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GPON技术发展
时间 : 2019/1/3    阅读 : 914    发布:深圳市昊海通信技术有限公司

 

GPON(Gigabit-Capable PON) 技术是基于ITU-TG.984.x标准的最新一代宽带无源光综合接入标准,具有高带宽,高效率,大覆盖范围,用户接口丰富等众多优点,被大多数运营商视为实现接入网业务宽带化,综合化改造的理想技术。GPON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。

 

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

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

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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

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GPON 技术特征主要体现在传输汇聚层。GPON 协议参考模型如图所示, 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、VODIPTV、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

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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
GPONGPON
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

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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

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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
GPONGPON
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。

区别

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GPON和 [1]  EPON的主要区别在于采用完全不同的标准。在应用上,GPON比EPON带宽更大,它的业务承载更高效、分光能力更强,可以传输更大带宽业务,实现更多用户接入,更注重多业务和QoS保证,但实现更复杂,这样就是导致其成本相对EPON也较高,但随着GPON技术的大规模部署,GPON和EPON成本差异在逐步缩小。

市场应用

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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,FlexLi
GPONGPON
ght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。
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