GPON帧结构分析.docx
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GPON帧结构分析
GPON帧结构分析
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1前言
GPON(Gigabit-CapablePON)技术是基于ITU-TG.984.x标准的最新一代宽带无源光综合接入标准,具有高带宽,高效率,大覆盖范围,用户接口丰富等众多优点,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。
正是GPON高带宽,高效率,用户接口丰富等特点决定了GPON技术的数据帧组织形式及其结构,下面我们将对相关内容进行介绍。
1.1缩略语
GPON
GigabitPassiveOpticalNetwork
吉比特无源光
Alloc-ID
AllocationIdentifier
分配标识符
DBA
DynamicBandwidthAssignment
动态带宽分配
GEM
GPONEncapsulationMethod
GPON封装模式
GTC
GPONTransmissionConvergence
GPON传输汇聚
PCBd
PhysicalControlBlockdownstream
下行物理控制块
PLOu
PhysicalLayerOverheadupstream
上行物理层开销
T-CONT
TransmissionContainer
传输容器
2技术背景
近年来随着接入网光进铜退、FTTH等概念的深入,相应的GPON、EPON等技术得到了广泛的应用,GPON相比EPON拥有更高带宽、更高效率、接入业务多样等优势,受到了业内的广泛关注,近两年GPON的大规模应用也印证了GPON技术会有广阔的明天。
GPON技术主要有如下几种传输标准:
0.15552Gbps上行1.24416Gbps下行
0.62208Gbps上行1.24416Gbps下行
1.24416Gbps上行1.24416Gbps下行
0.15552Gbps上行2.48832Gbps下行
0.62208Gbps上行2.48832Gbps下行
1.24416Gbps上行2.48832Gbps下行
2.48832Gbps上行2.48832Gbps下行
其中1.24416Gbps上行2.48832Gbps下行是目前最常用的GPON传输速率,本文介绍的GPON成帧技术也是基于该传输速率标准的。
3GTC成帧技术分析
3.1GTC成帧概述
GTC上、下行帧结构示意如图1所示。
下行GTC帧由下行物理控制块(PCBd)和GTC净荷部分组成。
上行GTC帧由多个突发(burst)组成。
每个上行突发由上行物理层开销(PLOu)以及一个或多个与特定Alloc-ID关联的带宽分配时隙组成。
下行GTC帧提供了PON公共时间参考和上行突发在上行帧中的位置进行媒质接入控制。
本文主要介绍了下行速率为2.48832Gbit/s,上行速率为1.24416Gbit/s的GPON成帧技术,下行帧长为125us,即38880字节,上行帧长为125us,即19440字节。
图1GTC帧结构
3.2GTC下行成帧分析
3.2.1下行物理控制块(PCBd)
图2下行物理控制块结构
下行物理控制块(PCBd)结构如图2所示,PCBd由多个域组成。
OLT以广播方式发送PCBd,每个ONU均接收完整的PCBd信息,并根据其中的信息进行相应操作。
✓物理同步(Psync)域
固定长度为32字节,编码为0xB6AB31E0,ONU利用Psync来确定下行帧的起始位置。
✓Ident域
4字节的IDENT域用于指示更大的帧结构。
最高的1比特用于指示下行FEC状态,低30位比特为复帧计数器。
✓PLOAMd域
携带下行PLOAM消息,用于完成ONU激活、OMCC建立、加密配置、密钥管理和告警通知等PONTC层管理功能。
详细的各个PLOAM消息介绍本文不涉及。
✓BIP域
BIP域长8比特,携带的比特间插奇偶校验信息覆盖了所有传输字节,但不包括FEC校验位(如果有)。
在完成FEC纠错后(如果支持),接收端应计算前一个BIP域之后所有接收到字节的比特间插奇偶校验值,但不应覆盖FEC校验位(如果有),并与接收到的BIP值进行比较,从而测量链路上的差错数量。
✓下行净荷长度(Plend)域
下行净荷长度域指定了带宽映射(Bwmap)的长度,结构如图3所示。
为了保证健壮性,Plend域传送两次。
带宽映射长度(Blen)由Plend域的前12比特指定,因此在125μs时间周期内最多能够分配4095个带宽授权。
BWmap的长度为8×Blen字节。
Plend域中紧跟Blen的12比特用于指定ATM块的长度(Alen),本文只介绍GEM模式进行数据传输的方法,ATM模式不涉及,Alen域应置为全0。
图3Plend域结构
✓BWmap域
带宽映射(BWmap)是8字节分配结构的向量数组。
数组中的每个条目代表分配给某个特定T-CONT的带宽。
映射表中条目的数量由Plend域指定。
每个条目的格式见图4。
图4Bwmap域示意图
●Alloc-ID域
Alloc-ID域为12比特,用于指示带宽分配的接收者,即特定的T-CONT或ONU的上行OMCC通道。
这12个比特无固定结构,但必须遵循一定规则。
首先,Alloc-ID值0~253用于直接标识ONU。
在测距过程中,ONU的第一个Alloc-ID应在该范围内分配。
ONU的第一个Alloc-ID是默认值,等于ONU-ID(ONU-ID在PLOAM消息中使用),用于承载PLOAM和OMCI,可选用于承载用户数据流。
如果ONU需要更多的Alloc_ID值,则将会从255以上的ID值中分配。
Alloc-ID=254是ONU激活阶段使用Alloc-ID,用于发现未知的ONU,Alloc-ID=255是未分配的Alloc-ID,用于指示没有T-CONT能使用相关分配结构。
●Flags域
Flags域为12比特,包含4个独立的与上行传输功能相关的指示符,用于指示上行突发的部分功能结构。
Bit11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
Bit0
ØBit11(MSB):
发送功率等级序号(PLSu)。
ØBit10:
指示上行突发是否携带PLOAMu域
ØBit9:
指示上行突发是否使用FEC功能
ØBit8Bit7:
指示上行突发如何发送DBRu。
00:
不发送DBRu
01:
发送“模式0”DBRu(2字节)
10:
发送“模式1”DBRu(3字节)
11:
发送“模式2”DBRu(5字节)
ØBit6-0:
预留
●StartTime域
StartTime域长16bit,用于指示带宽分配时隙的开始时间。
该时间以字节为单位,在上行GTC帧中从0开始,并且限制上行帧的大小不超过65536字节,可满足2.488Gb/s的上行速率要求。
●StopTime域
StopTime域长16bit,用于指示带宽分配时隙的结束时间。
该时间以字节为单位,在上行GTC帧中从0开始。
StopTime域指示了该带宽分配时隙的最后一个有效数据字节。
3.2.2TC净荷域
BWmap域之后是GTC净荷域。
GTC净荷域由一系列GEM帧组成。
GEM净荷域的长度等于GTC帧长减去PCBd长度。
ONU根据GEM帧头中携带的12比特Port-ID值过滤下行GEM帧。
ONU经过配置后可识别出属于自己的Port-ID,只接收属于自己的GEM帧并将其送到GEM客户端处理进程作进一步处理。
注意,可把Port-ID配置为从属于PON中的多个ONU,并利用该Port-ID来传递组播流。
GEM方式下应使用唯一一个Port-ID传递组播业务,可选支持使用多个Port-ID来传递。
ONU支持组播的方式由OLT通过OMCI接口发现和识别。
3.3GTC上行成帧分析
3.3.1上行帧结构开销
图5上行帧结构
上行突发GTC帧结构如图5所示,每个上行传输突发由上行物理层开销(PLOu)以及与Alloc-ID对应的一个或多个带宽分配时隙组成。
下行帧中的BWmap信息指示了传输突发在帧中的位置范围以及带宽分配时隙在突发中的位置。
每个分配时隙由下行帧中BWmap特定的带宽分配结构控制。
1.上行物理层开销(PLOu)
上行物理层开销如图6所示,PLOu字节在StartTime指针指示的时间点之前发送。
图6上行物理层开销(PLOu)域
∙Preamble、Delimiter:
前导字段、帧定界符根据OLT发送的Upstream_Overhead消息和Extended_Burst_Length消息指示生成。
∙BIP:
该字段对前后两帧BIP字段之间的所有字节(不包括前导和定界)做奇偶校验,用于误码监测
∙ONU_id:
该字段唯一指示当前发送上行数据的ONU-ID,ONU-ID在测距过程中配给ONU。
OLT通过比较ONU-ID域值和带宽分配记录来确认当前发送的ONU是否正确。
∙Ind:
该域向OLT报告ONU的实时数据状态,各比特位功能所示如下:
Bit位
功能
7(MSB)
紧急的PLOAM等待发送(1=PLOAM等待发送,0=无PLOAM等待)
6
FEC状态(1=FEC打开,0=FEC关闭)
5
RDI状态(1=错误,0=正确)
4
预留,不使用
3
预留,不使用
2
预留,不使用
1
预留,不使用
0(LSB)
预留给将来使用。
2.物理层OAM(PLOAM)
物理层OAM(PLOAM)消息通道用于OLT和ONU之间承载OAM功能的消息,消息长度固定为13字节,下行方向由OLT发送至ONU,上行方向由ONU发送至OLT。
用于支持PONTC层管理功能,包括ONU激活、OMCC建立、加密配置、密钥管理和告警通知等。
PLOAM消息仅在默认的Alloc-ID的分配时隙中传输,详细的各个PLOAM消息介绍本文不涉及。
3.上行动态带宽报告(DBRu)
DBRu用于上报T-CONT的状态,为了给下一次申请带宽,完成ONU的动态带宽分配。
但不是每帧都有,当BWmap的分配结构中相关Flags置1时,发送DBRu域。
DBRu字段由DBA域和CRC域构成,如下图所示:
∙DBA域
根据带宽分配结构要求的DBA报告模式不同,DBA域预留8bit、16bit或32bit的域。
必需注意的是,为了维护定界,即使OLT要求的DBA模式已经被废除或者ONU不支持该DBA模式,ONU也必须发送长度正确的DBA域。
∙CRC域
用于完成对DBRu域的CRC校验。
3.3.2GTC净荷域
GTC数据净荷,可以是数据GEM帧,也可以是DBA状态报告。
净荷长度等于分配时隙长度减去开销长度。
1、GEM帧:
由符合GEM格式的数据帧构成。
图7GEM方式数据帧构成
2、DBA报告:
包含来自ONU固定长度的DBA报告,用于ONU的带宽申请和报告。
图8动态带宽报告帧构成
3.4OLT与ONU的定时关系
3.4.1概述
本文中只介绍ONU处于O5状态的上下行帧交互过程中OLT与ONU的定时关系,下面提供几个定义:
✓下
- 配套讲稿:
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- GPON 结构 分析