GPON工作原理

1. 数据传输过程

在下行方向，GPON是一个点到多点的网络。OLT以广播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»每个ONU收到全部的数据流，然后根据ONU的媒质接入 控制(MAC)地址取出特定的数据包，如图所示。 在上行方向，多个ONU共享干线信道容量和信道资源。由于无源光合路器的方向属性, 从ONU来的数据帧只能到达OLT,而不能到达其他ONU«从这一点上来说，上行方向的 GPON网络就如同一个点到点的网络。然而，不同于其他的点到点网络，来自不同ONU的 数据帧可能会发生数据冲突。因此，在上行方向ONU需要一些仲裁机制来避免数据冲突和 公平的分配信道资源。一般GPON系统的上行接入采用TDMA方式，将不同ONU的数据帧 插入到不同的时隙发送至OLT,如图所示。

2. GTC帧结构

1. GTC下行帧结构

GTC下行帧结构如图所示。对于下行速率为1.244 16Gbit/s和2.488 32Gbit/s的数据 流，帧长均为125|iso因此，1.244 16Gbit/s系统的帧长为19 440字节，而2.488 32Gbit/s系统 的帧长为38 880字节，但PCBd的长度都是相同的，并与每帧中分配结构的数目有关。

所有域的发送顺序从最高比特位开始，如OxFO表示从1开始发送，在0结束。下行帧使 用帧同步扰码多项式x7+x6+l进行扰码。下行数据与扰码器的输出进行模二加计算。计算扰码 多项式的移位寄存器在PCBdPsync域后的第一个比特置为全1,直至下行帧的最后一个比特。

下行帧结构的PCBd结构如图所示,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，并根据其相关信息进行相应操作。 物理同步(Psync)域位于PCBd的起始位置，长度固定为32比特。ONU可利用Psync 来确定帧起始位置。Ident域有4个字节，用于指示更大的帧结构。Ident域中的低30比特为计数器，每帧的 Ident计数值比前一帧大1,当计数器达到最大值后，下一帧置为零。PLOAMd域用来携带下行PLOAM消息，PLOAMa域长13字节。
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(如果有的话)。下行净荷长度（Plend）域指定上行带宽映射（USBWMap）的长度。为了保证健壮性和 防止错误，Plend域传送两次。带宽映射长度（Bien）由Plend域的前12比特指定，这将125” 时间周期内能够被授权分配的数目限制在4 095。US BWMap的字节长度为8xBlen。
上行带宽映射（USBWMap）是8字节分配结构的向量数组。数组中的每个入口代表分 配给某个特定T-CONT的一个带宽。US BW Map中入口的数量由Plend域指定。

2. GTC上行帧结构

GTC上行帧结构如图所示。各种速率下的上行帧长度和下行帧长度相同。每帧包 括一个或多个ONU的传输。USBWMap指示了这些传输的组织方式。在每个分配时期，在 OLT的控制下,ONU能够传送1〜4种类型的PON开销和用户数据。这4种开销类型分别是: 物理层开销（PLOu）；上行物理层运行、管理和维护（PLOAMQ、上行功率控制序列（PLSQ 和上行动态带宽报告（DBRu）。 上行物理层开销PLOu数据包括物理层开销（前导码和定界符）以及相应ONU的3个数 据区域。PLOU由GTC层产生，前导码和定界符由OLT在上行开销信息中规定。PLOu在ONU 突发发送开始时进行发送。为了维护ONU的连接性,OLT应尽量以最小时间间隔向每个ONU 分配上行传输时间，该时间间隔由ONU的业务参数决定。
PLOAMu域长13字节，包含了 PLOAM消息。当分配结构中Flags域指示进行发送时， 该域进行发送。
上行功率调节序列（PLSQ域长度为120字节，ONU用来进行功率控制测量。该功能通 过调整ONU功率电平来减小OLT光动态范围。PLS”域的内容由ONU根据自身情况在本地 设置。当分配结构中Flag域指示进行发送时，该域进行发送。
上行动态带宽报告（DBRQ包含与T-CONT实体相关的信息。当分配结构中Flag域指 示进行发送时，该域进行发送。DBA域包含T-CONT的业务量状态，为此预留了一个8比特、 16比特或32比特的区域。该域的带宽要求编码（即等待信元/帧到数量的映射）。为了维持 定界，即使ONU不支持DBA模式也必须发送正确长度的DBA域。

3. ONU激活方法

ONU激活过程包括：OLT传送工作参数到ONU；测量OLT和每个ONU间的逻辑距离;
确定下行和上行通信信道。测量OLT和每个ONU间的逻辑距离称为测距过程。GPON使用 带内方法为每个工作的ONU测量传输延迟。当对新的ONU测距时，工作的ONU必须临时 延迟传输，以打开一个测距窗口。该测距窗口与新加入系统的ONU的距离有关。
ONU的激活过程由OLT控制，其主要步骤如下：ONU通过Upstream Overhead信息接 收PON工作参数；ONU根据接收到的工作参数调整自己的参数（如发送光功率等级）；OLT 通过序列号获得程序发现新的ONU序列号；OLT分配一个ONU-ID给新发现的ONU； OLT 测量新的ONU的平均时延；OLT将平均时延传送给ONU； ONU根据平均时延调整它的上 行帧发送开始时间。
以上激活过程是通过交互上、下行标记（Flag）以及PLOAM信息来完成的。在正常工 作状态下，所有接收帧的相位都被监测，从而使平均时延根据实际情况进行更新。
1.序列号获取流程
序列号获取流程如图所示。首先OLT暂停对上行带宽的授权，从而产生一个静止 期。等待一段测距延时之后，OLT发送序列号请求。处于序列号状态（03）的0NU接收到 序列号请求后等待一段序列号响应时间，再发送响应消息。OLT收到响应消息后发送分配 ONU-ID消息，0NU进入测距状态（04）。 因为在03状态下,OLT发送的序列号请求消息是广播给所有0NU的，因此响应的0NU 可能不止1个。那么OLT接收到的响应消息就可能是多个0NU响应消息的叠加，这样OLT 就不能正确识别这些消息。为此需要釆用随机时延来解决这个问题。
在随机时延方法中，在发送序列号之前ONU产生一个随机数，该随机数与时延单位相 乘就得出随机时延。所有速率下的时延单位都是32字节。随机时延必需是时延单位的整数倍。 每发送一次序列号之后，ONU就产生一个新的随机数，从而避免了冲突的发生。随机时延值 的范围是0〜48卜。该范围是从最早可能的发送开始（零时延）到最晚可能的发送结束（包 括ONU内部处理时延和上行突发持续时间）。
2.测距过程
测距过程如图所示。首先OLT产生一个静止时段，之后OLT给所有ONU发送测 距请求消息。ONU接收到测距请求消息后等待测距响应时间，然后再发送序列号响应消息。 OLT接收到序列号响应消息后发送分配测距时间消息，ONU接收到分配测距时间消息后进 入运行状态（05）。