GPON技术详述

GPON技术详述
介绍GPON 技术之前，先介绍目前也被应用的另一种PON 技术“EPON”。

1．EPON技术介绍
EPON 又名 GEPON，是由2000年11月成立的EFM(Ethernet in the First Mile，第一英里以太网)工作组提出的，并在IEEE 802.3ah标准中进行规范，其工作重点在EPON的MAC协议上，即最小程度地扩充以太MAC 协议；它在PON层上以Ethernet为载体，上行采用以突发的Ethernet包方式发送数据流。EPON最核心部分是PON 光发送/接收模块，其实现方案是，在与APON 类似的结构和G.983 的基础上，设法保留APON 的物理层PON，而以Ethernet技术代替ATM 技术作为数据链路层协议，构成一个可以提供更大带宽、更低成本和更强业务能力的新的结合体EPON。
EPON 可提供上、下行对称的1.25Gbps线路传输速率（而10Gbps下行线路速率的系统，也正在研究中）。虽然EPON 采用的Ethernet 封装，非常适用于承载IP 业务，但当时IEEE 制定802.3ah 的初衷是为了接入IP数据业务，并没有考虑TDM 业务接入对时钟同步、时延和抖动等方面的特殊要求，因此EPON 所采用的标准Ethernet 封装方式也给其带来了一个致命的缺点，那就是“难以承载话音或电路型数据专线等TDM 业务”，也很难满足电信级的QoS要求。之后，虽然目前国内外均对TDM over Ethernet技术进行了积极的研究，我国也制订了通信行业标准《接入网技术要求-基于Ethernet 的无源光网络(EPON)》，且多家EPON 厂商都对IEEE 标准进行了扩充，在EPON 承载TDM 业务和话音业务方面进行了技术创新，例如在提供数据业务的同时，采用预留带宽的方式来提供语音业务，而且多家EPON 厂商也设计出一些新的MAC 机制并增加新的软硬件，但要完全达到TDM 业务要求的严格的QoS更是面临相当大的困难，这给EPON 的应用带来了一定的限制。

2．GPON技术介绍
GPON(Gigabit passive optical network)全名为Gigabit-capable PON 吉比特/千兆位无源光纤网络，也是一种无源被动式光纤网路。GPON 业务是BPON 的一种扩展，相对于其他的PON 标准而言，GPON 标准提供了前所未有的高带宽（下行速率近2.5Gbps），其非对称特性更能适应宽带数据业务市场；它提供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；在承载 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。作为一种电信级的技术标准，GPON 还规定了在接入网层面上的保护机制和完整的OAM功能。其下行最大传输速率可高达2.488Gps，上行最大传输速率达1.244Gbps，传输距离可达20到37公里，因而具有高带宽、高速、高效传输、大范围覆盖、用户接口丰富等的众多特点，是故，已被大多数运营商视为实现接入网业务的宽带化、综合化改造的理想技术。

作为ITU-T提出的一种灵活的宽带光纤接入技术，在GPON 标准中，明确规定GPON 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)，可以满足多用户VoIP、采用MPEG-2或-4规格的多视频流(如IPTV)和标准分辨率电视(SDTV)或高清晰度电视(HDTV)和多用户高速互联网接入等“三网合一”的需求。且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。GPON 一般采用树形（或树形）拓扑结构，在需要提供业务保护和通道保护的情况下，可加上保护环，可对某些光网络终端ONT提供保护功能；下图即是GPON 的体系结构：

它是由光线路终端OLT(Optical Line Terminal)、光网络终端ONT(Optical Network Terminal) / ONU (OpticalNetwork Unit)及环形（或树形）拓扑结构的无源光网络PON 组成。OLT位于中心机房，向上提供广域网接口，包括GbE、OC-3/STM-1、DS-3 等，向下对PON 可提供2.488Gbps 的光接口。ONT/ONU 放在用户终端，为用户提供10/100BaseT、T1/E1、DS-3等应用接口，对PON 的光接口速率有155Mbps、622Mbps、1.244Gbps
和2.488Gbps等多种选择。从OLT到ONT/ONU 的方向为下行方向，采用广播发送的数据流传输方式；反之为上行方向，采用基于统计复用的时分多址接入技术。PON可通过粗波分复用CWDM（Coarse Wavelength DivisionMultiplexing）覆盖实现数据流的全双工传输。
类整GPON技术的特点如下：
l 支持源模式TDM，IP数据及视频业务，即包括IPTV的“三网合一”业务，并可向一个/多个用户同时提供持续、且可随时间调整带宽的能力。
l GPON 可提供了IGMP Proxy 以及IGMP Snooping 组播功能，能方便地实现组播控制，从而更好的满
足开展IPTV组播业务的需求。
l 容量大，可解决接入网瓶颈问题
下行2.488Gbps，上行1.244Gbps 速率的吉比特级的GPON(千兆PON) 网络系统，还可通过内置的
CWDM 模块可扩展到10Gbps。这样高的线路速率，将能支持更多的服务，也意味着能实现更多的营
收。
l 带宽高、资源共享
GPON 更有近2.5G的高带宽，打开了光接入网原有的带宽瓶颈，为未来新业务（IP网络电视、三网合
一等）的开展奠定了一个优质的带宽基础。而且高带宽是由单个用户（FTTH）独享或者由多用户共享
（FTTB或FTTC 等），并可提供优先级、QoS保证。
l 传输效率高
将所有的传送数据采用全新的GFP适配协议封装为25us的定长帧结构，与APON和EPON技术相比，
具有更少的开销字节和更高的传输效率；在近2.5G的传输带宽需求情况下，GPON的传输效率达93%，
而A/BPON 和EPON 的传输效率分别是70%和49%。GPON 的线路速率和效率及分割率很高，因此
其提供的灵活性也越高。
l 接入网络结构灵活，扩容灵活
GPON 系统可以支持环型、树型等多种网络拓扑结构。主干仅需单芯/双芯光纤，通过无源光纤分配网
络(ODN）接入各类业务，GPON的分支能力达1:32，这是有源设备所望尘莫及的。例如，对于新的扩
容站点，只需要从就近的无源分光器的预留分支口引出一芯光纤到新的光网络终端ONT/ONU 装机点，
只增加ONT/ONU 的数量，就可以实现扩容，因而可滚动式发展用户；因此，可以大大降低网络的建
设成本。
l 提供“三网合一”的业务
GPON 可以提供一个性价比更好的传输手段，同时兼顾数据及有线电视业务的提供，即除了传统的语音、
数据（包括IPTV）业务外，GPON 树状广播形拓扑结构也非常适合提供广播式的业务，如可以直接利
用GPON 设备提供的E1端口，为SCDMA的BSC及BSS之间提供E1的传输；再如它可通过采用第
3 波长（1550nm），在光线路终端OLT 上接入光纤电视信号，在不影响电信业务的情况下，与光纤电
信信号一起传送到末端的光网络终端ONT/ONU 设备，这个ONT/ONU 终端设备可以通过FE端口为驻
地提供以太网业务（包括IPTV），通过同轴RF 有线电视口为单个用户（FTTH），或大楼（FTTB）、小
区（FTTC 等）经有线电视分配网提供模拟有线和有线数字电视信号。
l 节省机房投资
在光干线网络的分支处，因GPON 采用的是稳定性高、体积小巧、成本低的1：32无源光分路器，它
无需提供电源、空调等机房设备，也不占用机房空间，只需安装在光交接箱或光配线架上即可，因而成
本低廉。
l 节省光纤
仅需从局端机房光线路终端OLT输出一芯光纤，通过光分路器可以分支到32个光网络终端ONT/ONU
设备，并采用WDM波分复用的技术，使上、下行业务共用一芯光纤，大大节省了光纤干线传输的数量，
特别是对于农村地区，原有光纤资源有限的情况下，采用GPON 技术组网更可以大大提高光纤资源的
使用效率。
l 保护功能完善
GPON 为光接入网络提供了保护或冗余选项。其内置的光交换模块可实现双纤保护或环路保护，而保
护切换时间小于30ms，能够完全保障业务稳定可靠。
l 对业务良好的QoS支持
采用标准的GFP封装协议，可以为TDM 业务分配固定传送帧字节，相比APON和EPON 采用E1仿
真的方式，GPON 可为TDM、VOIP以及IPTV等业务提供完全的QOS保障。
l 动态带宽分配（DBA）和流量控制功能
GPON 下行数据采用广播方式传送，上行数据采用统计时分多址复用技术，各业务点通过请求/许可方
式动态分配带宽，可以实现带宽可管理、可灵活分配的充分利用，并能设置用户的最小带宽保证以及最
大允许带宽；也能对特殊需求采用流量参数进行控制，满足了不同业务对带宽的不同需求，非常适合提
供运营商级的服务。

l 功能强大、完善的网管系统
GPON 系统具有完善的图形管理界面，所有用户的管理、业务的调配均可在网管实现。改变目前不同
业务分别组网、分别管理和维护的局面，减少网络系统的设计施工和运营维护成本。同时内置SNMP
模块，其TDM业务的管理可纳入原有的网络。
l GPON 拥有全面的支持，包括来自不同厂商的光线路终端OLT和终端ONT之间的互通性。
l 对于 ITU-T G.983 BPON，GPON 还承诺通过全业务接入网 (FSAN) 和 ITU 建议提供设备互通性。这将使各个厂商的光线路终端OLT 和光网络终ONU/ONT 像 BPON 那样在一个网络中混合使用并匹配；还可实现来自 CPE （CustomPremier Equipment用户屋内设备）厂商的低成本、大批量 PONONU/ONT 的供应，如 DSL 行业那样，从而进一步实现低成本 GPON 的部署。