2025年GPON 和 XG(S)-PON 技術(shù)白皮書

i 1.1GPON和XG(S)-PON簡介 1.2GPON和XG(S)-PON網(wǎng)絡架構(gòu) 1.3GPON和XG(S)-PON的發(fā)展歷程 1.3.1PON網(wǎng)絡的起源 1.3.2GPON技術(shù)標準簡介 1.3.3GPON技術(shù)標準的演進 2.1GPON的基本概念 2.1.1GEM幀 2.1.2GEMPort 2.1.3T-CONT 2.2GPON下行業(yè)務處理流程 2.2.1下行數(shù)據(jù)流廣播流程 2.2.2DownstreamGTC幀介紹 2.3GPON上行業(yè)務處理流程 2.3.1上行數(shù)據(jù)流的處理流程 2.3.2UpstreamGTC幀介紹 2.4GPONONU的激活和認證流程 3.1XG(S)-PON概述 3.2XGEM幀結(jié)構(gòu)簡介 3.3XG(S)-PON的幀簡介 3.3.1DownstreamPHY幀結(jié)構(gòu) 3.3.2UpstreamPHY幀結(jié)構(gòu) 3.4XG(S)-PONONU激活和認證流程 3.5從GPON向XG(S)-PON的平滑演進 4.1OMCC通道建立過程 4.1.1GPON建立OMCC的過程 4.1.2XG(S)-PON建立OMCC的過程 4.2OMCI協(xié)議消息簡介 4.3OMCI通用服務簡介 5.1DBA 5.2測距 5.3加密 5.4FEC 5.5GPON和XG(S)-PON的保護技術(shù) 6.1ODN網(wǎng)絡中的光功率損耗 6.2光模塊的光功率預算 7.1家庭用戶和企業(yè)專線的寬帶接入 7.2數(shù)字園區(qū)無源網(wǎng)絡覆蓋 7.3固定網(wǎng)絡和移動網(wǎng)絡的融合 1門（ITU-T）制定的一種高速無源光網(wǎng)絡技術(shù)。GPON網(wǎng)絡采用點對多點（P2MP）的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)來如圖1所示，GPON最初應用于網(wǎng)絡運營商的固定寬帶接入網(wǎng)（FixedBroadb景中，為家庭、企業(yè)等用戶提供高速的數(shù)據(jù)、語2聯(lián)網(wǎng)的興起，出現(xiàn)了數(shù)據(jù)業(yè)務傳輸?shù)男枨蟆Ｒ虼恕?000年前后，ADSL（Asymm成熟并進行商用。ADSL技術(shù)利用頻分復用技術(shù)，將銅線上傳輸信號的頻帶劃分為語音（0~4kHz）信道、上行數(shù)據(jù)（25～138kHz）信道和下行數(shù)中較高頻率的信道來傳輸數(shù)據(jù)業(yè)務，實現(xiàn)了固定寬帶接入網(wǎng)中語音與數(shù)據(jù)業(yè)務共存。ADSL又誕生了ADSL2和ADSL2+技術(shù)，提升了傳輸速率和信號質(zhì)量。●為了進一步提升傳輸速率，VDSL/VDSL2（Very-high-bit-rateDigitalSubsc3標準。這些技術(shù)在ADSL的基礎(chǔ)上不斷擴展用于傳輸數(shù)據(jù)如圖3所示，由于高頻信號在銅介質(zhì)中傳輸損耗嚴重，又存在強電磁干擾和串擾等問題，導致信號傳輸速率和有效傳輸距離互相制約，即無法同時滿足數(shù)據(jù)的長距離傳輸和高速率傳輸。這意味著，如果網(wǎng)絡運營商希望接入“最后一英里”的海量用戶，采用用戶部署大量xDSL接入設(shè)備，同時還需要鋪設(shè)大量銅線4如表1所示，相對于采用銅線接入的xDSL技術(shù)，采用光纖作為傳輸介質(zhì)的PO單模光纖理論帶寬達100THz，幾乎沒有僅在百米內(nèi)可以支持最高1Gbps速率，長最大有效傳輸距離小于5km，高頻信號衰易受電磁干擾和串擾（如VDSL2受無線電），光纖直徑小（約0.25mm），重量輕，無同一光纖可承載多波長（WDM技術(shù)受香農(nóng)定理限制，銅線信道容量受限于信如圖5所示，2010年前后國內(nèi)網(wǎng)絡運營商開始全面設(shè)備DSLAM（DigitalSubscriberL），），5Network，以太無源光網(wǎng)絡）兩種標準。在現(xiàn)網(wǎng)部署和發(fā)展過程中，這兩個技術(shù)路線的選擇不僅體署更多。隨著GPON產(chǎn)業(yè)鏈的完善，2010年后國內(nèi)GPON成為固定寬帶接入網(wǎng)另一種選擇。GPON的技術(shù)參數(shù)如表2所示，其技術(shù)價值主62003年3月發(fā)布G.984.1至2004年6月發(fā)布下行速率2.48832Gbps，上行速率1.24416Gbp），ONU和OLT之間的最大物理距離為10km或20km，通通過數(shù)據(jù)幀中攜帶的OAM開銷字段可以提供嚴約百兆級別。為滿足4K/8K視頻和VR/AR等如圖6所示，業(yè)界通常將GPON技術(shù)標準的演進分為三個階段：），7），進行濾波和解調(diào)，導致終端成本過高，未獲得運營商的認單波長來實現(xiàn)50Gbps下行速率，支持等各類用戶業(yè)務數(shù)據(jù)都被統(tǒng)一封裝成GEM（G如圖8所示，GEM幀包含GEM幀頭和GEM載荷兩個部分，其中GEM幀頭包含如下字段：）：8）：9\/承載組播業(yè)務的GEMPort可以被多個ONU接收。），如圖11所示，為了保證不同類型業(yè)務的帶寬需求，并為語音、視頻等業(yè)務提供可靠的QoS服務質(zhì)證帶寬（Non-AssuredBandwidth，NAB非保證帶寬屬于彈性帶寬資源，通過T-CONT保證帶寬之后，剩余的帶寬資源稱為盡力而為帶寬（T-CONT的類型，并合理指定各類帶寬），）：）：規(guī)劃的上行發(fā)送時隙。一個分配結(jié)構(gòu)中的詳細字Stop：表示分配給T-CONT可以發(fā)送上行數(shù)據(jù)的最晚時間。這個時間是以字節(jié)為\/UpstreamGTC幀的詳細結(jié)構(gòu)如圖15所示。）：）：），序列號和預配置的SN相同，即可通過認證。GPONONU的激活和認證流程如圖16所示，關(guān)鍵步驟如下：態(tài)（O1）。此時，ONU不能發(fā)送數(shù)據(jù)，需要先搜尋幀同步信息。當初始狀態(tài)下的ONU連續(xù)并進入待機狀態(tài)（O2）。待機狀態(tài)（O2）下，ONU已激活的ONU在這段“窗口時間”暫停上行數(shù)據(jù)發(fā)送。再向ONU發(fā)送一個攜帶序列號請求），(4)測距：按照步驟(3)中的方法，OLT先創(chuàng)造一段靜默的“窗口時間”，向ONU發(fā)送一個攜帶測距請求消息的下行幀，其中BWmap的Alloc-ID等于ONU-ID，告知處于測距狀態(tài)（O4）OLT可以根據(jù)需要與ONU建立業(yè)務的連接，ONU的上行突發(fā)數(shù)據(jù)可以在正確時隙發(fā)送，實如果校驗通過，則認證成功，ONU正常上線。如果認證方式為SN認證，只需要(3)中OLT接收到的序列號與預配置的序列號一致，就可以完成認除激活和認證過程所涉及的五種ONU狀態(tài)以外，ON），只有接收到恢復使能的Disable_S與上下行對稱的XGS-PON（ITU-TG.9807）兩個技術(shù)標準。術(shù)等方面與GPON高度相似，主要在一些技術(shù)規(guī)格和參數(shù)上存在差異。表4展示XG(S)-PON和上下行速率最大分光比1:128，現(xiàn)網(wǎng)實異機用Alloc-IDAlloc-ID，隱式分配給過這個Alloc-ID標識的用取值范圍為0～4095，均可用幀1則表示為最后一個分片或者是一個完整的未分片幀。如果取GPON系統(tǒng)中傳輸?shù)腉TC幀只需GTC適配和GTC成幀兩個子層處）：每個分配結(jié)構(gòu)都對應著為一個T-CONT規(guī)劃的上StartTime：標識T-CONT中數(shù)據(jù)在上）：●PSync（PhysicalS）：PON-ID可以用于報告XG(S)-PON接口的發(fā)射功率和ODN光功率預算類型。（AllocationOverhea在于激活和認證流程中PLOAM消息類型和ONU狀態(tài)機不同。(4)測距：按照步驟(3)中的方法，OLT先創(chuàng)造一段靜默的“窗口時間”，向ONU發(fā)送一個攜帶測距請求消息的下行幀，其中BWmap的Alloc-ID等于ONU-ID，告知處于測距狀態(tài)（O4）●當處于操作狀態(tài)（O5）的ONUXG(S)-PON接口由●XG(S)-PONONU的六種狀態(tài)遷移如圖23此時即可實現(xiàn)最大程度復用現(xiàn)網(wǎng)的效果。由于引入WD同時增加部分器件成本。業(yè)界也有將外置WDM1r波分復用模塊直接集成到XG(S)-P的過程同步。GPON標準和XG(S)-PON標準中的OMCC建立過(1)在ONU激活過程中，當OLT通過Assign_ONU-IDPLOAM為ONU分配一個未被占用的和XG(S)-PON系統(tǒng)可以自由選擇使用BaselineOM初始化后OLT和ONU之間的配置更新和協(xié)商。詳細的OMCI協(xié)議消息格式如圖27所示。通過不同類型的OMCI協(xié)議消息可以完成對ONU的各類配置和管理操作。）：）：第7bit為AcknowledgeRequest，指示該OMCI協(xié)議消4實體實例。OMCI通過操作管理實體實例來689來同步MIB，并告知OLT該ONU的硬件息AVC（Attribute）：）：）：）：OMCI消息僅保留了四字節(jié)的CRC校驗碼。●其次，在帶寬空閑的情況下，一DBA有SR-DBA（StatusReportingDBA，基于狀態(tài)報告的DBA）和NSR要求OLT具備實時動態(tài)計算能力，OLT的需要在上行GTC幀中攜帶DBRu字段和GTC幀中無需DBRu字段和DBA報告，開ONU支持AES-128加密算法。以XG(S)-PON技術(shù)標準中的單播數(shù)據(jù)加密為(1)OLT可以按周期等因素來判斷是否需要更換數(shù)據(jù)加密的密鑰。需要(3)OLT接收到Key_Report（NewKey）P(5)后續(xù)OLT和ONU之間轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀時，根據(jù)新密鑰對數(shù)據(jù)載荷進行加密和解密。碼對比如表7所示。●●255字節(jié)的碼字由239個數(shù)據(jù)字節(jié)和16●●248字節(jié)的碼字由216個數(shù)據(jù)字節(jié)和32●●255字節(jié)的碼字由239個數(shù)據(jù)字節(jié)和16●●248字節(jié)的碼字由232個數(shù)據(jù)字節(jié)和16出現(xiàn)故障時，業(yè)務流量可以在50ms內(nèi)完成切換：光信號在光纖中的損耗會隨著傳輸距離和分光比增加而增大。此時，由于光功率損耗過大，ONU等異常問題。另一方面，如果ONU和OLT距收端的光模塊過載。因此，需要規(guī)劃和計算光信號的損耗和網(wǎng)絡中光模塊的光功率如圖34所示，在ODN網(wǎng)絡的主要光損耗包括：和入戶光纖部分可能采用G.657系列分光器的插入損耗(dB)=10log10(N)+器件的附加損耗，其中8所示，預算減去損耗需大于一定余量（如3dB）才能滿足PON網(wǎng)絡傳輸?shù)男枨蟆PON和XG(S)-PON標準中定義了光模塊類型和光預算信息如最小發(fā)射光最大接收靈允許的最大光功率損耗最大發(fā)射光最小過載光允許的最小光功率損耗如圖35所示，在運營商的固定寬帶接入網(wǎng)絡中