浅析GPON及其应用

穆学斌

摘 要:随着信息化进程的推进和网络应用的需求,互联网业务已走进千家万户,这就快速的推动着网络的发展。在网络的总带宽以每半年翻一番的速度递增的急速推动下,新的网络应用和网络技术也不断地涌现,本文主要介绍了GPON的发展、关键技术及其目前的市场定位。

关键词:GPON测距DBAAES

中图分类号:TP2 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)07(b)-0025-01

1GPON的发展

互联网伴着社会发展的信息化脚步和生活对网络的需求走进了人们的日常生活,这对网络的快速发着起到了推动作用。6个月就加一倍的网络总带宽递增速度也快速带动网络四年技术核心应用的持续产生,PON技术在这种环境下产生。

随着PON技术将局端和用户端之间的有源设备消除,起到了简化维护程序,提高可靠性,降低成本的作用,将成为以后主要的FTTH解决方案。PON不断下降的成本投入使其在FTTB/FTTC场合有了一定的市场应用,并且PON对FTTH的影响在一些发达国家(如日本)也有了不错的发展。目前PON技术主要有APON、BPON、EPON和GPON等几种,其主要差异在于采用了不同的二层技术。

我们先介绍目前已被广泛应用的另一种技术EPON。EPON最核心部分是PON光发送/接收模块,它是在与APON类似的结构和G.983的基础上,设法保留APON的物理层PON,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。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,这给EPON的应用带来了一定的限制。

GPON业务是BPON的一种扩展,它提供了前所未有的高带宽,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;可以将TDM业务映射到承载的GEM帧中,8kHz帧就可以承受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。所以,GPON已被大多数运营商视为实现接入网业务宽带化、综合化改造的理想技术。

2GPON的关键技术

2.1 测距

在现实生活中,各个ONU和OLT的距离都不一样,光信号在光纤上的传输时间不一样,所以到达各个ONU的时刻都不一样。在信号传输过程中,OLT给每个ONU分配不同的时隙来发送上行的数据,为了保证各ONU能够精确定位时隙和多个ONU的上行数据不冲突以实现帧同步,这就要用到测距技术。测距的过程就是OLT通过Ranging测距过程获取ONU的往返延迟RTD,计算出每个ONU的物理距离,然后指定合适的均衡延时参数EqD,Ranging的过程需要开窗,暂停其他ONU的上行发送通道。OLT开窗通过将BWmap设置为空,不授权任何时隙来实现,最终通过RTD和EqD,使得各个ONU发送的数据帧同步,保证每个ONU发送数据时不会在分光器上产生冲突,相当于所有ONU都在同一逻辑距离上,在对应的时隙发送数据即可。

2.2 上行动态带宽分配DBA

动态带宽分配DBA技术是指通过GPON系统中各个ONU的上行使用带宽实时动态的改变来适应用户速率的各种变化,以提高系统的带宽利用率的技术,它是一种能在微秒或毫秒级的时间间隔内完成对上行带宽的动态分配的机制。PON系统的上行接入静态带宽和动态带宽分配两种方式。上行动态带宽分配可以提高PON端口的上行线路带宽利用率、可以在PON口上增加更多的用户、可以让用户享受到更高带宽的服务,特别是那些对带宽突变比较大的业务。

2.3 下行AES加密

在GPON系统中,下行采用广播技术,同一PON口下的主干光纤和分光后的数据都是一样的,每个ONU收到的数据都是一样的,下行数据广播给所有ONU。如果有恶意用户存在,那么它就能够听到所有用户的下行数据,这就是PON安全系统会遇到的“偷听”威胁。目前GPON仅规定支持AES加密算法。AES是一种国际通用的加密算法,它只对GEM帧中的Payload进行加密处理,GPON系统定期的进行AES密钥交换和更新,提高了线路数据的可靠性。在GPON中采取了AES加密后,能有效的保护下行数据的安全性,防止恶意用户的偷听威胁,使的GPON成为一个真正安全的接入方式。

3目前GPON产品的市场定位和应用模式

GPON技术的定位是接入网,是一种宽带光接入技术。GPON用一个流行的行业术语来说,就是实现FTTn的一种技术。GPON设备的市场定位实际上是和运营商目前在接入网层面上光纤化的具体进程有关。目前,运营商在接入层光纤化的基本策略都是相同的,即从接入网层面的馈线段、配线段到最终的引线段逐段逐步实现光纤化,最终的目标即FTTH。

GPON设备在FTTn的应用中可以显示出其独特的优势:专用的接入网技术规范,适用于接入网的应用环境:为终端用户提供真正源模式的TDM服务和高质量的以太网接入服务;无源光网技术,整个光分配网(ODN)没有有源器件,可维护性好,可靠性高,可以大大降低接入网络的维护成本;组网灵活,可以在接入层面实现星型、树形、总线形、环形等各种网络拓扑结构;具有实现全程双向点对点的线路保护能力。满足了运营商对业务增长和拓扑结构变化的需求,相对于其他的FTTn手段,性价比高。

由上文可知,FTTn是应用GPON技术的最佳场合。利用其综合接入性能,为运营商提供高质量的数据、语音乃至视频服务。

参考文献

[1] 强云鹏.GPON技术原理与设计[J].科技资讯,2009(18).

[2] 张育生.试论GPON技术及发展相关问题[J].科技创新导报,2010(14).