淺析GPON系統(tǒng)的關鍵技術

標簽：FSAN GPON

1 引言

隨著Internet的持續(xù)快速發(fā)展和個人電腦的普及，各種增值的多媒體和IP業(yè)務激增，業(yè)已存在xDSL接入技術無法滿足其巨大的帶寬需求，接入網(wǎng)成為整個網(wǎng)絡發(fā)展的“瓶頸”。考慮到這個現(xiàn)實，全業(yè)務接入網(wǎng)聯(lián)盟(FSAN: Full Service Access Network)從2001年1月開始了lGb/s以上的PON系統(tǒng)的標準研究。

FSAN試圖尋求一種分配靈活、可規(guī)劃、高速率、高效率、低成本以及具有豐富的業(yè)務和帶寬管理能力，能有效的支持現(xiàn)有和未來各種業(yè)務的全業(yè)務接入方案，逐漸形成了GPON系列標準規(guī)范。

2 GPON的參考配置

GPON的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)由GPON的局端設備OLT (Optical Line Termination)、遠程接入設備ONT (OpticalNetwork Unit)以及ODN(Optical Distributiont Network)所組成，其中ODN不含有任何有源電子器件，ODN全部光分支設備都由無源光分支器(Splitter)等無源器件組成，不需貴重的有源設備。在GPON網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)中，一個OLT可以有多個GPON模塊，每一個模塊均可引出一個獨立的GPON接入網(wǎng)絡，并由無源光分支器和光纖連接到多個不同類型的ONU上，如圖1所示[l]。

圖l GPON系統(tǒng)參考配置

GPON的局端設備OLT主要負責與廣域網(wǎng)或骨干城域網(wǎng)的高速連接，并把高速連接的數(shù)據(jù)信息通過ODN傳給遠程接入設備ONU。作為一個高性能的光網(wǎng)絡平臺，在GPON構(gòu)架上支持IP/SONET/SDH/ATM/CWDM等傳輸格式的分組數(shù)據(jù)與TDM應用，并可透明地傳輸上述應用業(yè)務，滿足TDM對實時性、抖動性的嚴格要求，有完整的服務保障機制和故障處理能力，下行速率高達1.244Gb/s或2.488Gb/S。

遠程接入設備ONU主要負責與用戶端設備的連接，起到匯聚用戶端多業(yè)務數(shù)據(jù)流的作用，能以分組數(shù)據(jù)、TDM業(yè)務流原有格式透明地傳輸，保障了業(yè)務性能的完整性與統(tǒng)一性，并為用戶提供豐富的網(wǎng)絡接口類型與標準速率，滿足用戶對多業(yè)務的需要。

ODN負責無源光纖接入線路的數(shù)據(jù)信號傳輸，它的傳輸距離比有源光纖接入系統(tǒng)的要短，覆蓋范圍在40km以內(nèi)，組網(wǎng)結(jié)構(gòu)靈活，無需另設機房，維護相對簡單。所以，這種接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)可經(jīng)濟地為各類用戶提供全業(yè)務接入服務。

3 GPON的關鍵技術

3.1 動態(tài)帶寬分配(DBA)

動態(tài)帶寬分配(DBA)技術是指通過GPON系統(tǒng)中各個ONU的上行使用帶寬實時動態(tài)的改變來適應用戶速率的各種變化，以提高系統(tǒng)的帶寬利用率的技術。PON系統(tǒng)的上行接入一般采用中央控制按需分配和固定分配相結(jié)合的方式，也就是ITU-T G983.4規(guī)定的靜態(tài)帶寬分配和動態(tài)帶寬分配兩種方式，按照業(yè)務等級進行優(yōu)先級分配。對于GPON中的數(shù)據(jù)通信這種變速率業(yè)務，用靜態(tài)帶寬分配是不合適的，需要通過動態(tài)帶寬分配使系統(tǒng)帶寬利用率大幅度提高，即DBA技術根據(jù)ONU的突發(fā)業(yè)務的要求，通過在ONU之間動態(tài)調(diào)節(jié)帶寬來提高上行帶寬利用效率。根據(jù)GPON的特點和G983建議，可以知道動態(tài)帶寬分配的具體要求是：業(yè)務要透明、帶寬利用率盡量高、具備低抖動與時延特性、公平分配帶寬、信號健壯、實時性強、保證不同業(yè)務的QoS等。

3.1.1帶寬類型

GPON標準沿用了BPON中對QoS支持的規(guī)定。ITU-T在BPON標準G.983.4和GPON標準G984.3中明確提出了四種優(yōu)先級別的帶寬[2]。它們分別是Fixed、Assured、Non-assured和Best-effort四種類型的帶寬，也就是固定類型、確保類型、非確保類型和盡力而為類型的帶寬。同時，GPON上行系統(tǒng)中帶寬分配基本單元的傳輸容器(T-CONT)則按照其使用的帶寬類型組合一共分為五種類型?；跇I(yè)務等級的優(yōu)先級分配方案能夠在實現(xiàn)高效的DBA的同時為業(yè)務提供良好的QoS保障，所以，清晰地認識到各種帶寬資源的特性以及理解T-CONT的適用范圍對DBA有著重要意義。

3.1.2傳輸容器T-CONT

前面指出了GPON有四種類型的帶寬，每種類型的帶寬都可以支持一定的QoS要求的業(yè)務：而T_CONT通過為業(yè)務提供特定類型的帶寬間接保證該業(yè)務的QoS要求。一種T-CONT能否支持某種QOS要求的業(yè)務，完全取決于該T-CONT能否提供滿足該業(yè)務QoS要求的帶寬。如果該T-CONT提供滿足某業(yè)務QoS要求的帶寬，就可以承載該業(yè)務。在五種類型的T-CONT中，type l類型T-CONT僅提供Fixed類型的帶寬;type 2類型僅提供Assured類型的帶寬：type3類型提供Assured類型和Non-assured類型的帶寬;tyPe4類型僅提供Best-effort類型帶寬：而type5類型是前四種類型的融合，可以提供所有類型的帶寬，支持所有類型的業(yè)務。這五種T-CONT在本文中有時也被分別稱為類型1、類型2、類型3、類型4和類型5的T-CONT。

3.1.3 GPON實現(xiàn)DBA的過程

根據(jù)協(xié)議，GPON的DBA過程包括以下5個步驟：擁塞狀態(tài)檢測、將擁塞狀態(tài)匯報給OLI、OLT根據(jù)提供的參數(shù)重新進行帶寬分配、OLT根據(jù)更新的帶寬分配信息和T-CONT類型發(fā)送授權，在DBA中實現(xiàn)管理信息的協(xié)商。DBA過程如圖2所示[3]。

圖2 GPONDBA過程圖

根據(jù)協(xié)議規(guī)定，GPON的DBA分為兩種模式：一種是ONU向OLT報告自己的狀態(tài)和所需的帶寬，OLT根據(jù)上報的數(shù)據(jù)對ONU進行DBA，即所謂的基于狀態(tài)報告的動態(tài)帶寬分配(SR-DBA，Status Reporting DBA):另一種是ONU不需向OLT報告，OLT由自己的流量監(jiān)測功能，實現(xiàn)自動動態(tài)的帶寬分配，即非基于狀態(tài)報告的動態(tài)帶寬分配(NSR-DBA，Non Status Reporting DBA)。

3.2 GEM封裝技術

3.2.1 GEM功能

從幀結(jié)構(gòu)封裝的角度講，GEM和其他數(shù)據(jù)封裝方式類似。然而，GEM是嵌入在PON內(nèi)部的，與OLT端的SNIs及ONU端的UNls類型無關(見圖3)。也就是說，GEM封裝功能在GPON內(nèi)部終結(jié)，GPON以外的系統(tǒng)無法看到[4]。

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