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1、GPON技术培训,考虑到未来许多的宽带应用，越来越多的国家认识到必须尽早突破接入“瓶颈”，而光纤是今为止最好的传输媒介。本文主要分析 GPON技术的产生背景、应用、基本概念和特点，以及GPON系统的管理模式和终端的业务发放模式 。,前 言,第1章 PON基本概念 第2章 光接入网概述 第3章 GPON协议分析 第4章 GPON关键技术 第5章 GPON承载的基本业务 第6章 GPON系统的管理和业务发放模式,内容介绍,Service,Access,Core,X.25,ADSL,Ethernet,PSTN,IP,ATM,FR,GSM/GPRS,CDMA,Cable,PDH,SDH,Wireles
2、s Voice,Wireless Data,High Speed Internet,Voice,Streaming,Dial-up,VoIP,Message,FTTH GPON,DSL,Wireless,Eth/IP/MPLS Aggregation Network,Location & Presence,Message,Online Gaming,Voice,Data,Video,Storage,Directory,接入网的发展All IP,Passive Optical Network 无源光网络,OLT,ONU,Optical Line Terminal 光线路终端,Optical Ne
3、twork Unit 光网络单元,Passive Optical Splitter 无源分光器,PSTN,Internet,CATV,ONU,ONU,PON是一种点到多点（P2MP）结构的无源光网络； PON由光线路终端OLT（Optical Line Terminal）、光网络单元 ONU（ Optical Network Unit） 和无源分光器POS（Passive Optical Splitter）组成；,Passive Optical Splitter 无源分光器,什么是PON?,GPON（Gigabit-capable Passive Optical Networks） 三大优势：
4、 1、更远的传输距离：采用光纤传输，接入层的覆盖半径20KM； 2、更高的带宽：对每用户下行2.5G/上行1.25G（物理层）； 3、分光特性：局端单根光纤经分光后引出多路到户光纤，节省光纤资源。 GPON支持Tripleplay业务，可提供全业务竞争方案可以有效解决双绞线接入的带宽瓶颈，满足用户对高带宽业务的需求，如高清电视、实况转播等，GPON是三网合一的上佳方案。 GPON标准完善，综合业务支持好，技术要求高 全球大运营商的选择,为什么选择GPON?,上行,下行,Mbps,150,100,25,20,10,5,0,5,10,20,25,100,150,15,Dial-up,ADSL2+,
5、Cable Modem,VDSL2,GPON/P2P,Next Hosted Applications & Storage,HDTV VOD,Large File Sharing,Telemedicine,Premises Web Hosting,Multi-Player Gaming, Interactive Distance Learning,Real Time SDTV, Network PVR,File Sharing, Home Video Sharing/Streaming,SDTV VOD, Telecommuting,Video Conferencing, Premises S
6、urveillance,Web Surfing,接入业务带宽的需求增长,APON: ATM Passive Optical Networks EPON: Ethernet Passive Optical Networks GE-PON: Giga-bit Ethernet Passive Optical Networks GPON: Gigabit-capable Passive Optical Networks,EPON,GEPON,GPON,ATM,APON,BPON,Ethernet,EPON,GPON,几种PON标准,TPON,APON/ BPON,GPON,EPON,WDM PON,
7、国际标准,ITU-T G.983.x,ITU-T G.984.x,IEEE 802.3ah,国际标准,国际标准,国际标准,尚无标准,ITU-T G.982,国家标准,Q1/1998,国家标准,Q3/2000,国家标准,国家标准,尚无标准,Q4/2004,Q3/2004,PON技术标准化进展,GPON与EPON的比较,第1章 PON基本概念 第2章 光接入网概述 第3章 GPON协议分析 第4章 GPON关键技术 第5章 GPON承载的基本业务 第6章 GPON系统的管理和业务发放模式,内容介绍,ADSL2+,PON,ADSL2+ VDSL2,Centre office,Home,VDSL2,O
8、NT,ADSL2+,10/100Base-T,1 km,2 km,IP DSLAM,GE,Curb,Building,GE,FTTC,FTTB,FTTB,FTTH,ADSL2+ VDSL2,GE,FTTB,DSL,Best Suitable is the Best Choice,FTTX场景分析,FTTH光缆网络基本结构各段模拟图,模拟图1 模拟图2 模拟图3,用户接入点+入户线光缆段高层建筑模拟图,第1章 PON基本概念 第2章 光接入网概述 第3章 GPON协议分析 第4章 GPON关键技术 第5章 GPON承载的基本业务 第6章 GPON系统的管理和业务发放模式,内容介绍,ITU-T G
9、.984.3 GPON TC层规格要求 GTC复用结构及协议栈介绍 GTC帧结构介绍 ONU注册激活流程 DBA规格要求 告警和性能,ITU-T G-984.1/2/3/4,产品开发简单 产品兼容性强,ITU-T G.984.1 GPON网络参数说明 保护倒换组网要求,ITU-T G.984.4 OMCI消息结构介绍 OMCI设备管理框架 OMCI实现原理简述,ITU-T G.984.2 PMD层规格要求 2.488Gbps下行光接口参数规格要求 1.244Gbps上行光接口参数规格要求 物理层开销分配,GPON标准协议,WDM,ONU/ONT,NE,WDM,OLT,NE,Service no
10、de,分光器,T参考点,V参考点,R/S,S/R,ODN,UNI,SNI,IFpon,IFpon,ONU Optical Network Unit 光网络单元 ONT Optical Network Terminal 光网络终端 ODN Optical Distribution Network 光分配网络 OLT Optical Line Terminal 光线路终端 WDM Wavelength Division Multiplex Module 波分复用模块 NE Network Element 网络单元 SNI Service Node Interface 业务节点 UNI User N
11、etwork Interface 用户网络接口,GPON网络参考模型,GPON提供以下几种异步传输速率： 0.15552 Gbit/s up, 1.24416 Gbit/s down 0.62208 Gbit/s up, 1.24416 Gbit/s down 1.24416 Gbit/s up, 1.24416 Gbit/s down 0.15552 Gbit/s up, 2.48832 Gbit/s down 0.62208 Gbit/s up, 2.48832 Gbit/s down 1.24416 Gbit/s up, 2.48832 Gbit/s down（目前的主流支持速率） 2.
12、48832 Gbit/s up, 2.48832 Gbit/s down 支持最大逻辑距离为：60km 支持最大物理距离为：20km 支持最大距离差为：20km 分光比为1：64，可升级为1：128,GPON网络基本性能参数,GPON系统采用WDM技术，实现单纤双向传输（强制）。 为了分离同一根光纤上多个用户的来去方向的信号，采用以下两种复用技术： 下行数据流采用广播技术； 上行数据流采用TDMA技术。,GPON原理-数据复用,广播方式：GPON的下行帧长为固定的125us，下行为广播方式，所有的ONU都能收到相同的数据，但是通过ONUID来区分不同的ONU的数据，ONU 通过过滤来接收属于自
13、己的数据。,GPON原理-下行数据,TDMA方式：GPON的上行是通过TDMA（时分复用）的方式传输数据，上行链路被分成不同的时隙，根据下行帧的upstream bandwidth map字段来给每个ONU分配上行时隙，这样所有的ONU就可以按照一定的秩序发送自己的数据了，不会产生为了争夺时隙而冲突。每帧共有9120个时隙。,GPON原理-上行数据,GEM Port：业务的最小承载单位。 T-CONT: Transmission Containers。是一种承载业务的Buffer。主要用来传输上行数据的单元，引入T-CONT主要是为了解决上行带宽动态分配，以提高线路利用率 。 IF pon：G
14、PON接口。 业务根据映射规则先映射到GEM Port中，然后在映射到T-CONT中进行上行传输。GEM port可以灵活的映射到T-CONT中，一个GEM Port可以映射到一个T-CONT中去，多个GEM Port也可以映射到同一个T-CONT中。 一个ONU的GPON接口中可以包含一个或多个T-CONT。,GPON复用结构,GPON 协议栈,C/M平面由3部分组成：嵌入式OAM，PLOAM和OMCI。嵌入式OAM和PLOAM通道信息用于对物理层和GTC层进行管理。而OMCI提供了更高层次的统一的管理系统。 嵌入式OAM通道通过GTC帧头中域格式信息来提供(BDMap，DBRu等)。功能包
15、括：带宽授权，动态带宽分配信令等。 PLOAM通道涉及ONU注册、加密，Boot OMCI等 功能。 OMCI通道用于管理在GTC层上层定义的业务的管理 。,GTC成帧子层： 1、复用/解复用，PLOAM，GEM到FTC帧的映射 2、GTC帧头的产生/解码 3、基于ALLOC-ID的内部交换 GTC适配子层： 1、ATM、GEM、OMCI的上层适配,GPON参考模型,Physical Control Block Downstream (PCBd),Payload,AllocID,Start,End,AllocID,Start,End,1,100,200,2,300,500,T-CONT1 (O
16、NT 1),T-CONT 2 (ONT 2),Slot 100,Slot 200,Slot 300,Slot 500,PLOu,PLOAMu,PLSu,DBRu,Payload x,DBRu Y,Payload y,Upstream Bandwidth Map,125us,Downstream Framing,Upstream Framing,GPON帧结构,PLOu,PLOAMu,PLSu,DBRu x,Payload x,DBRu y,Payload y,PLOu,DBRu z,Payload z,Preamble A bytes,Delimiter B bytes,BIP 1 bytes
17、,ONU-ID 1 bytes,Ind 1 bytes,ONU-ID 1 bytes,Msg ID 1 bytes,Message 10 bytes,CRC 1 bytes,DBA 1,2,4bytes,CRC 1 bytes,GEM header,Frame fragment,GEM header,Full frame,GEM header,Frame fragment,PLI 12bit,Gem Port ID 12bit,PTI 3bit,HEC 13bit,ONT A,ONT B,Upstream Framing,DBA Report,Pad if needed,GPON上行帧结构,P
18、CBd n,Payload n,PCBd n + 1,Payload n,Psync 4 bytes,Ident 4 bytes,PLOAMd 13 bytes,BIP 1 bytes,Plend 4 bytes,Plend 4 bytes,US BW Map N*8 bytes,FEC Ind 1 bit,Reserved 1 bit,Super-frame Counter 30 bits,Blen BW Map Length 12 bits,Alen ATM Partition Length 12 bits,CRC 8 bits,Access 1 8 bytes,Access 2 8 by
19、tes,Access n 8 bytes,Alloc ID 12 bits,Flags 12 bits,SStart 2 bytes,SStop 2 bytes,CRC 1 byte,Send PLS 1 bit,Send PLOAMn 1 bit,Use FEC 1 bit,Send DBRu 2 bits,Reserved 7 bits,125us,Coverage of this BIP,Coverage of next BIP,Downstream Framing,GPON下行帧结构,TDM,TDM data,Payload TDM fragment,HEC,PTI,Port ID,P
20、LI,GEM Frame,Ingress buffer,TDM Buffer,TDM业务先导入缓存中进行排队，并且按照固定的字节数复用到GEM帧中进行传输。 这种方式不对具体的TDM业务进行感知，只进行透传处理。 GEM帧具有定长的特点，对TDM业务传输非常有利。,TDM业务在GPON中的映射方式,GPON系统对以太网帧进行解析，将数据部分直接映射到GEM Payload中去进行传输。 GEM帧会自动封装头信息。 映射的格式清晰，设备很好实现，兼容性好。,以太网业务在GPON中的映射方式,第1章 PON基本概念 第2章 光接入网概述 第3章 GPON协议分析 第4章 GPON关键技术 第5章
21、GPON承载的基本业务 第6章 GPON系统的管理和业务发放模式,内容介绍,突发发射 快速开启和关断能力 消光比大（10dB）,突发接受 快速AGC (动态范围 20dB),连续发送模块,突发发送模块,连续接收模块,突发接收模块,PON关键技术-突发光电技术,OLT通过Ranging测距过程获取ONU的往返延迟RTD（Round Trip Delay），从而指定合适的均衡延时参数EqD（Equalization Delay），保证每个ONU发送数据时不会在分光器上产生冲突。 OLT获取序列号和Ranging的过程都需要开窗，即Quiet Zone，暂停其他ONU的上行发送通道。,GPON关键技
22、术-测距,什么是DBA? - DBA, Dynamically Bandwidth Assignment(动态带宽分配) - DBA是一种能在微秒或毫秒级的时间间隔内完成对上行带宽的动态分配的机制 为什么需要DBA？ - 可以提高PON端口的上行线路带宽利用率 - 可以在PON口上增加更多的用户 - 用户可以享受到更高带宽的服务，特别是那些对带宽突变比较大的业务,DBA概念,GPON系统采用SBA+DBA的方式来实现带宽的有效利用， TDM业务通过SBA指配带宽以保证其高QoS， 其他一些业务可以通过DBA来动态分配带宽。 DBA的实现与QoS的保障机制有密切关系。 GPON系统通过状态的上报
23、以及OLT业务监视（非状态上报）支持动态带宽分配。 GPON的状态上报DBA存在3种机制： PLOu-State Ind DBA; DBRu-Piggy-back DBA; Payload DBA; DBA功能的实现机制主要包括以下几个部分： OLT或ONU进行拥塞检测; 向OLT报告拥塞状态; 按照指定参数更新OLT分配带宽; OLT按照新分配的带宽和T-CONT类型发送授权; DBA操作的管理。,DBA,提高最大带宽利用率 无DBA,利用率40% 有DBA,利用率达到80% 减小平均时延 无DBA:100ms 有DBA:10ms,DBA在利用率和延迟指标上带来的优势,T-CONTs (Tr
24、ansmission Containers)：动态接收OLT下发的授权 ，用于管理PON系统传输汇聚层的上行带宽分配，改善PON系统中的上行带宽。 T-CONT的带宽类型分为FB,AB,NAB,BE。 T-CONT的5种类型，Type1,Type2,Type3,Type4,Type5。,T-CONT带宽术语,根据业务的优先级，系统对每个ONU设置SLA，对业务的带宽进行限制。 最大带宽和最小带宽是对每个ONU的带宽进行极限限制，保证带宽根据业务的优先级不同而不同，一般语音业务的优先级最高，视频业务优先级次之，数据业务的优先级最低。 OLT根据业务和SLA及ONU的实际情况进行带宽许可，优先级高
25、的可以得到更高的带宽，满足业务需求。,T-CONT类型和带宽类型之间的关系,GTC PON系统架构是下行方向为广播方式，上行方向为TDMA方式，所以只对上行方向的业务流提供QoS处理。 QoS处理的最小单元是T-CONT，T-CONT可以看作是ONU业务流的承载容器，调度机制是DBA（动态带宽分配）。 DBA的算法是GTC的QoS处理性能的关键。 GEM 在GEM层主要是针对每个GEM Port进行业务流分类，类似于DSLAM的单PVC多业务的处理方式。 针对流分类后的业务分别进行优先级修改、流量监管和转发处理。 ETH/TDM TDM业务（非电路仿真方式）为面向连接，系统可以通过静态配置带宽
26、严格保证面向连接的QoS。 ETH业务（包括电路仿真方式的TDM业务）主要是基于二层VLAN、COS等标识进行业务的QoS处理， QoS主要处理机制分为流分类、监管、队列调度、拥塞处理、整形，它们的实现复杂度是影响QoS处理性能的关键,GPON中的QoS处理,End User 1,End User 3,ONT,End User 2,3,3,1,1,2,ONT,ONT,OLT,加密,解密,解密,解密,1,GPON支持下行广播数据进行AES128加密处理。 只对GEM帧中的Payload进行加密处理。 GPON系统定期的进行AES密钥交换和更新，提高了线路数据的可靠性。 密钥更换由OLT发起密钥更
27、换请求，ONU响应并将生成的新的密钥，并分两部分发给OLT，且重复发送三次 ，OLT收到了新的密钥后，就要开始进行密钥切换，将使用新的密钥的帧号通过相关的命令通知ONU（也是三次） ，ONU在相应的数据帧上切换校验密钥。,AES: Advanced Encrypt System 一种国际通用的加密算法,GPON系统的AES加密处理,Forward Error Correction, FEC 。 一种基于Reed-Solomon的块编码算法，FEC码字由定长数据块和冗余位构成。 GPON在传输层使用FEC算法可以将线路传输的误码率降低到10E-15,可以避免数据重传。 GPON系统上、下行均支持
28、FEC处理。 对PCBd和Payload一起进行FEC处理，提高了数据传输质量。,FEC处理,Input,Output,1:2 分光器,2:N 分光器, 10 log(0.5) = - 3.01 1:2 分光器衰减为3.01 dB 1:16分光器衰减为12.04 dB 1:64分光器衰减为18.06 dB,光功率衰减,分光器衰减计算 分光器的插入损耗(1dB): (Power_input) - (Power_output of all branch),光纤衰减和长度有关 光纤熔接点的衰减值一般小于0.2dB 其他方面，如光纤弯曲等也可能造成衰减,About 0.35 dB per km for
29、 1310,1490nm,Huaweis OLT and ONU 28 dB (Class B+),光纤衰减和光功率预算,GPON接口参数指标（Class B+）,IFpon,IFpon,IFpon,1：N分光器,OLT,ONU#1,ONU#N,备用光纤,Type A 光纤备份,IFpon,IFpon,IFpon,2：N分光器,OLT,ONU#1,ONU#N,Type B OLT端口备份,IFpon,设备没有任何备份措施. 主干光纤故障后，由人工切换至备用光纤. 业务肯定中断，中断时间取决于线路恢复时间. 如果到用户的线路故障，业务就会中断，无法备份。,OLT设备上有两个GPON接口. 此种保
30、护方式仅限于主干光纤出现故障时，系统会自动切换到备用系统，实现了对骨干光纤的保护。 保护对象仅限于OLT与ODN之间的光纤故障和OLT单板硬件故障，对其他类型的故障没有涉及，可能存在严重安全隐患，无法满足客户需求。 无法定位故障。,GPON网络保护方式,IFpon,IFpon,IFpon,2：N分光器,OLT,ONU#1,ONU#N,Type C 全备份方式,IFpon,IFpon,IFpon,2：N分光器,OLT和ONT上均有两个GPON接口。OLT的GPON接口要工作在1:1模式下。 此种保护方式一种全保护光纤倒换方式，OLT与ONU之间有完全不同的两条通路，可以保证各种故障都得到恢复 。
31、 当ONU的主用PON口或用户线路故障时，ONU会自动将业务倒换到备用PON口上，业务通过备用线路和OLT的备份端口上行。业务基本不会中断。 实现难度较大，成本较高。 其中一个端口试种处于空闲状态，造成系统带宽利用率低。,GPON网络保护方式,IFpon,IFpon,IFpon,2：N分光器,OLT,ONU#1,ONU#N,Type D 混和备份方式,IFpon,IFpon,2：N分光器,1：2分光器,1：2分光器,OLT上有两个GPON接口。OLT的GPON接口要工作在11模式下。 此种保护方式一种全保护光纤倒换方式，OLT与ONU之间有完全不同的两条通路，可以保证各种故障都得到恢复，包括无
32、源分光器故障，链路都可以自动恢复 。 此种网络中支持ONU混合方式，可以是带一个PON口的，也可以是带两个PON口的，根据用户的实际需要选择。 实现难度较大，成本较高。,GPON网络保护方式,第1章 PON基本概念 第2章 光接入网概述 第3章 GPON协议分析 第4章 GPON关键技术 第5章 GPON系统的管理和业务发放模式 第6章 GPON承载的基本业务,内容介绍,Triple-Play Multi-Play 业务承载方式： 多Gemport多业务 单Gemport多业务 业务流映射： user-vlan、802.1P、Eth PHY单一或 混合的业务流到Gemport映射规则,GPON
33、 Triple-Play 端到端解决方案,CESoP方式TDMB扣板GEM-TDMGPBA,Native方式GPBC无扣板，普通以太方式走背板路由到另一块上行板,OLT支持Native和CESoP两种TDM处理方式。 GPON强大的QoS能力，可确保TDM业务的端到端延时、Jitter和误码率指标。 针对GPON的定长帧传输特点，TDM在GPON线路上承载具有天然优势。 TDMoGEM的实现是将TDM帧直接封装到GEM帧中进行传输。 在GPON线路上给封装有TDM帧的GEM给与最高的优先级，保证TDM的传输质量。 在同步方面，系统采用统一的8K时钟进行全网同步。,ONT,OLT,CO,LE,S
34、plitter,ONT,BUSINESS,PBX,PBX,E1/T1,ODN,E1/T1,E1/T1,FE,PSTN,ONT,应用场景： 解决移动基站和商业用户PBX语音接入的TDM业务传输,GPON TDM 业务解决方案,xDSL线路改造，有利于原来的铜缆资源的利用,GPON + xDSL 解决方案,GPON RF 业务解决方案,EDFA （Erbium Doped Fiber Amplifier）,Optical Couplers （WDM）,OLT (Optical Line Terminal),ONU (Optical Network Terminal),Central Office,
35、Video 1550nm,Voice/Data& Video 1490/1310nm，1550nm,Voice/Data Downstream 1490nm,Upstream 1490nm,Customer Premises,Optical Splitter,Video （RF）,IP,Voice and Data 1250Mbps,Voice and Data 2500Mbps,Video,Analog TV,Digital TV,HD/VOD,42Mhz,550Mhz,860Mhz,Upstream,Downstream,1310nm,1490nm,1550nm,第1章 PON基本概念 第
36、2章 光接入网概述 第3章 GPON协议分析 第4章 GPON关键技术 第5章 GPON承载的基本业务 第6章 GPON系统的管理和业务发放模式,内容介绍,物理层OAM消息有三种类型：嵌入式OAM，PLOAM消息，OMCI消息。,嵌入式OAM和PLOAM通道信息用于对物理层和GTC层进行管理。 嵌入式OAM通道通过GTC帧头中域格式信息来提供(BW Map，DBRu等)。 （功能包括：带宽授权，动态带宽分配信令等） PLOAM通道涉及ONU注册、加密，Boot OMCI等功能 OMCI提供了更高层次的统一的管理系统通道，用于管理在GTC层上层定义的业务,GPON管理中的基本消息类型,OLT,B
37、RAS,ONT,iManager N2000 BMS,OMCI,SNMP,ONT 即插即用 零配置 ONT 集中管理 ONT 远程诊断 通过OMCI对ONT 进行远程维护和管理 ONT 自动业务发放,Client,GPON 系统管理模型,运营商的噩梦,应用场景,业务发放系统,NMS 2000,Access Network,Billing,1,开户,2,下发数据配置,3,订单管理系统,启动终端，利用序列号进行注册,ONT,ONT,ONT,ONT,CRM,用户,给用户发放终端,1,2,自动完成OLT的数据配置的的,终端需要完成初始配置（如业务系统信息、数据配置等）才能投入正常使用，运营商完成这些配
38、置得投入大量人力；,支持终端零配置和终端即插即用，节省运营商投入终端业务开通与初始配置的人力。,灵活的GPON配置方案,STB,3,利用OMCI完成ONT的数据配置,GPON业务发放与终端零配置,SoftX3000,Service Provisioning,IADMS,Access Network,CRM,Billing,UMS,1,开户,2,配置SoftX,3,配置IADMS,终端激活码生成器,4,生成激活码,用户,5,把激活码和 终端交给用户,Phone,Phone,Phone,Phone,Order Management,6,输入激活码,7,利用TR069自动配置终端,维护人员用激活码生成器生成终端激活码（包含IADMS IP、PPPOE用户名、密码等），用户在终端上输入激活码，终端上电通过TR069都到IADMS上注册，IADMS对该终端做自动配置。,激 活 终 端,业 务 发 放,日 常 管 理,基本运维流程,方案描述,流程与组网,ONT,ONT,GPON系统中VoIP业务管理方案,感谢你的聆听！,