GPON原理介绍(华为).ppt

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1、GPON原理介绍,Page 2,前 言,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”，而光纤是迄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。,Page 3,参考资料,ITU-T984.1 ITU-T984.2 ITU-T984.3 ITU-T984.4,Page 4,培训目标,学完本课程后，您应该能： 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,Page 5,

2、目 录,PON基本概念 光接入网概述 GPON协议分析 GPON关键技术 GPON承载的基本业务 GPON系统的管理和业务发放模式,Page 6,目 录,PON基本概念 光接入网概述 GPON协议分析 GPON关键技术 GPON承载的基本业务 GPON系统的管理和业务发放模式,Page 7,什么是PON?,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

3、,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,Page 8,为什么选择GPON?,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

4、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。 标准完善，全球大运营商的选择,Page 9,目 录,PON基本概念 光接入网概述 GPON协议分析 GPON关键技术 GPON承载的基本业务 GPON系统的管理和业务发放模式,Page 10,FTTX场景分析,ADSL2+,PON,ADSL2+ VDSL2,Centre office,Home,VDSL2,ONT,ADSL2+,10/100Base-T,1 km,2 km,IP DSLAM,GE,Curb,Building,GE,FTTC,FTTB,FTTB,FTTH,ADSL2+ VDSL2,GE,FTTB,DSL

5、,Page 11,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

6、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,Page 12,GPON网络基本性能参数,上行1.24416 Gbit/s ，下行 2.48832 Gbit/s 是目前可支持的主要速率,Page 13,GPON网络基本性能参数,Page 14,GPON原理-数据复用,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。,Page 15,目 录,PON基本概念

7、光接入网概述 GPON协议分析 GPON关键技术 GPON承载的基本业务 GPON系统的管理和业务发放模式,Page 16,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 1.244

8、Gbps上行光接口参数规格要求 物理层开销分配,GPON标准协议,Page 17,GPON原理-下行数据,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GEM port ID来区分不同的ONU的数据，ONU 通过过滤来接收属于自己的数据。,Page 18,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。,Page 19,IFpon,O N U,O N U,O N U,T-CONT

9、,Port,T-CONT,Port,Port,T-CONT,T-CONT,Port,Port,Port,Port,Port,GPON复用结构,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：GPON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

10、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。,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,Page 20,GPON 协议栈,IP,DATA,DATA,MAC,GEM,GTC,01010111010101000010101,Page 21,Physical Control Block Downstream (PCBd),Payload,AllocID,Start,End,AllocID,Start,End,1,100,200,x,300,500,T-CONT1 (O

11、NT 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,Page 22,GPON系统对以太网帧进行解析，将数据部分直

12、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,Page 23,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。 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,Page 24,目 录,PON基

13、本概念 光接入网概述 GPON协议分析 GPON关键技术 GPON承载的基本业务 GPON系统的管理和业务发放模式,Page 25,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,Page 26,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

14、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,Page 27,DBA概念,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,Page 28,DBA,GPON系统采用SBA+DBA的方式

15、来实现带宽的有效利用， 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。,Page 29,SR-DBA流程,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。,Page 30,在OLT处监视从NSR-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

16、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。,NSR (Non Status Reporting)-DBA,NSR-DBA实现,Page 31,T-CONT带宽术语,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

17、型，Type1,Type2,Type3,Type4,Type5。,Page 32,T-CONT类型和带宽类型之间的关系,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。,Page 33,GPON中的QoS处理,GTC 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

18、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，,Page 34,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

19、,AES: Advanced Encrypt System 一种国际通用的加密算法,GPON系统的AES加密处理,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。,Page 35,光纤衰减和光功率预算,光纤衰减和长度有关 光纤熔接点的

20、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,1310nm,1490nm光纤 波长每公里衰减0.35dB,Huaweis OLT and ONU 28 dB (Class B+),Page 36,GPON接口参数指标（Class B+）,Page 37,目 录,PON基本概念 光接入网概述 GPON协议分析 GPON关键技术 GPON承载的基本业务 GPON系统的管理和业务发放模式,Page 38,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

21、或 混合的业务流到Gemport映射规则,GPON Triple-Play 端到端解决方案,Page 39,xDSL线路改造，有利于原来的铜缆资源的利用,GPON + xDSL 解决方案,Page 40,目 录,PON基本概念 光接入网概述 GPON协议分析 GPON关键技术 GPON承载的基本业务 GPON系统的管理和业务发放模式,Page 41,GPON管理中的基本消息类型,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)。

22、 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,Page 42,OLT,BRAS,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,Page 43,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,Page 44,总 结,GPON技术数据传输原理 GPON复用结构 GPON关键技术,