GPON技术原理与设计

2022-10-02

伴随着通信业务形式的改变, 用户对作为整个通信网络系统的边缘网络——接入网的要求越来越高, 这些要求主要体现为追求高带宽高比特速率、高效率、低成本及其比较好的安全性。作为接入网最新技术的吉比特无源光网络 (G P O N) 能比较好地满足这些要求。有望成为下一代网络系统主要的接入技术。

1 GPON的体系结构及工作原理

GPON采用与APON, EPON相同的一点到多点, 无源光纤传输方式的网络拓扑结构, 主要由OLT、ODN和ONU三部分组成, 由无源光分路器件将O L T的光信号分到各个ONu。

OLT位于中心机房 (CO:central office) , 并连接到一个或多个O D N向上提供广域网接口, 包括Gb E, OC-3/STM-1, DS-3等, 向下对ODN可提供2。244Gb/s或2。4 8 8 G b/s, 的光接口, 具有集中带宽分配, 控制光分配网络, 实时监控, 运行维护管理无源光网络系统的功能。

ODN为OLT和ONU提供光传输手段, 由无源光分路器和无源光合路器构成, 是一个连接OLT和ONU的无源设备, 它的功能是分发下行数据和集中上行数据。O N U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O D N的接入, 其对O D N的光接口速率有1 5 5 M b/S, 622Mbz S, 1.244Gb/s和2.48s Gb/s等4种选择, 受O L T的集中控制。G P O N系统可支持的分支比为1∶1 6, 1∶32或1∶6 4, 还可能达到1∶1 2 8。

在同一根光纤上, G P O N可通过波分复用覆盖实现数据流的全双工传输。在需要提供业务保护和通道保护的情况下, 可加上保护环, 对某些O N U提供保护功能, 通常可采用总线型 (Bus PON) 、树型 (Tree PON) 或环型 (Ring PON) 拓扑结构。

从层结构来说, G P O N分为物理位置相关 (PMD, Physical Media Dependent) 层和传输汇聚层。对于P M D层而言, G P O N的传输网络可以是任何类型, 如S D H/SONET和ITU一T的G709;GPON的用户信号也可以有多种类型, 可以是基于分组的如IP/PPP或Ethernet的MAC帧, 也可以是持续的比特数据。由于G P O N的线路速率是8 k H z的倍数, 故可以在上面传送TDM业务, 因此G P O N对数据业务和语音业务 (即TDM) 都有很好的支持。GPON传输网络支持对称和非对称的线路速率。

G P O N下行采取广播式发送, 上行采用TDMA方式。上行数据的传输都由OLT统一控制。各O N U按照O L T所分配的时隙传输用户数据, 不同的O N U所用的时隙不同, 所以各O N U所产生的上行数据不会发生冲突。允许O N U发送数据的时隙是由OLT发出的时隙分配帧决定的, O N U根据时隙分配帧在属于自己的时隙中插入上行数据, 即实现了多个O N U之间共享上行信道带宽。G984。1规定GPON的最大逻辑距离是6 0 k m, 最大物理距离是2 0 k m。即GPON系统可提供物理覆盖至少20km, 而ADSL为6km。另外GPON支持的ODN等级有Class A/B/C, 即可支持高达1∶128的分光比, 可以提供更多的用户接入。为了摆脱A P O N的设计规范, G P O N引入了一个全新的传输汇聚层的架构。在G g p o n。gtc的建议中, ITU-T将Tc层又分成为两个子层:Tc成帧子层和Tc适配子层。ITU-T规定了T C成帧子层有两种适配方式:ATM适配和GEM适配。GEM适配即沿用了G 9 8 3系列标准规范, 以A T M帧承载业务;而GEM适配源于ITU-T的G。7041标准中定义的通用成帧规程, 它可以承载高层协议如基于分组的IP用PP和Ethernet, 或是基于恒定比特的业务。在Ggpon。gtc建议中, 动态带宽分配和Qo S还沿用了G 9 8 3。4的思路, 将业务分为5种类型, 对于不同的业务设置不同的参数, 根据参数检测拥塞状态, 分配带宽, 对O N U进行授权。除DBA、加密控制外, JTU一T在Tc层还定义了一些新的功能, 如F E C (前向纠错) 、功率控制等。

2 GPON国内外发展趋势

2.1 国内情况

随着有关标准的制定, 国内各大厂商纷纷致力于G P O N的研究, 国内的格林威尔公司, 烽火通信公司以及润欣通信技术 (上海) 有限公司都在G P O N的商用方案投入大量的精力, 并取得了可观的成果, 特别是烽火和上海贝尔阿尔卡特已经推出了G P O N的商用解决方案。

上海阿尔卡特公司去年推出了一个千兆无源光网络 (G P O N) 光纤到户解决方案, 给端到端融合架构增加了一个“最后一公里”选择, 支持速率高达215Gb/s的语音、数据和视频服务。

2.2 国外情况

目前有些欧美和亚洲的大型运营商已经在应用G P O N产品进行试验, 其中最有影响力的莫过于N T T, S B C。从去年和今年两年中N T T的固网宽带用户使用的宽带接入方式的统计, N T T判定, 光纤代替A D S L入户的趋势已经非常清晰。于是, 大力普及性价比更高的G P O N技术已成为N T T正在努力的方向。类似于N T T, 美国的SBC计划在2007年前为1800万用户提供I P T V服务, 为了匹配I P T V业务的高带宽需求, G P O N也成为S B C的不二选择Broad Light公司也于2005年底推出全面的端到端 (E 2 E) G P O N解决方案。该方案中G P O N提供了无与伦比的性能和集成度, 为客户提供了低成本低风险的解决方案, 大大加快客户ITU2TG1984兼容GPON设备推向市场的速度。

从国内外对GPON和EPON的研究和发展的现状来看, 随着E P O N各种标准的不断出台, 逐渐应用到多业务环境中, 并且能与现有的以太设备相兼容, 大大简化了系统结构, 成本低, 易于升级。所以他将与GPON技术并存并长期竞争。然而, GPON是目前最为先进的宽带光接人网技术, 并为打破接人网的瓶颈提供了很好的解决方案。从用户对多业务的需求以及将来网络业务的发展来看, G P O N技术将会是未来宽带光接人网络的发展方向。如果能够克服价格问题这个敏感的关键因素, 使得G P O N的最终成本和E P O N相比拼的话, G P O N将会是解决“最后一公里”的最理想方案。

3 结语

GPON继承了G.983的成果, 具有丰富的业务管理能力。G P O N的核心基础是G F P, 它具有覆盖任何新业务的适配能力, 包括数字视频、存储网络和电子商务等。

G P O N具有面向未来的、可升级的多业务环境, 能为将来的业务提供清晰的转移路线, 而不需要中断和改变现有的G P O N设备, 也不需要以任何方式改变其传输层, 同APON及EPON相比, 具有明显的优势, 这必将有利于G P O N的市场化。考虑到G P O N的高效率和完善的O A M机制, 我们完全有理由相信, G P O N的应用前景将会是非常光明的。

摘要：本文介绍了GPON的体系结构和工作原理, 分析了GPON技术在国内外的发展趋势。

关键词：GPON,体系结构,发展