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GEM封装以及GPON原理
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更新于2023-03-03
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作为新一代的光接入技术,GPON支持更高的速率和对称/非对称工作方式,同时还有很强的支持多业务(ATM业务、TDM业务及IP/Ethernet业务)和OAM的能力。它以ATM信元和GEM (Generic Encapsulation Method,通用封装方法)承载多业务,对各种业务类型都能提供相应的QOS保证,支持商业和居民业务的宽带全业务接入。因此,GPON是最有发展潜力的宽带光接入技术
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GPON 帧结构以及技术原理
摘要:本文介绍了 GPON 的技术原理,GPON 数据帧的封装技术,GEM 帧结
构,以及 GPON 在 QOS 上的优势,DBA 调度原理等
前言
作为新一代的光接入技术,GPON支持更高的速率和对称/非对称工作方式,
同时还有很强的支持多业务(ATM业务、TDM业务及IP/Ethernet业务)和OAM的
能力。它以ATM信元和GEM (Generic Encapsulation Method,通用封装方法)
承载多业务,对各种业务类型都能提供相应的QOS保证,支持商业和居民业务
的宽带全业务接入。因此,GPON是最有发展潜力的宽带光接入技术。
一、GPON标准介绍
GPON 技 术由ITU-T提出并标准化。2003年1月31日,ITU-T批准了GPON
标准G.984.1和G.984.2.2004年相继批准了G.984.3和G.984.4,形成了G.984.x
系列标准,至此,GPON技术标准已经完成。各标准内容如一下:
1.1 G.984.1( G.gpon.gsr):千兆比无源光网络的总体特性。该标准主要规范
了GPON系统的总体要求,包括OAN的体系结构、业务类型、SNI和
UNI、物理速率、逻辑传输距离以及系统的性能目标。G.984.1对GPON
提出了总体目标,要求ONU的最大逻辑距离差可达20km,支持的最大
分路比为16, 32或64,不同的分路比对设备的要求不同。从分层结构上
看,ITU定义的GPON由PMD层和TC层构成,分别由0.984.2和0.984.3
进行规范。
1.2 G.984.2( G.gpon.pmd): 千兆比无源光网络的物理媒质相关(PMD)层规范。
该标准2003年定稿,主要规范了GPON系统的物理层要求。G.984.2要
求,系统下行速率为1.244或2.488Gbit/s,上行速率为0.155, 0.622,
1.244或2.488Gbit/s。标准规定了在各种速率等级下OLT和ONU光接口
的物理特性,提出了1.244Gbit/s及其以下各速率等级的OLT和ONU光接
口参数。但是对2.488Gbit/s速率等级,并没有定义光接口参数,原因在
于此速率等级的物理层速率较高,对光器件的特性提出了更高的要求,
有待进一步研究,从实用性角度看,在PON中实现2.488Gbit/s速率等级
将会比较难。
1.3 G.984.3( G.gpon.gtc): 千兆比无源光网络的传输汇聚(TC)层规范。该规
范 2003年完成,规定了GPON的TC子层、帧格式、测距、安全、动态
带宽分配(DBA) ,操作维护管理功能等。G.984.3引入了一种新的传输汇
聚子层,用于承载ATM业务流和GEM (GPON Encapsulation Method)业
务流。GEM是一种新的封装结构,主要用于封装那些长度可变的数据信
号和TDM业务。G.984.3中规范了GPON的帧结构、封装方法、适配方
法、测距机制、QOS机制、加密机制等要求,是GPON系统的关键技术
要求。
1.4 G.984.4( GPONOMCI规范):GPON系统管理控制接口规范。2004年6月
正式完成的0.984.4规范提出了对OMCI的要求,目标是实现多厂家OLT
和ONT设备的互通性。该建议指定了协议无关的MIB管理实体,模拟了
OLT和ONT之间信息交换的过程。
二、GPON的系统结构
如上图所示:GPON由光线路终端OLT、光网络单元/光网络终
端(ONU/ONT)及光纤分配网ODN组成。OLT位于中心机房,向上提供广域网接
口,包括GE、ATM.DS-3等;ONU/ONT放在用户侧,为用户提供10/100BaseT.
T1/E1,DS-3等应用接口,适配功能AF集成于ONU/ONT中:ODN由分支器/祸合
器等无源器件构成;上下行数据工作于不同波长,下行数据采用广播方式发送,
上行数据采用基于统计复用的时分多址(TDMA)方式接入。下行采用1490NM的
波长传送,上行采用1310NM的波长传送,同时还可采用1550NM的波长承载
CATV业务。
三、GPON的封装技术GEM功能描述
3.1 GPON协议栈
GPON使用GEM协议进行封装,其协议参考模型如图1所示。GPON由控制
/管理平面(C/M平面)和用户平面(U平面组成)组成。C/M平面管理用户数据流,
完成安全加密等OAM功能;U平面完成用户数据流的传输。用户平面分为物理媒
介相关子层(PMD),GPON传输汇聚子层(GTC)和高层;GTC子层又进一步细分为
GTC成帧子层和GTC适配子层,高层的用户数据和控制/管理信息通过GTC适
配子层进行封装。
3.2 C/M平面的协议栈
GTC层的控制/管理平面包括三个部分:内嵌的OAM (Operations,
Administration and Maintenance)块、PLOAM( Physical Layer OAM)和
OMCI(ONU Management and Control Interface),如图2所示。内嵌的OAM和
PLOAM管理物理层和TC层,OMCI提供对高层(与承载业务相关)的统一管理。
内嵌的OAM通道功能包括:上行带宽授权、密钥切换指示和DBA信息报告。
由于采用OAM信息直接映射到帧中的相应域,保证了控制信息的传送与处理的
实时性。
PLOAM通道功包括:传送物理层和TC(传输汇聚)层中不通过OAM信道传送
的所有信息,通过消息交互方式实现,因此是实时性低于嵌人OAM通道的低时
延通道。
OMCI信道用来管理高层定义的业务,包括ONU的可实现的功能集、T-
CONT业务种类与数量、QOS参数协商等参数。是实现GPON网络集中业务管
理的信令传输通道,通过ATM的PV/PC或GEM封装,实时性最低,处理层次高,
并保证了开放性、可扩展的特性。
3.3 U平面协议栈
GPON有两种传输模式:一种是ATM模式另一种是GEM模式。图3中清晰地
解释了这两种传输模式在U平面中的传输过程。GPON在传输过程中可以用
ATM模式,也可以用GEM模式,也可以共同使用两种模式,使用哪种模式在
GPON初始化的时候进行选择。
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