吉比特無(wú)源光網(wǎng)絡(luò )（支持吉比特速率的無(wú)源光網(wǎng)絡(luò )）

介紹

GPON技術(shù)起源于1995年開(kāi)始逐漸形成的ATMPON技術(shù)標準，PON是英文“無(wú)源光網(wǎng)絡(luò )”的縮寫(xiě)。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的標準化。從而最終形成了GPON的標準族。基于GPON技術(shù)的設備基本結構與已有的PON類(lèi)似，也是由局端的 OLT(光線(xiàn)路終端)，用戶(hù)端的ONT/ONU(光網(wǎng)絡(luò )終端或稱(chēng)作光網(wǎng)絡(luò )單元)，連接前兩種設備由單模光纖(SM fiber)和無(wú)源分光器(Splitter)組成的ODN(光分配網(wǎng)絡(luò ))以及網(wǎng)管系統組成。

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，通用成幀規程）技術(shù)，擴展支持GEM（General Encapsulation Methods）封裝格式，將任何類(lèi)型和任何速率的業(yè)務(wù)經(jīng)過(guò)重組后由PON傳輸，而且GFM幀頭包含幀長(cháng)度指示字節，可用于可變長(cháng)度數據包的傳遞，提高了傳輸效率，因此能更簡(jiǎn)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2 .5 Gbps, 能提供足夠大的帶寬以滿(mǎn)足未 來(lái)網(wǎng)絡(luò )日益增長(cháng)的對高帶寬的需求, 同時(shí)非對稱(chēng)特性更能適應寬帶數據業(yè)務(wù)市場(chǎng)。

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(huà)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(hù)業(yè)務(wù)的技術(shù)也得到大家的一致認可, 已經(jīng)開(kāi)始廣泛應用和發(fā)展。GPON可以將任何類(lèi)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的數據封裝具體是如何實(shí)現的呢？ONU從UNI（User Network Interface，用戶(hù)網(wǎng)絡(luò )接口）口接收到上行的ETH、TDM或者SDH數據，ONU把上行數據封裝為GEM幀，發(fā)送給OLT。OLT把GEM幀解封裝為ETH、TDM或者SDH數據，通過(guò)上聯(lián)口發(fā)送出去。下行方向進(jìn)行類(lèi)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(cháng)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(jiǎn)單、高效的適配封裝。采用GEM 對多業(yè)務(wù)流實(shí)現簡(jiǎn)單、高效的適配封裝。在 APON 中, 所有的多業(yè)務(wù)流(話(huà)音、數據業(yè)務(wù)流) 都必需進(jìn)行協(xié)議轉化, 映射到ATM 信元 中傳輸。眾所周知, 5 字節的ATM 頭相對于48字節的數據來(lái)說(shuō), 會(huì )帶來(lái)超過(guò)10% 的帶 寬損失, 特別對于長(cháng)分組的數據包來(lái)說(shuō), 其打包過(guò)程復雜、效率非常低。而在EPON 中, 雖然直接承載以太網(wǎng)幀, 實(shí)現過(guò)程簡(jiǎn)單, 但僅考慮8B/ 10B 的線(xiàn)路編碼就已經(jīng)有20%的帶 寬浪費, 加上對以太網(wǎng)幀的封裝和開(kāi)銷(xiāo), 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(guò)協(xié)議轉化映射到以太網(wǎng)幀中, 目前對此技術(shù)還沒(méi)有規 定統一的標準。GPON 的GEM 提供了一種靈活的幀結構封裝, 支持定長(cháng)和不定長(cháng)幀的 封裝, 對多種業(yè)務(wù)實(shí)現通用映射, 不需要進(jìn)行協(xié)議轉換, 實(shí)現過(guò)程簡(jiǎn)單, 開(kāi)銷(xiāo)小, 協(xié)議封裝 效率最高可達94% , 實(shí)現了帶寬資源的充分利用。

5、強大的OAM 能力。針對以太網(wǎng)系統在網(wǎng)路管理和性能監測的不足, GPON 從 消費者需求和運營(yíng)商運行維護管理的角度, 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 )監測能力。

6、技術(shù)相對復雜, 設備成本較高。GPON 承載有QoS 保障的多業(yè)務(wù)和強大的OAM 能力等優(yōu)勢很大程度上是以技術(shù)和設備的復雜性為代價(jià)換來(lái)的, 從而使得相關(guān)設備成本 較高。但隨著(zhù)GPON 技術(shù)的發(fā)展和大規模應用, GPON 設備的成本可能會(huì )有相應地下降。

系統結構

同所有PON 系統一樣, GPON 由ONU、OLT 和無(wú)源光分配網(wǎng)組成。OLT 為接入網(wǎng)提供網(wǎng)絡(luò )側與核心網(wǎng)之間的接口, 通過(guò)ODN與各ONU 連接。作為PON 系統的核心功能設備, OLT 具有集中帶寬分配、控制各ONU、實(shí)時(shí)監控、運行維護管理PON 系統的功能。ONU 為接入網(wǎng)提供用戶(hù)側的接口, 提供話(huà)音、數據、視頻等 多業(yè)務(wù)流與ODN 的接入, 受OLT 集中控制。系統支持的分支比為1∶16/ 32/ 64, 隨著(zhù)光 收發(fā)模塊的發(fā)展演進(jìn), 支持的分支比將達到1∶128。GPON的傳輸機制和EPON完全相同，都是采用單纖雙向傳輸機制，在同一根光纖上，使用WDM技術(shù)，用不同波長(cháng)傳輸上下行數據。在同一根光纖上, GPON 可使用波分 復用(WDM)技術(shù)實(shí)現信號的雙向傳輸。根據實(shí)際需要, 還可以在傳統的樹(shù)型拓撲的基礎 上采用相應的PON 保護結構來(lái)提高網(wǎng)絡(luò )的生存性。

層次模型

GPON 技術(shù)特征主要體現在傳輸匯聚層。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, 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)數據單元(SDU)與協(xié)議數據單元PDU 的轉換。OMCI 適配子層高于A(yíng)TM 和GEM 適配子層, 它識別VPI/ VCI 和Port - ID, 并完成OMCI 通道數據與高層實(shí)體的交換。

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

1. FTTB for Business

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

2 . FTTC 和FTTCab

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

3 . FTTH

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

對稱(chēng)寬帶業(yè)務(wù)( 如Content Broadcast、E-mail、文件交互、遠程教育、遠程診斷、在線(xiàn)游戲等)

技術(shù)標準

對于其他的PON標準而言，GPON標準提供了前所未有的高帶寬，下行速率高達2.5Gbit/s，其非對稱(chēng)特性更能適應寬帶數據業(yè)務(wù)市場(chǎng)。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，使用標準的8kHz(125μs)幀能夠直接支持TDM業(yè)務(wù)。作為電信級的技術(shù)標準，GPON還規定了在接入網(wǎng)層面上的保護機制和完整的OAM功能。

在GPON標準中，明確規定需要支持的業(yè)務(wù)類(lèi)型包括數據業(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(zhuān)用線(xiàn)(T1，E1，DS3， E3和ATM業(yè)務(wù))和視頻業(yè)務(wù)( 數字視頻)。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(lèi)型都能提供相應的QoS保證。

參數

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(chǎng)家產(chǎn)品分光比都可以平滑升級到1:128

產(chǎn)品

GPON技術(shù)允許運營(yíng)商應根據各自的市場(chǎng)潛力和特定的管制環(huán)境，有針對性地提供其客戶(hù)所需要提供的特定業(yè)務(wù)。 GPON技術(shù)、設備相對復雜。GPON承載有QoS保障的多業(yè)務(wù)和強大的OAM能力等優(yōu)勢很大程度上是以技術(shù)和設備的復雜性為代價(jià)換來(lái)的，從而使得相關(guān)設備成本較高。隨著(zhù)GPON技術(shù)的發(fā)展和大規模應用，GPON設備的成本將會(huì )有相應地下降。

市場(chǎng)應用

GPON還是處在宣傳和培養市場(chǎng)階段，并沒(méi)有多少廠(chǎng)家推出商用產(chǎn)品，FlexLight是專(zhuān)做接入網(wǎng)設備的新興企業(yè)，它是GPON技術(shù)的大力倡導者，參與了G.984系列標準的編寫(xiě)，對G.984標準的制定起了很大的促進(jìn)作用。FlexLight是第一家提供基于GPON標準的解決方案的設備制造商，同時(shí)它的2500 GPON系列產(chǎn)品已經(jīng)在2003年2月通過(guò)了法國電信研究開(kāi)發(fā)中心的一系列評估測試。FlexLight一直在大力研究和倡導GPON技術(shù)，現已經(jīng)發(fā)布了GPON系統結構，GPON與EPON和SONET等其他接入技術(shù)的比較，以及系統解決方案等一系列白皮書(shū)。

Flexlight的GPON解決方案的市場(chǎng)定位是距離現有的城域光纖核心環(huán)網(wǎng)20公里以?xún)鹊闹行∑髽I(yè)(SME)。通常的城域網(wǎng)只為大企業(yè)提供高速的數據和話(huà)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備，通過(guò)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)等拓撲結構，提供2.5Gbps的下行帶寬，在一根光纖上集成話(huà)音和數據業(yè)務(wù)，為每個(gè)用戶(hù)提供T1/E1和快速Ethernet的服務(wù)。

一根光纖可以被中心站20公里范圍內的所有用戶(hù)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(在設備、線(xiàn)路上的成本)和OPEX(運行維護成本)而沒(méi)有GPON這么經(jīng)濟。