中兴通讯：GPON系统详解

GPON系统详解
王国梁
固网上海软件开发一部
内容提要
•GPON基础知识回顾
•ONU探秘
•ODN关键点
•OLT线卡
•OLT主控板
•OLT上联板
GPON基础知识回顾 – 初识GPON
GPON是个宽带接入网，由OLT、ODN和ONU组成，树型拓扑结构
OLT：C200、C220、C300
ODN：
z波长：下行1490nm，上行1310nm，下行CATV 1550nm
z光纤：单模、多模
z光纤连接器：FC、SC、LC，PC、APC
z数据流：下行TDM广播，上行TDMA
z应用模式：FTTH，FTTO，FTTB/C，FTTCab
ONU：SFU、SBU、MDU/MTU
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GPON基础知识回顾 – GPON与EPON
发展史
z APON、BPON、GPON、NGA1 PON、NGA2 PON
z EPON、10GEPON
差别
z标准体系
z链路层封装
z速率
z传输效率
z推进主体
z标准完备性
z产业链成熟度
NGA PON和10GEPON的融合
z前途是美好的，道路是曲折的
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GPON基础知识回顾 – 专有名词
业务流专有名词
z GEM Port：数据流的最小单位，由Port Id来标识。

z T-CONT：上行带宽调度的最小单位，由Alloc Id来标识。

管理通道专有名词
z PLOAM：进行ONU物理层的管理维护操作，如ONU 注册、建立OMCI通道等。

由ONU ID标识。

z OMCI：进行ONU业务层的管理维护操作，如配置
ONU的业务、进行ONU侧流量统计等。

由管理GEM
Port Id标识。

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GPON基础知识回顾 – 业务介绍
单播业务
z上下行都使用单播GEM Port
广播和洪泛
z下行使用广播GEM Port
z上行使用单播GEM Port
组播业务
z下行数据流使用组播GEM Port
z上行协议流使用单播GEM Port
下行组播、广播和洪泛可以使用相同的GEM
Port，也可以使用不同的GEM Port
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GPON基础知识回顾 – QoS机制
QoS定义
z不同的业务套餐
QoS分类
z绝对/相对、动态/静态、上行/下行
QoS关键技术
z流分类、数据包的标记、流量监管、队列和调度、流量整形 QoS实现
z多个节点都有QoS功能，需要综合考虑和应用
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GPON基础知识回顾 – 安全机制
安全机制的8个维度
z认证、访问控制、不可抵赖、数据机密性、完整性、私密性、通信安全、可用性
安全机制的实现
z将端口信息添加到上行协议报文中
z广播和洪泛限速、非法报文抑制
z事件通知和记录、流量统计
z下行AES加密、FEC、CRC、BIP
z恶意ONU的定位
z主备同步和倒换、Type A/B/C/D保护
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GPON基础知识回顾 - 网络管理
CLI
z命令行操作
z进行业务的配置、修改和查询操作
z和OMCI操作不完全对应，根据业务属性来定义命令行
SNMP和网管
z简单网络管理协议
z比CLI命令操作更为精简
z充分考虑用户体验和操作习惯
C220与C300
z C300对C220的业务配置过程，进行了优化。

在保证各种业务模型的基础上，更加容易理解和配置
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GPON基础知识回顾 – GPON系统构成
内容提要
•GPON基础知识回顾
•ONU探秘
•ODN关键点
•OLT线卡
•OLT主控板
•OLT上联板
ONU功能框图
Service adaptation：完成ONU接口数据流和GEM数据流之间的转换； Service MUX and DEMUV：数据流的调度管理；
PON TC function：GPON GTC数据帧的处理；
ODN interface function：ODN接口功能；
ONU业务模型详解
单播业务模型
组播业务模型
广播、洪泛业务模型
VoIP业务模型
TDM业务模型
秘密▲ONU上行单播业务模型 - 1
ETH UNI，表示ONT的UNI口。

MAC Bridge，按照VID进行数据流的转发。

也可以进行VLAN Tag的处理。

802.1p Mapper，按照P-bit进行数据流的转发。

数据流被映射到一个GEM Port中。

数据流通过流量调度器（优先级队列或流量整形），被送到相应的T-CONT中。

在相应的时隙内，数据被发送给OLT。

ONU上行单播业务模型 - 2
ETH UNI
Bridge port
(UNI side)
MAC
Bridge
(switch)
Bridge Port
(ANI side)
Bridge Port
(ANI side)
GEM
Port
U/S Priority
Queue 1
T-CONT 2
Traffic
Scheduler
PON Vlan Tagging
Filter Table
Vlan Tagging
Filter Table
T-CONT 3
Traffic
Shaping
GEM
Port
Vlan Tagging
Operation
Vlan Tagging
Operation
Vlan Tagging
Filter Table
Vlan Tagging
Operation
ETH UNI
Bridge port (UNI side) Vlan Tagging Filter Table
Vlan Tagging Operation
12345
ONU上行单播业务模型 - 3
ONU上行单播业务模型 - 4
ONU从OLT接收到下行数据。

如果对应的GEM Port在该ONU上配置过，则接收该数据。

MAC Bridge，按照VID进行数据流的转发。

也可以进行VLAN Tag的处理。

数据流被送到UNI口的相应队列中，经过调度器发送出去。

ONU从OLT接收到下行数据。

如果对应的GEM Port在该ONU上配置过，则接收该数据。

MAC Bridge，按照VID进行广播和洪泛数据流的转发。

数据流被送到UNI口的相应队列中，经过调度器发送出去。

秘密▲
ONU 上行组播业务模型
与上行单播业务模型相比，在MAC Bridge 的端口上，添加了组播相关的配置信息。

ETH UNI
Bridge port (UNI side)
MAC Bridge (switch)
Bridge Port (ANI side)
Bridge Port (ANI side)802.1p Mapper
GEM Port
U/S Priority Queue 2
U/S Priority Queue 1
U/S Priority Queue 3
T-CONT 2Traffic Scheduler
PON
Vlan Tagging Filter Table Vlan Tagging Filter Table GEM Port GEM Port
T-CONT 3
Traffic Shaping
GEM Port
802.1p Mapper
GEM Port
Vlan Tagging Operation Vlan Tagging Operation
Vlan Tagging Filter Table Vlan Tagging Operation ETH UNI
Bridge port (UNI side)Vlan Tagging Filter Table Vlan Tagging Operation 1
2
34
56
Multicast Config Info
ONU下行组播业务模型
与上行单播业务模型相比，在MAC Bridge的端口上，添加了组播相关的配置信息。

同时增加了一个下行组播过滤表。

VOIP协议介绍 - SIP
Session Initiation Protocol - 会话发起协议。

是IETF制定的一种端到端（Peer-To-Peer）多媒体通信协议。

它是一个基于文本的应用层控制协议，用于建立、修改和终止IP网上的双方或多方的多媒体会话。

SIP 是一个客户/服务器协议。

协议消息分为两类：请求和响应。

采用SIP URL的寻址方式，用户名可以是电话号码，以支持IP电话网关寻址，实现IP电话和PSTN的互通。

SIP 独立于低层协议，可采用不同的传送层协议。

SIP 网络基本构成
Redirect Server Location Server
Registrar Server User Agent
Proxy Server
Gateway
PSTN
SIP 网络成员
Proxy Server
用户代理
代理服务器
SIP
SIP SIP SIP
SIP
LDAP
LDAP
位置服务器
重定向服务器
登记服务器
网关
SIP 呼叫建立和拆除流程
302
(Moved Temporarily)
INVITE
200 (OK)200 (OK)ACK
INVITE 180 (Ringing)180 (Ringing)180 (Ringing)200 (OK)ACK ACK ACK
RTP MEDIA PATH
BYE BYE BYE 200 (OK)
200 (OK)
200 (OK)
呼叫拆除
媒体通道呼叫建立
INVITE
Location/Redirect Server Proxy Server
Proxy Server
User Agent
User Agent
INVITE
ONU SIP协议基本配置参数
ONU的地址：IP地址、掩码、网关 SIP代理服务器的地址：IP地址
SIP登记服务器的地址：IP地址
采用的传输层协议：TCP、UDP 本地电话号码和密码
ONU上行SIP业务模型
与上行单播业务模型相比，仅仅在UNI端口侧的配置不同。

ONU上行SIP业务模型
VoIP CTP（VoIP连接终止点），选择VoIP的协议类型（SIP或H.248），配置相关的VoIP媒体参数。

SIP User Config Data，配置本地电话号码和密码等参数。

SIP Agent Config Data，配置代理服务器、登记服务器等参数。

TCP/UDP Config Data，配置传输层协议类型和端口号等参数。

IP Host Config Data，配置ONU IP地址、掩码、网关等参数。

虚箭头表示引用关系，如配置SIP User Config Data前，必须先配置SIP Agent Config Data。

ONU下行SIP业务模型
与下行单播业务模型相比，仅仅在UNI端口侧的配置不同。

TDM协议介绍 - CES
Circuit Emulation Service（电路仿真业务），就是通过异步网络传送同步电路，如E1/T1。

最初是用于在ATM上仿真E1/T1, 现在已经将CES扩展到IP/Ethernet/MPLS（TDMoIP、TDMoE、TDMoMPLS）。

CES相关标准
z Metro Ethernet Forum(MEF)制定的MEF8，在以太网上实现电路仿真；
z IETF制定的PWE3，在IP网上实现电路仿真；
z ITU-T制定的Y.1413，在MPLS网络上实现电路仿真；
z MPLS与帧中继联盟(MFA)制定的MFA 8.0.0，在MPLS网络上实现电路仿真；
TDM 协议介绍 – 伪线（Pseudowire ）
对TDM 业务的一种封装。

在包交换网络（PSN ）上传送本地业务（native Service ）的时候，所作的对该业务的基本属性的模拟。

PSN
PW Demultiplexer PSN Tunnel
PSN & Physical Layers
仿真业务 (TDM 、ATM 等)净荷封装
仿真业务层
伪线层PSN Tunnel 层
PW Demultiplexer PSN Tunnel
PSN & Physical Layers
仿真业务 (TDM 、ATM 等)净荷封装
TDM 协议介绍 – TDMoE 的包结构（MEF8）
EtherType ：使用使用IEEE 分配的 0x88D8
ECID ：4个字节。

在同一个MAC 地址下，每一条被仿真的电路必须使用唯一的ECID 值；保留域（比特20至31）需设成 0x102，在接收端被忽略 ；
复接层
封装层 TDM净荷PSN TDM净荷RTP (选项) 伪线控制字
仿真电路标志符(ECID) EtherType VLAN Tags (选项) MAC 源地址 MAC 目的地址
TDM 协议介绍 – TDMoIP 的包结构（PWE3）
UDP 端口号或L2TP 会话号（session ID ）用于区分伪线。

RTP 头必须处在UDP/L2TPv3头和伪线控制字之间。

复接层
封装层 TDM净荷PSN TDM净荷伪线控制字 UDP 或 L2TPv3 IPv4或 IPv6 数据链路层 物理层
RTP (选项)
ONU TDM业务基本配置参数
TDM业务相关参数，如数据包的字节数、TDM定时模式等
伪线相关参数
对TDMoE，要配置以太网相关参数，如目的MAC地址、ECID值等
对TDMoIP，要配置IP相关参数，如本地IP地址、远端IP地址等
ONU上行TDM业务模型
与上行单播业务模型相比，仅仅在UNI端口侧的配置不同。

ONU 上行TDM 业务模型
PW TP （伪线终止点），配置伪线相关参数。

RTP Parameters ，配置RTP 相关参数。

Ethernet Flow TP ，如果使用基于以太网的电路仿真，在这里配置以太网相关参数。

TCP/UDP Config Data 和IP Host Config Data ，如果使用基于IP 的电路仿真，在这里配置IP 相关参数（传输层协议类型、端口号、ONU IP 地址、掩码、网关等）。

虚箭头表示引用关系，如配置PW TP 之前，必须先配置Ethernet Flow TP 。

PW TP
Ethernet Flow TP CES UNI
TCP/UDP Config Data
IP Host Config Data
Bridge port (UNI side)
CES Config Data
RTP Parameters
TDMoIP
TDMoE
ONU下行TDM业务模型
与下行单播业务模型相比，仅仅在UNI端口侧的配置不同。

秘密▲总结
ONU业务模型
z单播业务模型
MAC Bridge按照VID进行数据流的转发
802.1p Mapper按照P-bit进行数据流的转发
最终把一个以太帧映射到一个GEM Port中
z组播业务模型
在UNI侧桥端口，进行组播参数的配置
下行需要组播过滤表
z广播和洪泛业务模型
和单播业务类似
z VoIP业务模型
与单播业务模型相比，仅仅在UNI端口侧的配置不同
z TDM业务模型
与单播业务模型相比，仅仅在UNI端口侧的配置不同
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光功率的衰减
分光器引起的衰减
z每经过一个1：2的分光器，衰减约为3dB。

所以1：4的分光器引起的衰减约为6dB， 1：8的分光器引起的衰减约
为9dB，以此类推
z双向衰减
光纤长度引起的衰减
z每10km的光纤，衰减约为3dB
光模块的灵敏度
OLT光模块
z发送光功率：1.5 ~ 5 dBm
z接收灵敏度：-28 ~ -8 dBm
ONU光模块
z发送光功率：0.5 ~ 5 dBm
z接收灵敏度：-27 ~ -8 dBm
实际应用时，注意ODN的衰减值在合适的范围内
PON 保护– Type A 主干光纤保护
PON 保护– Type B
OLT侧冗余保护，该类保护仅能将OLT侧业务恢复
PON 保护– Type C
OLT侧及ONU侧全部冗余保护，又称全双工保护
PON 保护– Type D
OLT侧冗余保护，ONU侧部分保护
秘密▲总结
ODN关键点
z光功率衰减
每经过一个1：2的分光器，衰减约为3dB
每10km的光纤，衰减约为3dB
z光模块的灵敏度
实际应用时，注意ODN的衰减值在合适的范围内
z PON保护
Type A/B/C/D
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OLT线卡– PON MAC功能列表
ONU的搜索
ONU的测距
ONU密码验证
建立管理通道，配置业务
DBA（动态带宽分配）
GEM帧和以太帧的转换
AES加密
FEC编解码
DBA定义及功能
定义：
z OLT根据ONU上的发送缓存占用情况，动态的为ONU分配上行的传输时隙。

功能
z在GPON接入网中，每个PON链路上的用户数量并不是很多，随着用户开启/关闭相应的业务，链路上就会存在很多的突发流
量。

DBA算法，能够自动检测用户流量的变化，并调整相应的
带宽，从而为用户提供更优质的服务。

z DBA能实现传输带宽在各用户之间的动态共享，提高了带宽的利用率，从而可以在保证服务质量的基础上，接入更多的用户。

秘密▲DBA功能框图
T-CONT向关联OLT报告自己的缓存状态，请求上行带宽。

OLT根据各个T-CONT的缓存占用情况，为其分配一定的上行带宽，通过下行帧的BWmap字段发送给ONU。

ONU收到该带宽信息后，负责将带宽具体分配给T-CONT上的各个队列。

秘密▲
BWmap 字段
Alloc-ID ，T-CONT 的标识符。

Flags ，定义一些标识信息，如是否上报T-CONT 缓存信息。

SStart ，上行时隙起始时间。

SStop ，上行时隙结束时间。

CRC ，校验字节。

US BWmap N * 8 bytes
Access 18 bytes
Alloc-ID 12 bits
SStart 2 bytes
SStop 2 bytes CRC 1 byte
Access 28 bytes
Access N 8 bytes
...
Flags 12 bits
Number of access is variable
Coverage of CRC。