[科普中国]-吉比特无源光网络

简介

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。2

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

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。2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。3

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。4

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。