千兆无源光网络（GPON）的基本原理

GPON是“千兆无源光网络”的缩写，其相关标准由ITU-T组织制定的G.984.1至G.984.6系列标准来定义。千兆无源光网络可以传输ATM、TDM（包括PSTN、ISDN、E1和E3等接口）以及以太网数据。GPON的网络架构与FTTx架构类似，具体结构如下所示。上图1展示的是从OLT出发的单一光纤，该光纤最终连接到无源光分路器上。该分路器的位置靠近用户端。所谓“无源”，意味着该分路器不需要任何电源来运行。光分路器的作用是将光信号分成多个独立的路径，分别传输给各个用户。其分路范围通常在2到128之间。在光分路器的这一部分，每对用户端都有一条单模光纤。典型的GBON架构如下所示：图2展示了两种多路复用机制。

1. 在下游方向：它描述了从OLT到用户的多路复用机制。这意味着数据是以广播的方式传输的。此外，该机制还支持加密功能（采用AES算法），从而防止数据被窃听。
2. 在上游方向：它描述了从用户到OLT的复用机制。这种机制使得数据包能够以TDMA的方式被传输。

GBON建筑风格GPON的关键技术：

• ONU标识符（ONU-ID）：ONU标识符被定义为一个8位的标识符。其主要作用是在ONU通过PLOAM消息进行激活时，由OLT为ONU分配一个8位的编号。当ONU处于关机或禁用状态的情况下，其ID仍然保持唯一性。
• 分配标识符（ALLOC_ID）：ONU标识符被定义为一个12位的标识符。它给每个ONU分配一个12位的编号。该标识符用于标识那些负责传输数据的设备，这些设备也被称为T-CONT。
• 传输容器（T-CONT）：传输容器（T-CONT）是一种光网络单元，它被用来表示一组逻辑连接，这些连接看起来就像是一个单一的实体。采用这种表示方式的目的，是为了在PON上实现带宽的分配。例如，在给定的光网络单元中，所支持的T-CONT的数量是固定的。为了激活某个T-CONT实例，OLT需要通过PLOAM消息来建立T-CONT之间的映射关系。

可以分配给用户的五种T-CONT类型如下：

• 类型1 –它被用于高延迟要求的场景中，比如VOIP等需要高精度延迟的服务中。它拥有较高的带宽利用率，非常适合那些对延迟要求很高的服务。
• 2型与3型——它的主要用途在于那些需要更高优先级处理的视频服务和数据服务中。
• 类型4 –这被定义为“尽力而为”的时间，它被用于诸如互联网之类的数据服务中。
• 类型5 –它被定义为混合类型，因为它包含了所有带宽类型以及所有类型的传输服务。

动态带宽分配（Dynamic Bandwidth Allocation, DBA）：光网络单元的主要职责是负责为其他光网络单元分配上行带宽。 如果它们是在随机的时间被传输的，那么它们之间也可能会发生碰撞。 各个ONU的地理位置可能相距不同，因此，每个ONU之间的传输延迟也是不同的。 为了测量上行传输的时间间隔，通常会使用“授权”机制来分配带宽。动态带宽分配（DBA）是一种方法，它允许用户根据当前的流量需求来快速分配带宽。 它能够处理突发的上行流量。 此外，DBA的上游时间槽可以根据上游的流量情况进行调节，以适应用户的需求。GPON传输汇聚层：GPON传输汇聚层用于指定媒体访问控制协议、运维管理流程以及信息加密方式。图3展示了下行和上行方向的GTC帧结构。该层还包括物理控制块（PCB）以及GTC有效载荷部分。在GPON传输汇聚层中，下行方向的GTC帧为PON提供了共同的时间基准。同时，它也为上行方向提供了共同的控制信号。