淺析GPON系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

標(biāo)簽：FSAN GPON

1 引言

隨著Internet的持續(xù)快速發(fā)展和個(gè)人電腦的普及，各種增值的多媒體和IP業(yè)務(wù)激增，業(yè)已存在xDSL接入技術(shù)無(wú)法滿足其巨大的帶寬需求，接入網(wǎng)成為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的“瓶頸”?？紤]到這個(gè)現(xiàn)實(shí)，全業(yè)務(wù)接入網(wǎng)聯(lián)盟(FSAN: Full Service Access Network)從2001年1月開(kāi)始了lGb/s以上的PON系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)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(wù)和帶寬管理能力，能有效的支持現(xiàn)有和未來(lái)各種業(yè)務(wù)的全業(yè)務(wù)接入方案，逐漸形成了GPON系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

2 GPON的參考配置

GPON的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由GPON的局端設(shè)備OLT (Optical Line Termination)、遠(yuǎn)程接入設(shè)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(shè)備都由無(wú)源光分支器(Splitter)等無(wú)源器件組成，不需貴重的有源設(shè)備。在GPON網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，一個(gè)OLT可以有多個(gè)GPON模塊，每一個(gè)模塊均可引出一個(gè)獨(dú)立的GPON接入網(wǎng)絡(luò)，并由無(wú)源光分支器和光纖連接到多個(gè)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(shè)備OLT主要負(fù)責(zé)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(guò)ODN傳給遠(yuǎn)程接入設(shè)備ONU。作為一個(gè)高性能的光網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，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(yīng)用，并可透明地傳輸上述應(yīng)用業(yè)務(wù)，滿足TDM對(duì)實(shí)時(shí)性、抖動(dòng)性的嚴(yán)格要求，有完整的服務(wù)保障機(jī)制和故障處理能力，下行速率高達(dá)1.244Gb/s或2.488Gb/S。

遠(yuǎn)程接入設(shè)備ONU主要負(fù)責(zé)與用戶端設(shè)備的連接，起到匯聚用戶端多業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流的作用，能以分組數(shù)據(jù)、TDM業(yè)務(wù)流原有格式透明地傳輸，保障了業(yè)務(wù)性能的完整性與統(tǒng)一性，并為用戶提供豐富的網(wǎng)絡(luò)接口類型與標(biāo)準(zhǔn)速率，滿足用戶對(duì)多業(yè)務(wù)的需要。

ODN負(fù)責(zé)無(wú)源光纖接入線路的數(shù)據(jù)信號(hào)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(wú)需另設(shè)機(jī)房，維護(hù)相對(duì)簡(jiǎn)單。所以，這種接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)可經(jīng)濟(jì)地為各類用戶提供全業(yè)務(wù)接入服務(wù)。

3 GPON的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 動(dòng)態(tài)帶寬分配(DBA)

動(dòng)態(tài)帶寬分配(DBA)技術(shù)是指通過(guò)GPON系統(tǒng)中各個(gè)ONU的上行使用帶寬實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的改變來(lái)適應(yīng)用戶速率的各種變化，以提高系統(tǒng)的帶寬利用率的技術(shù)。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(dòng)態(tài)帶寬分配兩種方式，按照業(yè)務(wù)等級(jí)進(jìn)行優(yōu)先級(jí)分配。對(duì)于GPON中的數(shù)據(jù)通信這種變速率業(yè)務(wù)，用靜態(tài)帶寬分配是不合適的，需要通過(guò)動(dòng)態(tài)帶寬分配使系統(tǒng)帶寬利用率大幅度提高，即DBA技術(shù)根據(jù)ONU的突發(fā)業(yè)務(wù)的要求，通過(guò)在ONU之間動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)帶寬來(lái)提高上行帶寬利用效率。根據(jù)GPON的特點(diǎn)和G983建議，可以知道動(dòng)態(tài)帶寬分配的具體要求是：業(yè)務(wù)要透明、帶寬利用率盡量高、具備低抖動(dòng)與時(shí)延特性、公平分配帶寬、信號(hào)健壯、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、保證不同業(yè)務(wù)的QoS等。

3.1.1帶寬類型

GPON標(biāo)準(zhǔn)沿用了BPON中對(duì)QoS支持的規(guī)定。ITU-T在BPON標(biāo)準(zhǔn)G.983.4和GPON標(biāo)準(zhǔn)G984.3中明確提出了四種優(yōu)先級(jí)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(shí)，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(wù)等級(jí)的優(yōu)先級(jí)分配方案能夠在實(shí)現(xiàn)高效的DBA的同時(shí)為業(yè)務(wù)提供良好的QoS保障，所以，清晰地認(rèn)識(shí)到各種帶寬資源的特性以及理解T-CONT的適用范圍對(duì)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(wù)：而T_CONT通過(guò)為業(yè)務(wù)提供特定類型的帶寬間接保證該業(yè)務(wù)的QoS要求。一種T-CONT能否支持某種QOS要求的業(yè)務(wù)，完全取決于該T-CONT能否提供滿足該業(yè)務(wù)QoS要求的帶寬。如果該T-CONT提供滿足某業(yè)務(wù)QoS要求的帶寬，就可以承載該業(yè)務(wù)。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(wù)。這五種T-CONT在本文中有時(shí)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(shí)現(xiàn)DBA的過(guò)程

根據(jù)協(xié)議，GPON的DBA過(guò)程包括以下5個(gè)步驟：擁塞狀態(tài)檢測(cè)、將擁塞狀態(tài)匯報(bào)給OLI、OLT根據(jù)提供的參數(shù)重新進(jìn)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(quán)，在DBA中實(shí)現(xiàn)管理信息的協(xié)商。DBA過(guò)程如圖2所示[3]。

圖2 GPONDBA過(guò)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(bào)告自己的狀態(tài)和所需的帶寬，OLT根據(jù)上報(bào)的數(shù)據(jù)對(duì)ONU進(jìn)行DBA，即所謂的基于狀態(tài)報(bào)告的動(dòng)態(tài)帶寬分配(SR-DBA，Status Reporting DBA):另一種是ONU不需向OLT報(bào)告，OLT由自己的流量監(jiān)測(cè)功能，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)動(dòng)態(tài)的帶寬分配，即非基于狀態(tài)報(bào)告的動(dòng)態(tài)帶寬分配(NSR-DBA，Non Status Reporting DBA)。

3.2 GEM封裝技術(shù)

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(wú)關(guān)(見(jiàn)圖3)。也就是說(shuō)，GEM封裝功能在GPON內(nèi)部終結(jié)，GPON以外的系統(tǒng)無(wú)法看到[4]。

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