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GPON技术及其相关标准化进程一、GPON 技术的提出GPON（Gigabit-CapablePassiveOpticalNetwork，吉比特无源光网络）技术是无源光网络（PON）家族中一个重要的技术分支，其它类似技术包括 APON/BPON和 EPON技术等GPON 是当前和未来 2到3年内最受关注的光接入技术之一GPON的概念最早由 FSAN（FullServiceAccessNetwork，全业务接入网联盟）在 2001年提出，在此之前，FSAN/ITU 还提出并标准化了 APON/BPON技术（ITU-T G.983.x 系列标准），IEEE 也已经开始 EPON技术的标准化工作并很快于 2003年正式发布 IEEE 802.3ah，这标志着 EPON技术标准化工作的完成FSAN/ITU 推出GPON技术的最大原因是由于网络 IP化进程加速和 ATM技术的逐步萎缩导致之前基于 ATM技术的 APON/BPON技术在商用化和实用化方面严重受阻，迫切需要一种高传输速率、适宜 IP业务承载同时具有综合业务接入能力的光接入技术出现在这样的背景下，FSAN/ITU以 APON标准为基本框架，重新设计了新的物理层传输速率和 TC层，推出了新的 GPON技术和标准。

二、 GPON系统的构成和其它 PON技术类似，GPON 也是一种采用点到多点拓扑结构的无源光接入技术，由局侧的 OLT（OpticalLineTerminal，光线路终端）、用户侧的 ONU（OpticalNetwork Unit，光网络单元）以及ODN（Optical Distribution Network，光分配网络）组成所谓“无源”，是指 ODN中不含有任何有源电子器件及电子电源，全部由光纤和光分/合路器（Splitter）等无源光器件组成，没有昂贵的有源电子设备GPON在下行方向（OLT 到 ONU）采用 TDM广播方式、上行方向（ONU 到 OLT）采用 TDMA（时分多址接入）方式，可以灵活地组成树型、星型、总线型等拓扑结构，其中典型结构为树形结构GPON系统要求 OLT和 ONU之间的光传输系统使用符合 ITU-TG.652标准的单模光纤，上下行一般采用波分复用技术实现单纤双向的上下行传输，上行使用 1260nm～1360nm 波长，下行使用 1480nm～1500nm 波长此外，GPON 系统还可以采用第三波长方式（1540nm～1560nm 波长）实现 CATV业务的承载。

GPON系统的 ONU/ONT（ONT 是用于 FTTH并具有用户端口功能的ONU）可放置在交接箱、楼宇/分线盒、公司/办公室和家庭等不同的位置，形成 FTTCab（光纤到交接箱）、FTTB/C（光纤到楼宇/分线盒）、FTTO（光纤到办公室）和 FTTH（光纤到家庭用户）等不同的网络结构总的来说，GPON 具有如下主要技术特点：1）业务支持能力强，具有全业务接入能力GPON 系统可以提供包括 64kbit/s业务、E1 电路业务、ATM 业务、IP 业务和 CATV等在内的全业务接入能力，是提供语音、数据和视频综合业务接入的理想技术2）可提供较高带宽和较远的覆盖距离GPON 系统可以提供下行2.488Gbit/s，上行 1.244Gbit/s的带宽此外，GPON 系统中一个OLT可以支持 64个 ONU并支持 20km传输3）带宽分配灵活，有服务质量保证GPON 系统中采用的 DBA算法可以灵活调用带宽，能够保证各种不同类型和等级业务的服务质量4）ODN 的无源特性减少了故障点，便于维护GPON 系统在光传输过程中不需要电源，没有电子部件，因此容易铺设，并避免了电磁干扰和雷电影响，减少了线路和外部设备的故障率，简化了供电，在很大程度上节省了运营成本和管理成本。

5）PON 可以采用级联的 ODN结构，即多个光分路器可以进行级联，大大节约了主干光缆6）系统扩展容易，便于升级PON 系统模块化程度高，对局端资源占用很少，树型拓扑结构使系统扩展容易三、GPON 的关键技术1.协议栈GPON系统的协议栈主要由物理媒质相关（PMD）层和 GPON传输汇聚（GTC）层组成GTC 层包括两个子层：GTC 成帧子层和 TC适配子层GTC 层可分为两种封装模式：ATM 模式和 GEM模式，目前 GPON设备基本都采用 GEM模式GEM 模式的 GTC层可为其客户层提供 3种类型的接口：ATM 客户接口、GEM 客户接口和 ONT管理和控制接口（OMCI）2.PMD层GPON的 PMD层对应于 OLT和 ONU之间的光传输接口（也称为 PON接口），其具体参数值决定了 GPON系统的最大传输距离和最大分路比 OLT 和 ONU的发送光功率、接收机灵敏度等关键参数主要根据系统支持的 ODN类型来进行划分根据允许衰减范围的不同，ODN类型主要分为 A、B、C 三大类，结合目前实际应用需求和光收发模块的实际能力工业界还定义了 B+类，扩展了 GPON系统支持的最大分路比。

ODN 分类见表 1，目前 B+类 ODN是主流表 1　ODN 分类ODN类型衰减范围　光通道损耗差A类　　　5～20dB　　　　B类　　　10～25dBB+类　　13～28dB　　　　15dBC类　　　15～30dBGPON的标称线路速率(下行/上行)有多种，具体包括：●1244.16Mbit/s/155.52Mbit/s；●1244.16Mbit/s/622.08Mbit/s；●1244.16Mbit/s/1244.16Mbit/s；●2488.32Mbit/s/155.52Mbit/s；●2488.32Mbit/s/622.08Mbit/s；●2488.32Mbit/s/1244.16Mbit/s；●2488.32Mbit/s/2488.32Mbit/s目前主流厂家的 GPON产品均支持 2488.32Mbit/s/1244.16Mb it/s，并且在 20km传输距离下支持 1:64分路比3.TC层TC层（也称为 GTC层）是 GPON的核心层，主要完成上行业务流的媒质接入控制和 ONU注册这两个关键功能GTC 层包括两个子层：GTC成帧子层和 TC适配子层1）GTC 成帧子层GTC成帧子层包括 3个功能：●复用和解复用。

PLOAM 和 GEM部分根据帧头指示的边界信息复用到下行 TC帧中，并可以根据帧头指示从上行 TC帧中提取出PLOAM和 GEM部分●帧头生成和解码下行帧的 TC帧头按照格式要求生成，上行帧的帧头会被解码此外还要完成嵌入式 OAM●基于 Alloc-ID的内部路由功能基于 Alloc-ID的内部标识为来自/送往 GEMTC适配器的数据进行路由2）GTC 适配子层功能适配子层提供了 3个 TC适配器，即 ATMTC适配器、GEMTC 适配器和 OMCI适配器ATM/GEMTC 适配器生成来自 GTC成帧子层各ATM/GEM块的 PDU，并将这些 PDU映射到相应的块3）动态带宽分配（DBA）与业务 QoS管理GTC系统根据 T-CONT管理业务流，每个 T-CONT由 Alloc-ID标识一个 T-CONT可包含一个或多个 GEMPort-IDOLT 监控每个 T-CONT的流量负载，并调整带宽分配来更好地分配 PON带宽资源PON 带宽资源的分配分为动态或静态两种方式，在动态资源分配方式中， OLT通过检查来自 ONU的 DBA报告和/或通过输入业务流的自监测来了解拥塞情况，然后分配足够的资源。

在静态资源分配方式中，OLT根据配置信息为业务流预留固定带宽DBA功能可提供各种不同的 QoSGPONTC 层规定了 5种 T-CONT（Type1，2，3，4，5）（固定带宽（Fixed）、保证带宽（Assured）、非保证带宽（Non-Assured）、尽力而为带宽（BestEffort）），DBA 功能在各 T-CONT中实现GEM 模式中，GEM连接由 GEM-Port标识，并根据 QoS要求由一种 T-CONT类型承载DBA功能分为下面几个部分：●OLT 和/或 ONU检测拥塞状态；●向 OLT报告拥塞状态；●OLT 根据提供的参数更新带宽分配；●OLT 根据更新的带宽分配和 T-CONT类型发送授权；●发送 DBA操作管理信息4.OMCIOLT通过 OMCI（ONT 管理控制接口）来控制 ONT协议允许 OLT进行下列动作：1）建立和释放与 ONT之间的连接；2）管理 ONT上的 UNI；3）请求配置信息和性能统计；4）向系统管理员自动上报事件，如链路故障OMCI协议在 OLT控制器和 ONT控制器之间的 GEM连接上运行，该连接在 ONT初始化时建立OMCI 协议是异步的：OLT 上的控制器是“主”，ONT 上的控制器是“从”。

一个 OLT控制器通过在不同的控制信道上使用多个协议实例来控制多个 ONTOMCI在下面几个方面对 ONT进行管理：1）配置管理：提供了控制、识别、从 ONT收集数据和向 ONT提供数据的功能；2）故障管理：支持有限的故障管理功能，大多数操作仅限于进行故障指示；3）性能管理：主要是性能监控；4）安全管理：使能/去使能下行加密功能、全光纤保护倒换能力管理5.ONU激活注册在 ONU能正常工作前必须完成激活注册过程GPON协议基于 ONU的序列号来识别和配置 ONU，有些运营商会通过运维系统根据 ONU的序列号对其进行预配置，这时通常采用直接激活 ONU的方式而在其它情况下，不能提前获知 ONU的序列号，因此 OLT需要具有自动发现 ONU的机制激活 ONU的事件有 3个：a）网络运营商在得知新的 ONU连接到网络后，从运维系统启动激活过程；b）当有 ONU从工作状态丢失时，OLT 就自动启动激活过程查询频率可由运维系统设定；c）OLT 周期发起激活过程，查询频率可由运维系统设定ONU的激活过程包括：OLT 和 ONU之间协商工作参数、测量 OLT和 ONU之间的逻辑距离、建立上下行通信通道。

对 OLT和 ONU之间逻辑距离的测量即测距GPON 采用带内方式对系统中的 ONU进行测距对新加入到系统中的 ONU进行测距时，已工作的 ONU应暂停发送信号，以打开一个测距窗口该窗口的大小与新加入系统的ONU的距离有关，如果能预先知道新加入系统的 ONU的距离则可以减小测距窗口ONU 的激活过程由 OLT控制，其激活过程大致如下：●ONU 通过 Upstream_Overhead消息接收工作参数；●ONU 根据接收到的工作参数调整自己的参数（如：发送光功率）；●OLT 通过 Serial_NumberAcquisition流程发现新 ONU的序列号；●OLT 给所有新 ONU分配 ONU-ID；●OLT 测量新 ONU的均衡时延；●OLT 将测量的均衡时延传送给 ONU；●ONU 根据均衡时延调整其上行帧的发送起始点以上激活过程是通过交互上下行标记（flag）以及 PLOAM消息来完成的在正常工作状态下，所有传输信号都可以被用来监测信号到达的相位通过监测传输信号的相位，可以更新均衡时延ONU注册由自动发现流程完成ONU 注册有两种方式：“配置S/N”方式是通过管理系统（如 NMS和/或 EMS）在 OLT注册 ONU序列号，“发现 S/N”方式是不通过管理系统（如 NMS和/或 EMS）在OLT注册 ONU序列号。

四、TDM 业务承载GPON可通过 2种方式承载 TDM业务（如 E1），一种是 Native方式也被称为 TDMoverGEM方式，另外一种是 CESoPover GEM1.Native方式Native方式是利用可变的 GEM帧来直接封装 TDM帧具有相同Port-ID的 TDM数据分组会汇聚到 TC上层净荷部分包含 L字节的TDM。