接入网技术：GPON介绍

接入网技术：GPON介绍

什么是GPON

PON（Passive Optical Network）是一种点到多点（P2MP）结构的无源光网络，GPON（Gigabit Passive Optical Network）是PON技术中的一种，是由ITU-T G.984.x系列标准定义的千兆比特PON。GPON网络如图1所示。

图1 GPON网络

· OLT（Optical Line Terminal）是放置在局端的终结PON协议的汇聚设备。

· ONU（Optical Network Unit）是位于客户端的给用户提供各种接口的用户侧单元或终端，OLT和ONU通过中间的无源光网络ODN连接起来进行互相通信。

· ODN（Optical Distribution Network）是由光纤、一个或多个无源分光器等无源光器件组成，在OLT和ONU间提供光通道，起着连接OLT和ONU的作用，具有很高的可靠性。

无源意味着ODN里面没有光放大器和再生器等器件，节省了室外有源设备维护成本。

为什么选择GPON

随着宽带业务的普及和光进铜退的趋势，运营商对业务的传输距离、带宽、可靠性和低运营成本提出越来越高的要求。GPON的以下特点满足了这些要求：

· 更远的传输距离：采用光纤传输，接入层的覆盖半径最大可达60km。可以解决双绞线"距离和带宽的矛盾"。

· 更高的带宽：每端口最大下行速率2.5Gbit/s，最大上行速率1.25Gbit/s。满足用户对高带宽业务的需求，如高清电视、实况转播等。

· QoS（Quality of Service）提供灵活的全业务体验：提供区分用户和用户业务的流量控制，保证多用户的多业务带宽，为不同的用户业务提供差异化服务。

· 分光特性：局端单根光纤经分光后引出多路到户光纤，支持1:128分光比，节省主干光纤资源，降低运营维护成本。

GPON基本概念

GEM帧

GEM（GPON Encapsulation Mode）帧是GPON技术中最小的业务承载单元，是最基本的数据结构。所有的业务都要封装在GEM帧中在GPON线路上传输，通过GEM Port标识。

· 每个GEM Port由一个唯一的Port ID来标识，由OLT进行全局分配，即每个GPON端口下的每个ONU不能使用Port ID重复的GEM Port。

· GEM Port标识的是OLT和ONU之间的业务虚通道，即承载业务流的通道，类似于ATM虚连接中的VPI（Virtual Path Identifier）/VCI（Virtual Channel Identifier）标识。

GEM帧结构如所示。

图2 GEM帧结构

PLI、Port ID、PTI和HEC（Header Error Check）构成GEM header，即GEM帧头，主要用于区别不同的GEM Port中的数据。各字段的具体含义如下：

· PLI：表示数据净荷的长度

· Port ID：唯一标明不同的GEM Port

· PTI：净荷类型标识，主要是为了标识目前所传送的数据的状态和类型，如是否是OAM（Operation, Administration and Maintenance）消息，是否已经将数据传送完毕等信息

· HEC：提供前向纠错编码功能，保证传输质量

· Fragment Payload：表示用户数据帧片段

以以太网业务在GPON中的映射方式为例，更直观地了解GEM帧的作用。如所示。

图3 以太帧映射到GEM帧

· 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，兼容性好。

T-CONT

T-CONT（Transmission Container）是GPON上行方向承载业务的载体，所有的GEM Port都要映射到T-CONT中，由OLT通过DBA（Dynamic Bandwidth Assignment ）调度的方式上行。T-CONT是DBA实现的基础，通过ONU对T-CONT的带宽申请、OLT对T-CONT的授权，实现整个GPON系统上行业务流的DBA。

T-CONT是GPON系统中上行带宽最基本的控制单元。每个T-CONT由Alloc-ID来唯一标识。Alloc-ID由OLT每个GPON端口分配，即OLT同一GPON端口下的ONU不存在Alloc-ID相同的T-CONT。

图4 T-CONT结构

T-CONT包括五种不同的类型，可根据不同类型的业务选择不同类型的T-CONT。每种T-CONT带宽类型有特定的QoS特征，QoS特征主要体现在带宽保证上，分为固定带宽，保证带宽，保证/最大带宽，最大带宽，混合方式（对应的Type1到Type5）。

表1中的X表示固定带宽值、Y表示保证带宽值、Z表示最大带宽值，-表示不涉及。

表1 五种T-CONT类型

GPON系统概述

GPON系统介绍

主流的PON技术包括BPON(Broadband Passive Optical Network)、EPON（Ethernet Passive Optical Network）和GPON几种技术。BPON由于采用ATM封装模式，主要用于ATM业务承载，但是随着ATM技术已经过时，BPON技术也随之消失。EPON是以太网无源光网络技术。GPON是吉比特无源光网络技术，是目前应用范围最广的光接入主流技术。

GPON网络工作原理如所示。

图5 GPON网络工作原理

· GPON网络采用单根光纤将OLT、分光器和ONU连接起来，上下行采用不同的波长进行数据承载。上行采用1290nm~1330nm范围的波长，下行采用1480nm~1500nm范围的波长。

· GPON系统采用波分复用的原理通过上下行不同波长在同一个ODN网络上进行数据传输，下行通过广播的方式发送数据，而上行通过TDMA的方式，按照时隙进行数据上传。

GPON下行传输

所有数据从OLT端广播到所有的ONU上，ONU再选择接收属于自身的数据，将其他数据直接丢弃。具体原理如所示。

图6 GPON下行通信原理

主要特征：

· 点对多点广播式传输

· 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ONU的数据，ONU通过过滤来接收属于自己的数据

· 用户只能获取属于自己的数据包

GPON上行传输

ONU在向OLT发送数据时只能在OLT提前许可的时隙内发送数据，这样就可以保证每个ONU都按照要求按次序发送数据，避免了上行数据冲突，如所示。

图7 GPON上行通信原理

主要特征：

· 时分复用（Time Division Multiple Access）

· 数据在属于自己的时隙里传输

· 光信号在分光器处进行耦合

· 通过测距实现冲突检测与避免

GPON组网应用

GPON采用无源光传输技术，主要应用于FTTx解决方案，包括：FTTM（Fiber To The Mobility Base Station）、FTTO（Fiber To The Office）、FTTB（Fiber To The Building）、FTTC（Fiber To The Curb）、FTTD（Fiber to The Door）、FTTW（Fiber To The WLAN）、FTTH（Fiber To The Home）和D-CCAP（Distributed-Converged Cable Access Platform）组网场景，支持语音、数据、视频、专线接入和基站接入业务，FTTx组网应用如所示。