淺析GPON系統的關(guān)鍵技術(shù)

標簽：FSAN GPON

1 引言

隨著(zhù)Internet的持續快速發(fā)展和個(gè)人電腦的普及，各種增值的多媒體和IP業(yè)務(wù)激增，業(yè)已存在xDSL接入技術(shù)無(wú)法滿(mǎn)足其巨大的帶寬需求，接入網(wǎng)成為整個(gè)網(wǎng)絡(luò )發(fā)展的“瓶頸”?？紤]到這個(gè)現實(shí)，全業(yè)務(wù)接入網(wǎng)聯(lián)盟(FSAN: Full Service Access Network)從2001年1月開(kāi)始了lGb/s以上的PON系統的標準研究。

FSAN試圖尋求一種分配靈活、可規劃、高速率、高效率、低成本以及具有豐富的業(yè)務(wù)和帶寬管理能力，能有效的支持現有和未來(lái)各種業(yè)務(wù)的全業(yè)務(wù)接入方案，逐漸形成了GPON系列標準規范。

2 GPON的參考配置

GPON的網(wǎng)絡(luò )結構由GPON的局端設備OLT (Optical Line Termination)、遠程接入設備ONT (OpticalNetwork Unit)以及ODN(Optical Distributiont Network)所組成，其中ODN不含有任何有源電子器件，ODN全部光分支設備都由無(wú)源光分支器(Splitter)等無(wú)源器件組成，不需貴重的有源設備。在GPON網(wǎng)絡(luò )結構中，一個(gè)OLT可以有多個(gè)GPON模塊，每一個(gè)模塊均可引出一個(gè)獨立的GPON接入網(wǎng)絡(luò )，并由無(wú)源光分支器和光纖連接到多個(gè)不同類(lèi)型的ONU上，如圖1所示[l]。

圖l GPON系統參考配置

GPON的局端設備OLT主要負責與廣域網(wǎng)或骨干城域網(wǎng)的高速連接，并把高速連接的數據信息通過(guò)ODN傳給遠程接入設備ONU。作為一個(gè)高性能的光網(wǎng)絡(luò )平臺，在GPON構架上支持IP/SONET/SDH/ATM/CWDM等傳輸格式的分組數據與TDM應用，并可透明地傳輸上述應用業(yè)務(wù)，滿(mǎn)足TDM對實(shí)時(shí)性、抖動(dòng)性的嚴格要求，有完整的服務(wù)保障機制和故障處理能力，下行速率高達1.244Gb/s或2.488Gb/S。

遠程接入設備ONU主要負責與用戶(hù)端設備的連接，起到匯聚用戶(hù)端多業(yè)務(wù)數據流的作用，能以分組數據、TDM業(yè)務(wù)流原有格式透明地傳輸，保障了業(yè)務(wù)性能的完整性與統一性，并為用戶(hù)提供豐富的網(wǎng)絡(luò )接口類(lèi)型與標準速率，滿(mǎn)足用戶(hù)對多業(yè)務(wù)的需要。

ODN負責無(wú)源光纖接入線(xiàn)路的數據信號傳輸，它的傳輸距離比有源光纖接入系統的要短，覆蓋范圍在40km以?xún)?，組網(wǎng)結構靈活，無(wú)需另設機房，維護相對簡(jiǎn)單。所以，這種接入網(wǎng)結構可經(jīng)濟地為各類(lèi)用戶(hù)提供全業(yè)務(wù)接入服務(wù)。

3 GPON的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 動(dòng)態(tài)帶寬分配(DBA)

動(dòng)態(tài)帶寬分配(DBA)技術(shù)是指通過(guò)GPON系統中各個(gè)ONU的上行使用帶寬實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的改變來(lái)適應用戶(hù)速率的各種變化，以提高系統的帶寬利用率的技術(shù)。PON系統的上行接入一般采用中央控制按需分配和固定分配相結合的方式，也就是ITU-T G983.4規定的靜態(tài)帶寬分配和動(dòng)態(tài)帶寬分配兩種方式，按照業(yè)務(wù)等級進(jìn)行優(yōu)先級分配。對于GPON中的數據通信這種變速率業(yè)務(wù)，用靜態(tài)帶寬分配是不合適的，需要通過(guò)動(dòng)態(tài)帶寬分配使系統帶寬利用率大幅度提高，即DBA技術(shù)根據ONU的突發(fā)業(yè)務(wù)的要求，通過(guò)在ONU之間動(dòng)態(tài)調節帶寬來(lái)提高上行帶寬利用效率。根據GPON的特點(diǎn)和G983建議，可以知道動(dòng)態(tài)帶寬分配的具體要求是：業(yè)務(wù)要透明、帶寬利用率盡量高、具備低抖動(dòng)與時(shí)延特性、公平分配帶寬、信號健壯、實(shí)時(shí)性強、保證不同業(yè)務(wù)的QoS等。

3.1.1帶寬類(lèi)型

GPON標準沿用了BPON中對QoS支持的規定。ITU-T在BPON標準G.983.4和GPON標準G984.3中明確提出了四種優(yōu)先級別的帶寬[2]。它們分別是Fixed、Assured、Non-assured和Best-effort四種類(lèi)型的帶寬，也就是固定類(lèi)型、確保類(lèi)型、非確保類(lèi)型和盡力而為類(lèi)型的帶寬。同時(shí)，GPON上行系統中帶寬分配基本單元的傳輸容器(T-CONT)則按照其使用的帶寬類(lèi)型組合一共分為五種類(lèi)型?；跇I(yè)務(wù)等級的優(yōu)先級分配方案能夠在實(shí)現高效的DBA的同時(shí)為業(yè)務(wù)提供良好的QoS保障，所以，清晰地認識到各種帶寬資源的特性以及理解T-CONT的適用范圍對DBA有著(zhù)重要意義。

3.1.2傳輸容器T-CONT

前面指出了GPON有四種類(lèi)型的帶寬，每種類(lèi)型的帶寬都可以支持一定的QoS要求的業(yè)務(wù)：而T_CONT通過(guò)為業(yè)務(wù)提供特定類(lèi)型的帶寬間接保證該業(yè)務(wù)的QoS要求。一種T-CONT能否支持某種QOS要求的業(yè)務(wù)，完全取決于該T-CONT能否提供滿(mǎn)足該業(yè)務(wù)QoS要求的帶寬。如果該T-CONT提供滿(mǎn)足某業(yè)務(wù)QoS要求的帶寬，就可以承載該業(yè)務(wù)。在五種類(lèi)型的T-CONT中，type l類(lèi)型T-CONT僅提供Fixed類(lèi)型的帶寬;type 2類(lèi)型僅提供Assured類(lèi)型的帶寬：type3類(lèi)型提供Assured類(lèi)型和Non-assured類(lèi)型的帶寬;tyPe4類(lèi)型僅提供Best-effort類(lèi)型帶寬：而type5類(lèi)型是前四種類(lèi)型的融合，可以提供所有類(lèi)型的帶寬，支持所有類(lèi)型的業(yè)務(wù)。這五種T-CONT在本文中有時(shí)也被分別稱(chēng)為類(lèi)型1、類(lèi)型2、類(lèi)型3、類(lèi)型4和類(lèi)型5的T-CONT。

3.1.3 GPON實(shí)現DBA的過(guò)程

根據協(xié)議，GPON的DBA過(guò)程包括以下5個(gè)步驟：擁塞狀態(tài)檢測、將擁塞狀態(tài)匯報給OLI、OLT根據提供的參數重新進(jìn)行帶寬分配、OLT根據更新的帶寬分配信息和T-CONT類(lèi)型發(fā)送授權，在DBA中實(shí)現管理信息的協(xié)商。DBA過(guò)程如圖2所示[3]。

圖2 GPONDBA過(guò)程圖

根據協(xié)議規定，GPON的DBA分為兩種模式：一種是ONU向OLT報告自己的狀態(tài)和所需的帶寬，OLT根據上報的數據對ONU進(jìn)行DBA，即所謂的基于狀態(tài)報告的動(dòng)態(tài)帶寬分配(SR-DBA，Status Reporting DBA):另一種是ONU不需向OLT報告，OLT由自己的流量監測功能，實(shí)現自動(dòng)動(dòng)態(tài)的帶寬分配，即非基于狀態(tài)報告的動(dòng)態(tài)帶寬分配(NSR-DBA，Non Status Reporting DBA)。

3.2 GEM封裝技術(shù)

3.2.1 GEM功能

從幀結構封裝的角度講，GEM和其他數據封裝方式類(lèi)似。然而，GEM是嵌入在PON內部的，與OLT端的SNIs及ONU端的UNls類(lèi)型無(wú)關(guān)(見(jiàn)圖3)。也就是說(shuō)，GEM封裝功能在GPON內部終結，GPON以外的系統無(wú)法看到[4]。

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