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HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTDHUAWEIConfidentialInternalGPON原理介绍ISSUE 1.0HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.HUAWEIConfidential2024/4/18 周四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。HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.HUAWEIConfidential2024/4/18 周四参考资料lhttp:/ QoS专题介绍 lhttp:/ HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.HUAWEIConfidential2024/4/18 周四学习完此课程，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HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.HUAWEIConfidential2024/4/18 周四第第1 1章章 PONPON基本概念基本概念第第2 2章章 光接入网概述光接入网概述第第3 3章章 GPONGPON协议分析协议分析第第4 4章章 GPONGPON关键技术关键技术第第5 5章章 GPONGPON承载的基本业务承载的基本业务第第6 6章章 GPONGPON系统的管理和业务发放模系统的管理和业务发放模式式HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.HUAWEIConfidential2024/4/18 周四ServiceAccessCoreX.25ADSLEthernetPSTNIPATMFRGSM/GPRSCDMACablePDHSDHWireless VoiceWireless DataHigh SpeedInternet VoiceStreamingDial-upVoIPMessageFTTH GPONDSLWirelessEth/IP/MPLSAggregation NetworkLocation&PresenceMessageOnline GamingVoiceDataVideoStorageDirectory接入网的发展All IPHUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.HUAWEIConfidential2024/4/18 周四lPassive Optical Network 无源光网络OLTONUOptical Line Terminal 光线路终端Optical Network Unit 光网络单元 Passive Optical Splitter 无源分光器PSTNInternetCATVONUONU 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?HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.HUAWEIConfidential2024/4/18 周四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1Mbps3M8M25M100MADSL/ADSL2+Copper BasedVDSL/ADSL2+Copper BasedPONFiber Based2002200320062010时间时间带宽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TVVoDHDTV3km2km10dB）l突发接受l快速AGC(动态范围 20dB)连续发送模块突发发送模块0#ONT0#ONU1#ONU0#ONU1#ONU0#ONT0#ONU1#ONU0#ONT有快速有快速AGC接接收无快速收无快速AGC阈值线阈值线恢复出来的数据恢复出来的数据到达到达OLT的信号及阈值建立的信号及阈值建立ONT/ONU发出的信号发出的信号连续接收模块突发接收模块PON关键技术-突发光电技术HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.HUAWEIConfidential2024/4/18 周四ONU3ONU2ONU1OLTlOLT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。lOLT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关键技术-测距HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.HUAWEIConfidential2024/4/18 周四l什么是DBA?l -DBA,Dynamically Bandwidth Assignment(动态带宽分配)l -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l为什么需要DBA？l -可以提高PON端口的上行线路带宽利用率l -可以在PON口上增加更多的用户l -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HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.HUAWEIConfidential2024/4/18 周四lGPON系统采用SBA+DBA的方式来实现带宽的有效利用，lTDM业务通过SBA指配带宽以保证其高QoS，l其他一些业务可以通过DBA来动态分配带宽。lDBA的实现与QoS的保障机制有密切关系。lGPON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。lGPON的状态上报DBA存在3种机制：PLOu-State Ind DBA;DBRu-Piggy-back DBA;Payload DBA;lDBA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。DBAHUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.HUAWEIConfidential2024/4/18 周四l提高最大带宽利用率无DBA,利用率40%有DBA,利用率达到80%l减小平均时延无DBA:100ms有DBA:10msDBA在利用率和延迟指标上带来的优势HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.HUAWEIConfidential2024/4/18 周四uT-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。uT-CONT的带宽类型分为FB,AB,NAB,BE。uT-CONT的5种类型，Type1,Type2,Type3,Type4,Type5。T-CONT带宽术语HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.HUAWEIConfidential2024/4/18 周四l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。l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。lOLT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HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.HUAWEIConfidential2024/4/18 周四nT-CONT1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nT-CONT2类型的分配只需要保证用户的保证带宽，如果超过最大带宽则按照最大带宽分配nT-CONT3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T-CONT5类型的TAG部分带宽采用RR（轮巡）方式分配nT-CONT4类型为不保证类型，只有保证带宽分配后剩余带宽和T-CONT5部分剩余带宽申请一起RR调度；nT-CONT5类型为混合型，首先判断保证带宽是否能够满足要求，如果可以，则直接分配，如果不满足，则将剩余部分带宽申请打上标记和T-CONT3的TAG部分带宽RR调度分配，如果分配后还不能满足，则剩余带宽与T-CONT4竞争ONU_ID T-CONT1TAGRRONU_ID T-CONT2ONU_ID T-CONT3ONU_ID T-CONT4ONU_ID T-CONT5RR配置最大带宽保证带宽竞争带宽5-15-23-13-25-35-43-45-55-64-14-21-12-13-35-3A-BA：T-CONT类型B：分配步骤DBA调度算法的实现HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.HUAWEIConfidential2024/4/18 周四lOLT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。l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算法逻辑算法逻辑DBA报告报告BW MapTime slotT-CONTT-CONTT-CONT调度器调度器ONUOLT控制平面数据平面DBA的实现过程HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.HUAWEIConfidential2024/4/18 周四lSR(Status Reporting)-DBA PayloadUSBWMapDataReportPCBdD/S DirectionU/S DirectionOLTONTlOLT根据上次计算的结果在下行帧头中下发BW Map。lONU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。lOLT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。lONU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HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.HUAWEIConfidential2024/4/18 周四在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。DtijDiDjlNSR(Non Status Reporting)-DBA NSR-DBA实现HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.HUAWEIConfidential2024/4/18 周四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/TDMGEMGTCFlowcontrol/ClassificationGPON业务承载层GPONQoS处理机制T-CONT/DBAVLAN/COS/PQ/GTS/POLICINGHUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.HUAWEIConfidential2024/4/18 周四EndUserEndUser1 1EndUserEndUser3 3EndUserEndUser2 23 33 31 13 33 32 21 11 11 11 12 21 1 3 33 32 21 11 11 1 3 33 32 21 11 1加密解密解密解密1 11 1 3 33 32 21 11 1lGPON支持下行广播数据进行AES128加密处理。l只对GEM帧中的Payload进行加密处理。lGPON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。l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HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.HUAWEIConfidential2024/4/18 周四lForward Error Correction,FEC。l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。lGPON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。lGPON系统上、下行均支持FEC处理。l对PCBd和Payload一起进行FEC处理，提高了数据传输质量。FEC处理HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.HUAWEIConfidential2024/4/18 周四分光器衰减计算分光器的插入损耗(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HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.HUAWEIConfidential2024/4/18 周四CESoP方式TDMB扣板GEM-TDMGPBANative方式GPBC无扣板，普通以太方式走背板路由到另一块上行板lOLT支持Native和CESoP两种TDM处理方式。lGPON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。l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。lTDMoGEM的实现是将TDM帧直接封装到GEM帧中进行传输。l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。l在同步方面，系统采用统一的8K时钟进行全网同步。ONTOLTCOLESplitterONTBUSINESSPBXPBXE1/T1ODNE1/T1E1/T1FEPSTNONT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HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.HUAWEIConfidential2024/4/18 周四xDSL线路改造，有利于原来的铜缆资源的利用 GPON+xDSL 解决方案HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.HUAWEIConfidential2024/4/18 周四GPON RF 业务解决方案EDFA（Erbium Doped Fiber Amplifier）OpticalCouplers（WDM）OLT(Optical Line Terminal)ONU(Optical Network Terminal)CentralOfficeVideo1550nmVoice/Data&Video1490/1310nm，1550nmVoice/DataDownstream1490nmUpstream 1490nmCustomerPremisesOptical SplitterVideo（RF）IPVoice and Data1250MbpsVoice and Data2500MbpsVideoAnalog TVDigital TVHD/VOD42Mhz550Mhz860MhzUpstreamDownstream1310nm1490nm1550nmHUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.HUAWEIConfidential2024/4/18 周四第第1 1章章 PONPON基本概念基本概念第第2 2章章 光接入网概述光接入网概述第第3 3章章 GPONGPON协议分析协议分析第第4 4章章 GPONGPON关键技术关键技术第第5 5章章 GPONGPON承载的基本业务承载的基本业务第第6 6章章 GPONGPON系统的管理和业务发放模系统的管理和业务发放模式式HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.HUAWEIConfidential2024/4/18 周四物理层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HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.HUAWEIConfidential2024/4/18 周四OLTBRASONTiManager N2000 BMSOMCISNMPuONT 即插即用 零配置uONT 集中管理ONT 远程诊断通过OMCI对ONT 进行远程维护和管理uONT 自动业务发放ClientGPON 系统管理模型HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.HUAWEIConfidential2024/4/18 周四运营商的噩梦应用场景业务发放系统NMS 2000Access NetworkBilling1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ONTONTONTONTCRM用户给用户发放终端12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STB3利用OMCI完成ONT的数据配置GPON业务发放与终端零配置HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.HUAWEIConfidential2024/4/18 周四SoftX3000Service ProvisioningIADMSAccess NetworkCRMBillingUMS1开户2配置SoftX3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PhonePhonePhonePhoneOrder Management6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ONTONTGPON系统中VoIP业务管理方案HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.HUAWEIConfidential运营商运营商建设模式建设模式TdEGPON+VDSL2FTGPONTIGPON+VDSL2DTGPON+VDSL2BTGPON+VDSL2PTGPON运营商运营商建设模式建设模式中国电信EPON/GPON中国移动GPON中国联通EPON/GPON运营商运营商建设模式建设模式TelemarGPONTelefonicaGPON+ODNTelespGPON运营商运营商建设模式建设模式乌克兰电信GPON+VDSL2俄投GPON运营商运营商建设模式建设模式TelusGPON+VDSL2全球最大FTTH网络独家建设BT FTTC全球最大FTTB网络突破北美市场EMEA-突破43个运营商中国-3大运营商前独联体-突破6个市场北美-历史性突破Telus拉美-突破11个运营商华为全球GPON的领导者全球GPON 销售第一(2011年数据)47%华为中国GPON份额第一华为43%华为作为最全面的端到端通信网络解决方案提供商，服务全球电信运营商前50强中的45个，全球1/3以上的宽带用户，并连续7年GPON接入市场份额第一。运营商运营商建设模式建设模式PCCWGPON+VDSL2HGCGPONTTTGPONBSNLGPONPLDTGPON+VDSL2StarhubGPONTMGPON亚太-突破13个运营商Page63HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.HUAWEIConfidential2024/4/18 周四问题lEPON和GPON有哪些区别？谢谢