GPON原理介绍.ppt

GPON原理介绍,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,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,目 标,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的物理特性,内容介绍,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,PDH,SDH,Wireless Voice,Wireless Data,High SpeedInternet,Voice,Streaming,Dial-up,VoIP,Message,FTTH GPON,DSL,Wireless,Eth/IP/MPLSAggregation Network,Location&Presence,Message,Online Gaming,Voice,Data,Video,Storage,Directory,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,ADSL2+,PON,ADSL2+VDSL2,Centre office,Home,VDSL2/POTS,ONT,ADSL2+,10/100Base-T,GE,Curb,Building,GE,FTTC,FTTB,FTTB,FTTH,ADSL2+VDSL2,GE,FTTB,DSL,Best Suitable is the Best Choice,FTTX场景分析,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的物理特性,内容介绍,Passive Optical Network 无源光网络,OLT,ONU,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）和无源分光器POS（Passive Optical Splitter）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/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 Network Interface 用户网络接口,GPON网络参考模型,APON:ATM Passive Optical Networks EPON:Ethernet Passive Optical NetworksGE-PON:Giga-bit Ethernet Passive Optical NetworksGPON:Gigabit-capable Passive Optical Networks,EPON,GEPON,GPON,ATM,APON,BPON,Ethernet,EPON,GPON,几种PON标准,GPON与EPON的比较,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?,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，通过Gemport ID,ONU来识别、区分和过滤属于自己的数据。,GPON原理-下行数据,GPON原理-上行数据,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。,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,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的物理特性,内容介绍,ITU-T G.984.3GPON 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.984.1GPON网络参数说明保护倒换组网要求,ITU-T G.984.4OMCI消息结构介绍OMCI设备管理框架OMCI实现原理简述,ITU-T G.984.2PMD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,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。,GPON网络保护方式,GPON 协议栈,不同的GEM-PORT用Port-ID标识,GPON复用示意图(ATM&GEM),(ATM业务),(GEM业务),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,GPON帧结构,AllocID,Start,End,y,501,650,1,x,y,T-CONT y(ONT 2),Slot 650,Slot 501,T-CONT x,T-CONT y,PCBdn,Payloadn,PCBdn+1,Payloadn+1,Psync4 bytes,Ident4 bytes,PLOAMd13 bytes,BIP1 bytes,Plend4 bytes,Plend4 bytes,US BW MapN*8 bytes,FEC Ind1 bit,Reserved1 bit,Super-frame Counter 30 bits,Blen BW MapLength 12 bits,Alen ATM PartitionLength 12 bits,CRC8 bits,Access 18 bytes,Access 28 bytes,.,Access n8 bytes,Alloc ID12 bits,Flags12 bits,SStart2 bytes,SStop2 bytes,CRC1 byte,Send PLS1 bit,Send PLOAMn1 bit,Use FEC1 bit,Send DBRu2 bits,Reserved7 bits,125us,Coverage of this BIP,Coverage of next BIP,Downstream Framing,GPON下行帧结构,125us,ONU ID 1 B,Message ID 1 B,Data 10 B,CRC1B,PLOu,PLOAMu,PLSu,DBRu x,Payload x,DBRu y,Payload y,PLOu,DBRu z,Payload z,PreambleA bytes,DelimiterB bytes,BIP1 bytes,ONU-ID1 bytes,Ind1 bytes,ONU-ID1 bytes,Msg ID1 bytes,Message10 bytes,CRC1 bytes,DBA 1,2,4bytes,CRC1 bytes,GEMheader,Framefragment,GEMheader,Full frame,GEMheader,Framefragment,PLI12bit,Gem Port ID12bit,PTI3bit,HEC13bit,ONT A,ONT B,Upstream Framing,DBA Report,Pad if needed,GPON上行帧结构,T-CONT y,T-CONT x,T-CONT z,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,PayloadTDM 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,OMCI基本概念,OMCI（ONU Management and Control Interface）是GPON标准中定义的一种配置传输通道，通过在OLT和ONT之间建立专有的ATM PVC或者GEM PORT传输OMCI消息，用于提供标准的获取ONU能力，并对其进行管理和控制的方法。ONT所有的配置都由OLT来控制，但在有告警或者属性改变的时候，ONT会主动上报消息，ONT只能主动上报三种消息：Alarm、AVC和 Test Result。ONT在向OLT注册时建立OMCI通道。OMCI是主从式管理协议，OLT是主设备，ONT是从设备，OLT通过OMCI通道控制OLT下面连接的多个ONT设备。OLT和ONT的OMCI消息交互采用了停等机制，在OLT收到了正确的回复消息后，才会下发下一个消息配置，单个OMCI消息的超时时间1s。,OMCI消息,OMCI消息是用于OLT和ONT之间的管理层的消息，消息格式固定为53个字节，并且有严格的大小控制和内容格式定义。,ONT2,OMCI通道的建立,在ONT注册过程中，OLT为ONT分配ONUID后，ONT自动建立OMCI的TCONT，ALLOCID=ONUID。ONT注册成功后，OLT下发配置OMCI GEM Port的PLOAM消息，ONT收到该消息后，把OMCI GEM Port和OMCI TCONT建立对应关系。后续OLT发送的OMCI报文通过OMCI GEM Port下发到ONT，ONT根据GEM Port识别出是给ONT的OMCI报文；ONT发送给OLT的OMCI报文也是通过该GEM Port，并且通过OMCI TCONT的上行带宽发送到OLT。,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的物理特性,内容介绍,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,PON关键技术-突发光电技术,动态调整光的接收阈值,0#ONU,1#ONU,0#ONT,有快速AGC,无快速AGC,阈值线,2#,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,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,GPON关键技术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,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）Payload DBA;（完整ONU上报),DBA报告类型,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的实现过程,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,End User1,End User3,ONT,End User2,3,3,1,1,2,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,ONU的激活过程,激活进程在OLT控制下工作，ONU应答OLT启动的消息：ONU从OLT接收US_OVERHEAD消息，并调整自身参数。OLT发现新连接的ONU的序列号（通过广播+随机时延方法）OLT分配ONU-ID给ONUOLT测量来自于ONU的上行流传输的到达相位（测量RTD）OLT通知ONU均衡时延（EqD)ONU根据通知的EqD值及BW Map计算上行数据发送窗口根据ONUID查询配置表，如果需要密码验证，则发送密码请求，不需要则直接上线。,该过程通过上下行报文中的FLAG标志和PLOAM消息来实现协议交互,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的物理特性,内容介绍,分光器衰减计算分光器的插入损耗(1dB):(Power_input)-(Power_output of all branch),Input,Output,1:2 分光器,2:N 分光器,10 log(0.5)=-3.011:2 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,Huaweis OLT and ONU28 dB(Class B+),光纤衰减和光功率预算,GPON接口参数指标（Class B+）,谢谢！,