GPON技術詳述

GPON技術詳述
介紹GPON 技術之前，先介紹目前也被應用的另一種PON 技術“EPON”。

1．EPON技術介紹
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標準中進行規(guī)范，其工作重點在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(shù)據(jù)流。EPON最核心部分是PON 光發(fā)送/接收模塊，其實現(xiàn)方案是，在與APON 類似的結構和G.983 的基礎上，設法保留APON 的物理層PON，而以Ethernet技術代替ATM 技術作為數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，構成一個可以提供更大帶寬、更低成本和更強業(yè)務能力的新的結合體EPON。
EPON 可提供上、下行對稱的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，但當時IEEE 制定802.3ah 的初衷是為了接入IP數(shù)據(jù)業(yè)務，并沒有考慮TDM 業(yè)務接入對時鐘同步、時延和抖動等方面的特殊要求，因此EPON 所采用的標準Ethernet 封裝方式也給其帶來了一個致命的缺點，那就是“難以承載話音或電路型數(shù)據(jù)專線等TDM 業(yè)務”，也很難滿足電信級的QoS要求。之后，雖然目前國內(nèi)外均對TDM over Ethernet技術進行了積極的研究，我國也制訂了通信行業(yè)標準《接入網(wǎng)技術要求-基于Ethernet 的無源光網(wǎng)絡(EPON)》，且多家EPON 廠商都對IEEE 標準進行了擴充，在EPON 承載TDM 業(yè)務和話音業(yè)務方面進行了技術創(chuàng)新，例如在提供數(shù)據(jù)業(yè)務的同時，采用預留帶寬的方式來提供語音業(yè)務，而且多家EPON 廠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 的應用帶來了一定的限制。

2．GPON技術介紹
GPON(Gigabit passive optical network)全名為Gigabit-capable PON 吉比特/千兆位無源光纖網(wǎng)絡，也是一種無源被動式光纖網(wǎng)路。GPON 業(yè)務是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），其非對稱特性更能適應寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務市場；它提供QoS 的全業(yè)務保障，同時承載ATM 信元和(或)GEM 幀，有很好的提供服務等級、支持QoS 保證和全業(yè)務接入的能力；在承載 GEM 幀時，可以將TDM 業(yè)務映射到GEM幀中，使用標準的 8kHz(125μs)幀能夠直接支持TDM 業(yè)務。作為一種電信級的技術標準，GPON 還規(guī)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、用戶接口豐富等的眾多特點，是故，已被大多數(shù)運營商視為實現(xiàn)接入網(wǎng)業(yè)務的寬帶化、綜合化改造的理想技術。

作為ITU-T提出的一種靈活的寬帶光纖接入技術，在GPON 標準中，明確規(guī)定GPON 需要支持的業(yè)務類型包括數(shù)據(jù)業(yè)務(Ethernet 業(yè)務，包括IP業(yè)務和MPEG 視頻流)、 PSTN 業(yè)務(POTS，ISDN 業(yè)務) 、專用線(T1，E1，DS3， E3和ATM 業(yè)務)和視頻業(yè)務( 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)和標準分辨率電視(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)務映射到ATM 信元或GEM幀中進行傳送，對各種業(yè)務類型都能提供相應的QoS保證。GPON 一般采用樹形（或樹形）拓撲結構，在需要提供業(yè)務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)絡終端ONT提供保護功能；下圖即是GPON 的體系結構：

它是由光線路終端OLT(Optical Line Terminal)、光網(wǎng)絡終端ONT(Optical Network Terminal) / ONU (OpticalNetwork Unit)及環(huán)形（或樹形）拓撲結構的無源光網(wǎng)絡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 放在用戶終端，為用戶提供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(shù)據(jù)流傳輸方式；反之為上行方向，采用基于統(tǒng)計復用的時分多址接入技術。PON可通過粗波分復用CWDM（Coarse Wavelength DivisionMultiplexing）覆蓋實現(xiàn)數(shù)據(jù)流的全雙工傳輸。
類整GPON技術的特點如下：
l 支持源模式TDM，IP數(shù)據(jù)及視頻業(yè)務，即包括IPTV的“三網(wǎng)合一”業(yè)務，并可向一個/多個用戶同時提供持續(xù)、且可隨時間調(diào)整帶寬的能力。
l GPON 可提供了IGMP Proxy 以及IGMP Snooping 組播功能，能方便地實現(xiàn)組播控制，從而更好的滿
足開展IPTV組播業(yè)務的需求。
l 容量大，可解決接入網(wǎng)瓶頸問題
下行2.488Gbps，上行1.244Gbps 速率的吉比特級的GPON(千兆PON) 網(wǎng)絡系統(tǒng)，還可通過內(nèi)置的
CWDM 模塊可擴展到10Gbps。這樣高的線路速率，將能支持更多的服務，也意味著能實現(xiàn)更多的營
收。
l 帶寬高、資源共享
GPON 更有近2.5G的高帶寬，打開了光接入網(wǎng)原有的帶寬瓶頸，為未來新業(yè)務（IP網(wǎng)絡電視、三網(wǎng)合
一等）的開展奠定了一個優(yōu)質的帶寬基礎。而且高帶寬是由單個用戶（FTTH）獨享或者由多用戶共享
（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(shù)據(jù)采用全新的GFP適配協(xié)議封裝為25us的定長幀結構，與APON和EPON技術相比，
具有更少的開銷字節(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)絡結構靈活，擴容靈活
GPON 系統(tǒng)可以支持環(huán)型、樹型等多種網(wǎng)絡拓撲結構。主干僅需單芯/雙芯光纖，通過無源光纖分配網(wǎng)
絡(ODN）接入各類業(yè)務，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，只需要從就近的無源分光器的預留分支口引出一芯光纖到新的光網(wǎng)絡終端ONT/ONU 裝機點，
只增加ONT/ONU 的數(shù)量，就可以實現(xiàn)擴容，因而可滾動式發(fā)展用戶；因此，可以大大降低網(wǎng)絡的建
設成本。
l 提供“三網(wǎng)合一”的業(yè)務
GPON 可以提供一個性價比更好的傳輸手段，同時兼顧數(shù)據(jù)及有線電視業(yè)務的提供，即除了傳統(tǒng)的語音、
數(shù)據(jù)（包括IPTV）業(yè)務外，GPON 樹狀廣播形拓撲結構也非常適合提供廣播式的業(yè)務，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；再如它可通過采用第
3 波長（1550nm），在光線路終端OLT 上接入光纖電視信號，在不影響電信業(yè)務的情況下，與光纖電
信信號一起傳送到末端的光網(wǎng)絡終端ONT/ONU 設備，這個ONT/ONU 終端設備可以通過FE端口為駐
地提供以太網(wǎng)業(yè)務（包括IPTV），通過同軸RF 有線電視口為單個用戶（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。
l 節(jié)省機房投資
在光干線網(wǎng)絡的分支處，因GPON 采用的是穩(wěn)定性高、體積小巧、成本低的1：32無源光分路器，它
無需提供電源、空調(diào)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架上即可，因而成
本低廉。
l 節(jié)省光纖
僅需從局端機房光線路終端OLT輸出一芯光纖，通過光分路器可以分支到32個光網(wǎng)絡終端ONT/ONU
設備，并采用WDM波分復用的技術，使上、下行業(yè)務共用一芯光纖，大大節(jié)省了光纖干線傳輸?shù)臄?shù)量，
特別是對于農(nóng)村地區(qū)，原有光纖資源有限的情況下，采用GPON 技術組網(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)絡提供了保護或冗余選項。其內(nèi)置的光交換模塊可實現(xiàn)雙纖保護或環(huán)路保護，而保
護切換時間小于30ms，能夠完全保障業(yè)務穩(wěn)定可靠。
l 對業(yè)務良好的QoS支持
采用標準的GFP封裝協(xié)議，可以為TDM 業(yè)務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)務提供完全的QOS保障。
l 動態(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)計時分多址復用技術，各業(yè)務點通過請求/許可方
式動態(tài)分配帶寬，可以實現(xiàn)帶寬可管理、可靈活分配的充分利用，并能設置用戶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(shù)進行控制，滿足了不同業(yè)務對帶寬的不同需求，非常適合提
供運營商級的服務。

l 功能強大、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)務的調(diào)配均可在網(wǎng)管實現(xiàn)。改變目前不同
業(yè)務分別組網(wǎng)、分別管理和維護的局面，減少網(wǎng)絡系統(tǒng)的設計施工和運營維護成本。同時內(nèi)置SNMP
模塊，其TDM業(yè)務的管理可納入原有的網(wǎng)絡。
l GPON 擁有全面的支持，包括來自不同廠商的光線路終端OLT和終端ONT之間的互通性。
l 對于 ITU-T G.983 BPON，GPON 還承諾通過全業(yè)務接入網(wǎng) (FSAN) 和 ITU 建議提供設備互通性。這將使各個廠商的光線路終端OLT 和光網(wǎng)絡終ONU/ONT 像 BPON 那樣在一個網(wǎng)絡中混合使用并匹配；還可實現(xiàn)來自 CPE （CustomPremier Equipment用戶屋內(nèi)設備）廠商的低成本、大批量 PONONU/ONT 的供應，如 DSL 行業(yè)那樣，從而進一步實現(xiàn)低成本 GPON 的部署。