bo000000 gpon原理介绍

HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.

www.huawei.com

HUAWEI Confidential

Internal

BO000000 GPON原理介绍

ISSUE 1.1

HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. HUAWEI Confidential

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

。


参考资料

⚫ http://support.huawei.com/support/知识中心/

接入网/光接入/光接入公共/GPON QoS专题介

绍

⚫ http://support.huawei.com/support/知识中心/

接入网/光接入/光接入公共/FTTx网络配置方案

http://support.huawei.com/support/知识中心/

http://support.huawei.com/support/知识中心/


学习完此课程，您将会：

掌握GPON的概念及发展背景

理解光网络架构

掌握GPON的主要协议

掌握GPON的关键技术

了解GPON提供的基本业务

了解GPON系统的管理模式和终端的业务发放模式


第1章光接入网概述

第2章 PON基本概念

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

第7章 GPON PK EPON


接入网的现状

全球电信运营商处在转型过程中：

1、业务竞争力的提升：提供更多业务。

2、增加ARPU值：多种业务捆绑，降维护成本。

3、提升用户忠诚度：提高用户对网络感受满意度，降低用户离网率。

要实现转型目标，宽带提速是前提。


Service

Access

Core

X.25

ADSL

Ethernet

PSTN

IP

ATM

FR

GSM/GPRS CDMA

Cable

PDHSDH

Wireless V

oice

Wireless D

ata

High

Speed

Intern

et

Vo

ice

Streamin

g

Dial-u

p

Vo

IP

Message

DSL

Eth/IP/MPLS

Aggregation Network

Locatio

n &

Presen

ce

Message

On

line G

amin

g

Vo

ice

Data

Vid

eo

Storage

Directo

ry

接入网的发展趋势－All over IP


如何解决“距离与带宽”的矛盾

ISDN HDSL ADSL ADSL2+ VDSL 2

xDSL技术

…… ???

xDSL技术很

难解决距离与带宽的矛盾

问：怎么办？

答：“光进铜退”！采用光纤接入网是不错的方案！


光纤接入网的接入方案

(a) 点到点的网络

(b) 路边交换网络

(c) 无源光网络

即: PON

Curb switch

CO

CO

CO

N subscribers

L km

L km

L km

Passive

optical

splitter

N subscribers


ADSL2+

PON

ADSL2+VDSL2

Centre officeHome

VDSL2

ONT

ADSL2+

10/100Base-T

1 km

2 km

IP DSLAM

GE

Curb

Building

GE

Splitter

FTTC

FTTB

FTTB

FTTH

ADSL2+VDSL2

GEFTTB

DSL

Best Suitable is the Best Choice

FTTX场景分析


⚫ Passive Optical Network 无源光网络

OLTONU

Optical Line Terminal

光线路终端

Optical Network 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）

和光分配网络ODN（Optical Distribution Network）组成；

Passive Optical Splitter

无源分光器

什么是PON?


WDM

ONU/ONT

NE

WDM

OLT

NE

Service node

分光器T参考点

V参考点

R/S S/RODNUNI 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 Network Interface 用户网络接口

GPON网络参考模型


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


• GPON（Gigabit-capable Passive Optical Networks）

• 三大优势：

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Triple－play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

<1Mbps 3M 8M 25M 100M

ADSL/ADSL2+

Copper Based

VDSL / ADSL2+

Copper Based

PON

Fiber Based

2002 2003 2006 2010

时间

带宽

互联网

视频会议

远程控制

接入技术

业务需求

VoD

标清电视

视频会议

Game

实况TV

VoD

HDTV

<3km <2km <1km ~20km覆盖半径

为什么选择GPON?


上行下行

Mbps150 100 25 20 10 5 0 5 10 20 25 100 15015

Dial-up

ADSL2+

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 Surveillance

Web Surfing

接入业务带宽的需求增长


PON

TPONAPON/BPON

GPON EPON WDM PON

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


P2MP

GPON EPON

标准 ITU.T IEEE

速率 2.488G/1.244G 1.25G/1.25G

分光比 1:64~1:128 1:16~1:32

承载 ATM, Ethernet, TDM Ethernet

带宽效率 92% 72%

QOS Very good，

including Ethernet, TDM, ATM

Good,

only ethernet

光预算 Class A/B/C Px10/Px20

测距 EqD 逻辑等距 RTT

DBA(动态带宽分配)

标准格式厂家自定义

TDM支持 TDM over Ethernet (PWE3, CESoEthernet)or native TDM)

TDM over Ethernet

(PWE3, CESoEthernet)

ONT管理 OMCI 无

OAM ITU-T G.984 (强) Ethernet OAM（弱，厂家扩展）

运营成本低中

GPON与EPON的比较


⚫ 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。

1490nm

1310nm

GPON原理----数据复用


➢ GPON提供以下几种异步传输速率：0.15552 Gbit/s up, 1.24416 Gbit/s down0.62208 Gbit/s up, 1.24416 Gbit/s down1.24416 Gbit/s up, 1.24416 Gbit/s down0.15552 Gbit/s up, 2.48832 Gbit/s down0.62208 Gbit/s up, 2.48832 Gbit/s down1.24416 Gbit/s up, 2.48832 Gbit/s down（目前的主流支持速率）2.48832 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

ONU OLT

ONU

距离差: 20km

逻辑距离: 60 km

逻辑分光比: 128

UNI SNI


ITU-T G.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


▪ 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GEMPORT ID来区分不同的业务的数据，ONU 通过过滤来接收属于自己的数据。

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


GPON 协议栈


IFpon

O

N

U

O

N

U

O

N

U

T-CONT Port

T-CONTPort

Port

T-CONT

T-CONT

Port

Port

Port

Port

Port

不同的ONU用ONU-ID标识

不同的T-CONT用Alloc-ID标识

不同的GEM-PORT用Port-ID

标识

GPON复用示意图 (ATM&GEM)

IFpon

O

N

U

O

N

U

O

N

U

T-CONT PVC

T-CONTPVC

PVC

T-CONT

T-CONT

PVC

PVC

PVC

PVC

PVC



不同的PVC用VPI/VCI标识

(ATM业务) (GEM业务)


一个OLT与多个ONT

O

N

U

O

N

U

O

N

U

T-CONT GEM Port

T-CONT

GEM Port

GEM Port

T-CONT

T-CONT

GEM Port

GEM Port

GEM Port

GEM Port

GEM Port



不同的GEM-PORT用Port-ID标

识

PON光口

◆每个GPON 端口，支持1：64 分光比，即可提供64路ONT 接入。◆每个ONU上可以有多个T-CONT,每个TCONT可以绑多个GEMPORT. ◆T-CONT就相当于一个物理的缓存，只有绑定了DBA模板才能限速。

DBA

1

2

3

OLT

我司简化做法：

Alloc ID = T-CONT ID *256+ONU ID


Physical Control Block Downstream (PCBd)

Payload

AllocID Start End AllocID Start End

1 100 200 x 300 500

T-CONT1

(ONT 1)

T-CONT x

(ONT 2)

Slot

100

Slot

200

Slot

300

Slot

500

PLOu PLOAMu PLSu DBRu x Payload x DBRu Y Payload y

Upstream

Bandwidth Map

125us

Downstream Framing

Upstream Framing

OLT

ONT 1

ONT 64

GPON帧结构

AllocID Start End

y 501 650

ONT 2

1

x

y

T-CONT y

(ONT 2)

Slot

650

Slot

501

T-CONT x T-CONT y


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

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

T-CONT yT-CONT x T-CONT z


PCBd

n

Payload

n

PCBd

n + 1

Payload

n+1

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 bytes…..

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 PLOAMu

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

125us


GEM

Payload

HEC 13bits

PTI 3bits

Port ID 12bits

PLI 12bits

GEM FrameEthernet Packet

DA

SFD

Preamble

Inter packet gap

SA

Length\Type

MAC client data

FEC

EOF

5 bytes

⚫ 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


TDM

TDM data Payload

TDM fragment

HEC

PTI

Port ID

PLI

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。

TDM业务在GPON中的映射方式


快速开启和关断能力

2# ONT

0# ONU

1# ONU

2# ONT

连续模块

0# ONU

1# ONU

突发模块

PON关键技术----突发光电技术


快速AGC（光模块）(动态范围 >20dB)

快速时钟恢复

0# ONU

1# ONU

0# ONT

有快速AGC

无快速AGC

阈值线

恢复出来的数据到达OLT的信号及阈值建立 ONT/ONU发出的信号

PON关键技术----突发光电技术

2#


ONU3

ONU2

ONU1

OLT

⚫ 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。

⚫ Ranging的过程需要开窗，即Quiet Zone，暂停其他ONU的上行发送通道。OLT开窗通过将BWmap设置为空，不授权任何时隙来实现。

GPON关键技术---测距

ONT

OLT

(in CO)

20 km

3 km

12 km


Ranging测距原理图

OLT

ONU 处于距离修正状态

Sta

rt of D

/S F

ram

e

Rece

ptio

n o

f D/S

Fra

me

Tra

nsm

issio

n o

f S/N

Resp

on

se

Actu

al R

ece

ptio

n

of S

/N R

eso

nse

Desire

d S

tart o

f

U/S

Fra

me

分配 EqD

Pre-Assigned

EqD

零距离' EqD

Desire

d R

ece

ptio

n

of S

N R

esp

on

se

Sstart

U/S BW Map

containing

Ranging Request

ONU

Response

Time

Pre-Assigned

EqD Sstart

Sta

rt of U

/S F

ram

e

for P

re-ra

nge

d O

NU

时间


ONU的注册

ONU有三种启动激活进程的触发机制：

1）当知道有新的ONU连接时，网络操作者启动激活进程；

2）当一个或多个先前工作的ONUs失去联系时，OLT自动启动激活进程，看这些ONUs是否能够返回到业务中。该轮询周期由OpS系统设置。

3）OLT周期性的启动激活进程，测试是否有新的ONUs被连接进来。该轮询周期由OpS系统设置。


ONU的激活进程

激活进程在OLT控制下工作，ONU应答OLT启动的消息。激活进程的大致步骤为：

1. ONU从OLT接收US_OVERHEAD消息，并调整自身参数。

2. OLT发现新连接的ONU的序列号（通过广播+随机时延方法）

3. OLT分配ONU-ID给ONU

4. OLT测量来自于ONU的上行流传输的到达相位（测量RTD）

5. OLT通知ONU均衡时延（EqD)

6. ONU根据通知的EqD值及BW Map计算上行数据发送窗口

该过程通过上行/下行流传送的flag和PLOAM消息实现带内数据交换。


ONU

Upstream-overhead PLOAM

Serial Number request

Serial Number ONU

Assign ONU_ID

Ranging Request

Serial Number ONU

Ranging time

Sync with Downstream

trafficO1

Pre-sync stateOLT

O2

Idle B/W map – quiet zone O3

Idle B/W map – quiet zone O4

O5

O6Configure Port ID

Idle B/W map – quiet zone

Password

Password Request

OMCI created

ONU注册流程

消息名称功能

Upstream_Overhe

ad

在激活进程开始时发送，指示ONU上行发送的前导码字节数和预先分配的均衡时延值。

Serial_number_m

ask

给ONU提供序列号，同时屏蔽掉该序列号的一部分。

Assign_ONU-IDOLT发现该ONU的序列号后，分配ONU_ID与该序列号绑定。

Ranging_Time指示ONU需要插入的均衡时延值。

Request_password ONU测距后，OLT向ONU

请求密码，以证实该ONU。（可选）

Configure Port-ID

该消息连接OMCI通道的内部进程，绑定GEM的Port_ID，通过寻址机制路由GEM信道上的OMCI。

Serial_number_

ONU 测距进程中，用于传送ONU的序列号信息。

Password 应答OLT的Request_password消息，通过密码证实该ONU。

PLOAM消息 :


⚫ 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


⚫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


⚫ 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以及OLT业务监视（非状态上报）支持动态带宽分配。

DBA的功能


⚫ GPON的状态上报DBA存在3种机制：

PLOu-State Ind DBA;（状态指示）

DBRu-Piggy-back DBA;（我司采用此机制）

Mode 0 : 1个字节, 逻辑缓冲区中与该Alloc-ID关联的数据量

Mode 1: 2个字节, 第一个字节为缓冲区与该Alloc-ID关联的”黄色”标记的数据量,第二个字节为

缓冲区与该Alloc-ID关联的”绿色”标记的数据量

Payload DBA;（完整ONU上报)

DBA报告类型


⚫ 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功能的实现机制


⚫ OLT内部DBA模块不断收集DBA报告信息，进行相关计算，并将计算结果以BW Map的形式下发给各ONU。

⚫ 各ONU根据BW Map信息在各自的时隙内发送上行突发数据，占用上行带宽。

DBA算法逻辑

DBA报告

BW Map

Time slot

T-CONT

T-CONT

T-CONT

ONU的调度器

ONUOLT

控制平面

数据平面

DBA的实现过程


⚫ SR(Status Reporting )-DBA

PayloadUS BW

Map

Data Report

PCBd

D/S Direction

U/S Direction

OLT ONT

①

②

③

④

⚫ OLT根据上次计算的结果在下行帧头中下发BW Map。

⚫ ONU根据带宽分配信息在规定的时隙上发送目前T-CONT中等待发送的数据状态报告。

⚫ OLT收到ONU的状态报告后，经过DBA计算并更新BW Map，在下一帧进行下发。

⚫ ONU收到OLT下发的BW Map消息后，在指定的时隙上发送数据。

DBA的两种实现模式


在OLT处监视从TM-ONU/ONT来的信元数据流的算法

过程(Procedure)：

Step1：在确定的间隔(interval)内监视OLT接收到的信元数目。

Step2：通过使用在Step1中的实时监控(real time monitoring)结果来计算利用

速率(utilization rate)。

Step3：通过比较利用速率和极限值，来认识(recognize)拥塞程度。

D

ti j

Di

Dj

⚫ TM(Traffic-Monitoring)-DBA

TM(NSR)-DBA实现


◆ T-CONTs (Transmission 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


◼ DBA 1类型的分配为静态分配，保证带宽直接等于配置最大带宽，优先分配

◼ DBA 2类型的分配只需要保证用户的保证带宽。

◼ DBA 3类型为混合保证和非保证带宽，如果可以保证申请带宽，则直接分配，否则将不能分配的部分带宽打上标记和DBA 5类型的TAG部

分带宽采用RR（轮巡）方式分配

◼ DBA 4类型为不保证类型，只有保证带宽分配后剩余带宽和DBA 5部分剩余带宽申请一起RR调度；

◼ DBA 5类型为混合型，首先确保固定带宽，若不够再判断保证带宽是否能够满足要求，如果可以，则直接分配，如果还不满足，则将剩余

部分带宽申请打上标记和DBA 3的TAG部分带宽RR调度分配，如果竟争后还不能满足，则剩余带宽与DBA 4竞争。

ONU_ID T-CONT1

TAG RR

ONU_ID T-CONT2

ONU_ID T-CONT3

ONU_ID T-CONT4

ONU_ID T-CONT5

RR

配置最大带宽

保证带宽

竞争带宽

5-15-2

3-1

3-2

5-3

5-4

3-4

5-5

5-6

4-1 4-2

1-1

2-1

3-3

5-3

A-B

A：T-CONT类型B：分配步骤

DBA调度算法的实现固定带宽


GTCPON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/TDMTDM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

ETH/TDM

GEM

GTC

Flow

control/Classification

GPON 业务承载层 GPON QoS处理机制

T-CONT/DBA

VLAN/COS/PQ/GTS/POLICING


End User

1

End User

3

ONTEnd User

2

3 3

1 1

2

ONT

ONT

1 3 32 1 1OLT

加密

解密

解密

解密

1

1 3 32 1 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


Databytes

PCBdP

arit

y

Codeword

9720 TSs

PCBd

Payload (Data bytes)

Data bytes ofcodeword #1

9108 TSs

Shortcodeword

Data bytes

Par

ity

Codeword


Data bytes

Par

ity

Codeword


Data bytes

Par

ity

Codeword


Data bytes

Par

ity

Codeword


Data bytes

Par

ity

Codeword


Par

ityData

bytes

⚫ 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


➢ 分光器衰减计算

➢ 分光器的插入损耗(<1dB):

∑(Power_input) - ∑(Power_output of all branch)

Input Output1:2 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


➢ 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 kmfor 1310,1490nm

Table G.984.2 – Classes for optical path loss

Class A Class B Class B＋ Class C

Minimum loss 5 dB 10 dB 13 dB 15 dB

Maximum loss 20 dB 25 dB 28 dB 30 dB

NOTE – The requirements of a particular class may be more stringent for one system type than for another, e.g. the class C attenuation range is inherently more stringent for TCM systems due to the use of a 1:2 splitter/combiner at each side of the ODN, each having a loss of about 3 dB.

Huawei’s OLT and ONU28 dB (Class B+)

光纤衰减和光功率预算


Items Unit Single fibre

OLT: OLT

⚫最小平均发送功率 Mean launched power MIN dBm +1.5

⚫最大平均发送功率 Mean launched power MAX dBm +5

⚫接收灵敏度 Minimum sensitivity dBm -28

⚫过载光功率 Minimum overload dBm -8

ONU: ONU

⚫最小平均发送功率 Mean launched power MIN dBm 0.5

⚫最大平均发送功率 Mean launched power MAX dBm +5

⚫接收灵敏度 Minimum sensitivity dBm -27

⚫过载光功率 Minimum overload dBm -8

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。

⚫ 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。



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，包括无源分光器故障，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。



BRAS

AAA Server

IP Core

ASP/ISPCPE

MSE

Ethernet

MA5600TSoftswitch

Internet

IPTV

Server

Middleware

NMS

TL1/CORBA

/API

BB service platform

Carrier’s OSS

Notification

IPTV

Phone

PC

SFU

(HG8xx)

CPE

MDU

(MA5606T)

NSP

IP

Voice

CBU/MTU

E1

FE

ODN

Splitter

Base

station

PBX

Phone

PC

SBU

(OT925)

E1

2G/3G

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 Triple-Play 端到端解决方案


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

LESplitter

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

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

@2500MbpsVideo

Analog TV Digital TV HD/VOD

42Mhz 550Mhz 860Mhz

Upstream Downstream1310nm 1490nm 1550nm


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 BRASONT

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 ONTONT

ONTONT

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








第7章 GPON PK EPON (讨论)


GPON PK EPON （讨论）

⚫ 业务PK: 支持力度？

⚫ GPON:支持全业务的设计

对TDM类业务支持有天然优势，而且GEM封装简单、开销低，满足了高

效传输变长数据包的要求。GPON不但能支持现有TDM（时分复用模式)、以

太网数据等业务，而且可以满足未来新业务的传输要求。

⚫ EPON:仅考虑以太网数据业务

基于对点到点以太网的扩展以支持点到多点的网络，标准本身只考虑支

持以太网数据业务，未考虑多业务的要求。虽然有些厂商的EPON设备也能够

支持TDM业务，但是由于厂家各自采用私有的解决方案，实施成本也将会大

幅上升。

所以：GPON不但能支持现有的业务，而且可以满足未来新业务的传输要求。



成本PK: 能否降低？

⚫ GPON:因标准完善，目前成本高，但应用规模加大后成本将下降更快

从成本构成上看，GPON与EPON最大的不同就是光模块，其它差异很

小。因为GPON采用更严格的技术标准，满足B类光功率预算的光模块价格太

高，几乎占ONT成本的50％.

⚫ EPON:因为EPON有规模应用的基础，目前成本比GPON低30%.

GPON OLT能支持2.5Gbps的带宽、1:64的分支能力，线路效率高达93

％；而EPON OLT只能提供1Gbps带宽、1:32的分支能力，线路效率也只有

70%左右。GPON OLT的性能几乎是EPON OLT的2倍，而成本构成上没有2

倍以上的差异。

所以：在满载配置下，GPON OLT应该更有成本优势，性价比更高。



互通性PK: 厂商积极程度？

⚫ GPON:FSAN标准组织大力协调互通测试工作。

2007年FSAN组织了3次GPON互通测试。在9月份刚结束的测试结果表

明，不同厂家的设备互通性良好，中国的华为公司与其它6个不同厂家的ONT

实现了互通，需要注意的是不同的厂家选用的芯片是不同的。

⚫ EPON:缺乏权威的组织引导其互通性测试工作，互通困难，主要由运营商

引导完成。

EPON目前虽大规模应用，但并不意味着EPON的不同厂家互通性要比

GPON好，日本NTT为了实现EPON互通，与一家芯片厂家联合制定了EPON

的更详细的规范和标准，并拥有独立的知识产权，要求各设备厂家必须满足

其规范才能互通。中国电信遇到了类似的情况，因为EPON协议的灵活性，不

同厂家特别是不同芯片厂家理解不一致，在物理层面互通非常困难。



市场PK: 前景和机会？

⚫ GPON:巨大机会即将来临

北美正在实施由BPON向GPON迁移的计划，所以BPON逐渐会被GPON取代，另外

，很多主流运营商也在积极试验和部署GPON网络，例如：Verizon、AT&T、西班牙

Telefonica、法国电信、英国电信、新加坡电信，以及科威特、阿联酋和沙特等。

⚫ EPON:有规模应用 , 但发展速度较慢

EPON在日本、韩国有规模应用优势，EPON设备大部分由三菱机电、住友、日

立三家厂家提供。

可以说，如果中国运营商选择EPON，则全球范围内EPON和GPON旗鼓相当；

如果中国运营商选择GPON，则EPON应用局限于区域市场，就像当年的VDSL一样。

所以：EPON正在日本大规划应用，GPON为其它地区特别是欧美的主流运营商

看好，未来哪种技术用户多，目前不可定论。


问题

⚫ EPON和GPON有哪些区别？

谢谢www.huawei.com

bo000000 gpon原理介绍

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