GPON原理介绍胶片.pptx

单击此处编辑母版标题样式,HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.,Page,#,单击此处编辑母版文本样式,单击此处编辑母版文本样式,单击此处编辑母版文本样式,单击此处编辑母版文本样式,HUAWEI Confidential,谢谢,Page,1,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,Page,2,参考资料,,QoS,专题介绍,,标,Page,4,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,内容介绍,Page,5,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。,Page,6,Service,Access,Core,X.25,ADSL,Ethernet,PSTN,IP,ATM,FR,GSM/GPRS,CDMA,Cable,PDH,SDH,Wireless Voice,Wireless Data,High Speed,Internet,Voice,Streaming,Dial-up,VoIP,Message,FTTH GPON,DSL,Wireless,Eth/IP/MPLS,Aggregation Network,Location&,Presence,Message,Online Gaming,Voice,Data,Video,Storage,Directory,接入网的发展趋势,All over IP,Page,7,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！,Page,8,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,Page,9,ADSL2+,PON,ADSL2+,VDSL2,Centre office,Home,VDSL2,ONT,ADSL2+,10/100Base-T,1 km,2 km,IP DSLAM,GE,Curb,Building,GE,Splitter,1 x N,FTTC,FTTB,FTTB,FTTH,ADSL2+,VDSL2,GE,FTTB,DSL,Best Suitable is the Best Choice,FTTX,场景分析,Page,10,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,内容介绍,Page,11,P,assive,O,ptical,N,etwork,无源光网络,OLT,ONU,O,ptical,L,ine,T,erminal,光线路终端,O,ptical,N,etwork,U,nit,光网络单元,P,assive,O,ptical,S,plitter,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；,P,assive,O,ptical,S,plitter,无源分光器,什么是,PON?,Page,12,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,Page,13,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,Page,14,GP,ON,（,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,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,#,Page,35,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,Page,36,Ranging,测距原理图,OLT,ONU,处于距离修正状态,Start of D/S Frame,Reception of D/S Frame,Transmission of S/N Response,Actual Reception,of S/N Resonse,Desired Start of,U/S Frame,分配,EqD,Pre-Assigned,EqD,零距离,EqD,Desired Reception,of SN Response,Sstart,U/S BW Map,containing,Ranging Request,ONU,Response,Time,Pre-Assigned,EqD,Sstart,Start of U/S Frame,for Pre-ranged ONU,时间,Page,37,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。,Page,38,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：,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,ONU,OLT,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,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。,Page,39,ONU,Upstream-overhead PLOAM,Serial Number request,Serial Number ONU,Assign ONU_ID,Ranging Request,Serial Number ONU,Ranging time,Sync with Downstream traffic,O1,Pre-sync state,OLT,O2,Idle B/W map quiet zone,O3,Idle B/W map quiet zone,O4,O5,O6,Configure 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_Overhead,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_mask,给,ONU,提供序列号，同时屏蔽掉该序列号的一部分。,Assign_ONU-ID,OLT,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,:,Page,40,什么是,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,Page,41,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,Page,42,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,Page,43,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,Page,44,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,Page,45,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,ONU,OLT,控制平面,数据平面,DBA,的实现过程,Page,46,SR(Status Reporting)-DBA,Payload,US BW,Map,Data,Report,PCBd,D/S Direction,U/S Direction,OLT,ONT,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,Page,47,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,t,i,j,Di,Dj,TM(,Traffic-Monitoring,)-DBA,TM(NSR)-DBA,实现,Page,48,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,Page,49,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,Page,50,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,5-1,5-2,3-1,3-2,5-3,5-4,3-4,5-5,5-6,4-1,4-2,1-1,2-1,3-3,5-3,A-B,A,：,T-CONT,类型,B,：分配步骤,DBA,调度算法的实现,固定带宽,Page,51,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/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,Page,52,End User,1,End User,3,ONT,End User,2,3,3,1,3,3,2,1,1,1,1,2,ONT,ONT,1,3,3,2,1,1,1,3,3,2,1,1,OLT,加密,解密,解密,解密,1,1,3,3,2,1,1,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,Page,53,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,Page,54,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,Page,62,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,LE,Splitter,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,Page,63,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,64,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,2500Mbps,Video,Analog TV,Digital TV,HD/VOD,42Mhz,550Mhz,860Mhz,Upstream,Downstream,1310nm,1490nm,1550nm,Page,65,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,内容介绍,Page,66,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,