GTC层在光通信中应用

为克服ATM承载IP业务开销大的缺点，GPON釆用新的传输协议GEM （GPON封装方 法），该协议能完成对高层多样性业务的适配，包括ATM业务、TDM业务及IP/以太网业务, 对多样性业务的适配是高效透明的，同时该协议支持多路复用，动态带宽分配等OAM机制。 GEM的帧结构如下表所示。

PDU长度指示	端口标识符	分段指示符	保留	帧头错误校验	分段载荷
(16bit)	(12bit)	(2bit)	(2bit)	(16bit)	(L)

GEM的提出源于GFP (G.7041)通用成帧的思想，同时考虑到PON网络多ONU、多端 口复用的情况，引入了端口标识符。从ONU的一个业务端口来看，它存在着与OLT的一个 点到点的连接，由端口标识符给出。

在引入了 GEM之后，GPON具备了高效完善的GTC层功能，G984.3建议的GPONTC 层(GTC)的协议分层模型如图3-8所示。

图3-8中，物理层OAM (PLOAM, Physical Layer OAM)用于物理层的操作、管理和维 护，G.984.3定义了 19种下行PLOAM信息，9种上行PLOAM信息，可实现ONU的注册及 ID分配、测距、端口标识符的分配、虚拟通道标识(VCL Virtual Channel Identifier) /虚拟 通路标识(VPL Virtual Path Identifier).数据加密、状态检测、误码率监视等功能。OMCI 提供了另一种OAM服务，它高于ATM和GFP适配子层，它用于识别VCI/VPI和端口标识 符，并完成OMCI通道数据与高层实体的交换。OMCI信息可封装在ATM信元或GEM帧中 进行传输，取决于ONU提供的接口类型。GTC成帔子层完成对ATM信元及GEM帧的进一 步封装，使得GPON具备更完善的0AM功能。

另一方面，GTC层由管理用户传输流量、安全、OAM功能的控制/管理平面(C/M平面) 和承载用户流量的用户平面(U平面)组成。

GTC层的控制/管理平面包括3个部分：内嵌的OAM块、PLOAM和OMCI光网络终端 管理与控制接口，如图3-9所示。内嵌的OAM和PLOAM负责管理物理层和GTC层的功能, OMCI提供对高层（与承载业务相关）的统一管理。

内嵌的OAM信道由GTC帧头部的域格式规定。该信道功能包括：上行带宽授权、密钥 切换指示和动态带宽分配（DBA）信息报告。由于采用OAM信息直接映射到帧中的相应域, 保证了控制信息的传送与处理的实时性。
PLOAM信道是一个格式化的消息系统，在GTC帧中占据专有空间，其功能包括：传送 物理层和TC层中不通过OAM信道传送的所有信息，通过消息交互方式实现，因此是实时 性低于嵌入OAM通道的低时筵信道。
OMCI信道用来管理比GTC更高层定义的服务，包括ONU可实现的功能集、传输容器 （「CONT）业务种类与数量、QoS参数协商等参数，是实现GPON网络集中业务管理的信令传 输通道，通过ATM或GEM封装，实时性最低，处理层次高，并保证了开放性和可扩展性。

用户平面（U平面）的传输流量由它们的传输方式（ATM或GEM方式）和它们的端口 标识符（Port-ID）或虚通道标识符（VPI）来识别。用户平面协议栈如图3-10所示，它概括 了传输方式和Port-ID/VPI的识别。下行分区或上行分配标识符（ID）承载数据暗示了传输方 式。12比特Port-ID用来识别GEM传输状态下的流量。VPI用来识别ATM传输状态下的流 量。T-CONT由分配标识符（Alloc-ID）识别，它是用于传输流量的单元。在每个T-CONT 中，通过可变的时隙数目控制带宽分配来完成带宽分配和QoS控制。注意到ATM和GEM 压缩流量不能映射到T-CONT,也不能有相同的Alloc-ID。

每一种传输方式的操作概括如下。
（1） ATM传输模式
在下行方向，信元封装在ATM分区中传输到ONU。ONU成帧子层对信元进行解压，然 后&M的TC适配器根据信元内携带的VPI和VCI信息进行过滤，使符合要求的信元到达 相应的客户端。
在上行方向，ATM数据流通过一个或多个T-CONT进行传输，每一个T-CONT只和一个 或多个ATM或者GEM流相关，因此在复用时不会产生错误。当OLT端接收到相关的由 Alloc-ID定义的T-CONT以后，信元通过ATM TC适配器然后到达ATM客户端。
(2) GEM传输模式
在下行方向，GEM帧是通过封装在GEM分区中传输到ONU。ONU成帧子层对GEM帧进 行解压,然后GEM TC适配器根据GEM帧头中的Port-ID进行过滤,使含有正确Port-ID的GEM 帧到达GEM客户端。在上行方向，GEM传输模式和ATM传输模式类似，这里就不再赘述。
虽然GPON可以使用GEM和ATM两种传输模式，但是GEM是针对GPON制定的传输 模式，它可以实现多种数据的简单、高效的适配封装，将变长或者定长的数据分组进行统一 的适配处理，并提供端口复用功能，提供和ATM一样的面向连接的通信。

总体功能包括媒质接入控制和ONU注册。
(1)媒质接入控制
GTC在上行方向提供业务流的媒质接入控制功能。经过帧同步后，发送上行业务流的时 隙由下行帧来指示，即OLT为各个ONU分配时隙，每个ONU只在自己的时隙内上行发送 数据，这样就确保了各个ONU发送的上行帧到达OLT时不会发生碰撞。
系统中的媒质接入控制概念如下图所示。OLT在下行帧帧头，即下行物理控制模块 (PCBd，Physical Control Block downstream)中的上行带宽映射(USBWtnap)字段来指示每 个ONU的上行传输的起始和结束时间。用这种方法，每个时刻仅有一个ONU能接入媒质， 这样，在正常工作状态下就不会产生冲突。这些指示器以字节为单位，允许OLT在64kbit/s 的有效固定带宽间隔内控制媒质。当然，一些OLT可能会选择设置更大间隔的指针值，通过 动态调度达到更好的带宽控制。

GTC层媒质接入控制概念

上图通过一个ONU只包含一个T-CONT工作的情况阐明了媒质接入控制这个概念， 实际上媒质接入控制在每一个T-CONT中都会使用到。
(2) ONU注册
ONU的注册通过自动发现进程来完成。ONU的注册有两种方式：第一种方式是通过管 理系统事先将ONU的序列号写入OLT中，如果OLT检测到需要加入的ONU序列号与事先 设置的序列号不一致，则判断该ONU为无效ONU；第二种方式是管理系统事先不将ONU 的序列号写入OLT中，OLT通过自动发现机制检测ONU的序列号。一旦一个新的ONU被 发现，OLT将分配给该ONU一个ONU-ID,同时激活该ONU。

GTC成帧子层具有复用和解复用、帧头的创建和解码、基于Alloc-ID的内部路由等3项 功能。
(1) 复用和解复用
由于在一个帧中可能包括ATM、GEM和PLOAM部分，所以需要在发送端把它们复用 到一个GTC帧当中，边界信息在帧头上标识。然后在接收端对收到的数据进行解复用，把 ATM、GEM和PLOAM部分分别发送到对应的业务适配器中。
(2) 帧头的创建和解码
在成帧子层中，都是根据嵌入式OAM信息来创建帧头和帧的其他部分。在接收端也是 根据这些信息来对数据进行分类处理的。
(3 )基于Alloc-ID的内部路由
由于每个Alloc-ID都唯一标识了一个T-CONT,所以通过Alloc-ID就能找到需要发送数 据的 T-CONTo

GTC适配子层提供了 3种业务适配器：ATM业务适配器、GEM业务适配器和OMCI适 配器，这3种适配器为高层的协议数据提供了到下层的接口。
(1) ATM业务适配器
ATM业务适配器主要提供对各种类型和速率的数据的适配功能，经过适配后，数据以信 元的形式到达成帧子层进行成帧处理。
(2) GEM业务适配器
GEM业务适配器可以将各种类型的数据适配到GEM帧格式中，这样就可以保持原有 帧格式不变，提高传输和处理的效率。GEM业务适配器为各种数据(以太网数据、E1/T1 等)提供了到成帧子层的接口，经过GEM业务适配后，GEM帧就可以在成帧子层组成 GTC 帧。
(3) OMCI适配器
OMCI适配器主要为控制管理信息提供到成帧子层的接口。OMCI适配器通过ATM和GEM适配器交换数据，同时与OMCI实体交换数据，可以通过VPI/VCI (ATM)和Port-ID (GEM)识别OMCI通道。这些信息首先通过OMCI适配器，再经过ATM或者GEM适配器 适配到ATM信元或者GEM帧中，最后到成帧子层成帧。