GPON是ITU-T提出的一种灵活的每秒吉比特级光纤接入网,它以ATM信元和GEM帧承载多业务,支持商业和居民业务的宽带全业务接入。GEM(GPONEncapsulationMethod)类似于通用成帧规程GFP,是GPON特有的封装方式。它不仅具有名字上反映出的每秒吉比特传输能力,而且是一种与已有PON系统相比有本质区别的新的PON技术。
(1)前所未有的高带宽。GPON速率高达2.5Gbps,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)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。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。
(3)很好地支持TDM业务。TDM业务映射到GEM帧中,由于GPONTC帧帧长为125μs,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/MPlane(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。
同所有PON系统一样,GPON由ONU、OLT和无源光分配网组成,其网络结构如图1所示。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。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。
图1GPON系统结构图
下面具体说明GPON在接入网中各种场合下应用时应支持的业务类型。
GPON技术特征主要体现在传输汇聚层。GPON协议参考模型如图所示,其中传输汇聚层又分为PON成帧子层和适配子层。GTC(GPONTransmissionConvergence)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。
GPON可应用于接入网(参见图4.1)中的光纤到户、光纤到楼/路边和光纤到交接箱等典型应用场合。这三种结构下GPON所支持的业务有所不同。
1.FTTB
FTTB时存在两种情况:一种是为MDU(Multi-dwellingUnits)用户服务,另一种是为商用用户服务。GPON应支持的业务如下:
(1)FTTBforMDU
非对称宽带业务(如数字广播业务、VOD、IPTV、文件下载等)
对称宽带业务(如ContentBroadcast、E-mail、文件交互、远程教育、远程诊断、在线游戏等)
POTS和ISDN
(2)FTTBforBusiness
对称宽带业务(如GroupSoftware、ContentBroadcast、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ContentBroadcast、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、IPTV、文件下载等)
对称宽带业务(如ContentBroadcast、E-mail、文件交互、远程教育、远程诊断、在线游戏等)
POTS和ISDN