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GPON技术及产品介绍
烽火通信科技股份有限公司
行销支持部孔兵
2015年6月
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1PON产业链发展
2GPON技术原理及关键特性
内容摘要
3烽火GPON产品介绍
3
PON的主要技术
PON（无源光网络）
TDMPON（时分无源光网络）
FSAN/ITU-T
GPON（G.984.1/2/3/4/5）
NG-PON1
NG-PON2
IEEE
EPON（IEEE802.3ah）
10GEPON（IEEE802.3av）
WDMPON（波分无源光网络）
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10GEPON
EthernetPON
基于以太网的无源光接入技术.
?2000年11月成立IEEE研究小组，即后来的
EFM工作组；
?2004年4月工作组形成IEEE802.3ah系列标
准.现统称为IEEE802.3-2005；
以EPON为基础,
EPON的下一代无源光接入技术.
?2006年802.3av成立（确定了10GEPON标准
目标）
?2008年3月D1.1确定主要技术类型/参数；
?2008年12月D2.2修订
?2009年1月D3.0草案终稿
?2009年9月发布标准定稿
EPON
PON技术演进1
5
NGA2PON
GigabitPON
基于ATM/GEM的无源光接入技术.
?FSAN在2001年初提出，ITU和FSAN进行标
准化，2004年3月ITU-T颁布了G.984标准；
新增G.984.5规定了增强波长范围和WBF波长
过滤器功能。
?ITU-T在2008年底启动了NG-PON1标准，已
完成白皮书，并从2009年开始标准化工作，
预计2011年完成对应的ITU-TG.987标准；
?重点研究方向：提升速率，引入WDM技术；
增加长距/大分光比；
?远期研究的解决方案，研究期预计为2012-
2015年，不再考虑与已部署的GPON与ODN
网络的兼容性；
?高速率、长距、大分光比的WDM-PON与
TDM-PON相结合的混合PON网络。
ATMPON
基于ATM的无源光接入技术.
?1998年，ITU-T以155Mbit/sATM
技术为基础，发布了G.983系列
APON标准；2001年底，更名为
BPON。
A/BPON
NGA1PON
GPON
PON技术演进2
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中国：
EPON：规模商用
GPON：试点阶段
GPON商用区
GPON试商用区
GPON试点区
EPON商用区
未启动
图
例
?截至目前，EPON的应用主要集中在中、日、韩，GPON在北美、西欧、澳洲、中东发达地
区和新加坡均已启动商用部署进程，巴西、加拿大、意大利、俄罗斯、东南亚等地区处于试
点和试商用阶段。
全球GPON、EPON应用情况
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1PON产业链发展
2GPON技术原理及关键特性
内容摘要
3烽火GPON产品介绍
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ITU-TG.984.3
?GPONTC层规格要求
?GTC复用结构及协议栈介绍
?GTC帧结构介绍
?ONU注册激活流程
?DBA规格要求
?告警和性能
ITU-TG.984.1
?GPON网络结构
?GPON网络参数说明
?保护倒换组网要求
ITU-TG.984.4
?OMCI消息结构介绍
?OMCI设备管理框架
?OMCI实现原理简述
ITU-TG.984.2
?PMD层规格要求
?2.488Gbps下行光接口参数规格要求
?1.244Gbps上行光接口参数规格要求
?物理层开销分配
GPON标准协议
ITUG.984.5
?增强波长范围
?WBF波长过滤器功能
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GPON工作原理——下行数据
?广播方式：GPON的下行帧长为固定的125us，下行为广播方式，所有的ONU
都能收到相同的数据，但是通过ONUID来区分不同的ONU的数据，ONU通过
过滤来接收属于自己的数据。
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GPON工作原理——上行数据
?TDMA方式：GPON的上行是通过TDMA（时分复用）的方式传输数据，上行
链路被分成不同的时隙，根据下行帧的upstreambandwidthmap字段来给每个
ONU分配上行时隙。
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EndUser
1
EndUser
3
ONTEndUser2
33
11
2
ONT
ONT
133211OLT
加密
解密
解密
解密
1
133211
AES:AdvancedEncryptSystem
一种国际通用的加密算法
GPON系统的AES加密处理
?GPON支持下行广播数据进行AES128加密处理。
?只对GEM帧中的Payload进行加密处理。
?GPON系统定期的进行AES密钥交换和更新，提高了线路数据的可靠性。
?密钥更换由OLT发起密钥更换请求，ONU响应并将生成的新的密钥，并分两部分发给OLT，且重复发
送三次，OLT收到了新的密钥后，就要开始进行密钥切换，将使用新的密钥的帧号通过相关的命令通
知ONU（也是三次），ONU在相应的数据帧上切换校验密钥。
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GPON的基本特性
?GPON采用125?s定长的帧结构，每秒8千帧。
?GEM（GPONEncapsulationMethod）是GPON技术优势的集中体现，它直接采用了GFP的技术
（ITU-TG.7041）。
?GPON支持不对称线路速率，下行2.488Gbit/s，上行1.244Gbit/s。
GPM：
ODN规格、光接口
参数、物理层开销等
传输汇聚层：
实现复用、DBA、
告警性能等
GEM封装：
实现多业务支持
能力
物理层OAM：
ONU注册、加密等
ONU管理控制接口：
业务管理和FCAPS
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GEM
Payload
CRC
PTI
PortID
PLI
GEMFrameEthernetPacket
DA
SFD
Preamble
Interpacketgap
SA
Length\Type
MACclientdata
FEC
EOF
5bytes
?GPON系统对以太网帧进行解析，将数据部分直接映射到GEMPayload中去进行传输。
?GEM帧会自动封装头信息。
?映射的格式清晰，设备很好实现，兼容性好。
以太网业务在GPON中的映射
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TDM
TDMdataPayload
TDMfragment
HEC
PTI
PortID
PLI
GEMFrame
Ingressbuffer
TDMBuffer
?TDM业务先导入缓存中进行排队，并且按照固定的字节数复用到GEM帧中进行传输。
?这种方式不对具体的TDM业务进行感知，只进行透传处理。
?GEM帧具有定长的特点，对TDM业务传输非常有利。
TDM业务在GPON中的映射
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OAM
control
OAM
control
Downstream125?s125?s
ATM
(optional)
ATM
(optional)
Ethernet
(overGEM)
Ethernet
(overGEM)
GPON下行帧格式
GPON
?标准的SDH的125us的固定帧
?ONU更容易提取同步信号
?更好的延时和抖动性能
EPON
?承载TDM业务没有具体定义
?时钟信息必须通过PWE3算法恢复
?不同厂家采用不同方法承载，互通性差
GPON帧结构
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GPON业务映射
Layer2
Layer3
Layer4
Layer5
ormore
Layer1
EPONGPON
TCP+UDPetc.
IP
Ethernet
PON-PHY
TDME1
话音
视频
数据
VoIP
AES(Optional)
AAL1/AAL2AAL5
GEMFrame
PON-PHY
TDME1
话音
视频
数据
VoIP
AES(Optional)
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IFpon
O
N
U
O
N
U
O
N
U
T-CONT
T-CONT
T-CONT
T-CONT
Port
Port
Port
Port
Port
Port
Port
Port
?GEMPort：业务的最小承载单位。
?T-CONT:TransmissionContainers。是一
种承载业务的Buffer。主要用来传输上行
数据的单元，引入T-CONT主要是为了解
决上行带宽动态分配，以提高线路利用率。
?IFpon：GPON接口。
?业务根据映射规则先映射到GEMPort中，
然后在映射到T-CONT中进行上行传输。
GEMport可以灵活的映射到T-CONT中，
一个GEMPort可以映射到一个T-CONT中
去，多个GEMPort也可以映射到同一个T-
CONT中。
?一个ONU的GPON接口中可以包含一个或
多个T-CONT。
不同的ONU用
ONU-ID标识
不同的T-CONT用Alloc-
ID标识
不同的GEM-PORT
用Port-ID标识
GPON的复用结构
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GPON复用结构
OLTONT
T-CONT
T-CONT
GEMPortGEMPort
Classi-
fication
UNI
IF-PON
ONUOLT
Classi-
fication
IF-PON
QoS/
Forward
SNI
OpticalFiber
flow
Virtual
UNI
T-CONT
GEMport
GEMport
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GPONT-CONT
?树形共享媒体接入网络需要分布式复用功能，将需求不同的许多用户和业务汇聚在一起。为了保证QOS敏感的业务不受其他业务的影响，需要更
高层次的汇聚，在GPON称为T-CONT。
?一个T-CONT对应一种带宽业务流，这种业务流有自己的Qos特征，Qos特征主要体现在带宽保证上，分为固定带宽，保证带宽，保证/不保证带宽，
尽力转发，混合方式五种。T-CONT的主要是从带宽的保证角度而不是从业务的种类（如CBR，UBR等，这里包含了带宽、延时、抖动等等的考
虑），来划分的。
时延敏感T-CONT类型
类型1类型2类型3类型4类型5
固定带宽是支持支持
保证带宽否支持支持支持
非保证带宽否支持支持
尽力而为带宽否支持支持
说明
固定带宽，即使
无业务也要占用
保证带宽，无业务
时释放，有业务时
占用
对于Assure部分有业务时一定保证，
对于NotAssure部分当系统保证了Fix、
Assure业务后，基于一定的算法分配
当其它业务均保证后，才为此
类分配带宽，且不超过设置的
最大带宽
分配一部分固定带宽（Fix），一部分保
证带宽（Assure），一部分非保证带宽
（NotAssure）
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PhysicalControlBlockDownstream(PCBd)
Payload
AllocIDStartEndAllocIDStartEnd
11002002300500
T-CONT1
(ONT1)
T-CONT2
(ONT2)
Slot
100
Slot
200
Slot
300
Slot
500
PLOuPLOAMuPLSuDBRuXPayloadxDBRuYPayloady
Upstream
BandwidthMap
125us
DownstreamFraming
UpstreamFraming
OLT
ONT1
ONT64
GPON帧结构
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GPON的DBA技术
?GPON系统采用SBA+DBA的方式来实现带宽的有效利用，
?GPON系统通过状态的上报以及OLT业务监视（非状态上报）
支持动态带宽分配。
?GPON的状态上报DBA存在3种机制：
–PLOu-StateIndDBA;
–DBRu-Piggy-backDBA;
–PayloadDBA;
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PayloadUSBWMap
DataReport
PCBd
下行方向
上行方向
OLTONT
①
②
③
④
SR-DBA流程
?OLT根据上次计算的结果在
下行帧头中下发BWMap。
?ONU根据带宽分配信息在规
定的时隙上发送目前T-
CONT中等待发送的数据状
态报告。
?OLT收到ONU的状态报告后，
经过DBA计算并更新BW
Map，在下一帧进行下发。
?ONU收到OLT下发的BW
Map消息后，在指定的时隙
上发送数据。
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在OLT处监视从NSR-ONU/ONT来的信元数据流的算法
过程(Procedure)：
Step1：在确定的间隔(interval)内监视OLT接收到的信元数目。
Step2：通过使用在Step1中的实时监控(realtimemonitoring)结果来计算利用速率
(utilizationrate)。
Step3：通过比较利用速率和极限值，来认识(recognize)拥塞程度。
D
tij
Di
Dj
?NSR(NonStatusReporting)-DBA
NSR-DBA实现
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GPON关键技术——测距
?OLT通过Ranging测距过程获取ONU的往返延迟RTD（RoundTripDelay），从而指定合适
的均衡延时参数EqD（EqualizationDelay），保证每个ONU发送数据时不会在分光器上产生
冲突。
?OLT获取序列号和Ranging的过程都需要开窗，即QuietZone，暂停其他ONU的上行发送通
道。
ONU3
ONU2
ONU1
OLT
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GPON业务处理流程
?ONU侧：对UNI接口接收到的业务流进行流分类，流分类的结果定义为VirtualUNI（一般就是
VLAN或者802.1pTAG）VirtualUNI映射到指定的GEMport，多个VirtualUNI可以映射到同一
个GEMport。ONU再将GEMport分配到指定的T-CONT。
?OLT侧：OLT从T-CONT中拆出GEM帧，然后对每个GEMport接收到的业务流分别进行流分类，
CVLAN切换为SVLAN，以及上行网络侧VLAN的802.1p优先级，再基于802.1p调度后发送到SNI
接口
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GPON与EPON比较（1）
线路速率编码方式带宽效率有效带宽（测试值）
EPON上行1.25G
下行1.25G
8B/10B72％上行>940M
下行>980M
GPON上行1.25G
下行2.5G
NRZ92％上行>1210M
下行>2480M
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GPON与EPON比较（2）
29dB24dB20dBMaximumloss
15dB10dB5dBMinimumloss
PX30PX20PX10
Table802.3ahforopticalpathloss
30dB
15dB
ClassC
28dB25dB20dBMaximumloss
13dB10dB5dBMinimumloss
ClassB＋ClassBClassA
TableG.984.2–Classesforopticalpathloss
33dB
18dB
ClassC+
EPON
?FP+PIN激光器
?常规ODN：1：32分路比下传20km
GPON
?DFB+APD激光器
?常规ODN：1：64分路比下传20km
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ETH/TDM
GEM
GTC/T-cont
Flowcontrol/Classification
GPON业务承载层PONQoS处理机制
DBA
VLAN/COS/PQ/GTS/POLICING
GPON与EPON比较（3）
?ETH/TDM
–TDM业务（非电路仿真方式）为面向连接，系统可以通过静
态配置带宽严格保证面向连接的QoS。
–ETH业务（包括电路仿真方式的TDM业务）主要是基于二层
VLAN、COS等标识进行业务的QoS处理
?GEM
–在GEM层主要是针对每个GEMPort进行业务流分类，类似
于DSLAM的单PVC多业务的处理方式。
–针对流分类后的业务分别进行优先级修改、流量监管和转发
处理。
?GTC
–QoS处理的最小单元是T-CONT，T-CONT可以看作是ONU
业务流的承载容器，调度机制是DBA。
–DBA的算法是GTC的QoS处理性能的关键。
ETH/TDM
DBA
EPON业务承载层
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GPON与EPON比较（4）
?PONCES
?NativeTDM
?Native模式是GPON标准附录中规定的一种
TDM承载方式，它借助GPON的8K帧头进行边
界定位，把TDM业务直接承载在GEM帧内。
?TDM业务先导入缓存中进行排队，并且按照固定
的字节数复用到GEM帧中进行传输。这种方式
不对具体的TDM业务进行感知，只进行透传处理。
?GEM帧具有定长的特点，对TDM业务传输非常
有利。
?EPON/GPON均可以采用CES方式
?CES技术实现分为PWE3和MEF8两种协议
?MEF8通过以太网（MAC地址）进行电路仿真，
PWE3通过IP网（IP地址）进行电路仿真
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GPON与EPON比较（5）
?EPONOAM：标准以太网OAM＋CTC扩展OAM
?802.3ah、802.1ag、Y.1731规范了以太网OAM，但是由于以太网较早成熟很多设
备已经定型而且有各自的应用场景，因此改起来不容易。中国电信企标对OAM的
扩展，对全球EPON产业链的影响还不够大。
?GPONOAM：G.984.4PLOAM＋OMCI
?GPON是运营商主导的标准，考虑更周全，例如光链路诊断、OMCI和PLOAM等。
EPON借鉴GPON在OAM和保护方面增强了很多，但到底是企业级标准，还是有
局限性。
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谢谢！
行销支持部—孔兵
Mobile:15617928710
Email:kongb@fiberhome.com
15617928710@wo.cn
Fax:0371-65655637
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