GPON原理介紹膠片

GPON原理介紹膠片第一頁，共41頁。第1章光接入網(wǎng)概述第2章PON基本概念第3章GPON協(xié)議分析第4章GPON關(guān)鍵技術(shù)第5章GPON的物理特性內(nèi)容介紹Page2第二頁，共41頁。接入網(wǎng)的現(xiàn)狀全球電信運(yùn)營商處在轉(zhuǎn)型過程中：

1、業(yè)務(wù)競爭力的提升：提供更多業(yè)務(wù)。

2、增加ARPU值：多種業(yè)務(wù)捆綁，降維護(hù)成本。

3、提升用戶忠誠度：提高用戶對網(wǎng)絡(luò)感受滿意度，降低用戶離網(wǎng)率。要實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型目標(biāo)，寬帶提速是前提。Page3第三頁，共41頁。ServiceAccessCoreX.25ADSLEthernetPSTNIPATMFRGSM/GPRSCDMACablePDHSDHWirelessVoiceWirelessDataHighSpeedInternetVoiceStreamingDial-upVoIPMessageFTTHGPONDSLWirelessEth/IP/MPLSAggregationNetworkLocation&PresenceMessageOnlineGamingVoiceDataVideoStorageDirectory接入網(wǎng)的發(fā)展趨勢－AlloverIPPage4第四頁，共41頁。如何解決“距離與帶寬”的矛盾ISDNHDSLADSLADSL2+VDSL2xDSL技術(shù)……???xDSL技術(shù)很難解決距離與帶寬的矛盾問：怎么辦？答：“光進(jìn)銅退”！采用光纖接入方案！Page5第五頁，共41頁。光纖接入網(wǎng)的接入方案(a)點(diǎn)到點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)

(b)路邊交換網(wǎng)絡(luò)

(c)無源光網(wǎng)絡(luò)即:PON

CurbswitchCOCOCONsubscribersL

kmL

kmL

kmPassiveopticalsplitterNsubscribersPage6第六頁，共41頁。ADSL2+PONADSL2+VDSL2CentreofficeHomeVDSL2ONTADSL2+10/100Base-T1km2kmIPDSLAMGECurbBuildingGESplitter1xNFTTCFTTBFTTBFTTHADSL2+VDSL2GEFTTBDSLBestSuitableistheBestChoiceFTTX場景分析Page7第七頁，共41頁。第1章光接入網(wǎng)概述第2章PON基本概念第3章GPON協(xié)議分析第4章GPON關(guān)鍵技術(shù)第5章GPON的物理特性內(nèi)容介紹Page8第八頁，共41頁。PassiveOpticalNetwork

無源光網(wǎng)絡(luò)OLTONUOpticalLineTerminal光線路終端OpticalNetworkUnit光網(wǎng)絡(luò)單元PassiveOpticalSplitter

無源分光器PSTNInternetCATVONUONUPON是一種點(diǎn)到多點(diǎn)（P2MP）結(jié)構(gòu)的無源光網(wǎng)絡(luò)；

PON由光線路終端OLT（OpticalLineTerminal）、光網(wǎng)絡(luò)單元ONU（OpticalNetworkUnit）和無源分光器POS（PassiveOpticalSplitter）組成；PassiveOpticalSplitter

無源分光器什么是PON?Page9第九頁，共41頁。WDMONU/ONTNEWDMOLTNEServicenode分光器T參考點(diǎn)V參考點(diǎn)R/SS/RODNUNISNIIFponIFponONUOpticalNetworkUnit光網(wǎng)絡(luò)單元ONTOpticalNetworkTerminal光網(wǎng)絡(luò)終端ODNOpticalDistributionNetwork光分配網(wǎng)絡(luò)OLTOpticalLineTerminal光線路終端WDMWavelengthDivisionMultiplexModule波分復(fù)用模塊NENetworkElement網(wǎng)絡(luò)單元SNIServiceNodeInterface業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)UNIUserNetworkInterface用戶網(wǎng)絡(luò)接口GPON網(wǎng)絡(luò)參考模型Page10第十頁，共41頁。P2MPGPONEPON標(biāo)準(zhǔn)ITU.TIEEE速率2.488G/1.244G1.25G/1.25G分光比1:64~1:1281:16~1:64承載ATM,Ethernet,TDMEthernet帶寬效率92%72%QOSVerygood，includingEthernet,TDM,ATMGood,onlyethernet光預(yù)算ClassA/B/CPx10/Px20DBA標(biāo)準(zhǔn)格式廠家自定義ONT互通OMCI無OAMITU-TG.984(強(qiáng))EthernetOAM（弱，廠家擴(kuò)展）GPON與EPON的比較Page11第十一頁，共41頁。GPON（Gigabit-capablePassiveOpticalNetworks）三大優(yōu)勢：

1、更遠(yuǎn)的傳輸距離：采用光纖傳輸，接入層的覆蓋半徑20KM；

2、更高的帶寬：對每用戶下行2.5G/上行1.25G（物理層）；

3、分光特性：局端單根光纖經(jīng)分光后引出多路到戶光纖，節(jié)省光纖資源。GPON支持Triple－play業(yè)務(wù)，可提供全業(yè)務(wù)競爭方案可以有效解決雙絞線接入的帶寬瓶頸，滿足用戶對高帶寬業(yè)務(wù)的需求，如高清電視、實(shí)況轉(zhuǎn)播等，GPON是三網(wǎng)合一的上佳方案。GPON標(biāo)準(zhǔn)完善，綜合業(yè)務(wù)支持好，技術(shù)要求高全球大運(yùn)營商的選擇<1Mbps3M8M25M100MADSL/ADSL2+CopperBasedVDSL/ADSL2+CopperBasedPONFiberBased2002200320062010時間帶寬互聯(lián)網(wǎng)視頻會議遠(yuǎn)程控制接入技術(shù)業(yè)務(wù)需求VoD標(biāo)清電視視頻會議Game實(shí)況TVVoDHDTV<3km<2km<1km~20km覆蓋半徑為什么選擇GPON?Page12第十二頁，共41頁。GPON系統(tǒng)采用WDM技術(shù)，實(shí)現(xiàn)單纖雙向傳輸（強(qiáng)制）。為了分離同一根光纖上多個用戶的來去方向的信號，采用以下兩種復(fù)用技術(shù)：下行數(shù)據(jù)流采用廣播技術(shù)；上行數(shù)據(jù)流采用TDMA技術(shù)。1490nm1310nmGPON原理數(shù)據(jù)復(fù)用Page13第十三頁，共41頁。

GPON提供以下幾種異步傳輸速率：0.15552Gbit/sup,1.24416Gbit/sdown 0.62208Gbit/sup,1.24416Gbit/sdown 1.24416Gbit/sup,1.24416Gbit/sdown 0.15552Gbit/sup,2.48832Gbit/sdown 0.62208Gbit/sup,2.48832Gbit/sdown

1.24416Gbit/sup,2.48832Gbit/sdown（目前的主流支持速率） 2.48832Gbit/sup,2.48832Gbit/sdown

支持最大邏輯距離為：60km

支持最大物理距離為：20km

支持最大距離差為：20km

分光比為1：64，可升級為1：128GPON網(wǎng)絡(luò)基本性能參數(shù)Page14第十四頁，共41頁。第1章光接入網(wǎng)概述第2章PON基本概念第3章GPON協(xié)議分析第4章GPON關(guān)鍵技術(shù)第5章GPON的物理特性內(nèi)容介紹Page15第十五頁，共41頁。ITU-TG.984.3GPONTC層規(guī)格要求GTC復(fù)用結(jié)構(gòu)及協(xié)議棧介紹GTC幀結(jié)構(gòu)介紹ONU注冊激活流程DBA規(guī)格要求告警和性能ITU-TG-984.1/2/3/4產(chǎn)品開發(fā)簡單產(chǎn)品兼容性強(qiáng)ITU-TG.984.1GPON網(wǎng)絡(luò)參數(shù)說明保護(hù)倒換組網(wǎng)要求ITU-TG.984.4OMCI消息結(jié)構(gòu)介紹OMCI設(shè)備管理框架OMCI實(shí)現(xiàn)原理簡述ITU-TG.984.2PMD層規(guī)格要求2.488Gbps下行光接口參數(shù)規(guī)格要求1.244Gbps上行光接口參數(shù)規(guī)格要求物理層開銷分配GPON標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議Page16第十六頁，共41頁。廣播方式：GPON的下行幀長為固定的125us，下行為廣播方式，所有的ONU都能收到相同的數(shù)據(jù)，但是通過ONUID來區(qū)分不同的ONU的數(shù)據(jù)，ONU通過過濾來接收屬于自己的數(shù)據(jù)。GPON原理下行數(shù)據(jù)Page17第十七頁，共41頁。TDMA方式：GPON的上行是通過TDMA（時分復(fù)用）的方式傳輸數(shù)據(jù)，上行鏈路被分成不同的時隙，根據(jù)下行幀的upstreambandwidthmap字段來給每個ONU分配上行時隙，這樣所有的ONU就可以按照一定的秩序發(fā)送自己的數(shù)據(jù)了，不會產(chǎn)生為了爭奪時隙而沖突。GPON原理上行數(shù)據(jù)Page18第十八頁，共41頁。PCBdnPayloadnPCBdn+1Payloadn+1Psync4bytesIdent4bytesPLOAMd13bytesBIP1bytesPlend4bytesPlend4bytesUSBWMapN*8bytesFECInd1bitReserved1bitSuper-frameCounter30bitsBlenBWMapLength12bitsAlenATMPartitionLength12bitsCRC8bitsAccess18bytesAccess28bytes…..Accessn8bytesAllocID12bitsFlags12bitsSStart2bytesSStop2bytesCRC1byteSendPLS1bitSendPLOAMn1bitUseFEC1bitSendDBRu2bitsReserved7bits125usCoverageofthisBIPCoverageofnextBIPDownstreamFramingGPON下行幀結(jié)構(gòu)125usONUID

1BMessageID1BData

10BCRC1BPage19第十九頁，共41頁。PLOuPLOAMuPLSuDBRuxPayloadxDBRuyPayloadyPLOuDBRuzPayloadzPreambleAbytesDelimiterBbytesBIP1bytesONU-ID1bytesInd1bytesONU-ID1bytesMsgID1bytesMessage10bytesCRC1bytesDBA1,2,4bytesCRC1bytesGEMheaderFramefragmentGEMheaderFullframeGEMheaderFramefragmentPLI12bitGemPortID12bitPTI3bitHEC13bitONTAONTBUpstreamFramingDBAReportPadifneededGPON上行幀結(jié)構(gòu)T-CONTyT-CONTxT-CONTzPage20第二十頁，共41頁。GEMPayloadHEC13bitsPTI3bitsPortID12bitsPLI12bitsGEMFrameEthernetPacketDASFDPreambleInterpacketgapSALength\TypeMACclientdataFECEOF5bytesGPON系統(tǒng)對以太網(wǎng)幀進(jìn)行解析，將數(shù)據(jù)部分直接映射到GEMPayload中去進(jìn)行傳輸。GEM幀會自動封裝頭信息。映射的格式清晰，設(shè)備很好實(shí)現(xiàn)，兼容性好。以太網(wǎng)業(yè)務(wù)在GPON中的映射方式Page21第二十一頁，共41頁。TDMTDMdataPayloadTDMfragmentHECPTIPortIDPLIGEMFrameIngressbufferTDMBufferTDM業(yè)務(wù)先導(dǎo)入緩存中進(jìn)行排隊(duì)，并且按照固定的字節(jié)數(shù)復(fù)用到GEM幀中進(jìn)行傳輸。這種方式不對具體的TDM業(yè)務(wù)進(jìn)行感知，只進(jìn)行透傳處理。TDM業(yè)務(wù)在GPON中的映射方式Page22第二十二頁，共41頁。第1章光接入網(wǎng)概述第2章PON基本概念第3章GPON協(xié)議分析第4章GPON關(guān)鍵技術(shù)第5章GPON的物理特性內(nèi)容介紹Page23第二十三頁，共41頁。快速開啟和關(guān)斷能力2#ONT0#ONU1#ONU2#ONT連續(xù)模塊0#ONU1#ONU突發(fā)模塊PON關(guān)鍵技術(shù)突發(fā)光電技術(shù)Page24第二十四頁，共41頁?？焖貯GC（光模塊）(動態(tài)范圍>20dB)快速時鐘恢復(fù)0#ONU1#ONU0#ONT有快速AGC無快速AGC閾值線恢復(fù)出來的數(shù)據(jù)到達(dá)OLT的信號及閾值建立ONT/ONU發(fā)出的信號PON關(guān)鍵技術(shù)突發(fā)光電技術(shù)2#Page25第二十五頁，共41頁。ONU3ONU2ONU1OLTOLT通過Ranging測距過程獲取ONU的往返延遲RTD（RoundTripDelay），從而指定合適的均衡延時參數(shù)EqD（EqualizationDelay），保證每個ONU發(fā)送數(shù)據(jù)時不會在分光器上產(chǎn)生沖突。Ranging的過程需要開窗，即QuietZone，暫停其他ONU的上行發(fā)送通道。OLT開窗通過將BWmap設(shè)置為空，不授權(quán)任何時隙來實(shí)現(xiàn)。GPON關(guān)鍵技術(shù)測距ONTOLT(inCO)20km3km12kmPage26第二十六頁，共41頁。什么是DBA?DBA,DynamicallyBandwidthAssignment(動態(tài)帶寬分配)DBA是一種能在微秒或毫秒級的時間間隔內(nèi)完成對上行帶寬的動態(tài)分配的機(jī)制為什么需要DBA？

可以提高PON端口的上行線路帶寬利用率

可以在PON口上增加更多的用戶

用戶可以享受到更高帶寬的服務(wù)，特別是那些對帶寬突變比較大的業(yè)務(wù)GPON關(guān)鍵技術(shù)－DBAPage27第二十七頁，共41頁。提高最大帶寬利用率無DBA,利用率40%有DBA,利用率達(dá)到80%減小平均時延無DBA:100ms有DBA:<10msDBA在利用率和延遲指標(biāo)上帶來的優(yōu)勢Page28第二十八頁，共41頁。OLT內(nèi)部DBA模塊不斷收集DBA報(bào)告信息，進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果以BWMap的形式下發(fā)給各ONU。各ONU根據(jù)BWMap信息在各自的時隙內(nèi)發(fā)送上行突發(fā)數(shù)據(jù)，占用上行帶寬。DBA算法邏輯DBA報(bào)告BWMapTimeslotT-CONTT-CONTT-CONTONU的調(diào)度器ONUOLT控制平面數(shù)據(jù)平面DBA的實(shí)現(xiàn)過程Page29第二十九頁，共41頁。T-CONTs(TransmissionContainers)：動態(tài)接收OLT下發(fā)的授權(quán)，用于管理PON系統(tǒng)傳輸匯聚層的上行帶寬分配，改善PON系統(tǒng)中的上行帶寬。T-CONT的帶寬類型分為FB,AB,NAB,BE。

T-CONT的5種類型，Type1,Type2,Type3,Type4,Type5。T-CONT帶寬術(shù)語Page30第三十頁，共41頁。EndUser1EndUser3ONTEndUser233133211112ONTONT133211133211OLT加密解密解密解密1133211GPON支持下行廣播數(shù)據(jù)進(jìn)行AES128加密處理。只對GEM幀中的Payload進(jìn)行加密處理。GPON系統(tǒng)定期的進(jìn)行AES密鑰交換和更新，提高了線路數(shù)據(jù)的可靠性。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，并分兩部分發(fā)給OLT，且重復(fù)發(fā)送三次，OLT收到了新的密鑰后，就要開始進(jìn)行密鑰切換，將使用新的密鑰的幀號通過相關(guān)的命令通知ONU（也是三次），ONU在相應(yīng)的數(shù)據(jù)幀上切換校驗(yàn)密鑰。AES:AdvancedEncryptSystem一種國際通用的加密算法GPON系統(tǒng)的AES加密處理Page31第三十一頁，共41頁。ONU的激活進(jìn)程激活進(jìn)程在OLT控制下工作，ONU應(yīng)答OLT啟動的消息。激活進(jìn)程的大致步驟為：ONU從OLT接收US_OVERHEAD消息，并調(diào)整自身參數(shù)。OLT發(fā)現(xiàn)新連接的ONU的序列號（通過廣播+隨機(jī)時延方法）OLT分配ONU-ID給ONUOLT測量來自于ONU的上行流傳輸?shù)牡竭_(dá)相位（測量RTD）OLT通知ONU均衡時延（EqD)ONU根據(jù)通知的EqD值及BWMap計(jì)算上行數(shù)據(jù)發(fā)送窗口該過程通過上行/下行流傳送的flag和PLOAM消息實(shí)現(xiàn)帶內(nèi)數(shù)字交換。Page32第三十二頁，共41頁。第1章光接入網(wǎng)概述第2章PON基本概念第3章GPON協(xié)議分析第4章GPON關(guān)鍵技術(shù)第5章GPON的物理特性內(nèi)容介紹Page33第三十三頁，共41頁。分光器衰減計(jì)算分光器的插入損耗(<1dB):∑(Power_input)-∑(Power_outputofallbranch)InputOutput1:2分光器2:N分光器∵10log(0.5)=-3.01∴1:2分光器衰減為3.01dB1:16分光器衰減為12.04dB1:64分光器衰減為18.06dB光功率衰減Page34第三十四頁，共41頁。光纖衰減和長度有關(guān)光纖熔接點(diǎn)的衰減值一般小于0.2dB其他方面，如光纖彎曲等也可能造成衰減About0.35dBperkmfor1310,1490nmTableG.984.2–ClassesforopticalpathlossClassAClassBClassB＋ClassCMinimumloss5dB10dB13dB15dBMaximumloss20dB25dB28dB30dBNOTE–Therequirementsofaparticularclassmaybemorestringentforonesystemtypethanforanother,e.g.theclassCattenuationrangeisinherentlymorestringentforTCMsystemsduetotheuseofa1:2

splitter/combinerateachsideoftheODN,eachhavingalossofabout3dB.Huawei’sOLTandONU28dB(ClassB+)光纖衰減和光功率預(yù)算Page35第三十五頁，共41頁。ItemsUnitSinglefibreOLT:OLT最小平均發(fā)送功率MeanlaunchedpowerMINdBm+1.5最大平均發(fā)送功率MeanlaunchedpowerMAXdBm5接收靈敏度MinimumsensitivitydBm-28過載光功率MinimumoverloaddBm-8ONU:ONU最小平均發(fā)送功率MeanlaunchedpowerMINdBm0.5最大平均發(fā)送功率MeanlaunchedpowerMAXdBm5接收靈敏度MinimumsensitivitydBm-27過載光功率MinimumoverloaddBm-8GPON接口參數(shù)指標(biāo)（ClassB+）Page36第三十六頁，共41頁。IFponIFponIFpon1：N分光器OLTONU#1ONU#N備用光纖TypeA光纖備份IFpon