GPON技術(shù)詳述

GPON技術(shù)詳述
介紹GPON 技術(shù)之前，先介紹目前也被應(yīng)用的另一種PON 技術(shù)“EPON”。

1．EPON技術(shù)介紹
EPON 又名 GEPON，是由2000年11月成立的EFM(Ethernet in the First Mile，第一英里以太網(wǎng))工作組提出的，并在IEEE 802.3ah標(biāo)準(zhǔn)中進(jìn)行規(guī)范，其工作重點(diǎn)在EPON的MAC協(xié)議上，即最小程度地?cái)U(kuò)充以太MAC 協(xié)議；它在PON層上以Ethernet為載體，上行采用以突發(fā)的Ethernet包方式發(fā)送數(shù)據(jù)流。EPON最核心部分是PON 光發(fā)送/接收模塊，其實(shí)現(xiàn)方案是，在與APON 類似的結(jié)構(gòu)和G.983 的基礎(chǔ)上，設(shè)法保留APON 的物理層PON，而以Ethernet技術(shù)代替ATM 技術(shù)作為數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，構(gòu)成一個(gè)可以提供更大帶寬、更低成本和更強(qiáng)業(yè)務(wù)能力的新的結(jié)合體EPON。
EPON 可提供上、下行對(duì)稱的1.25Gbps線路傳輸速率（而10Gbps下行線路速率的系統(tǒng)，也正在研究中）。雖然EPON 采用的Ethernet 封裝，非常適用于承載IP 業(yè)務(wù)，但當(dāng)時(shí)IEEE 制定802.3ah 的初衷是為了接入IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，并沒(méi)有考慮TDM 業(yè)務(wù)接入對(duì)時(shí)鐘同步、時(shí)延和抖動(dòng)等方面的特殊要求，因此EPON 所采用的標(biāo)準(zhǔn)Ethernet 封裝方式也給其帶來(lái)了一個(gè)致命的缺點(diǎn)，那就是“難以承載話音或電路型數(shù)據(jù)專線等TDM 業(yè)務(wù)”，也很難滿足電信級(jí)的QoS要求。之后，雖然目前國(guó)內(nèi)外均對(duì)TDM over Ethernet技術(shù)進(jìn)行了積極的研究，我國(guó)也制訂了通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《接入網(wǎng)技術(shù)要求-基于Ethernet 的無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)(EPON)》，且多家EPON 廠商都對(duì)IEEE 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了擴(kuò)充，在EPON 承載TDM 業(yè)務(wù)和話音業(yè)務(wù)方面進(jìn)行了技術(shù)創(chuàng)新，例如在提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的同時(shí)，采用預(yù)留帶寬的方式來(lái)提供語(yǔ)音業(yè)務(wù)，而且多家EPON 廠商也設(shè)計(jì)出一些新的MAC 機(jī)制并增加新的軟硬件，但要完全達(dá)到TDM 業(yè)務(wù)要求的嚴(yán)格的QoS更是面臨相當(dāng)大的困難，這給EPON 的應(yīng)用帶來(lái)了一定的限制。

2．GPON技術(shù)介紹
GPON(Gigabit passive optical network)全名為Gigabit-capable PON 吉比特/千兆位無(wú)源光纖網(wǎng)絡(luò)，也是一種無(wú)源被動(dòng)式光纖網(wǎng)路。GPON 業(yè)務(wù)是BPON 的一種擴(kuò)展，相對(duì)于其他的PON 標(biāo)準(zhǔn)而言，GPON 標(biāo)準(zhǔn)提供了前所未有的高帶寬（下行速率近2.5Gbps），其非對(duì)稱特性更能適應(yīng)寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)市場(chǎng)；它提供QoS 的全業(yè)務(wù)保障，同時(shí)承載ATM 信元和(或)GEM 幀，有很好的提供服務(wù)等級(jí)、支持QoS 保證和全業(yè)務(wù)接入的能力；在承載 GEM 幀時(shí)，可以將TDM 業(yè)務(wù)映射到GEM幀中，使用標(biāo)準(zhǔn)的 8kHz(125μs)幀能夠直接支持TDM 業(yè)務(wù)。作為一種電信級(jí)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，GPON 還規(guī)定了在接入網(wǎng)層面上的保護(hù)機(jī)制和完整的OAM功能。其下行最大傳輸速率可高達(dá)2.488Gps，上行最大傳輸速率達(dá)1.244Gbps，傳輸距離可達(dá)20到37公里，因而具有高帶寬、高速、高效傳輸、大范圍覆蓋、用戶接口豐富等的眾多特點(diǎn)，是故，已被大多數(shù)運(yùn)營(yíng)商視為實(shí)現(xiàn)接入網(wǎng)業(yè)務(wù)的寬帶化、綜合化改造的理想技術(shù)。

作為ITU-T提出的一種靈活的寬帶光纖接入技術(shù)，在GPON 標(biāo)準(zhǔn)中，明確規(guī)定GPON 需要支持的業(yè)務(wù)類型包括數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)(Ethernet 業(yè)務(wù)，包括IP業(yè)務(wù)和MPEG 視頻流)、 PSTN 業(yè)務(wù)(POTS，ISDN 業(yè)務(wù)) 、專用線(T1，E1，DS3， E3和ATM 業(yè)務(wù))和視頻業(yè)務(wù)( 數(shù)字視頻)，可以滿足多用戶VoIP、采用MPEG-2或-4規(guī)格的多視頻流(如IPTV)和標(biāo)準(zhǔn)分辨率電視(SDTV)或高清晰度電視(HDTV)和多用戶高速互聯(lián)網(wǎng)接入等“三網(wǎng)合一”的需求。且GPON 中的多業(yè)務(wù)映射到ATM 信元或GEM幀中進(jìn)行傳送，對(duì)各種業(yè)務(wù)類型都能提供相應(yīng)的QoS保證。GPON 一般采用樹形（或樹形）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在需要提供業(yè)務(wù)保護(hù)和通道保護(hù)的情況下，可加上保護(hù)環(huán)，可對(duì)某些光網(wǎng)絡(luò)終端ONT提供保護(hù)功能；下圖即是GPON 的體系結(jié)構(gòu)：

它是由光線路終端OLT(Optical Line Terminal)、光網(wǎng)絡(luò)終端ONT(Optical Network Terminal) / ONU (OpticalNetwork Unit)及環(huán)形（或樹形）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)PON 組成。OLT位于中心機(jī)房，向上提供廣域網(wǎng)接口，包括GbE、OC-3/STM-1、DS-3 等，向下對(duì)PON 可提供2.488Gbps 的光接口。ONT/ONU 放在用戶終端，為用戶提供10/100BaseT、T1/E1、DS-3等應(yīng)用接口，對(duì)PON 的光接口速率有155Mbps、622Mbps、1.244Gbps
和2.488Gbps等多種選擇。從OLT到ONT/ONU 的方向?yàn)橄滦蟹较颍捎脧V播發(fā)送的數(shù)據(jù)流傳輸方式；反之為上行方向，采用基于統(tǒng)計(jì)復(fù)用的時(shí)分多址接入技術(shù)。PON可通過(guò)粗波分復(fù)用CWDM（Coarse Wavelength DivisionMultiplexing）覆蓋實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流的全雙工傳輸。
類整GPON技術(shù)的特點(diǎn)如下：
l 支持源模式TDM，IP數(shù)據(jù)及視頻業(yè)務(wù)，即包括IPTV的“三網(wǎng)合一”業(yè)務(wù)，并可向一個(gè)/多個(gè)用戶同時(shí)提供持續(xù)、且可隨時(shí)間調(diào)整帶寬的能力。
l GPON 可提供了IGMP Proxy 以及IGMP Snooping 組播功能，能方便地實(shí)現(xiàn)組播控制，從而更好的滿
足開(kāi)展IPTV組播業(yè)務(wù)的需求。
l 容量大，可解決接入網(wǎng)瓶頸問(wèn)題
下行2.488Gbps，上行1.244Gbps 速率的吉比特級(jí)的GPON(千兆PON) 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，還可通過(guò)內(nèi)置的
CWDM 模塊可擴(kuò)展到10Gbps。這樣高的線路速率，將能支持更多的服務(wù)，也意味著能實(shí)現(xiàn)更多的營(yíng)
收。
l 帶寬高、資源共享
GPON 更有近2.5G的高帶寬，打開(kāi)了光接入網(wǎng)原有的帶寬瓶頸，為未來(lái)新業(yè)務(wù)（IP網(wǎng)絡(luò)電視、三網(wǎng)合
一等）的開(kāi)展奠定了一個(gè)優(yōu)質(zhì)的帶寬基礎(chǔ)。而且高帶寬是由單個(gè)用戶（FTTH）獨(dú)享或者由多用戶共享
（FTTB或FTTC 等），并可提供優(yōu)先級(jí)、QoS保證。
l 傳輸效率高
將所有的傳送數(shù)據(jù)采用全新的GFP適配協(xié)議封裝為25us的定長(zhǎng)幀結(jié)構(gòu)，與APON和EPON技術(shù)相比，
具有更少的開(kāi)銷字節(jié)和更高的傳輸效率；在近2.5G的傳輸帶寬需求情況下，GPON的傳輸效率達(dá)93%，
而A/BPON 和EPON 的傳輸效率分別是70%和49%。GPON 的線路速率和效率及分割率很高，因此
其提供的靈活性也越高。
l 接入網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)靈活，擴(kuò)容靈活
GPON 系統(tǒng)可以支持環(huán)型、樹型等多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。主干僅需單芯/雙芯光纖，通過(guò)無(wú)源光纖分配網(wǎng)
絡(luò)(ODN）接入各類業(yè)務(wù)，GPON的分支能力達(dá)1:32，這是有源設(shè)備所望塵莫及的。例如，對(duì)于新的擴(kuò)
容站點(diǎn)，只需要從就近的無(wú)源分光器的預(yù)留分支口引出一芯光纖到新的光網(wǎng)絡(luò)終端ONT/ONU 裝機(jī)點(diǎn)，
只增加ONT/ONU 的數(shù)量，就可以實(shí)現(xiàn)擴(kuò)容，因而可滾動(dòng)式發(fā)展用戶；因此，可以大大降低網(wǎng)絡(luò)的建
設(shè)成本。
l 提供“三網(wǎng)合一”的業(yè)務(wù)
GPON 可以提供一個(gè)性價(jià)比更好的傳輸手段，同時(shí)兼顧數(shù)據(jù)及有線電視業(yè)務(wù)的提供，即除了傳統(tǒng)的語(yǔ)音、
數(shù)據(jù)（包括IPTV）業(yè)務(wù)外，GPON 樹狀廣播形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也非常適合提供廣播式的業(yè)務(wù)，如可以直接利
用GPON 設(shè)備提供的E1端口，為SCDMA的BSC及BSS之間提供E1的傳輸；再如它可通過(guò)采用第
3 波長(zhǎng)（1550nm），在光線路終端OLT 上接入光纖電視信號(hào)，在不影響電信業(yè)務(wù)的情況下，與光纖電
信信號(hào)一起傳送到末端的光網(wǎng)絡(luò)終端ONT/ONU 設(shè)備，這個(gè)ONT/ONU 終端設(shè)備可以通過(guò)FE端口為駐
地提供以太網(wǎng)業(yè)務(wù)（包括IPTV），通過(guò)同軸RF 有線電視口為單個(gè)用戶（FTTH），或大樓（FTTB）、小
區(qū)（FTTC 等）經(jīng)有線電視分配網(wǎng)提供模擬有線和有線數(shù)字電視信號(hào)。
l 節(jié)省機(jī)房投資
在光干線網(wǎng)絡(luò)的分支處，因GPON 采用的是穩(wěn)定性高、體積小巧、成本低的1：32無(wú)源光分路器，它
無(wú)需提供電源、空調(diào)等機(jī)房設(shè)備，也不占用機(jī)房空間，只需安裝在光交接箱或光配線架上即可，因而成
本低廉。
l 節(jié)省光纖
僅需從局端機(jī)房光線路終端OLT輸出一芯光纖，通過(guò)光分路器可以分支到32個(gè)光網(wǎng)絡(luò)終端ONT/ONU
設(shè)備，并采用WDM波分復(fù)用的技術(shù)，使上、下行業(yè)務(wù)共用一芯光纖，大大節(jié)省了光纖干線傳輸?shù)臄?shù)量，
特別是對(duì)于農(nóng)村地區(qū)，原有光纖資源有限的情況下，采用GPON 技術(shù)組網(wǎng)更可以大大提高光纖資源的
使用效率。
l 保護(hù)功能完善
GPON 為光接入網(wǎng)絡(luò)提供了保護(hù)或冗余選項(xiàng)。其內(nèi)置的光交換模塊可實(shí)現(xiàn)雙纖保護(hù)或環(huán)路保護(hù)，而保
護(hù)切換時(shí)間小于30ms，能夠完全保障業(yè)務(wù)穩(wěn)定可靠。
l 對(duì)業(yè)務(wù)良好的QoS支持
采用標(biāo)準(zhǔn)的GFP封裝協(xié)議，可以為TDM 業(yè)務(wù)分配固定傳送幀字節(jié)，相比APON和EPON 采用E1仿
真的方式，GPON 可為TDM、VOIP以及IPTV等業(yè)務(wù)提供完全的QOS保障。
l 動(dòng)態(tài)帶寬分配（DBA）和流量控制功能
GPON 下行數(shù)據(jù)采用廣播方式傳送，上行數(shù)據(jù)采用統(tǒng)計(jì)時(shí)分多址復(fù)用技術(shù)，各業(yè)務(wù)點(diǎn)通過(guò)請(qǐng)求/許可方
式動(dòng)態(tài)分配帶寬，可以實(shí)現(xiàn)帶寬可管理、可靈活分配的充分利用，并能設(shè)置用戶的最小帶寬保證以及最
大允許帶寬；也能對(duì)特殊需求采用流量參數(shù)進(jìn)行控制，滿足了不同業(yè)務(wù)對(duì)帶寬的不同需求，非常適合提
供運(yùn)營(yíng)商級(jí)的服務(wù)。

l 功能強(qiáng)大、完善的網(wǎng)管系統(tǒng)
GPON 系統(tǒng)具有完善的圖形管理界面，所有用戶的管理、業(yè)務(wù)的調(diào)配均可在網(wǎng)管實(shí)現(xiàn)。改變目前不同
業(yè)務(wù)分別組網(wǎng)、分別管理和維護(hù)的局面，減少網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)施工和運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本。同時(shí)內(nèi)置SNMP
模塊，其TDM業(yè)務(wù)的管理可納入原有的網(wǎng)絡(luò)。
l GPON 擁有全面的支持，包括來(lái)自不同廠商的光線路終端OLT和終端ONT之間的互通性。
l 對(duì)于 ITU-T G.983 BPON，GPON 還承諾通過(guò)全業(yè)務(wù)接入網(wǎng) (FSAN) 和 ITU 建議提供設(shè)備互通性。這將使各個(gè)廠商的光線路終端OLT 和光網(wǎng)絡(luò)終ONU/ONT 像 BPON 那樣在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中混合使用并匹配；還可實(shí)現(xiàn)來(lái)自 CPE （CustomPremier Equipment用戶屋內(nèi)設(shè)備）廠商的低成本、大批量 PONONU/ONT 的供應(yīng)，如 DSL 行業(yè)那樣，從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)低成本 GPON 的部署。