAM部分OAM內(nèi)嵌幀頭基于幀位置的復用TC適配子層GTC成幀子層過濾過濾過濾DBA上行帶寬授權密鑰切換信息報告寬帶光接入技術 原榮 編著8圖圖6.1.4 U平面協(xié)議棧平面協(xié)議棧GPON有兩有兩種傳輸模種傳輸模式：一種式：一種是是ATM模模式，另一式，另一種是種是GEM模模式。式。GPON在在傳輸過程傳輸過程中，可以中，可以用用ATM模模式，也可式，也可以用以用GEM模

9、模式，也可式，也可以共同使以共同使用這兩種用這兩種模式。究模式。究竟使用哪竟使用哪種模式，種模式，要在要在GPON初初始化的時始化的時候進行選候進行選擇。擇。ATM用戶VPI/VCI過濾ATM TC適配Port-IDGEM TC適配Alloc-IDGEM部分Alloc-IDATM部分PLOAM部分幀頭基于幀位置的復用TC適配子層GTC成幀子層過濾過濾過濾ATM用戶GEM業(yè)務ATM業(yè)務寬帶光接入技術 原榮 編著96.1.3 GPON與與EPON的比較及其優(yōu)勢的比較及其優(yōu)勢（1）帶寬利用率）帶寬利用率EPON使用使用8B/10B編碼，本身就引入了編碼，本身就引入了20 %的帶寬損失。的帶寬損失。G

10、PON使用使用擾碼作線路碼，只改變碼，不增加碼，所以沒有帶寬損失；另一方面，擾碼作線路碼，只改變碼，不增加碼，所以沒有帶寬損失；另一方面，EPON封裝的總開銷約為調(diào)度開銷總和的封裝的總開銷約為調(diào)度開銷總和的34.4 %，而，而GPON在同樣的包在同樣的包長分布模型下，得到長分布模型下，得到GPON的封裝開銷約為的封裝開銷約為13.7%。（2）成本）成本從單比特成本來講，從單比特成本來講，GPON的成本要低于的成本要低于EPON。（3）多業(yè)務支持）多業(yè)務支持EPON對于傳輸傳統(tǒng)的對于傳輸傳統(tǒng)的TDM支持能力相對比較差，容易引起支持能力相對比較差，容易引起QoS的問的問題。而題。而GPON 特有的

11、封裝形式，使其能很好地支持特有的封裝形式，使其能很好地支持ATM業(yè)務和業(yè)務和IP業(yè)務。業(yè)務。（4）OAM功能功能EPON在在OAM標準方面定義了遠端故障指示、遠端環(huán)回控制和鏈路監(jiān)標準方面定義了遠端故障指示、遠端環(huán)回控制和鏈路監(jiān)視等基本功能，對于其它高級的視等基本功能，對于其它高級的OAM功能，則定義了豐富的廠商擴展功能，則定義了豐富的廠商擴展機制，讓廠商在具體的設備中自主增加各種機制，讓廠商在具體的設備中自主增加各種OAM功能。功能。GPON的的OAM包括帶寬授權分配、包括帶寬授權分配、DBA、鏈路監(jiān)視、保護倒換、密鑰交換以及、鏈路監(jiān)視、保護倒換、密鑰交換以及各種告警功能。從標準上看，各種告警

12、功能。從標準上看，GPON標準定義的標準定義的OAM信息比信息比EPON的的豐富。豐富。寬帶光接入技術 原榮 編著10GPON具有以下優(yōu)勢具有以下優(yōu)勢（1）靈活配置上）靈活配置上/下行速率下行速率GPON技術支持的速率配置有技術支持的速率配置有7種方式，如表種方式，如表6.2.1所示。所示。（2）高效承載）高效承載IP業(yè)務業(yè)務GEM幀的凈荷區(qū)范圍為幀的凈荷區(qū)范圍為04 095字節(jié)，解決了字節(jié)，解決了APON中中ATM信元帶來的承載信元帶來的承載IP業(yè)務效率低的弊??；而以太網(wǎng)業(yè)務效率低的弊?。欢蕴W(wǎng)MAC幀中凈負荷區(qū)的范圍僅為幀中凈負荷區(qū)的范圍僅為461 500 字節(jié)。字節(jié)。（3）支持實時業(yè)務

13、能力）支持實時業(yè)務能力GPON所采用的所采用的125 s周期的幀結構能對周期的幀結構能對TDM語音業(yè)務提供直接支持，無論是語音業(yè)務提供直接支持，無論是低速的低速的E1，還是高速的，還是高速的STM1，都能以它們的原有格式傳輸，這極大地減少了，都能以它們的原有格式傳輸，這極大地減少了執(zhí)行語音業(yè)務的時延及抖動。執(zhí)行語音業(yè)務的時延及抖動。（4）支持的接入距離更遠）支持的接入距離更遠針對針對FTTB開發(fā)的開發(fā)的GPON系統(tǒng)，其系統(tǒng)，其OLT到到ONU的最遠邏輯接入距離可以達到的最遠邏輯接入距離可以達到60 km以上，而以上，而EPON則只有則只有20 km。（5）帶寬有效性）帶寬有效性EPON的帶寬有

14、效性為的帶寬有效性為70 %；而；而GPON則高達則高達92 %。（6）分路比數(shù)量）分路比數(shù)量EPON的支持的分路比為的支持的分路比為32；而；而GPON則高達則高達64或或128。（7）運行、管理、維護和指配（）運行、管理、維護和指配（OAM&P）功能強大）功能強大GPON借鑒借鑒APON中中PLOAM信元的概念，實現(xiàn)全面的運行維護管理功能。信元的概念，實現(xiàn)全面的運行維護管理功能。表表 6.1.2列出列出APON、EPON、GPON三種三種PON的技術比較。的技術比較。寬帶光接入技術 原榮 編著11圖圖6.1.5 APON、EPON、GPON承載業(yè)務能力的比較承載業(yè)務能力的比較EPO

15、N（IEEE）ONUOLT以太網(wǎng)幀BPON（ITU-T）ONUOLT125ATM 信元（個字節(jié)53）s GPON（ITU-T）ONUOLT125信元ATM s Ethernet SDH2 msGEM 幀寬帶光接入技術 原榮 編著126.2 GPON物理媒質(zhì)相關層（物理媒質(zhì)相關層（PMD） 6.2.1 線路比特速率 6.2.2 物理媒質(zhì)與波長分配 6.2.3 傳輸距離和分支比 6.2.4 光端機 6.2.5 通過前向糾錯（FEC）獲得光增益 6.2.6 ONU功率電平調(diào)整機制寬帶光接入技術 原榮 編著136.2.1 線路比特速率線路比特速率 線路傳輸速率應為線路傳輸速率應為8 kHz的整數(shù)倍。的

16、整數(shù)倍。G.984.2規(guī)范規(guī)范了了7種系統(tǒng)的線路速率可供選擇，如表種系統(tǒng)的線路速率可供選擇，如表6.2.1所示。所示。 由此可見，由此可見，GPON線路速率比線路速率比APON有了明顯的有了明顯的提高。而且提高。而且GPON可以接受的速率中，上行和下可以接受的速率中，上行和下行速率最大差距可以是行速率最大差距可以是2 488.32 Mbps/155.52 Mbps，這一規(guī)定充分考慮到了現(xiàn)在網(wǎng)絡的實際應，這一規(guī)定充分考慮到了現(xiàn)在網(wǎng)絡的實際應用情況。用情況。 如果對上行速率要求不高，可以選擇很低的上行如果對上行速率要求不高，可以選擇很低的上行速率，這樣對上行光突發(fā)發(fā)射和接收的要求就可速率，這樣對上

17、行光突發(fā)發(fā)射和接收的要求就可降低，從而可節(jié)約成本降低，從而可節(jié)約成本 寬帶光接入技術 原榮 編著146.2.2 物理媒質(zhì)與波長分配物理媒質(zhì)與波長分配1. 傳輸媒質(zhì)傳輸媒質(zhì) 由于由于PON的傳輸距離較短，最長為的傳輸距離較短，最長為20 km，因此，與，因此，與APON一樣均采用比較便宜的一樣均采用比較便宜的ITU-T G.652光纖。光纖。 光分配網(wǎng)（光分配網(wǎng)（ODN）物理媒質(zhì)層的參數(shù)見表）物理媒質(zhì)層的參數(shù)見表4.2.2。 PON系統(tǒng)上系統(tǒng)上/下行方向均采用擾碼的下行方向均采用擾碼的NRZ編碼，這與編碼，這與APON一樣。一樣。2. 波長分配與雙向傳輸波長分配與雙向傳輸 第一種是單纖第一種是單

18、纖WDM雙向傳輸，上雙向傳輸，上/下行采用不同的波長，下行采用不同的波長，上行上行1 4801 500 nm，下行，下行1 2601 360 nm。 第二種是雙纖系統(tǒng)，雙向傳輸采用雙纖空分復用，上第二種是雙纖系統(tǒng)，雙向傳輸采用雙纖空分復用，上/下下行均采用同一個波長，上行均采用同一個波長，上/下行方向的工作波長范圍均為下行方向的工作波長范圍均為1 2601 360 nm。這與目前。這與目前APON對波長的分配完全相同。對波長的分配完全相同。寬帶光接入技術 原榮 編著156.2.3 GPON傳輸距離和分支比傳輸距離和分支比 和和APON一樣，系統(tǒng)目標傳輸距離是一樣，系統(tǒng)目標傳輸距離是20 km，

19、但支，但支持的分光比除持的分光比除1:16和和1:32兩種外，還支持兩種外，還支持1:64和和1:128。高分支比更適合作為住宅寬帶業(yè)務引入方。高分支比更適合作為住宅寬帶業(yè)務引入方案，可見案，可見GPON有著很好的應用前景。有著很好的應用前景。 最大邏輯距離為獨立于光預算的特定傳輸系統(tǒng)能最大邏輯距離為獨立于光預算的特定傳輸系統(tǒng)能達到的最大長度（達到的最大長度（km）。它不受）。它不受PMD參數(shù)限制，參數(shù)限制，而是受到而是受到TC層和執(zhí)行情況的影響。層和執(zhí)行情況的影響。 APON的最大邏輯距離為的最大邏輯距離為20 km，而，而GPON為為60 km。寬帶光接入技術 原榮 編著166.2.4 光

20、端機光端機 G.984.2給出了給出了GPON系統(tǒng)不同上下行速率時的系統(tǒng)不同上下行速率時的4個光接口的個光接口的要求。在要求。在S/R參考點對發(fā)射機的要求和在參考點對發(fā)射機的要求和在R/S參考點對接收參考點對接收機的要求機的要求, GPON和和APON的標準基本一致。表的標準基本一致。表6.2.3和表和表6.2.4給出其中兩個典型的接口要求。給出其中兩個典型的接口要求。 根據(jù)系統(tǒng)對衰減根據(jù)系統(tǒng)對衰減/色散特性的要求，可以選擇多縱模（色散特性的要求，可以選擇多縱模（MLM）激光器或單縱模（激光器或單縱模（SLM）激光器。應該指出，并不要求都）激光器。應該指出，并不要求都用用SLM激光器，只要能夠

21、滿足系統(tǒng)性能的要求，就可以用激光器，只要能夠滿足系統(tǒng)性能的要求，就可以用MLM器件取代器件取代SLM器件。器件。 消光比（消光比（EX）、接收機靈敏度定義、接收機最小過載定義、）、接收機靈敏度定義、接收機最小過載定義、反射功率容限和抗長連反射功率容限和抗長連“0”和長連和長連“1”（CIDI）的性能測）的性能測試方法等與試方法等與APON的相同（見的相同（見4.2.3節(jié)）。節(jié)）。寬帶光接入技術 原榮 編著176.2.5 通過前向糾錯（通過前向糾錯（FEC）獲得光增益）獲得光增益 FEC技術在光通信中的應用主要是為了獲得額外技術在光通信中的應用主要是為了獲得額外的增益，即凈編碼增益（的增益，即凈

22、編碼增益（NCG，Net Coding Gain）。選擇一種好的編碼制式，甚至可以獲得）。選擇一種好的編碼制式，甚至可以獲得10 dB的編碼增益。在的編碼增益。在PON系統(tǒng)中，也可以采用系統(tǒng)中，也可以采用FEC獲得額外的編碼增益。這樣就可以降低發(fā)射獲得額外的編碼增益。這樣就可以降低發(fā)射機功率，提高接收機靈敏度，增大傳輸距離或擴機功率，提高接收機靈敏度，增大傳輸距離或擴大分支比。大分支比。 采用采用ITU-T G.975建議的建議的RS(255, 239)循環(huán)碼循環(huán)碼 。 有關有關FEC的進一步介紹見原榮編著的的進一步介紹見原榮編著的光纖通信光纖通信（第（第3版）版）7.7.2節(jié)。節(jié)。寬帶光接入

23、技術 原榮 編著186.2.6 ONU功率電平調(diào)整機制功率電平調(diào)整機制 當工作速率為當工作速率為1 244.16 Mb/s以上時，以上時，GPON OLT接收機一接收機一般要采用般要采用APD光電探測器光電探測器(見見8.3.4節(jié)節(jié))。此時存在高靈敏度。此時存在高靈敏度和突發(fā)接收大動態(tài)范圍兩者之間的矛盾。為了減輕對和突發(fā)接收大動態(tài)范圍兩者之間的矛盾。為了減輕對OLT接收機動態(tài)范圍的要求，在接收機動態(tài)范圍的要求，在ODN損耗不大時為避免損耗不大時為避免OLT接收機過載，可采用適當?shù)慕邮諜C過載，可采用適當?shù)腛NU功率電平調(diào)整機制。這功率電平調(diào)整機制。這樣，使樣，使ONU在低損耗在低損耗ODN中可以

24、采用低發(fā)射功率，從而中可以采用低發(fā)射功率，從而降低功率消耗，增加激光器壽命。降低功率消耗，增加激光器壽命。 功率調(diào)整機制要求功率調(diào)整機制要求TC層配合，層配合，ONU根據(jù)根據(jù)OLT發(fā)送的下行發(fā)送的下行信息增加或減少發(fā)送功率。信息增加或減少發(fā)送功率。G.984規(guī)定規(guī)定ONU發(fā)射機有發(fā)射機有3種種輸出功率模式：正常模式、比正常模式低輸出功率模式：正常模式、比正常模式低3 dB模式和低模式和低6 dB模式。要求模式。要求OLT接收端必須能測量比接收靈敏度低接收端必須能測量比接收靈敏度低5 dB的突發(fā)功率。的突發(fā)功率。寬帶光接入技術 原榮 編著196.3 GPON幀結構與封裝幀結構與封裝 6.3.1

25、GEM幀結構 6.3.2 GEM幀同步 6.3.3 GEM幀的分段機制 6.3.4 GEM對TDM數(shù)據(jù)的封裝 6.3.5 GEM 對以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的封裝 6.3.6 GPON上/下行幀結構寬帶光接入技術 原榮 編著206.3.1 GEM幀結構幀結構 由由5字節(jié)的幀頭和字節(jié)的幀頭和 L字節(jié)的凈荷組成。字節(jié)的凈荷組成。 GEM幀頭由幀頭由4部分組成，它們是凈荷長度部分組成，它們是凈荷長度標識（標識（PLI），端口標識（），端口標識（Port-ID），凈），凈荷類似標識（荷類似標識（PTI）和幀頭錯誤校驗）和幀頭錯誤校驗（HEC）。）。 用戶數(shù)據(jù)（12 bit）幀頭凈荷長度標識端口標識凈荷類型標識幀頭錯

26、誤校驗PLIPort IDPTIHEC凈荷（12 bit）（3 bit）（13 bit）（L byte）5 字節(jié)44095 字節(jié)凈荷寬帶光接入技術 原榮 編著216.3.2 GEM幀同步幀同步圖圖6.3.2 GEM幀獲得同步狀態(tài)的過程幀獲得同步狀態(tài)的過程幀同步可分為預同步狀態(tài)、同步狀態(tài)和搜索狀態(tài)。搜幀同步可分為預同步狀態(tài)、同步狀態(tài)和搜索狀態(tài)。搜索狀態(tài)為鏈路初始化或索狀態(tài)為鏈路初始化或GEM接收機接受失敗的基本狀態(tài)。接收機接受失敗的基本狀態(tài)。捕獲捕獲GEM幀頭和實現(xiàn)幀的同步是通過幀頭和實現(xiàn)幀的同步是通過HEC來實現(xiàn)的。來實現(xiàn)的。 一次正確的 一次 不正確的HECHEC搜索狀態(tài)同步狀態(tài) 預同步狀態(tài)

27、 一次正確的 HECHEC 一次 不匹 配的寬帶光接入技術 原榮 編著226.3.3 GEM幀的分段機制幀的分段機制圖圖6.3.3 GEM幀的分段機制對用戶數(shù)據(jù)幀的分段過程幀的分段機制對用戶數(shù)據(jù)幀的分段過程 由于用戶數(shù)據(jù)幀的長度是隨機的，如果用戶數(shù)據(jù)幀的長度由于用戶數(shù)據(jù)幀的長度是隨機的，如果用戶數(shù)據(jù)幀的長度超過超過GEM協(xié)議規(guī)定的凈荷最大長度，就要采用協(xié)議規(guī)定的凈荷最大長度，就要采用GEM的分的分段機制。段機制。 GEM的分段機制把超過凈荷最大長度的用戶數(shù)據(jù)幀分割的分段機制把超過凈荷最大長度的用戶數(shù)據(jù)幀分割成若干段，每一段的長度與成若干段，每一段的長度與GEM凈荷最大長度相等，并凈荷最大長度相

28、等，并且在每段的前面都加上一個且在每段的前面都加上一個GEM幀頭幀頭 幀頭 凈荷長度GEMGEM幀PTI001凈荷第 用戶幀長1L(a)用戶幀長與GEM幀的最大長度相等1第 段PTI000凈荷2第 段PTI001凈荷2第 用戶幀長LL(b)用戶幀長是GEM幀最大長度的2倍第 用戶幀長3LLL1第 段PTI000凈荷2第 段PTI000凈荷3第 段PTI001凈荷(c)用戶幀長是GEM幀最大長度的3倍寬帶光接入技術 原榮 編著23圖圖6.3.4 時間比較敏感業(yè)務的分段過程時間比較敏感業(yè)務的分段過程 在在GTC系統(tǒng)中使用分段機制有兩個目的：一個是在每個系統(tǒng)中使用分段機制有兩個目的：一個是在每個分段

29、前面都加上一個幀頭，另一個是對于一些時間比較敏分段前面都加上一個幀頭，另一個是對于一些時間比較敏感的業(yè)務，如語音業(yè)務，必須以高優(yōu)先級進行傳輸，而分感的業(yè)務，如語音業(yè)務，必須以高優(yōu)先級進行傳輸，而分段機制能保證這一點。因為它把語音業(yè)務總是放在凈荷區(qū)段機制能保證這一點。因為它把語音業(yè)務總是放在凈荷區(qū)的前端發(fā)送，如圖的前端發(fā)送，如圖6.3.4所示。所示。GTC幀的幀長是幀的幀長是125 s，延，延時比較小，從而能保證語音業(yè)務的時比較小，從而能保證語音業(yè)務的QoS。 凈荷PLOu數(shù)據(jù)幀GEM幀頭緊急幀PTI001GEM幀頭PTI000數(shù)據(jù)幀GEM幀頭緊急幀PTI001GEM幀頭PTI000凈荷PLOu

30、1/22/2上行物理層開銷PLOu:寬帶光接入技術 原榮 編著246.3.4 GEM對對TDM數(shù)據(jù)的封裝數(shù)據(jù)的封裝 GEM對對TDM數(shù)據(jù)的封裝是將數(shù)據(jù)的封裝是將TDM業(yè)務直接映射業(yè)務直接映射到可變長的到可變長的GEM幀中，即幀中，即TDM over GEM。 這種方式是是這種方式是是ITU-T G.984.3的附錄中提出的專門的附錄中提出的專門為為GPON系統(tǒng)承載系統(tǒng)承載TDM業(yè)務所設計的一種封裝技業(yè)務所設計的一種封裝技術。具有相同術。具有相同Port ID的的TDM數(shù)據(jù)分組匯聚到數(shù)據(jù)分組匯聚到TC層。層。 GEM使用不定長的使用不定長的GEM幀對幀對TDM業(yè)務字節(jié)進行業(yè)務字節(jié)進行分裝。凈荷的

31、長度根據(jù)分裝。凈荷的長度根據(jù)TDM用戶數(shù)據(jù)的傳輸頻率用戶數(shù)據(jù)的傳輸頻率確定。確定。 TDM over GEM方式的優(yōu)點在于使用了與方式的優(yōu)點在于使用了與SDH相相同的同的125 s的的GEM幀，使得幀，使得GPON可以直接承載可以直接承載TDM業(yè)務，將業(yè)務，將TDM數(shù)據(jù)直接映射到數(shù)據(jù)直接映射到GEM幀中，幀中，使得分裝效率提高。使得分裝效率提高。寬帶光接入技術 原榮 編著256.3.5 GEM 對以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的封裝對以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的封裝（a）GEM對對TDM數(shù)據(jù)的封裝數(shù)據(jù)的封裝 （b）GEM對對Ethernet數(shù)據(jù)的封裝數(shù)據(jù)的封裝圖圖6.3.5 GEM 對以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的封裝對以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的封裝PTIPL

32、IPort-ID凈荷CRCGEMGEM 幀EthernetIPGPreambleSFDDASALength/TypeMAC CDFCSEOF127166241字節(jié)包IPG: Inter Packet GapPreamble:SFD:DA: Destination AddressSA: Source AddressLength/Type:MAC CD: MAC Client DadaFCS: Header Error CheckEOF:504095PTIPLIHECPort-ID凈荷數(shù)據(jù)TDM（可變長度）輸入緩存器數(shù)據(jù)TDM輸入前導碼幀起始標識幀結束定界寬帶光接入技術 原榮 編著266.3.6

33、GPON上上/下行幀結構下行幀結構為了傳輸為了傳輸TDM業(yè)務和業(yè)務和ATM業(yè)務，業(yè)務，GPON與與APON一樣，仍采一樣，仍采用固定周期的上用固定周期的上/下行幀來傳輸數(shù)據(jù)。即下行幀來傳輸數(shù)據(jù)。即GPON將將ATM信元信元和和GEM字段封裝到字段封裝到125 s的上的上/下行幀的凈荷中傳輸下行幀的凈荷中傳輸 字節(jié)數(shù)PsyncIdentPLOAMdBIPPlendUS BW Map4413144PlendN8ATMGEM信元零散字段PLOu PLOAMu PLSuDBRu XDBRu Y凈荷X Y凈荷PLOu DBRu Z Z凈荷上行幀T 125s =下行幀xT 125s =下行幀控制字段數(shù)據(jù)凈

34、荷PCBdT 125s =下行幀控制字段數(shù)據(jù)凈荷PCBdT 125s =下行幀控制字段數(shù)據(jù)凈荷PCBd寬帶光接入技術 原榮 編著276.4 GPON媒質(zhì)接入控制和媒質(zhì)接入控制和動態(tài)帶寬分配動態(tài)帶寬分配 6.4.1 GPON媒質(zhì)接入控制（MAC） 6.4.2 動態(tài)帶寬分配（DBR） 6.4.3 GPON測距和延時補償 6.4.4 ONU與OLT的同步過程 6.4.5 GPON ONT管理控制接口（OMCI） 6.4.6 用戶信息保護與安全寬帶光接入技術 原榮 編著286.4.1 GPON媒質(zhì)接入控制（媒質(zhì)接入控制（MAC） 媒質(zhì)接入控制媒質(zhì)接入控制 (MAC)的目的是確保在上行方向任的目的是確保

35、在上行方向任何時間內(nèi)只有何時間內(nèi)只有1個個ONU能夠訪問共享媒質(zhì)，從而能夠訪問共享媒質(zhì)，從而確保正常工作時沒有數(shù)據(jù)重疊和沖突。確保正常工作時沒有數(shù)據(jù)重疊和沖突。 PON將信道分為上行和下行兩個方向，只有上行將信道分為上行和下行兩個方向，只有上行方向需要接入控制。方向需要接入控制。 MAC的主機位于的主機位于OLT處，處，ONU是從機。按照是從機。按照ITU-T的定義，的定義，MAC協(xié)議包括三個機制：位于協(xié)議包括三個機制：位于OLT的的MAC算法，從算法，從ONU發(fā)到發(fā)到OLT的業(yè)務信息的業(yè)務信息以及由以及由OLT通知通知ONU允許它發(fā)送業(yè)務的授權許可。允許它發(fā)送業(yè)務的授權許可。 當前主要有兩種

36、不同的當前主要有兩種不同的MAC協(xié)議：靜態(tài)帶寬分配協(xié)議：靜態(tài)帶寬分配和動態(tài)帶寬分配。和動態(tài)帶寬分配。 寬帶光接入技術 原榮 編著296.4.2 動態(tài)帶寬分配（動態(tài)帶寬分配（DBR） 動態(tài)帶寬分配（動態(tài)帶寬分配（DBR）技術，根據(jù)）技術，根據(jù)GPON系統(tǒng)各系統(tǒng)各ONU提供的不同業(yè)務量需求，實時動態(tài)地調(diào)整其提供的不同業(yè)務量需求，實時動態(tài)地調(diào)整其使用的上行帶寬，以適應用戶速率的各種變化，使用的上行帶寬，以適應用戶速率的各種變化，從而提高系統(tǒng)的帶寬利用率。從而提高系統(tǒng)的帶寬利用率。 PON系統(tǒng)的上行接入一般采用固定分配和中央控系統(tǒng)的上行接入一般采用固定分配和中央控制按需分配相結合的方式，也就是制按需分

37、配相結合的方式，也就是ITU-T G.983.4規(guī)范的靜態(tài)帶寬分配和動態(tài)帶寬分配兩種方式。規(guī)范的靜態(tài)帶寬分配和動態(tài)帶寬分配兩種方式。 有關動態(tài)帶寬分配（有關動態(tài)帶寬分配（DBR）的內(nèi)容，我們將在第）的內(nèi)容，我們將在第9章中進行詳細的介紹。本節(jié)只是將有關章中進行詳細的介紹。本節(jié)只是將有關GPON動動態(tài)帶寬分配的內(nèi)容作簡要的概述。態(tài)帶寬分配的內(nèi)容作簡要的概述。寬帶光接入技術 原榮 編著30圖圖6.4.1 用戶數(shù)據(jù)分裝在用戶數(shù)據(jù)分裝在2個個T-CONT 緩沖器中緩沖器中 圖圖6.4.2 對分類緩沖業(yè)務進行優(yōu)先級別控制對分類緩沖業(yè)務進行優(yōu)先級別控制圖圖6.4.1表示用戶數(shù)據(jù)流分裝入表示用戶數(shù)據(jù)流分裝入

38、2個個T-CONT 緩沖器的情況，這緩沖器的情況，這2個緩沖個緩沖器在同一個器在同一個ONU中。一些中。一些T-CONT緩沖器可以被一個內(nèi)部優(yōu)先調(diào)度程緩沖器可以被一個內(nèi)部優(yōu)先調(diào)度程序使用，或被某個上層使用。序使用，或被某個上層使用。圖圖6.4.2表示上邊的表示上邊的T-CONT緩沖器沒有被內(nèi)部調(diào)度程序使用，而下邊緩沖器沒有被內(nèi)部調(diào)度程序使用，而下邊的的T-CONT緩沖器卻含有緩沖器卻含有3個業(yè)務分類緩沖器，被內(nèi)部調(diào)度程序使用，個業(yè)務分類緩沖器，被內(nèi)部調(diào)度程序使用，因為在一些應用中，需要使用優(yōu)先級別控制。因為在一些應用中，需要使用優(yōu)先級別控制。T-CONT緩沖器ONU/ONT用戶數(shù)據(jù)OLTODN

39、優(yōu)先級別控制分類緩沖T-CONT緩沖器OLTONU/ONTODNUNI用戶數(shù)據(jù)T-CONT緩沖器342：4：1：固定保障帶寬確保帶寬3： 非確保帶寬盡力而為帶寬123寬帶光接入技術 原榮 編著316.4.3 GPON測距和延時補償測距和延時補償 由于由于ONU與與OLT的距離不同，環(huán)境溫度變化或光器的距離不同，環(huán)境溫度變化或光器件老化，會使件老化，會使ONU的數(shù)據(jù)流經(jīng)過不同長度的光纖傳的數(shù)據(jù)流經(jīng)過不同長度的光纖傳輸后，產(chǎn)生不同的時延。如果不加控制，就有可能輸后，產(chǎn)生不同的時延。如果不加控制，就有可能發(fā)生碰撞和重疊，引起大量比特誤碼，甚至使數(shù)據(jù)發(fā)生碰撞和重疊，引起大量比特誤碼，甚至使數(shù)據(jù)幀丟失，

40、導致媒質(zhì)接入控制失敗。幀丟失，導致媒質(zhì)接入控制失敗。 測距的最終目的就是由測距的最終目的就是由OLT為每個為每個ONU(i)提供一個提供一個合適的均衡時延合適的均衡時延Td (i)值。并通過值。并通過GTC PLOAM下行下行信息將此值告知被測距的信息將此值告知被測距的ONU。 GPON測距可分為動態(tài)測距和靜態(tài)測距兩類。動態(tài)測測距可分為動態(tài)測距和靜態(tài)測距兩類。動態(tài)測距是針對各距是針對各ONU在運行過程中隨環(huán)境和時間變化而在運行過程中隨環(huán)境和時間變化而發(fā)生的時延漂移，發(fā)生的時延漂移，OLT實時微調(diào)各實時微調(diào)各ONU的的Td值。動值。動態(tài)測距是在系統(tǒng)運行中一直要進行的，無需專門打態(tài)測距是在系統(tǒng)運行

41、中一直要進行的，無需專門打開測距窗口；靜態(tài)測距一般在系統(tǒng)初裝或有新開測距窗口；靜態(tài)測距一般在系統(tǒng)初裝或有新ONU加入的情況下進行，需要進行開窗測距。加入的情況下進行，需要進行開窗測距。 寬帶光接入技術 原榮 編著326.4.4 ONU與與OLT的的同步過同步過程程 ONU以搜索狀態(tài)開始工作，它在所有可能的序列以搜索狀態(tài)開始工作，它在所有可能的序列中搜索中搜索Psync域。一旦找到一個正確的域。一旦找到一個正確的Psync域，域，ONU就轉變成預同步狀態(tài)。就轉變成預同步狀態(tài)。 在預同步狀態(tài)，如果在預同步狀態(tài)，如果ONU再收到再收到M11個正確的個正確的Psync域，就向前達到同步狀態(tài)。域，就向前

42、達到同步狀態(tài)。 收到一個正確的 收到 一個錯誤的搜索狀態(tài)同步狀態(tài) 預同步狀態(tài) 收到 個 錯誤的PsyncPsyncPsyncPsync 收到 個正確的 M11M2寬帶光接入技術 原榮 編著336.4.5 GPON ONT管理控制接口（管理控制接口（OMCI） G.984.4對對GPON系統(tǒng)的系統(tǒng)的ONT管理控制接口（管理控制接口（OMCI）進行）進行了規(guī)范，目標是實現(xiàn)多廠家了規(guī)范，目標是實現(xiàn)多廠家OLT和和ONU設備之間的互通。設備之間的互通。 G.984.4繼承了繼承了APON標準標準G.983的很多內(nèi)容。的很多內(nèi)容。 OLT使用使用OMCI協(xié)議控制協(xié)議控制ONU，該協(xié)議允許，該協(xié)議允許OLT建立和拆建立和拆除與除與ONU的連接，管理的連接，管理ONU的用戶網(wǎng)絡接口（的用戶網(wǎng)絡接口（UNI），），獲取信息配置和性能統(tǒng)計，將一些事件如線路故障信息自獲取信息配置和性能統(tǒng)計，