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標準中進(jìn)行規范，其工作重點(diǎn)在EPON的MAC協(xié)議上，即最小程度地擴充以太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)送數據流。EPON最核心部分是PON 光發(fā)送/接收模塊，其實(shí)現方案是，在與APON 類(lèi)似的結構和G.983 的基礎上，設法保留APON 的物理層PON，而以Ethernet技術(shù)代替ATM 技術(shù)作為數據鏈路層協(xié)議，構成一個(gè)可以提供更大帶寬、更低成本和更強業(yè)務(wù)能力的新的結合體EPON。
EPON 可提供上、下行對稱(chēng)的1.25Gbps線(xiàn)路傳輸速率（而10Gbps下行線(xiàn)路速率的系統，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)，但當時(shí)IEEE 制定802.3ah 的初衷是為了接入IP數據業(yè)務(wù)，并沒(méi)有考慮TDM 業(yè)務(wù)接入對時(shí)鐘同步、時(shí)延和抖動(dòng)等方面的特殊要求，因此EPON 所采用的標準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(huà)音或電路型數據專(zhuān)線(xiàn)等TDM 業(yè)務(wù)”，也很難滿(mǎn)足電信級的QoS要求。之后，雖然目前國內外均對TDM over Ethernet技術(shù)進(jìn)行了積極的研究，我國也制訂了通信行業(yè)標準《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(chǎng)商都對IEEE 標準進(jìn)行了擴充，在EPON 承載TDM 業(yè)務(wù)和話(huà)音業(yè)務(wù)方面進(jìn)行了技術(shù)創(chuàng )新，例如在提供數據業(yè)務(wù)的同時(shí)，采用預留帶寬的方式來(lái)提供語(yǔ)音業(yè)務(wù)，而且多家EPON 廠(chǎng)商也設計出一些新的MAC 機制并增加新的軟硬件，但要完全達到TDM 業(yè)務(wù)要求的嚴格的QoS更是面臨相當大的困難，這給EPON 的應用帶來(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 的一種擴展，相對于其他的PON 標準而言，GPON 標準提供了前所未有的高帶寬（下行速率近2.5Gbps），其非對稱(chēng)特性更能適應寬帶數據業(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、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，使用標準的 8kHz(125μs)幀能夠直接支持TDM 業(yè)務(wù)。作為一種電信級的技術(shù)標準，GPON 還規定了在接入網(wǎng)層面上的保護機制和完整的OAM功能。其下行最大傳輸速率可高達2.488Gps，上行最大傳輸速率達1.244Gbps，傳輸距離可達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(hù)接口豐富等的眾多特點(diǎn)，是故，已被大多數運營(yíng)商視為實(shí)現接入網(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 標準中，明確規定GPON 需要支持的業(yè)務(wù)類(lèi)型包括數據業(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(zhuān)用線(xiàn)(T1，E1，DS3， E3和ATM 業(yè)務(wù))和視頻業(yè)務(wù)( 數字視頻)，可以滿(mǎn)足多用戶(hù)VoIP、采用MPEG-2或-4規格的多視頻流(如IPTV)和標準分辨率電視(SDTV)或高清晰度電視(HDTV)和多用戶(hù)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，對各種業(yè)務(wù)類(lèi)型都能提供相應的QoS保證。GPON 一般采用樹(shù)形（或樹(shù)形）拓撲結構，在需要提供業(yè)務(wù)保護和通道保護的情況下，可加上保護環(huán)，可對某些光網(wǎng)絡(luò )終端ONT提供保護功能；下圖即是GPON 的體系結構：

它是由光線(xiàn)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(shù)形）拓撲結構的無(wú)源光網(wǎng)絡(luò )PON 組成。OLT位于中心機房，向上提供廣域網(wǎng)接口，包括GbE、OC-3/STM-1、DS-3 等，向下對PON 可提供2.488Gbps 的光接口。ONT/ONU 放在用戶(hù)終端，為用戶(hù)提供10/100BaseT、T1/E1、DS-3等應用接口，對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 的方向為下行方向，采用廣播發(fā)送的數據流傳輸方式；反之為上行方向，采用基于統計復用的時(shí)分多址接入技術(shù)。PON可通過(guò)粗波分復用CWDM（Coarse Wavelength DivisionMultiplexing）覆蓋實(shí)現數據流的全雙工傳輸。
類(lèi)整GPON技術(shù)的特點(diǎn)如下：
l 支持源模式TDM，IP數據及視頻業(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(hù)同時(shí)提供持續、且可隨時(shí)間調整帶寬的能力。
l GPON 可提供了IGMP Proxy 以及IGMP Snooping 組播功能，能方便地實(shí)現組播控制，從而更好的滿(mǎn)
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 速率的吉比特級的GPON(千兆PON) 網(wǎng)絡(luò )系統，還可通過(guò)內置的
CWDM 模塊可擴展到10Gbps。這樣高的線(xiàn)路速率，將能支持更多的服務(wù)，也意味著(zhù)能實(shí)現更多的營(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。而且高帶寬是由單個(gè)用戶(hù)（FTTH）獨享或者由多用戶(hù)共享
（FTTB或FTTC 等），并可提供優(yōu)先級、QoS保證。
l 傳輸效率高
將所有的傳送數據采用全新的GFP適配協(xié)議封裝為25us的定長(cháng)幀結構，與APON和EPON技術(shù)相比，
具有更少的開(kāi)銷(xiāo)字節和更高的傳輸效率；在近2.5G的傳輸帶寬需求情況下，GPON的傳輸效率達93%，
而A/BPON 和EPON 的傳輸效率分別是70%和49%。GPON 的線(xiàn)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 )結構靈活，擴容靈活
GPON 系統可以支持環(huán)型、樹(shù)型等多種網(wǎng)絡(luò )拓撲結構。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(lèi)業(yè)務(wù)，GPON的分支能力達1:32，這是有源設備所望塵莫及的。例如，對于新的擴
容站點(diǎn)，只需要從就近的無(wú)源分光器的預留分支口引出一芯光纖到新的光網(wǎng)絡(luò )終端ONT/ONU 裝機點(diǎn)，
只增加ONT/ONU 的數量，就可以實(shí)現擴容，因而可滾動(dòng)式發(fā)展用戶(hù)；因此，可以大大降低網(wǎng)絡(luò )的建
設成本。
l 提供“三網(wǎng)合一”的業(yè)務(wù)
GPON 可以提供一個(gè)性?xún)r(jià)比更好的傳輸手段，同時(shí)兼顧數據及有線(xiàn)電視業(yè)務(wù)的提供，即除了傳統的語(yǔ)音、
數據（包括IPTV）業(yè)務(wù)外，GPON 樹(shù)狀廣播形拓撲結構也非常適合提供廣播式的業(yè)務(wù)，如可以直接利
用GPON 設備提供的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(cháng)（1550nm），在光線(xiàn)路終端OLT 上接入光纖電視信號，在不影響電信業(yè)務(wù)的情況下，與光纖電
信信號一起傳送到末端的光網(wǎng)絡(luò )終端ONT/ONU 設備，這個(gè)ONT/ONU 終端設備可以通過(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(xiàn)電視口為單個(gè)用戶(hù)（FTTH），或大樓（FTTB）、小
區（FTTC 等）經(jīng)有線(xiàn)電視分配網(wǎng)提供模擬有線(xiàn)和有線(xiàn)數字電視信號。
l 節省機房投資
在光干線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的分支處，因GPON 采用的是穩定性高、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、空調等機房設備，也不占用機房空間，只需安裝在光交接箱或光配線(xiàn)架上即可，因而成
本低廉。
l 節省光纖
僅需從局端機房光線(xiàn)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
設備，并采用WDM波分復用的技術(shù)，使上、下行業(yè)務(wù)共用一芯光纖，大大節省了光纖干線(xiàn)傳輸的數量，
特別是對于農村地區，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 保護功能完善
GPON 為光接入網(wǎng)絡(luò )提供了保護或冗余選項。其內置的光交換模塊可實(shí)現雙纖保護或環(huán)路保護，而保
護切換時(shí)間小于30ms，能夠完全保障業(yè)務(wù)穩定可靠。
l 對業(yè)務(wù)良好的QoS支持
采用標準的GFP封裝協(xié)議，可以為T(mén)DM 業(yè)務(wù)分配固定傳送幀字節，相比APON和EPON 采用E1仿
真的方式，GPON 可為T(mén)DM、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 下行數據采用廣播方式傳送，上行數據采用統計時(shí)分多址復用技術(shù)，各業(yè)務(wù)點(diǎn)通過(guò)請求/許可方
式動(dòng)態(tài)分配帶寬，可以實(shí)現帶寬可管理、可靈活分配的充分利用，并能設置用戶(hù)的最小帶寬保證以及最
大允許帶寬；也能對特殊需求采用流量參數進(jìn)行控制，滿(mǎn)足了不同業(yè)務(wù)對帶寬的不同需求，非常適合提
供運營(yíng)商級的服務(wù)。

l 功能強大、完善的網(wǎng)管系統
GPON 系統具有完善的圖形管理界面，所有用戶(hù)的管理、業(yè)務(wù)的調配均可在網(wǎng)管實(shí)現。改變目前不同
業(yè)務(wù)分別組網(wǎng)、分別管理和維護的局面，減少網(wǎng)絡(luò )系統的設計施工和運營(yíng)維護成本。同時(shí)內置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(chǎng)商的光線(xiàn)路終端OLT和終端ONT之間的互通性。
l 對于 ITU-T G.983 BPON，GPON 還承諾通過(guò)全業(yè)務(wù)接入網(wǎng) (FSAN) 和 ITU 建議提供設備互通性。這將使各個(gè)廠(chǎng)商的光線(xiàn)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)現來(lái)自 CPE （CustomPremier Equipment用戶(hù)屋內設備）廠(chǎng)商的低成本、大批量 PONONU/ONT 的供應，如 DSL 行業(yè)那樣，從而進(jìn)一步實(shí)現低成本 GPON 的部署。