吉比特无源光网络 介绍 特点 宽带网络

介绍

GPON技术起源于1995年开始逐渐形成的ATMPON技术标准，PON是英文“无源光网络”的缩写。而GPON(Gigabit-Capable Passive Optical Network) 最早由FSAN组织于2002年9月提出，ITU-T在此基础上于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的标准化。从而最终形成了GPON的标准族。 基于GPON技术的设备基本结构与已有的PON类似，也是由局端的 OLT(光线路终端)，用户端的ONT/ONU(光网络终端或称作光网络单元)，连接前两种设备由单模光纤(SM fiber)和无源分光器(Splitter)组成的ODN(光分配网络)以及网管系统组成。

特点

GPON的技术特点是在二层借鉴了ITU-T定义的GFP（Generic Framing Procedure，通用成帧规程）技术，扩展支持GEM（General Encapsulation Methods）封装格式，将任何类型和任何速率的业务经过重组后由PON传输，而且GFM帧头包含帧长度指示字节，可用于可变长度数据包的传递，提高了传输效率，因此能更简单、通用、高效地支持全业务。具体如下：

1、前所未有的高带宽。GPON速率高达2 .5 Gbps, 能提供足够大的带宽以满足未 来网络日益增长的对高带宽的需求, 同时非对称特性更能适应宽带数据业务市场。2、QoS 保证的全业务接入。GPON 能够同时承载ATM信元和/ 或GEM 帧, 有很好的提供服务等级、支持QoS 保证和全业务接入的能力。目前, ATM 承载话音、PDH、 Ethernet 等多业务的技术已经非常成熟; 使用GEM 承载各种用户业务的技术也得到大家的一致认可, 已经开始广泛应用和发展。GPON可以将任何类型和任何速率的业务进行原有格式封装后经由PON传输。那么GPON的数据封装具体是如何实现的呢？ONU从UNI（User Network Interface，用户网络接口）口接收到上行的ETH、TDM或者SDH数据，ONU把上行数据封装为GEM帧，发送给OLT。OLT把GEM帧解封装为ETH、TDM或者SDH数据，通过上联口发送出去。下行方向进行类似处理。

3、很好地支持TDM业务。TDM 业务映射到GEM 帧中, 由于GPON TC 帧帧长为 125 μs, 能够直接支持TDM 业务。TDM 业务也可映射到ATM 信元中, 也能提供有QoS 保证的实时传输。

4、简单、高效的适配封装。采用GEM 对多业务流实现简单、高效的适配封装。在 APON 中, 所有的多业务流(话音、数据业务流) 都必需进行协议转化, 映射到ATM 信元 中传输。众所周知, 5 字节的ATM 头相对于48字节的数据来说, 会带来超过10% 的带 宽损失, 特别对于长分组的数据包来说, 其打包过程复杂、效率非常低。而在EPON 中, 虽然直接承载以太网帧, 实现过程简单, 但仅考虑8B/ 10B 的线路编码就已经有20%的带 宽浪费, 加上对以太网帧的封装和开销, EPON带宽利用率比GPON 低30%左右。同时, 在传输TDM 业务时, 需要将其通过协议转化映射到以太网帧中, 目前对此技术还没有规 定统一的标准。GPON 的GEM 提供了一种灵活的帧结构封装, 支持定长和不定长帧的 封装, 对多种业务实现通用映射, 不需要进行协议转换, 实现过程简单, 开销小, 协议封装 效率最高可达94% , 实现了带宽资源的充分利用。

5、强大的OAM 能力。针对以太网系统在网路管理和性能监测的不足, GPON 从 消费者需求和运营商运行维护管理的角度, 提供了3 种OAM 通道: 嵌入的OAM 通道、 PLOAM 和OMCI。它们承担不同的OAM 任务, 形成C/ M Plane( 控制/ 管理平面) , 平面 中的不同信息对各自的OAM 功能进行管理。GPON 还继承了G .983 中规定的OAM 相 关要求, 具有丰富的业务管理和电信级的网络监测能力。

6、技术相对复杂, 设备成本较高。GPON 承载有QoS 保障的多业务和强大的OAM 能力等优势很大程度上是以技术和设备的复杂性为代价换来的, 从而使得相关设备成本 较高。但随着GPON 技术的发展和大规模应用, GPON 设备的成本可能会有相应地下降。

系统结构

同所有PON 系统一样, GPON 由ONU、OLT 和无源光分配网组成。OLT 为接入网提供网络侧与核心网之间的接口, 通过ODN与各ONU 连接。 作为PON 系统的核心功能设备, OLT 具有集中带宽分配、控制各ONU、实时监控、运行维护管理PON 系统的功能。ONU 为接入网提供用户侧的接口, 提供话音、数据、视频等 多业务流与ODN 的接入, 受OLT 集中控制。系统支持的分支比为1∶16/ 32/ 64, 随着光 收发模块的发展演进, 支持的分支比将达到1∶128。GPON的传输机制和EPON完全相同，都是采用单纤双向传输机制，在同一根光纤上,使用WDM技术，用不同波长传输上下行数据。在同一根光纤上, GPON 可使用波分 复用(WDM)技术实现信号的双向传输。根据实际需要, 还可以在传统的树型拓扑的基础 上采用相应的PON 保护结构来提高网络的生存性。

层次模型

GPON 技术特征主要体现在传输汇聚层。其中传输汇聚层又分为PON 成帧子层和适配子层。GTC (GPON Transmission Convergence)的成帧子层完成GTC 帧的封装、终结所要求的ODN 传输功能, PON 的特定功能( 如测距、带宽分配等)也在PON 的成帧子层终结, 在适配子层看不到。GTC 的适配子层提供PDU 与高层实体的接口。ATM 和GEM 信息在各自的适配子层完成业务数据单元(SDU)与协议数据单元PDU 的转换。OMCI 适配子层高于ATM 和GEM 适配子层, 它识别VPI/ VCI 和Port - ID, 并完成OMCI 通道数据与高层实体的交换。GPON 在接入网中的应用GPON 可应用于接入网中的光纤到户、光纤到楼/ 路边和光纤到交接箱。

1. FTTB for Business

对称宽带业务(如Group Software、Content Broadcast、E-mail、文件交互等)POTS 和ISDN专用线(GPON 必须能以不同速率灵活地提供专用线业务)。

2 . FTTC 和FTTCab

非对称宽带业务(如数字广播业务、VOD、IPTV、文件下载、在线游戏等)对称宽带业务(如Content Broadcast、E-mail、文件交互、远程教育、远程诊断等)POTS 和ISDNxDSL 延伸。

3 . FTTH

非对称宽带业务(如数字广播业务、VOD、IP TV、文件下载等)

对称宽带业务( 如Content Broadcast、E-mail、文件交互、远程教育、远程诊断、在线游戏等)

POTS 和ISDN

技术标准

对于其他的PON标准而言，GPON标准提供了前所未有的高带宽，下行速率高达2.5Gbit/s，其非对称特性更能适应宽带数据业务市场。提供QoS的全业务保障，同时承载ATM信元和(或)GEM帧，有很好的提供服务等级、支持QoS保证和全业务接入的能力。承载GEM帧时，可以将TDM业务映射到GEM帧中，使用标准的8kHz(125μs)帧能够直接支持TDM业务。作为电信级的技术标准，GPON还规定了在接入网层面上的保护机制和完整的OAM功能。

在GPON标准中，明确规定需要支持的业务类型包括数据业务(Ethernet 业务，包括IP业务和MPEG视频流)、PSTN业务(POTS，ISDN业务) 、专用线(T1，E1，DS3， E3和ATM业务)和视频业务( 数字视频)。GPON中的多业务映射到ATM 信元或GEM帧中进行传送，对各种业务类型都能提供相应的QoS保证。

参数

网络基本性能参数

GPON提供以下几种传输速率：

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

需要注意与EPON不同，GPON并不是完全异步的。

支持最大逻辑距离为：60km

支持最大物理距离为：20km

支持最大距离差为：20km

分光比一般为1:64，目前主流厂家产品分光比都可以平滑升级到1:128

产品

GPON技术允许运营商应根据各自的市场潜力和特定的管制环境，有针对性地提供其客户所需要提供的特定业务。 GPON技术、设备相对复杂。GPON承载有QoS保障的多业务和强大的OAM能力等优势很大程度上是以技术和设备的复杂性为代价换来的，从而使得相关设备成本较高。随着GPON技术的发展和大规模应用，GPON设备的成本将会有相应地下降。

市场应用

GPON还是处在宣传和培养市场阶段，并没有多少厂家推出商用产品，FlexLight是专做接入网设备的新兴企业，它是GPON技术的大力倡导者，参与了G.984系列标准的编写，对G.984标准的制定起了很大的促进作用。FlexLight是第一家提供基于GPON标准的解决方案的设备制造商，同时它的2500 GPON系列产品已经在2003年2月通过了法国电信研究开发中心的一系列评估测试。FlexLight一直在大力研究和倡导GPON技术，现已经发布了GPON系统结构，GPON与EPON和SONET等其他接入技术的比较，以及系统解决方案等一系列白皮书。

Flexlight的GPON解决方案的市场定位是距离现有的城域光纤核心环网20公里以内的中小企业(SME)。通常的城域网只为大企业提供高速的数据和话音服务，而SME位于城域网不能覆盖的范围，只能使用以前较为陈旧的设备，通过铜缆提供宽带和窄带的电路交换服务。

这种解决方案可以在离中心站20公里的范围提供服务并且支持交叉环和网状环等拓扑结构，提供2.5Gbps的下行带宽，在一根光纤上集成话音和数据业务，为每个用户提供T1/E1和快速Ethernet的服务。

一根光纤可以被中心站20公里范围内的所有用户共享，基于SONET或者点对点的光纤解决方案与之相比较，则由于网络的不灵活和较高的CAPEX(在设备、线路上的成本)和OPEX(运行维护成本)而没有GPON这么经济。