GPON涵义
吉比特无源光网络（GPON：Gigabit-Capable PON）是一种点到多点拓扑结构的光接入网技术，它釆用无源光 器件连接局端和远端设备来实现全业务的透明传输，并且能够在同一架构中实现语音、视频 等综合业务的接入。GPON作为新兴接入网技术的突出优势在于低成本、易于维护和扩展性 能好，且提供的带宽较高，可广泛用于各种宽带接入网系统中，并能够以较低的价格实现高 速接入，成为继APON、EPON之后比较具有吸引力的用户接入网解决方案。作为一种灵活的吉比特级的光纤接入网，GPON以其高速率、全业务、高效率及提供电 信级的服务质量保证的特点，成为了众人所关注的焦点技术。
主要特点
PON自从在20世纪80年代被采用至今己经历几个发展阶段，电信运营商和设备制造商 开发了多种协议和技术以便使PON解决方案能更好地满足接入网市场的要求。EPON和 GPON是当前最为重要的两种光接入网技术，前者是由制造商推动发展的，而后者是按照消 费者准确需求设计，由运营商驱动的解决方案。
GPON技术由于具有传输速率高、传输距离长、效率高、可伸缩性强、能够支持不同QoS 要求的业务、强大的0AM能力和健壮性等多种优势，更能满足未来业务发展的需要，成为 近年来FTTx领域的热点技术之一。
1. 传输速率高
按照标准规定，GPON的上行速率和下行速率最高可达2.448Gbit/s,能够满足未来网络 应用日益增长的对高速率的需求，其非对称性更能适应宽带数据业务市场。因此，GPON可 以灵活配置上/下行速率。对于FTTH/FTTC应用，可釆用非对称配置；对于FTTB应用，可 采用对称配置。由于高速光突发发射、突发接收器件价格昂贵，且随速率上升显著增加，因 而这种灵活配置可使运营商有效控制光接入网的建设成本。2. 传输距离长
显而易见，釆用GEM技术，GPON能够支持TDM业务。GPON在单一光纤中完全集成 了语音与数据。以其本身的格式传输语音与数据，不会额外增加网络或CPE的复杂性，并具 有更远的传输距离。ONU之间的距离最远可达20km,逻辑距离覆盖可达60km。GPON的这 一特性可以满足绝大多数情况下的接入需求。3. 效率高
带宽是运营商的一种有限资源，因而必须实现最大的网络利用效率，在有限的带宽条件 下获得最大收益。然而，由于不同PON技术具有不同的特点，因而必须综合考虑解决方案的 整体成本。GPON在扰码效率、传输汇聚层效率、承载协议效率和业务适配效率等方面都比 较高，其总效率也比较高，因而可以有效降低系统成本。所以，GPON解决方案可以使用户 拥有更高带宽，它可以在接入网络上提供单个光波长高达2.488Gbit/s的速率，在单一光纤光 缆中提供高达20Gbit/s的多波长速率，提供经济的T1/E1和以太网连接。GPON解决方案可以大大缩短运营商的投资成本回收期。在已经铺设了光纤的地区， GPON解决方案的投资成本回收期为9〜16个月，视业务覆盖的楼宇和用户数量而定；需要 新的支线和支线光纤站时，整个网络的回收期约为12〜24个月。
4. 可伸缩性强
GPON通过ATM和GFP两种协议承载不同类型的用户数据。它的上、下行帧长均为 125卜。下行采用广播方式，上行釆用时分多址（TDMA）接入技术。上行帧由复用的突发传 输时隙组成，每帧包括一个或多个ONU的传输时隙，通过下行帧的上行带宽映射域指示相 应ONU的上行数据发送，这使GPON能够承载日益增多的各种协议和技术，包括支持诸多 TDM和数据业务，以及支持存储区域网络和数据视频等新型应用。5. 能够支持不同QoS要求的业务
在这一点上，GPON和BPON由于都采用了对带宽进行分类管理的策略，能够传输各种 QoS要求的业务。而EPON由于本身源于以太网技术，这就先天决定了 EPON对QoS的支 持相对较弱。尽管后来有种种补充协议希望弥补EPON在这方面的不足，单就QoS支持方面， EPON可提供的选择远不如GPON丰富是不争的事实。同时，还应该认识到，在以太网上承 载TDM业务的技术并不成熟，为了能够承载TDM业务和语音业务必须设计新的MAC机制 并增加新的软硬件，这必然会带来EPON成本的上升，降低其相对于GPON的竞争力。而 GPON由于其设计的GTC层结构和ATM封装方式，并釆用了 125”的帧长及定时机制，能 够比较容易地支持TDM业务和语音业务（如E1/T1）,都能以它们原有的格式传输，这极大 地减少了传输语音业务的时延及抖动。6. 强大的0AM能力和健壮性
从满足消费者需求和便于电信运营商运行、维护、管理的角度，GPON通过3种方式来 进行维护、管理和控制：嵌入式OAM、PLOAM和ONT管理与控制接口（OMCI, ONT Management and Control Interface）.,它借鉴了 APON中PLOAM信元的概念，实现全面的运行、 维护、管理功能，使GPON作为宽带综合接入的解决方案可运营性非常好，并且增加了 OMCI -56 -第3章 吉比特无源光网络(GPON) 通道，增强了对用户端设备的监控。GPON还提供了多种保护结构，并且能够通过故障检测来 触发自动倒换和由管理事件来激活强制倒换，这为GPON网络提供了必要的健壮性保证。
7. 安全性高
GPON系统下行釆用高级加密标准(AES, Advanced Encryption Standard)加密算法对下 行帧的负载部分进行加密，这样可以有效地防止下行数据被非法ONU截取。同时，GPON 系统通过PLOAM通道随时维护和更新每个ONU的密钥。GPON标准分析
鉴于EPON标准的制定是尽量在802.3体系结构内进行的，并且要求对以太网MAC协 议进行扩展、补充的程度尽量小，故EPON虽然增加了可选的OAM功能，提出了支持IP业 务所需的各种业务配置和管理功能，但与GPON标准相比，该技术的传输效率较低，对非数 据业务尤其是TDM业务不能很好地支持。1. 标准化组织
GPON国际标准的制定者是FSAN联盟，国家标准的制定者是CCSAo(1) FSAN 联盟
1995年，FSAN (全业务接入网)联盟在全球7个主要网络运营商的发起下宣布成立。 联盟的宗旨是希望能提出一种光接入解决方案并制定光接入网设备标准，根据该标准制定的 设备应能够同时提供语音、数据和图像等业务能力。经过10年的发展，FSAN目前共有50 多名成员，其成员主要是网络运营商和设备制造商，包括BELLSOUTH＞英国电信(BT, British Telecom)＞法国电信和Bell Canada等全球各大网络运营商和阿尔卡特、爱立信、 FlexLight Networks、富士通、朗讯、Marconi、NEC和Terawave等主要光网络设备制造商。
FSAN的OAN工作组先后发布了 APON.BPON和GPON等PON系列标准,APON/BPON 标准在1999年被ITU-T接纳为G.983.X系列标准，GPON标准在2003年被ITU-T接纳为 G.984.X系列标准。FSAN的0AM工作组制定的APON网管标准被ITU-T接纳为Q.834.X系 列标准，包括APON网元的需求和管理实体、APON网络的需求和管理实体、宽带无源光网 络管理接口需求的UML描述。FSAN的FS-VDSL委员会制定的技术标准体系包括操作需求 规范、系统结构规范、用户驻地设备规范、具有互操作能力的VDSL系统物理层规范以及操 作、管理和维护规范等5个部分。FSAN联盟主要由2个工作组和一个委员会构成，如图3-1所示。其中，OAN (光接入 网)工作组负责推广光传送网技术，与ITU-T负责制定光接入网标准的SG15/Q2标准工作组 保持密切联系；OAM (运行、管理和维护)工作组负责推广全业务接入网的操作维护技术， 与ITU-T负责制定网络管理标准的SG4/Q14(TMN)标准工作组保持密切联系；全业务VDSL (FS-VDSL, Full Service VDSL)委员会负责研究利用VDSL提供包括视频、高速数据和语音 等综合业务的网络技术。
(2) 中国通信标准化协会中国通信标准化协会由会员大会、理事会、技术专家咨询委员会、技术管理委员会、若 干技术工作委员会和分会、秘书处构成。技术工作委员会下设若干工作组。工作组下设若干 子工作组/项目组，其组织机构如图3-2所示。
2. 国际标准
1998年10月，ITU-T通过了全业务接入网（FSAN）联盟所倡导的基于ATM的无源光 网络技术标准G.983。该标准以ATM作为通道层协议，支持语音、数据、图像、视频等多种 业务，提供明确的QoS保证和业务级别，具有完善的运行、管理和维护（0AM）系统，最 高传输速率为622Mbit/s»2001年，在IEEE积极制定EPON标准的同时,FSAN联盟开始发起制定速率超过1 Gbit/s 的PON网络标准——吉比特以太网无源光网络（GPON）。随后，ITU-T也介入了这一新标 准的制定工作。截止到目前，已经发布了 ITU-T G.984.1〜G.984.6六个标准，形成了 G.984.X 系列标准，如表3-1所示。随着Internet的快速发展和以太网的大量使用，针对APON标准过于复杂、成本过高、 在传送以太网数据业务时效率太低等缺点，第一英里以太网联盟（EFMA）于2000年年底提 出了基于以太网的无源光网络（EPON）的概念。IEEE在2000年12月成立了第一英里以太 网（EFM）工作组，致力于开发EPON标准。由于以太网相关器件的价格相对较低，而且对 于在通信业务量中所占比例越来越大的以太网所承载的数据业务来说，EPON免去了 IP数据 传输协议和格式转化，效率高，传输速率达到1.25Gbit/s,且有进一步升级的空间，因而EPON 受到普遍关注。
| 表3-1 | GPON.国际标准一览表 | ||
| 序号 | 标准号 | 中文名称 | 发布时间 |
| 1 | ITU-T G984.1 | 吉比特无源光网络（GPON）： 一般特性 | 2008年3月1日 |
| 2 | ITU-TG984.2 | 吉比特无源光网络（GPON）：物理媒质相关（PMD）层规范 | 2008年3月1日 |
| 3 | ITU-T G984.3 | 吉比特无源光网络（GPON）：传输汇聚层规范 | 2008年3月1日 |
| 4 | ITU-TG984.4 | 吉比特无源光网络（GPON）： ONT管理和控制接口规范 | 2008年2月1日 |
| 5 | ITU-T G984.5 | 吉比特能力光纤接入网络的增强带 | 2007年9月1日 |
| 6 | ITU-T G984.6 | 吉比特无源光网络（GPON）：范围扩展 | 2008年3月1日 |
该标准的名称为吉比特无源光网络的总体特性，主要规范了 GPON系统的总体要求，包 括OAN的体系结构、业务类型、SNI和UNI、物理速率、逻辑传输距离以及系统的性能 目标。
G.984.1对GPON提出了总体目标，要求ONU的最大逻辑距离差可达20km,支持的最 大分路比为16、32或64,不同的分路比对设备的要求不同。从分层结构上看，ITU定义的 GPON由PMD层和TC层构成，分别由G.984.2和G.984.3进行规范。G.984.1所列举的要求 主要有以下几点。
针对PON下行流量是以广播传输之特点，提供协议层的安全保护机制。支持全业务，包括语音(TDM、SONET和SDH)、以太网(工作在双绞线对上的 10/100BaseT——10Mbit/s 或］OOMbit/s)、ATM、租用线与其他；
覆盖的物理距离至少为20km,逻辑距离限于60km以内；
支持同一种协议下的多种速率模式，包括同步622Mbit/s、同步1.25Gbit/s、不同步的下 行2.5Gbit/s和上行1.25Gbit/s及更多(将来可达到同步2.5Gbit/s)速率；
针对点对点服务管理需提供运行、管理、维护和配置(OAM&P, Operation Administration Maintenance and Provisioning) 的能力；
(2) ITU-TG.984.2
该标准名称为吉比特无源光网络的物理媒体相关(PMD)层规范，于2003年定稿，主 要规范了 GPON系统的物理层要求oG.984.2要求，系统下行速率为1.244Gbit/s或2.488Gbit/s, 上行速率为0.155Gbit/s、0.622Gbit/s、1.244Gbit/s或2.488Gbit/s。标准规定了在各种速率等 级下OLT和ONU光接口的物理特性,提出了 1.244Gbit/s及其以下各速率等级的OLT和ONU 光接口参数。但是对于2.488Gbit/s速率等级，并没有定义光接口参数，原因在于此速率等级 的物理层速率较高，对光器件的特性提出了更高的要求，有待进一步研究，从实用性角度看， 在PON中实现2.488Gbit/s速率等级将会比较难。
(3) ITU-T G.984.3
该标准名称为吉比特无源光网络的传输汇聚(TC, Transmission Convergence)层规范， 于2003年完成，规定了 GPON的GTC层、帧格式、测距、安全、动态带宽分配(DBA)、 操作维护管理功能等。
G.984.3引入了一种新的传输汇聚层，用于承载ATM业务流和GEM (GPON封装方 法)业务流。GEM是一种新的封装结构，主要用于封装那些长度可变的数据信号和TDM 业务。
G.984.3中规范了 GPON的帧结构、封装方法、适配方法、测距机制、QoS机制、加密 机制等要求，是GPON系统的关键技术要求。
(4) ITU-T G.984.4
该标准名称为GPON系统管理控制接口规范。2004年6月正式完成的G.984.4规范提出 了对光网络终端管理与控制接口 (OMCL ONT Management and Control Interface )的要求， 目标是实现多厂家OLT和ONT设备的互通性。该建议指定了协议无关的管理实体，模拟了 OLT和ONT之间信息交换的过程。
(5) ITU-TG.984.5
G.984.5建议规定了增强波长范围和带阻滤波器(WBF, Wavelength Blocking Filter) 功能，定义了为今后增加的业务信号所预留的波长范围，在未来的吉比特能力无源光网络 (GPON)中将利用波分复用来覆盖业务信号，还规范了在光网络终端(ONT)中实现的 -60 -
波长过滤器的技术要求。这些过滤器以及波长范围的使用，将使得网络运营商在进行 GPON向NG PON/WDM PON升级时继续使用现有的ODN网络，并且保证现有ONU的 业务不会中断。
（6） ITU-T G.984.6
ITU-T G.984.6给出了范围扩展后GPON系统的体系结构和接口参数。范围扩展是通过在 光线路终端（OLT）和光网络终端（ONT）之间的光纤链路中，使用物理层范围扩展设备（如 再生器或光放大器）来实现的。此时，GPON系统的最大传输距离可达到60km,光纤链路两 端之间的衰耗预算超过27.5dBo
3. 国家标准
GPON在国内的通信行业标准主要由中国通信标准化协会（CCSA）的TC6 （传送网与 接入网）技术工作委员会（TC）的接入网工作组负责起草。目前，已经完成的GPON国家标 准包括《接入网用单纤双向三端口光组件技术条件第3部分：用于吉比特无源光网络（GPON） 光网络单元（ONU）的单纤双向三端口光组件》、《接入网技术要求一一吉比特的无源光网络 （GPON）第1部分：总体要求》、《接入网技术要求——吉比特的无源光网络（GPON）第2 部分：物理媒质相关（PMD）层要求》、《接入网技术要求——EPON/GPON系统承载多业务》 4项标准，详细信息如表3-2所示。
GPON国家标准一览表
| 序号 | 标准号 | 中文名称 | 发布时间 |
| 1 | YD/T 1419.3-2006 | 接入网用单纤双向三端口光组件技术条件第3部分：用于 吉比特无源光网络（GPON）光网络单元（ONU）的单纤双 向三端口光组件 | 2006年6月8日 |
| 2 | YD/T 1949.1-2009 | 接入网技术要求——吉比特的无源光网络（GPON）第1部 分：总体要求 | 2009年6月24日 |
| 3 | YD/T 1949.2-2009 | 接入网技术要求——吉比特的无源光网络（GPON）第2部 分：物理媒质相关（PMD）层要求 | 2009年6月24日 |
| 4 | YD/T 1953-2009 | 接入网技术要求——EPON/GPON系统承载多业务 | 2009年6月24日 |
发展趋势
对于GPON标准的制定，FSAN联盟关于下一代PON的思路主要是通过引入WDM单 纤多波长技术解决大带宽、大分路比以及长距离下一代PON需求。FSAN联盟将下一代PON 的研究分为两个部分，分别为NGA1和NGA2。1. NGA1
NGA1研究方向主要是制定可兼容当前GPON,能够共享同一个ODN的下一代PON技 术标准。其中包括引入WDM技术的研究，实现堆栈式GPON技术研究以及长距离GPON技 术研究。10GGPON也属于NGA1的范畴，但FSAN联盟暂没有将其列入计划讨论，计划直 接借鉴IEEE 10G EPON的技术成果，但在上行速率、技术工艺方面根据GPON的规划要求 进行重新定义。FSAN联盟已制定出两个GPON补充标准，G.984.enh和G.984.exto G.984.enh主要研究 如何利用WDM技术在GPON网络中，尽量在不改变现有ODN的基础上引入下一代PON。 G.984.ext主要讨论通过何种技术使GPON系统的传输距离由20km增大到60km。
2. NGA2
NGA2研究方向则不考虑对当前GPON网络的兼容性以及ODN的兼容性，光波长选择 也不受目前网络应用的限制，开放式地讨论GPON技术发展潜力，目前主要探讨方向是高速 率、长距离、大分路比的WDM-PON与TDM-PON相结合的混合PON网络。NGA2关键技术在于10G、大分路比（128〜512）、长距传输（60〜100km）及WDM-PON 技术所带来的无色ONU技术要求。FSAN联盟各成员提出了不同解决方案，是目前FSAN 会议的讨论热点。
由于NGA2 PON综合了 WDM-PON技术与TDM-PON技术，网络中的ONU有着不 同的接收光波段以及上行光波段划分，为了提高网络可运维性，ONU光模块需保持一 致性，不能因网络规划不同而配置不同光波长的ONU光模块，这就是所说的无色ONU 要求。
