寬頻接入-gpon技術
1、pon的產生背景及概念
光纖接入解決了頻寬的侷限性問題。光接入網應用而生。只要在接入網中全部或部分使用光纖的，均屬光接入網，根據光線距使用者的遠近，光接入網的構建可以分為fttc、fttb、ftth等多利，方式，統稱為fttx。
fttx可以有多種技術，其中最被看好、用的最多的是pon(passiveoptioal network一無源光網路)技術。pon網路山於其簡潔、廉價、可靠的網路拓撲結構被普遍認為是寬頻接入網的最終解決方案，支援光纖到戶ftth。與核心網不同的是，ftth對成本更加敏感。
成本的突破很大程度上意味著條件的成熟。剖析ftth成木因素，主要有兩個方向，一是裝置採購成木，二是運營成木。根據ntt公布的資料，ftth的這兩項成本已經與高速adsl基本接近。
值得一提的是，目前adsl裝置的**下降潛力已經不大，但是ftth的成本隨著規模增長有望繼續下降。從整體上看，在接入網領域光通訊醞釀著新一輪的發展。所以ftth技術目前己被證實不僅技術上是成熱的，而且經濟上是可行的。
繼 2023年itu一t通過了基於atm的g983系列建議，2023年開始，兩大通訊標準化組織ieee和itu一t開始研究制訂新〃代pon技術標準，以滿足公尺來寬頻接入網的要求。pon作為fttx的最佳的實現方式，它的三個同胞兄弟apon、epon和!gpon似乎從一開始就注定了一要在競爭中不斷完善和發展。
2、pon的發展歷程
目前pon網路上採用何種傳輸協議一直在爭議中。itu一t在2023年制定了apon(bpon)標準，它採用atm作為傳輸協議，支援下行 622m/155m上行155m的傳輸速率，能提供乙太網接入、**傳送、高速租用線路等業務，由 fsan(fullserviceaccessnetworks一全業務接入網論壇)委員會確定，被用於atm第二層訊號傳輸協議的最初的pon規範。bpon技術提出至今並未在商業上獲得成功，主要原因是atm技術承載ip業務效率低，同時，業務的發展並未形成對光接入網的強勁需求。
2023年底，一些裝置製造商成立了第一英里乙太網聯盟 (efma)，提出基於乙太網的pon概念一epon，並促成ieee在2023年成立第一英里乙太網(efm)小組，開始正式研究包括1.25gbit/s的epon在內的efm相關標準。epon標準正 ee802.
3ah已於2023年6正式頒布。我國在「十五」「863」划中也設立了吉位元epon的相應課題。
fsan在2023年l月差不多 efma(ethernetinthefirstmilealliance一乙太網接入研究聯盟)提出epon概念的同時，也開始進行1gb/s以上的pon標準的研究。除了需要支援更高的位元速率外，fsan提出」對全部協議開放地進行完全徹底地重新考慮」的決定，努力尋求一種最佳的、支援全業務的、高效率的解決方案。itu一t根據fsan組織關於g位元業務需求(gsr)的研究報告，重新制定了pon網路所要達到的關鍵指標，同時借鑑apon技術的研究成果，開始進行新一代pon技術標準的研究工作，於2023年討論通過了gpon(gigabit pon)，它通過為使用者提供千兆位元的頻寬，高效的lp、tdm承載模式，試圖
成為fttx領域中史為完善的解決方案。
3、gpon系統概述
3.1、gpon系統概述
3.1.1、gpon的系統構成
gpon由光線路終端olt、光網路單元/光網路終端(onu/ont)及光纖分配網odn組成。olt位於中心機房，向上提供廣域網介面，包括ge、atm、ds一3等；ontj/ont放在使用者側，為使用者提供 10/1oobaset、ti/ei、ds一3等應用介面，適配功能af在具體實現中可能整合於 onu/ont中；odn由分支器/禍合器等無源器件構成;其系統網路結構如圖1所示。
圖1：gpon的系統網路結構
3.1.2、gpon系統的基本效能引數
1).gpon提供以卜兒幹中非同步傳輸速率:
0.15552gblt/5tlp， 1.24416gblt/5down
0.62208gbit/5up， 1.24416gbit/5down
1.24416gbit/sup， 1.24416gbit/sdown
0.15552gbit/sup， 2.48832gbit/5down
0.62208gbit/sup， 2.48832gbit/sdown
2.24416obit/sup，2.4s832obit/sdown(目前的主流支援速率)
2.48832gbit/5up， 2.48832gbit/sdown
2).支援的距離
支援最大邏輯距離為:60km
支援最大物理距離為:20kin
支援最大距離差為:20km
3).分光比
分光比為1:64(標準光下)，可公升級為1:128(最大邏輯分光比)
3.2、gpon協議
gpon技術是基於itu一 系列標準的最新一代寬頻無源光綜合接入標準，它主要包括以下4個部分，各自規定了其相應的標準。
1).該標準主要規範了吉位元無源光網路(gpon)系統的總體特性，具體包括光接入網(oan)的體系結構、業務型別、sni和uni、物理速率、邏輯傳輸距離以及系統的效能目標;
2).g984.2:該標準2023年定稿，一社要規範了gpon系統的物理媒質相關 pmd層要求
3).g984.3:
該規範2023年完成，規定了gpon的傳輸汀聚tc(transmissionconvergenee)子層、『項格式、測距、安全、動態頻寬分配dba(dynamic band alloeation)、操作維護管理功能能等。g.984.
3通過引入一種新的傳輸匯聚子層，實現了承載gpon封裝模
式 gem(gpon encapsulation method)業務流和atm業務流的承載。gem是一種新的封裝結構，主要用於封裝那些長度可變的資料訊號和tdm業務;
4).g984.4:
2023年6月正式完成的g984.4規範提出了對ont管理控制介面 omci(ontmanagementandcontrolinte***ee)的要求。gpon協議棧在itu一 tg.
983.1建議中，無源光網路具網路結構分層結構，gpon沿用了這種分層結構，將網路劃分為通道曾和傳輸媒質層。其中傳輸媒質層劃分為gpon傳輸匯聚子層(gtc)和物理媒質子層(pmd)，gpon的技術特徵主要體現在傳輸匯聚子層
gpon系統的協議棧，主要由物理媒質相關 (pmd)層和gpon傳輸匯聚(gtc)層組成。gtc層包括兩個子層:gtc成}ljk子層和tc適配子層。
gtc層可分為兩種封裝模式:atm模式和gem模式，目前gpon裝置基本都採用gem模式。gem模式的g丁c層可為其客戶層提供3種型別的介面:
atm客戶介面、gem客廣，介面和ont管理和控制介面(omci)。
①.pmd層
gpon的pmd層對應於 olt和onu之間的光傳輸接日(也稱為pon介面)，其具體引數值決定了gpon系統的最大傳輸距離和最大分路比。olt和onu的傳送光功率、接收機靈敏度等關鍵引數主要根據系統支援的odn型別
②.tc層
tc層(也稱為gtc層)是gpon的核心層，主要完成上行業務流的
媒質接入控制和onu註冊這兩個關鍵功能。tc層協議棧見下圖。gtc層包括兩個子層:
a).gtc成幀子層
gtc成幀子層包括3個功能:
復用和解復用。ploam和gem部分根據幀頭指示的邊界資訊復用到卜行tc幀中，並可以根據幀頭指示從上行tc幀中提取出ploam和gem部分。
幀頭生成和解碼。下行幀的tc幀頭按照格式要求生成，上行幀的幀頭會被解碼。此外還要完成嵌入式oam。
基於alloc一id的內部路由功能。基於alloc一ld的內部標識為來自/送往 gemtc介面卡的資料進行路由。
b).gtc適配子層
適配子層提供了3個tc介面卡，即 atmtc介面卡、 gemtc介面卡和omci介面卡。戶 jm/gemtc介面卡生成來自gtc成幀子層各 atm/gem塊的pdu，並將這些pdu對映到相應的塊。
③.omci
ont的管理和控制介面(omci)。首先規定了與協議無關的管理資訊庫(mib)被管實體，定義了ont之間的資訊互動模型。然後描述了ont管理和控制通道、協議及詳細的訊息定義。
omci類似於snmp。是終端管理的協議。是olt和ont之間執行的協議。
omci保證了在不同廠家的olt和ont之間的互操作性。omci資訊可封裝在atm信元或gem幀中進行傳輸，取決於onu提供的介面型別。
④.ploam
用於物理層的oam，g984.3定義了19種下行ploam資訊，9種上行ploam資訊。可實現onu的註冊及id分配、測距、 portid分配、vpi/vci分配、資料加密、狀態檢測、誤位元速率監視等功能。
3.3、gpon的工作原理一資料復用及幀的傳輸
gpon系統採用wdm技術，實現單纖雙向傳輸(強制)。為了分離同一根光纖上多個使用者的來去方向的訊號，採用以卜兩種復用技術:
下行資料流採用廣播技術;
gpon的下行幀長為固定的!25us，下行為廣播方式，所有的onu都能收到相同的資料，但是通過gemportid來區分不同的業務的資料，onu通過過濾來接收屬於自己的資料。
上行資料流採用tdma技術。
cpon的上行是通過tdma又時分復用)的方式傳輸資料，上行鏈路被分成不同的時隙，根據下行幀的 upstreambandwidthmap欄位來給每個onu分配上行時隙，這樣所有的onu就可以按照一定的秩序傳送自己的資料了，不會產生為了爭奪時隙而衝突。每幀共有9120個時隙。
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