吉比特?zé)o源光網(wǎng)絡(luò)（支持吉比特速率的無源光網(wǎng)絡(luò)）

介紹

GPON技術(shù)起源于1995年開始逐漸形成的ATMPON技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，PON是英文“無源光網(wǎng)絡(luò)”的縮寫。而GPON(Gigabit-Capable Passive Optical Network) 最早由FSAN組織于2002年9月提出，ITU-T在此基礎(chǔ)上于2003年3月完成了ITU-T G.984.1 和G.984.2的制定，2004年2月和6月完成了G.984.3的標(biāo)準(zhǔn)化。從而最終形成了GPON的標(biāo)準(zhǔn)族?；贕PON技術(shù)的設(shè)備基本結(jié)構(gòu)與已有的PON類似，也是由局端的 OLT(光線路終端)，用戶端的ONT/ONU(光網(wǎng)絡(luò)終端或稱作光網(wǎng)絡(luò)單元)，連接前兩種設(shè)備由單模光纖(SM fiber)和無源分光器(Splitter)組成的ODN(光分配網(wǎng)絡(luò))以及網(wǎng)管系統(tǒng)組成。

特點(diǎn)

GPON的技術(shù)特點(diǎn)是在二層借鑒了ITU-T定義的GFP（Generic Framing Procedure，通用成幀規(guī)程）技術(shù)，擴(kuò)展支持GEM（General Encapsulation Methods）封裝格式，將任何類型和任何速率的業(yè)務(wù)經(jīng)過重組后由PON傳輸，而且GFM幀頭包含幀長度指示字節(jié)，可用于可變長度數(shù)據(jù)包的傳遞，提高了傳輸效率，因此能更簡單、通用、高效地支持全業(yè)務(wù)。具體如下：

1、前所未有的高帶寬。GPON速率高達(dá)2 .5 Gbps, 能提供足夠大的帶寬以滿足未 來網(wǎng)絡(luò)日益增長的對高帶寬的需求, 同時(shí)非對稱特性更能適應(yīng)寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)市場。

2、QoS 保證的全業(yè)務(wù)接入。GPON 能夠同時(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。目前, ATM 承載話音、PDH、 Ethernet 等多業(yè)務(wù)的技術(shù)已經(jīng)非常成熟; 使用GEM 承載各種用戶業(yè)務(wù)的技術(shù)也得到大家的一致認(rèn)可, 已經(jīng)開始廣泛應(yīng)用和發(fā)展。GPON可以將任何類型和任何速率的業(yè)務(wù)進(jìn)行原有格式封裝后經(jīng)由PON傳輸。那么GPON的數(shù)據(jù)封裝具體是如何實(shí)現(xiàn)的呢？ONU從UNI（User Network Interface，用戶網(wǎng)絡(luò)接口）口接收到上行的ETH、TDM或者SDH數(shù)據(jù)，ONU把上行數(shù)據(jù)封裝為GEM幀，發(fā)送給OLT。OLT把GEM幀解封裝為ETH、TDM或者SDH數(shù)據(jù)，通過上聯(lián)口發(fā)送出去。下行方向進(jìn)行類似處理。

3、很好地支持TDM業(yè)務(wù)。TDM 業(yè)務(wù)映射到GEM 幀中, 由于GPON TC 幀幀長為 125 μs, 能夠直接支持TDM 業(yè)務(wù)。TDM 業(yè)務(wù)也可映射到ATM 信元中, 也能提供有QoS 保證的實(shí)時(shí)傳輸。

4、簡單、高效的適配封裝。采用GEM 對多業(yè)務(wù)流實(shí)現(xiàn)簡單、高效的適配封裝。在 APON 中, 所有的多業(yè)務(wù)流(話音、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流) 都必需進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)化, 映射到ATM 信元 中傳輸。眾所周知, 5 字節(jié)的ATM 頭相對于48字節(jié)的數(shù)據(jù)來說, 會帶來超過10% 的帶 寬損失, 特別對于長分組的數(shù)據(jù)包來說, 其打包過程復(fù)雜、效率非常低。而在EPON 中, 雖然直接承載以太網(wǎng)幀, 實(shí)現(xiàn)過程簡單, 但僅考慮8B/ 10B 的線路編碼就已經(jīng)有20%的帶 寬浪費(fèi), 加上對以太網(wǎng)幀的封裝和開銷, EPON帶寬利用率比GPON 低30%左右。同時(shí), 在傳輸TDM 業(yè)務(wù)時(shí), 需要將其通過協(xié)議轉(zhuǎn)化映射到以太網(wǎng)幀中, 目前對此技術(shù)還沒有規(guī) 定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。GPON 的GEM 提供了一種靈活的幀結(jié)構(gòu)封裝, 支持定長和不定長幀的 封裝, 對多種業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)通用映射, 不需要進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換, 實(shí)現(xiàn)過程簡單, 開銷小, 協(xié)議封裝 效率最高可達(dá)94% , 實(shí)現(xiàn)了帶寬資源的充分利用。

5、強(qiáng)大的OAM 能力。針對以太網(wǎng)系統(tǒng)在網(wǎng)路管理和性能監(jiān)測的不足, GPON 從 消費(fèi)者需求和運(yùn)營商運(yùn)行維護(hù)管理的角度, 提供了3 種OAM 通道: 嵌入的OAM 通道、 PLOAM 和OMCI。它們承擔(dān)不同的OAM 任務(wù), 形成C/ M Plane( 控制/ 管理平面) , 平面 中的不同信息對各自的OAM 功能進(jìn)行管理。GPON 還繼承了G .983 中規(guī)定的OAM 相 關(guān)要求, 具有豐富的業(yè)務(wù)管理和電信級的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測能力。

6、技術(shù)相對復(fù)雜, 設(shè)備成本較高。GPON 承載有QoS 保障的多業(yè)務(wù)和強(qiáng)大的OAM 能力等優(yōu)勢很大程度上是以技術(shù)和設(shè)備的復(fù)雜性為代價(jià)換來的, 從而使得相關(guān)設(shè)備成本 較高。但隨著GPON 技術(shù)的發(fā)展和大規(guī)模應(yīng)用, GPON 設(shè)備的成本可能會有相應(yīng)地下降。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

同所有PON 系統(tǒng)一樣, GPON 由ONU、OLT 和無源光分配網(wǎng)組成。OLT 為接入網(wǎng)提供網(wǎng)絡(luò)側(cè)與核心網(wǎng)之間的接口, 通過ODN與各ONU 連接。作為PON 系統(tǒng)的核心功能設(shè)備, OLT 具有集中帶寬分配、控制各ONU、實(shí)時(shí)監(jiān)控、運(yùn)行維護(hù)管理PON 系統(tǒng)的功能。ONU 為接入網(wǎng)提供用戶側(cè)的接口, 提供話音、數(shù)據(jù)、視頻等 多業(yè)務(wù)流與ODN 的接入, 受OLT 集中控制。系統(tǒng)支持的分支比為1∶16/ 32/ 64, 隨著光 收發(fā)模塊的發(fā)展演進(jìn), 支持的分支比將達(dá)到1∶128。GPON的傳輸機(jī)制和EPON完全相同，都是采用單纖雙向傳輸機(jī)制，在同一根光纖上，使用WDM技術(shù)，用不同波長傳輸上下行數(shù)據(jù)。在同一根光纖上, GPON 可使用波分 復(fù)用(WDM)技術(shù)實(shí)現(xiàn)信號的雙向傳輸。根據(jù)實(shí)際需要, 還可以在傳統(tǒng)的樹型拓?fù)涞幕A(chǔ) 上采用相應(yīng)的PON 保護(hù)結(jié)構(gòu)來提高網(wǎng)絡(luò)的生存性。

層次模型

GPON 技術(shù)特征主要體現(xiàn)在傳輸匯聚層。其中傳輸匯聚層又分為PON 成幀子層和適配子層。GTC (GPON Transmission Convergence)的成幀子層完成GTC 幀的封裝、終結(jié)所要求的ODN 傳輸功能, PON 的特定功能( 如測距、帶寬分配等)也在PON 的成幀子層終結(jié), 在適配子層看不到。GTC 的適配子層提供PDU 與高層實(shí)體的接口。ATM 和GEM 信息在各自的適配子層完成業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)單元(SDU)與協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDU 的轉(zhuǎn)換。OMCI 適配子層高于ATM 和GEM 適配子層, 它識別VPI/ VCI 和Port - ID, 并完成OMCI 通道數(shù)據(jù)與高層實(shí)體的交換。

GPON 在接入網(wǎng)中的應(yīng)用GPON 可應(yīng)用于接入網(wǎng)中的光纖到戶、光纖到樓/ 路邊和光纖到交接箱。

1. FTTB for Business

對稱寬帶業(yè)務(wù)(如Group Software、Content Broadcast、E-mail、文件交互等)POTS 和ISDN專用線(GPON 必須能以不同速率靈活地提供專用線業(yè)務(wù))。

2 . FTTC 和FTTCab

非對稱寬帶業(yè)務(wù)(如數(shù)字廣播業(yè)務(wù)、VOD、IPTV、文件下載、在線游戲等)對稱寬帶業(yè)務(wù)(如Content Broadcast、E-mail、文件交互、遠(yuǎn)程教育、遠(yuǎn)程診斷等)POTS 和ISDNxDSL 延伸。

3 . FTTH

非對稱寬帶業(yè)務(wù)(如數(shù)字廣播業(yè)務(wù)、VOD、IP TV、文件下載等)

對稱寬帶業(yè)務(wù)( 如Content Broadcast、E-mail、文件交互、遠(yuǎn)程教育、遠(yuǎn)程診斷、在線游戲等)

技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

對于其他的PON標(biāo)準(zhǔn)而言，GPON標(biāo)準(zhǔn)提供了前所未有的高帶寬，下行速率高達(dá)2.5Gbit/s，其非對稱特性更能適應(yīng)寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)市場。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。承載GEM幀時(shí)，可以將TDM業(yè)務(wù)映射到GEM幀中，使用標(biāo)準(zhǔn)的8kHz(125μs)幀能夠直接支持TDM業(yè)務(wù)。作為電信級的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，GPON還規(guī)定了在接入網(wǎng)層面上的保護(hù)機(jī)制和完整的OAM功能。

在GPON標(biāo)準(zhǔn)中，明確規(guī)定需要支持的業(yè)務(wù)類型包括數(shù)據(jù)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)) 、專用線(T1，E1，DS3， E3和ATM業(yè)務(wù))和視頻業(yè)務(wù)( 數(shù)字視頻)。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)類型都能提供相應(yīng)的QoS保證。

參數(shù)

GPON提供以下幾種傳輸速率：

0.15552Gbps上行 1.24416Gbps下行

0.62208Gbps上行 1.24416Gbps下行

1.24416Gbps上行 1.24416Gbps下行

0.15552Gbps上行 2.48832Gbps下行

0.62208Gbps上行 2.48832Gbps下行

1.24416Gbps上行 2.48832Gbps下行

2.48832Gbps上行 2.48832Gbps下行

其中1.24416Gbps上行 2.48832Gbps下行 是目前可支持的主要速率

需要注意與EPON不同，GPON并不是完全異步的。

支持最大邏輯距離為：60km

支持最大物理距離為：20km

支持最大距離差為：20km

分光比一般為1:64，目前主流廠家產(chǎn)品分光比都可以平滑升級到1:128

產(chǎn)品

GPON技術(shù)允許運(yùn)營商應(yīng)根據(jù)各自的市場潛力和特定的管制環(huán)境，有針對性地提供其客戶所需要提供的特定業(yè)務(wù)。 GPON技術(shù)、設(shè)備相對復(fù)雜。GPON承載有QoS保障的多業(yè)務(wù)和強(qiáng)大的OAM能力等優(yōu)勢很大程度上是以技術(shù)和設(shè)備的復(fù)雜性為代價(jià)換來的，從而使得相關(guān)設(shè)備成本較高。隨著GPON技術(shù)的發(fā)展和大規(guī)模應(yīng)用，GPON設(shè)備的成本將會有相應(yīng)地下降。

市場應(yīng)用

GPON還是處在宣傳和培養(yǎng)市場階段，并沒有多少廠家推出商用產(chǎn)品，F(xiàn)lexLight是專做接入網(wǎng)設(shè)備的新興企業(yè)，它是GPON技術(shù)的大力倡導(dǎo)者，參與了G.984系列標(biāo)準(zhǔn)的編寫，對G.984標(biāo)準(zhǔn)的制定起了很大的促進(jìn)作用。FlexLight是第一家提供基于GPON標(biāo)準(zhǔn)的解決方案的設(shè)備制造商，同時(shí)它的2500 GPON系列產(chǎn)品已經(jīng)在2003年2月通過了法國電信研究開發(fā)中心的一系列評估測試。FlexLight一直在大力研究和倡導(dǎo)GPON技術(shù)，現(xiàn)已經(jīng)發(fā)布了GPON系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，GPON與EPON和SONET等其他接入技術(shù)的比較，以及系統(tǒng)解決方案等一系列白皮書。

Flexlight的GPON解決方案的市場定位是距離現(xiàn)有的城域光纖核心環(huán)網(wǎng)20公里以內(nèi)的中小企業(yè)(SME)。通常的城域網(wǎng)只為大企業(yè)提供高速的數(shù)據(jù)和話音服務(wù)，而SME位于城域網(wǎng)不能覆蓋的范圍，只能使用以前較為陳舊的設(shè)備，通過銅纜提供寬帶和窄帶的電路交換服務(wù)。

這種解決方案可以在離中心站20公里的范圍提供服務(wù)并且支持交叉環(huán)和網(wǎng)狀環(huán)等拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，提供2.5Gbps的下行帶寬，在一根光纖上集成話音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，為每個(gè)用戶提供T1/E1和快速Ethernet的服務(wù)。

一根光纖可以被中心站20公里范圍內(nèi)的所有用戶共享，基于SONET或者點(diǎn)對點(diǎn)的光纖解決方案與之相比較，則由于網(wǎng)絡(luò)的不靈活和較高的CAPEX(在設(shè)備、線路上的成本)和OPEX(運(yùn)行維護(hù)成本)而沒有GPON這么經(jīng)濟(jì)。