了解GPON技术 目录 简介 先决条件 要求 使用的组件 背景信息 术语 网络图 技术概述 GPON限制 功率预算 数据包传送 下行数据包走路 上行数据包走 功能块 协议栈 重要技术 范围 突发技术 动态带宽分配(DBA) 前向纠错(FEC) 线路加密 网络保护模式 相关信息 简介 本文档介绍千兆无源光网络(GPON)技术及其工作原理。 先决条件 无 要求 本文档没有任何特定的要求。 使用的组件 本文档不限于特定的软件和硬件版本
了解GPON技术 目录 简介 先决条件 要求 使用的组件 背景信息 术语 网络图 技术概述 GPON限制 功率预算 数据包传送 下行数据包走路 上行数据包走 功能块 协议栈 重要技术 范围 突发技术 动态带宽分配(DBA) 前向纠错(FEC) 线路加密 网络保护模式 相关信息 简介 本文档介绍千兆无源光网络(GPON)技术及其工作原理。 先决条件 无. 要求 本文档没有任何特定的要求。 使用的组件 本文档不限于特定的软件和硬件版本
本文档中的信息都是基于特定实验室环境中的设备编写的。本文档中使用的所有设备最初均采用原 始（默认）配置。如果您的网络处于活动状态，请确保您了解所有命合的潜在影响。 背景信息 GPON是园区网络中以太网交换的替代方案。GPON通过消除使用无源光设备的接入和分布以太网 交换机，将传统的三层以太网设计替换为两层光纤网络。思科正在推出带Catalyst GPON平台的 GPON。 术语 ·千兆无源光网络(GPON一由TU-T发布的无源光网络(PON)标准 ·光纤分布网络(ODN)一为电信网络中的用户分配信号的物理光纤和光纤设备。ODN由无源光学 元件(POS),例如光纤和一个或多个无源光分束器组成。 ·光网络终端(ONT/光网络单元(ONU)一捋最终用户设备（桌面、电话等）连接到GPON网络。 提供光信号到电信号的转换。ONT还通过ONT密钥提供AES加密。 ·分路器一用于将光纤信号聚合或多路复用到单个上游光纤光缆。通常为1：32。 ·光线路终端(OLT)一将来自ONT的所有光信号聚合为单个复用光束的设备，当它们被转换为电 信号时，该信号被格式化为以太网分组类型标准，用于第2层或第3层转发。 ·波分复用WDM)一波分复用(WDM)技术是利用激光的不同波长（即颜色）将多个光载波信号 复用到单根光纤上的技术。 GEMG-PON封装方法(GEM一用于千兆无源光网络(G-PON)系统的数据帧传输方案，其面向 连接并支持将用户数据帧分段为可变大小的传输分段 ·光纤到X(FTTX)-FTTX是光纤部署的几种配置的泛化，分为两组：FTTP/FTTH/FTTB(光纤布 置到房屋/住宅/建筑)和-TTC/N(光纤布置到机柜节点，铜线用于完成连接)。 ·T-CONT/TCONT一传输容器 ·OMCC一光网络单元管理和控制信道 ·OMCl一光纤网络单元管理和控接口 ·PCBd一下游物理控制块 ·TDM一时分复用 ·TDMA一时分多址 网络图
本文档中的信息都是基于特定实验室环境中的设备编写的。本文档中使用的所有设备最初均采用原 始（默认）配置。如果您的网络处于活动状态，请确保您了解所有命令的潜在影响。 背景信息 GPON是园区网络中以太网交换的替代方案。GPON通过消除使用无源光设备的接入和分布以太网 交换机，将传统的三层以太网设计替换为两层光纤网络。思科正在推出带Catalyst GPON平台的 GPON。 术语 ● 千兆无源光网络(GPON) — 由ITU-T发布的无源光网络(PON)标准 光纤分布网络(ODN) — 为电信网络中的用户分配信号的物理光纤和光纤设备。ODN由无源光学 元件(POS)，例如光纤和一个或多个无源光分束器组成。 ● 光网络终端(ONT)/光网络单元(ONU) — 将最终用户设备（桌面、电话等）连接到GPON网络。 提供光信号到电信号的转换。ONT还通过ONT密钥提供AES加密。 ● ● 分路器 — 用于将光纤信号聚合或多路复用到单个上游光纤光缆。通常为1:32。 光线路终端(OLT) — 将来自ONT的所有光信号聚合为单个复用光束的设备，当它们被转换为电 信号时，该信号被格式化为以太网分组类型标准，用于第2层或第3层转发。 ● 波分复用(WDM) — 波分复用(WDM)技术是利用激光的不同波长（即颜色）将多个光载波信号 复用到单根光纤上的技术。 ● GEM G-PON封装方法(GEM) — 用于千兆无源光网络(G-PON)系统的数据帧传输方案，其面向 连接并支持将用户数据帧分段为可变大小的传输分段 ● 光纤到X(FTTX)- FTTX是光纤部署的几种配置的泛化，分为两组：FTTP/FTTH/FTTB（光纤布 置到房屋/住宅/建筑）和FTTC/N（光纤布置到机柜/节点，铜线用于完成连接）。 ● ● T-CONT/TCONT — 传输容器 ● OMCC — 光网络单元管理和控制信道 ● OMCI — 光纤网络单元管理和控制接口 ● PCBd — 下游物理控制块 ● TDM — 时分复用 ● TDMA — 时分多址 网络图
Ethernet Design GPON Design Core 翠 Distributior 米 各米米 累 OLT Splitter 1:32 1:32 Access ONT per User ONT ONT ONT ONT ONT 白 技术概述 R/S SR ONU Oad.On ODN OLT R/S G9842.F01 ONU Or.Om 0t0 Rand S Reference points Ord-Onr Oi.O Optical interfaces Represent one or more fibre Represent optional protection fibres S/R OLT R/S ONU 2 wavelength ODN 2 wavelength a ·OLT通过单根光纤与分光器连接，然后分光器与ONU/ONT连接
技术概述 ● OLT通过单根光纤与分光器连接，然后分光器与ONU/ONT连接
·GPON采用WDM在同一ODN上传输不同上行/下行波长的数据。波长范围为上游方向1290- 1330nm和下游方向1480-1500nm。 ·在下行方向广播数据，在上行方向数据在TDMA模式（基于时隙）下进行突发。 ·支持点对多点(P2MP)组播传输。 GPON限制 ·最大逻辑范围：60千米（这是系统较高层(MAC、TC、测距）管理的最大距离，考虑到未来的 物理介质相关(PMD)规范。 ·发送/接收(SR)和接收/发送(R/S)点之间的最大光纤距离：20千米 ·最大差分光纤距离：20千米 ·拆分比率：受路径损耗限制，PON采用无源分路器(16、32或64路分路) ·速率：1.24416千兆位/秒，2.48832千兆位/秒 功率预算 作为GPON的一部分，必须考虑光功率损耗。这种损失可以通过多种方式引入，例如： 。分离器内的损耗 ·每千米光纤损耗（1310,1490纳米时每千米约0.35dB) 。接头损耗(>0.2dB) ·光纤弯曲 如图所示，使用各种拆分器产生的损失量： Optical Splitters Loss [dB] Splitter 1 x 64 20.1 Splitter 1 x 32 17.4 Splitter 1 x 16 13.8 Splitter 1 x 8 10.5 Splitter 1 x 4 7.0 如图所示，每类的最小和最大光路损耗：
GPON采用WDM在同一ODN上传输不同上行/下行波长的数据。波长范围为上游方向1290- 1330nm和下游方向1480-1500nm。 ● ● 在下行方向广播数据，在上行方向数据在TDMA模式（基于时隙）下进行突发。 ● 支持点对多点(P2MP)组播传输。 GPON限制 最大逻辑范围：60千米(这是系统较高层（MAC、TC、测距）管理的最大距离，考虑到未来的 物理介质相关(PMD)规范。 ● ● 发送/接收(S/R)和接收/发送(R/S)点之间的最大光纤距离：20 千米 ● 最大差分光纤距离：20千米 ● 拆分比率：受路径损耗限制，PON采用无源分路器（16、32或64路分路） ● 速率：1.24416千兆位/秒，2.48832千兆位/秒 功率预算 作为GPON的一部分，必须考虑光功率损耗。这种损失可以通过多种方式引入，例如： ● 分离器内的损耗 ● 每千米光纤损耗（1310,1490纳米时每千米约0.35 dB） ● 接头损耗(> 0.2 dB) ● 光纤弯曲 如图所示，使用各种拆分器产生的损失量： 如图所示，每类的最小和最大光路损耗：
Table G.984.2-Classes for optical path loss Class Class B Class Class C A B+ Minimum 5 dB 10 dB 13 dB 15 dB loss Maximum 20 dB 25 dB 28 dB 30 dB loss NOTE-The requirements of a particular class may be more stringent for one system type than for another, e.g.the class C attenuation range is inherently more stringent for TCM systems due to the use of a 1:2 splitter/combiner at each side of the ODN,each having a loss of about 3 dB. 数据包传送 下行数据包走路 如图所示，分组从OLT向各ONU下行。 123 ONU 1 123 OLT 2▣ ONU2 Splitter 23 ONU 3
数据包传送 下行数据包走路 如图所示，分组从OLT向各ONU下行
提示：从分离器的角度来看，您可以将其视为流向ONU/ONT或最终用户的流量。 。下行分组被转发为广播，同一数据被发送到所有相同的ONU/ONT,并且GEM端口ID标识的不 同数据。 ·允许ONU/ONT通过ONU ID接收所需数据。 ·下游波长范围为1480-1500nm。 。下行连续模式操作一即使没有用户流量通过GPON,也有恒定的信号，除非激光被管理性关闭 如图所示，下行数据包转发过程。 2 3 GEM Port IFgpon IFgpon GEM Port GEM Port filter 5 GEM Port IFgpon 1.OLT根据配置的规则将来自上行链路端口的以太网帧发送到GPON服务处理模块。 2.然后，GPON服务处理模块将以太网帧封装到GEM端口数据包中以进行下行传输。 3.捋包含GEM PDU的GPON传输收敛(GTC)帧广播到连接到GPON端口的所有ONT/ONU。 4.ONT/ONU基于包含在GEM PDU报头中的GEM端口ID过滤所接收的数据，并仅保留对该 ONT/ONU上的GEM端口有意义的数据。 5.ONT解封数据并通过服务端口将以太网帧发送到最终用户。 下行数据包顿结构 ·下游GPON帧的固定长度为125s,由两个组件组成：物理控制块下游(PCBd)和负载。 ·OLT向所有ONU/ONT广播PCBd。ONU/ONT接收PCBd,并基于所接收的信息执行操作。 ·PCBd由GTC报头和3Wmap组成： GTC报头一用于帧定界、同步和前向纠错(FEC)
提示：从分离器的角度来看，您可以将其视为流向ONU/ONT或最终用户的流量。 下行分组被转发为广播，同一数据被发送到所有相同的ONU/ONT，并且GEM端口ID标识的不 同数据。 ● ● 允许ONU/ONT通过ONU ID接收所需数据。 ● 下游波长范围为1480-1500nm。 下行连续模式操作 — 即使没有用户流量通过GPON，也有恒定的信号，除非激光被管理性关闭 。 ● 如图所示，下行数据包转发过程。 1. OLT根据配置的规则将来自上行链路端口的以太网帧发送到GPON服务处理模块。 2. 然后，GPON服务处理模块将以太网帧封装到GEM端口数据包中以进行下行传输。 3. 将包含GEM PDU的GPON传输收敛(GTC)帧广播到连接到GPON端口的所有ONT/ONU。 ONT/ONU基于包含在GEM PDU报头中的GEM端口ID过滤所接收的数据，并仅保留对该 ONT/ONU上的GEM端口有意义的数据。 4. 5. ONT解封数据并通过服务端口将以太网帧发送到最终用户。 下行数据包帧结构 ● 下游GPON帧的固定长度为125μs，由两个组件组成：物理控制块下游(PCBd)和负载。 ● OLT向所有ONU/ONT广播PCBd。ONU/ONT接收PCBd，并基于所接收的信息执行操作。 PCBd由GTC报头和BWmap组成： GTC报头 — 用于帧定界、同步和前向纠错(FEC) ●
BWmap一字段通知ONU上游带宽分配。指定每个ONU的T-CONT的开始和结束上游时隙，这 确保所有ONU都基于OLT指定的时隙发送数据以防止数据冲突。 如图所示，PCBd的扩展视图以及GTC负载中包含的内容。 PCBd GTC payload Psync Ident PLOAMd BIP Plend Plend Upstream BWmap 4 bytes 4 bytes 13 bytes I byte 4 bytes 4 bytes N*8 bytes Coverage of this BIP Coverage of next BIP G.984.3(14)F8-3 GTC Frame -1 GTC Frame GTC Frame +1 PCBd GTC Payload PCBd GT℃Payload PCBd GTC Payload GEM Frame GEM Frame GEM Frame G9843FB-2 关健术语： ·Psync(4字节长度)一物理同步字段，指示每个PCBd的开始 ,ldet(4字节长度)一用于指示较大的帧结构，包含加密系统使用的超帧计数器 ,PLOAMd(13字节长度)一物理层OAM(PLOAM)下行字段，捋此视为OLT和ONU/ONT之间 基于消息的操作和管理信道 ·BP(1字节长度)一由接收方测量链路错误数的位交错奇偶校验 ·平面(4字节长度)一负载长度下行字段 上行数据包走 如图所示，上行分组从各种ONU流到OLT
BWmap — 字段通知ONU上游带宽分配。指定每个ONU的T-CONT的开始和结束上游时隙，这 确保所有ONU都基于OLT指定的时隙发送数据以防止数据冲突。 如图所示，PCBd的扩展视图以及GTC负载中包含的内容。 关键术语: ● Psync（4字节长度） — 物理同步字段，指示每个PCBd的开始 ● Ident（4字节长度） — 用于指示较大的帧结构，包含加密系统使用的超帧计数器 PLOAMd（13字节长度） — 物理层OAM(PLOAM)下行字段，将此视为OLT和ONU/ONT之间 基于消息的操作和管理信道 ● ● BIP（1字节长度） — 由接收方测量链路错误数的位交错奇偶校验 ● 平面（4字节长度） — 负载长度下行字段 上行数据包走 如图所示，上行分组从各种ONU流到OLT
回 ONU1 23 Splitter 2 OLT ONU 2 ONU 3 提示：上游可以从分离器的角度来考虑，或者从ONU/UNT.发送的流量，向OLT发送的最终用 户。 ·上行分组传输通过TDMA(时分多址)实现 测量OLT和ONT/ONU之间的距离 根据距离分配时隙 ONT/ONU根据所授时隙向上发送流量 ·动态带宽分配(DBA)使OLT能够实时监控拥塞、带宽使用和配置。 ·通过测距检测并防止冲突 。·上游波长范围为1290-1330nm 如图所示，上游数据包转发过程。 3 T-CONT GEM Port IFgpon IFgpon T-CONT GEM Port GEM Port IFgpon 1.ONT/ONU根据映射服务端口和GEM端口的已配置规则将以太网帧发送到GEM端口
提示：上游可以从分离器的角度来考虑，或者从ONU/UNT发送的流量，向OLT发送的最终用 户。 上行分组传输通过TDMA（时分多址）实现 测量OLT和ONT/ONU之间的距离 根据距离分配时隙 ONT/ONU根据所授时隙向上发送流量 ● ● 动态带宽分配(DBA)使OLT能够实时监控拥塞、带宽使用和配置。 ● 通过测距检测并防止冲突 ● 上游波长范围为1290 - 1330 nm 如图所示，上游数据包转发过程。 1. ONT/ONU根据映射服务端口和GEM端口的已配置规则将以太网帧发送到GEM端口
2.GEM端口将以太网帧封装到GEM PDU中，并根据映射GEM端口和TCONT队列的规则将这些 PDU添加到TCONTI队列。 3.TCONT队列使用基于DBA的时隙，然后将上游GEM PDU传输到OLT。 4.OLT解封GEM PDU,此时可以看到原始以太网帧。 5.OLT根据映射服务端口和上行链路端口的规则从指定的上行链路端口发送以太网帧。 上行数据包帧结构 ·每个上游GPON帧的固定长度为125us。 ·每个上游帧包含一个或多个T-CONT/TCONT所承载的内容 ·连接到GPON端口的所有ONU共享上行带宽 ·所有ONU根据带宽映射(BWmap)要求在自己的时隙上向上发送其数据。 ·每个ONU通过使用上游帧来报告要发送到OLT的数据的状态。OLT使用DBA分配上行时隙到 ONU,并在每个帧中发送更新。 注意：上游帧以突发形式发送，突发包括上游物理层开销(PLOu和与特定Alloc-ID关联的一个 或多个带宽分配间隔 如图所示，下行帧和上行帧之间的差异。 Downstream GTC frame.125 us GTC header (PCBd) Downstream GTC payload Upstream GTC frame,125 us ONUbrust ONUbrust ONU burst PLOu Allocation PLOu Allocation PLOu Allocation intervals intervals intervals G.984314)F81 关键术语： ·上游物理层开销(PLOu)一上游物理层开销 ·物理层OAM上行(PLOAMu)一上行数据的PLOAM消息。将其视为OLT和ONU/ONT之间基于消 息的操作和管理信道。 ·上行功率电平序列(PLSU一上行功率电平序列 ·动态带宽报告上游(DBRu一上游动态带宽报告
GEM端口将以太网帧封装到GEM PDU中，并根据映射GEM端口和TCONT队列的规则将这些 PDU添加到TCONT队列。 2. 3. TCONT队列使用基于DBA的时隙，然后将上游GEM PDU传输到OLT。 4. OLT解封GEM PDU，此时可以看到原始以太网帧。 5. OLT根据映射服务端口和上行链路端口的规则从指定的上行链路端口发送以太网帧。 上行数据包帧结构 ● 每个上游GPON帧的固定长度为125μs。 ● 每个上游帧包含一个或多个T-CONT/TCONT所承载的内容 ● 连接到GPON端口的所有ONU共享上行带宽 ● 所有ONU根据带宽映射(BWmap)要求在自己的时隙上向上发送其数据。 每个ONU通过使用上游帧来报告要发送到OLT的数据的状态。OLT使用DBA分配 上行时隙到 ONU，并在每个帧中发送更新。 ● 注意：上游帧以突发形式发送，突发包括上游物理层开销(PLOu)和与特定Alloc-ID关联的一个 或多个带宽分配间隔 如图所示，下行帧和上行帧之间的差异。 关键术语: ● 上游物理层开销(PLOu) — 上游物理层开销 物理层OAM上行(PLOAMu) — 上行数据的PLOAM消息。将其视为OLT和ONU/ONT之间基于消 息的操作和管理信道。 ● ● 上行功率电平序列(PLSu) — 上行功率电平序列 ● 动态带宽报告上游(DBRu) — 上游动态带宽报告
。负载一用户数据 功能块 OLT功能块 PON core shell Cross-connect shell Service shell ODN interface PONTC Service function function adaptation Cross- connect function ODN interface PON TC Service function function adaptation G.984,3F6-2 OLT由三大部分组成： 。服务端口接口功能一在服务接口和PON部分的TC帧接口之间提供转换。 ·交叉连接功能一提供PON外壳与服务外壳之间的通信路径以及交叉连接功能。 ·光纤分布网络(ODN接口一进一步细分为两部分： PON接口功能 PON TC功能一职责包括成帧、介质访问控制、OAM、DBA、用于交叉连接功能的协议数据单 元(PDU)的划定以及ONU管理。 ONU/OLT功能块
● 负载 — 用户数据 功能块 OLT功能块 OLT由三大部分组成： ● 服务端口接口功能 — 在服务接口和PON部分的TC帧接口之间提供转换。 ● 交叉连接功能 — 提供PON外壳与服务外壳之间的通信路径以及交叉连接功能。 光纤分布网络(ODN)接口 — 进一步细分为两部分： PON接口功能 PON TC功能 — 职责包括成帧、介质访问控制、OAM、DBA、用于交叉连接功能的协议数据单 元(PDU)的划定以及ONU管理。 ● ONU/OLT功能块