深圳市互邦信息服务有限公司
摘要：基于GPON技术的小区宽带接入，无论是在FTTX的设备投资，还是在宽带速率方面，都能给用户提供更为方便、快捷、高效的个性化服务体验。GPON的网络结构、数据传输原理及关键技术的基础上，详细给出了GPON网络的设计过程中的用户带宽和传输衰减预算方法，因此，GPON技术在宽带建设上能够在性能和成本上体现双重优势。
关键词：GPON；宽带；分析
一、前言
GPON是采用ITU-TG.984系列标准，它规定了GPON的物理层、TC层以及OAM的相关功能，在制定GPON标准时考虑了对传统TDM业务的支持，因此继续采用125s固定帧结构，可以保持8K定时延续[30]。为了更好的支持ATM等多协议，GPON采取了一种全新的封装结构GEM，即（GPONencapsulationmethod），可以混合封装ATM和其它协议的数据。
宽带（broadband）是相对传统拨号上网而言，在技术层面上讲宽带是指在同一种传输介质下，一般是拨号上网速率的上限56kbit／S为分界，将56kbit／S及其以下的接入称为“窄带”，之上的接入方式则归类于“宽带”。
宽带在基本电子和电子通信上，是描述电子线路包含或者是能够同时处理较宽的频率范围，宽带是一种相对的描述方式，频率的范围愈大，也就是带宽愈高时，能够发送的数ｆｅ也相对增加，譬如说在无线电通信上，频车范围比较窄的通讯只能发送摩尔斯电码，发送高质量的音乐就需要较大的带宽。电视天线的宽带代表能够接收数量较多的频道，在数据发送方面，同样是以电话线作为信号传递的介质，光纤电缆则愈来愈普及，调制解调器只能够每秒钟发送64kbit／S的数据，宽带的ADSL和光纤调制解调器设备能够提供更高的发送速率。
宽带网络又可以分为宽带传输网、交换网和接入网。从狭义的角度理解，接入网（accessnetwork）是为通信信息业务提供所需的实施系统，由一系列的传送实体组成，其传送的是业务节点接口和用户网络接口之间的信息。从广义的角度理解，接入网指的是能传送语音、数据、视像等多种业务的通信手段，包括有线通信、无线通信、通信广播、移动通信等的全业务接入网。
二、GPON的结构和工作原理
1.GPON系统结构
GPON系统是由PON系统衍生而来，故此GPON主要还是由ONU、OLT和无源光分配单元组成。其网络结构如图1所示。OLT设备作为网络中的核心设备具有网络维护管理、分配带宽、对下挂设备进行管理、监控网络的功能。其为接入网提供了核心网与用户直接的连接接口，通过OND与每个ONU进行联系。ONU则提供了对数据、语音、视频流等多种业务的用户侧的ODN接口。主要由OLT对其进行管理与控制。GPON系统的分光比一般为1：16、1:32、1:64几种。不过随着光模块的不断发展其支持的分光比将能达到1:128，甚至更高。在一根细细的光纤上，GPON使用WDM技术实现了高速的双工双向传输。根据具体情况的需要还可以通过PON保护结构系统提高传统的树形网络拓扑的网络适应性和安全性。
2.GPON的工作原理
2.1GPON的数据传输模式
GPON采用单纤双向传输，即在单芯光纤上采用波分复用（WDM）技术，将上下行数据流分别在不同的光波长传输，其中下行采用1490nm光波长，上行采用1310nm光波长，1550nm光波长用于CATV模拟和数字电视的下行传输（可选）。
GPON下行的数据流采用广播方式传输，实现了下行2.488Gbps的传输速率。OLT以广播的方式将由数据包组成的帧经由无源光分路器发送到各个ONU/ONT，每个ONU/ONT收到全部的数据流，然后根据ONU/ONT的MAC地址取出属于自己的数据包，丢弃不属于自己的数据包。
GPON上行的数据流采用时分多址（TDMA）方式，上行汇聚速率为上行1.244Gbps。GPON把上行的时间分成许多的时隙，不同的ONU/ONT分配不同的时隙，每个ONU/ONT分配得到的时隙长度（即带宽）根据业务的优先级而定。各ONU/ONT轮流发送上行数据，每个时间点光纤上只能有一个ONU/ONT发送上行信号，以防不同用户数据帧在分光器处发生碰撞。各个ONU/ONT发送的上行信息流通过光分路器耦合进主干光缆的一根光纤中，以TDM的方式复合成一个连续数据帧。由于每个ONU/ONT到OLT的距离各不相同，且数据速率非常高，在分配时隙时OLT通过测距技术了考虑各ONU之间的细微的时延差。
图1GPON系统结构图
3.GPON的基本类型划分及特点
3.1类型的划分
GPON相关终端产品与EPON基本类似,主要分为三种:
(1)SFU/SBU型ONU：ONU通过下行光纤分光器直接与PON口相连，每用户与ONU一一对应。上行数据业务采用GE或FE接口。成本费用较高，但安全性较好，适合于高端用户和商业用户。
(2)MDU（LAN）型ONU：每个ONU连接几个或者几十个终端用户，上行数据业务采用FE上行口，能为用户提供较大的带宽接入服务，此类ONU主要面向采用FTTB接入方式的分布集中的新建小区或者中高端小区。
(3)MDU（DSL）型ONU：每个ONU连接几十个至上百个终端用户，上行数据业务通过电缆传输。为用户提供ADSL/ADSL2+等速率的接入服务，此类ONU主要应用于采用FTTC接入方式的分布集中的中低端住宅小区、工厂厂区。
3.2各种GPON分类的特点
各种GPON分类的特点
(1)前所未有的高带宽。面对日益增长的宽带带宽需求GPON最高的2.5G速率完全能满足现有的各种业务需求，并且GPON对于非对称的数据业务能够提供更好的业务支持。(2)QoS保证的全业务接入。GPON支持更好的全业务接入和QOS保证，能同时承载GEM或ATM网络单元。特别是对ATM承载的语音业务、PDH业务、以太网等多种业务的技术支持已经相当完善。使用GEM承载的各类业务与数据支持也已经被广泛应用于各领域，客户对相关业务的反馈也相当不错。
(3)很好地支持TDM业务。在GEM帧中映射传输TDM业务时GPONTC帧的长度为125微米，所以能直接提供对TDM业务的服务。另外也能通过ATM映射传输，并能很好的提供QOS的实时传输的保障。
(4)适配封装的高效简易特性：采用了GEM封装实现了简单高效的封装方式。各类多业务流（包括数据、语音等业务流）在APON中都需要进行相应的协议转化，然后通过ATM的映射单元中传送。大家都知道。ATM头中的5个11byte相对于48byte的数据而言有超过十分之一的宽带损失掉了。对于比较长的分组数据，其封装复杂，效率更低。在EPON系统中，虽然实现简单，直接通过以太网帧实现业务承载，但其线路的编码8B/10B本身就已经产生了百分之二十以上的带宽占用，再算上对以太网帧的各种开销和封装，EPON相对于GPON带宽利用率低将近百分十三十。同时，在传输TDM相关的业务过程中，涉及到将其通过协议转换向以太网帧的映射过程。对于这些技术还没有统一的规定和标准。GPON提供了非常灵活多变的GEM帧封装。提供对不定长和定长等各类帧的快速封装和对多种业务的直接通用映射，无需各种协议转换过程。实现了过程简单、网络开销小、封装效率高等特点，从而充分的利用率珍贵的网络资源。
(5)强大的OAM能力。GPON的设计规范完全从消费者和运营商的运用、维护以及管理角度出发，特别是针对以太网系统在性能监测和网络管理等方面的不足之处提供了三种OAM通道方式：嵌入的OAM通道、PLOAM和OMCI。通过各种通道方式的应用形成了控制/管理平面。C/Mplane可以对不同的业务信息进行对应的OAM功能管理。GPON还完全兼容G.983中关于AOM的相关协议规则，实现了对业务管理的多样化和电信运营商级的网络监控检测能力。
(6)技术的相对复杂特性：GPON通过以技术和设备的复杂性为代价对多业务提供了完善的QOS保证和强大的OAM。故此其设备成本相对较高。不过随着GPON技术的大规模应用和普及，各设备厂商的大力开发设计，相信不久的将来GPON设备的成本一定会大大的降低。
4.GPON的关键技术
GPON系统的主要关键技术包含动态带宽分配（DBA）、TDM时钟同步等。
GPON有两种带宽分配算法，分别为静态带宽分配（SBA）和动态带宽分配（DAB）算法，现在都使用后者。动态带宽分配是OLT根据不同的业务类型，采用基于优先级和SLA的双重管理模式，能有效地保证用户高优先级业务（如TDM业务）的低时延要求和用户的最小指定带宽需求，给各个ONU及内部各不同业务动态地分配不同的带宽，全面保障各种业务的OoS。优良的DBA算法可以使得GPON上行带宽得到更充分的利用，并且能使网络可以承载更多的ONU。
GPON相比EPON的优点是它能透明兼容多种数据格式业务的传输。在GPON协议中，专门定义了网络的数据帧封装方法GEM，怎样在GEM帧上有效承载TDM业务（如E1、T1）并提供电信级的QoS是GPON的重要关键技术，TDM时钟同步是为了在GPON网络中实现传统的TDM业务承载的关键。
三、结语
GPON作为是一种构建于无源光分配网络之上的宽带接入技术,它将以太网技术和高速光传输技术结合起来,实现语音、数据、视频多业务、租用电路的综合接入,集中了当前众多网络技术优点,同时克服了的固有缺点,提供了强大的网管功能,因此可以说是一种优秀的宽带接入技术,是适应未来多元化业务的发展需求的技术。GPON强大的数据承载能力，有效的数据封装方式，比EPON更高的速率和带宽利用率，更强的QoS保证，使得在同一代网络上实现数据、VoIP语音、IPTV、甚至有线电视等综合业务成为了可能，是当今家庭和商业大楼宽带接入的重要手段。
参考文献：
1.EPON技术在小区接入网建设中的应用与研究_郭屹
2.EPON技术在小区宽带接入网的应用研究_傅立海
3.GPON接入网组网设计及实现_朱长奎
4.基于GPON的小区宽带接入设计_刘东洋