PCBd 净荷 Psync 4字节 Ident 4字节 PLOAMd 13字节 BIP 4字节 Plend 4字节 Plend 4字节 US BWmap N×8字节 BIP覆盖区域 下一个BIP覆盖区域
图2.7 PCBd组成
US BWmap N*8字节 Access的数目是变化的 Access1 8字节 Access1 8字节 ? AccessN 8字节 Alloc-ID 12bit Flags 12bit SStart 2字节 SStop 2字节 CRC 1字节 CRC覆盖范围
图2.8 GTC带宽映射分配结构
（2）GPON上行帧结构
GPON的上行帧是按照125μs划分的虚拟帧结构，实际是由若干个突发时间片构成，时间片的长度由下行帧中US BW Map域确定。如图2.9所示，GPON的上行帧结构中的突发时间片包括上行物理层开销（Physical Layer Overhead upstream，PLOu）、物理层OAM（Physical Layer Operations, Administration and Maintenance，PLOAMu）、PLSu、DBRu以及净荷。PLOu主要用于OLT进行突发同步，包含前导码、定界符、BIP、PLOAMu指示及FEC指示，其长度由OLT在初始化ONU时设置，ONU在占据上行信道后首先发送PLOu单元，以使OLT能够快速同步并正确接收ONU的数据；PLOAMu（PLOAM upstream）用于承载上行PLOAM信息，包含ONU ID、Message ID及CRC，长度13字节；PLSu为功率测量序列，现在已经基本废除；DBRu用于上报相关信息净荷域透明封装帧。
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Start Time指示字节边界 PLOu PLOAMu PLSu DBRu Payload DBA ONU- ID Preamble Delirniter BIP a bytes b bytes 1byte ONU- ID 1byte 1nd 1byte 1byte Mag- ID 1byte Message 10bytes CNC 1byte 1，2，4bytes CRC 1byte 图2.9 GPON上行帧结构的突发时间片构成
2.4.2 GEM封装技术
为克服ATM承载IP业务开销大的缺点，GPON的业务封装采用了GEM帧，该协议能完成对以太网业务、Native TDM业务的适配，如图2.10所示。其中PLI用于下一个帧头定界，以及确定当前GEM帧的净荷长度，PLI以字节为单位指示帧头后面的净荷段长度，由于PLI域只有12比特，所以最多可指示4095字节。如果用户数据帧大于这个值，则必须要分成小于4095字节的碎片；Port ID为12比特，Port ID用来提供PON中4096个不同的业务流标识，以实现业务流复用。每个Port-ID包含一个用户传送流。在一个Alloc-ID或T-CONT中可以有一个或多个Port-ID传输；PTI用作分段指示；HEC为头校验，用于帧的同步与帧头保护。GEM帧的净荷可以封装以太网业务或者Native TDM业务，由于GEM帧的净荷最长只能是4095字节，而以太网Jumbo帧长可达到9K，因此封装以太网业务时可能会对以太网帧进行分片处理。
PLI 12bits 净荷长度指示
Port ID 12bits PTI 3bits 净荷类型指示
图2.10 GEM帧结构
HEC 13bits 净荷段 L Bytes
2.4.3 动态带宽分配（DBA）
动态带宽分配（Dynamic Bandwidth Assignment，DBA）技术是指通过GPON系统中各个ONU的上行使用带宽实时动态的改变来适应用户速率的各种变化，以提高系统的带宽利用率的技术。PON系统的上行接入一般采用中央控制按需分配和固定分配相结合的方式，也就是ITU-T G.983.4规定的静态带宽分配和动态带宽分配两种方式，按照业务等级进行优先级分配。对于GPON中的数据通信这种变速率业务，用静态带宽分配是不合适的，需要通过动态带宽分配使系统带宽利用率大幅度提高，即DBA技术根据ONU的突发业务的要求，通过在ONU之间动态调节带宽来提高上行带宽利用效率。根据GPON的特点和G.983建议，可以知道动态带宽分配的具体要求是：业务要透明、带宽利用率尽量高、具备地抖动与时延特性、公平分配带宽、信号健壮、实时性强、保证不同业务的QoS等。在GPON结构中，OLT通过向ONU内部每个流量容器（T-CONT）分配数据授权来控制上行流量。为确定分配给一个T-CONT的授权数目，OLT需要知道该T-CONT的流量状态。
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2.4.4 层次化QoS技术
在GPON系统中，业务承载层主要分为三层：GTC、GEM、ETH/TDM，针对每一个承载层具备相应的QoS处理机制，如图2.11所示。
GPON业务承载层 GPON QoS处理机制 ETH/TDM VLAN/COS/GTS/POLICING GEM Flow control/Classification GTC T-CONT/DBA 图2.11 业务承载层和QoS
1.GTC
PON系统构架是下行方向为广播方式，上行方向为TDMA方式，所以只对上行方向的业务流提供QoS处理。QoS处理的最小单元是T-CONT，T-CONT可以看作是ONU业务流的承载容器，调度机制是DBA（动态带宽分配）。DBA的算法是GTC的QoS处理性能的关键。 2.GEM
在GEM层主要是针对每个GEM Port进行业务流分类，类似于DSLAM（数字用户线路接入复用器）的单PVC多业务的处理方式。针对流分类后的业务分别进行优先级修改、流量监管和转发处理。 3.ETH/TDM
TDM业务（非电路仿真方式）为面向连接，系统可以通过静态配置带宽严格保证面向连接的QoS。
ETH业务（包括电路仿真方式的业务）主要是基于二层VLAN、COS等标识进行业务的QoS处理，QoS主要处理机制分为流分类、监管、队列调度、拥塞处理、整形，它们的实现复杂度是影响QoS处理性能的关键。 2.4.5 TDMoGEM技术
针对GPON的定长帧传输特点，TDM在GPON线路上承载具有天然优势。TDMoGEM的实现是将TDM帧直接封装到GEM帧中进行传输。在GPON线路上给封装有TDM帧的GEM给与最高的优先级，保证TDM的传输质量。在同步方面，系统采用统一的8K时钟进行全网同步。 2.4.6 GPON安全技术 1.线路加密技术
GPON系统采用AES128加密机制对线路安全进行控制，有效地防止了数据盗用等安全问题。在AES128加密系统中，OLT支持密钥更换和切换功能。密钥更换由OLT发起密钥更换请求，ONU响应并将生成的新的密钥，由于PLAOM消息的长度有限，密钥分为两部分发给OLT，并重复发送三次。如果OLT没有收到三次传送中的任意一次，OLT将重新发送密钥更换请求，直到三次收到相同的密钥为止。当OLT收到了新的密钥后，就要开始进行密钥切换。OLT将使用新的密钥的帧号通过相关的命令通知ONU，这个命令一般会发送三次，只要ONU成功收到一
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次就在相应的数据帧上切换校验密钥。 2.终端SN+PSW注册
ONU在上电进入序列码状态后，OLT会发序列码请求消息，ONU会将唯一的序列码发送给OLT进行认证。这个序列码是唯一的，类似设备的MAC地址。如果序列码合法，OLT将分配一个ONU-ID给ONU并要求进行密码认证，如果ONU反馈的密码正确，这个ONU才会进入下一个测距状态。否则就会停在这个状态，超时后返回原始状态，重新开始注册。 3.用户安全认证技术
在GPON系统中，用户通过物理端口实现用户唯一标识、定位和认证主要有VBAS、PPPoE+和DHCP Option60/82三种方案。 4.系统安全防护技术 （1）防IP Spoofing
OLT设备一般会采用IP地址和业务流绑定的方法，使得其他用户无法用其他非法获取的IP地址在OLT上完成业务认证，从而达到了防止IP地址欺骗的目的。
（2）防MAC Spoofing
防MAC Spoofing的处理是从捕获的上行报文中提取MAC出地址、VLAN ID和用户的流信息进行MAC地址的动态绑定，然后再转发出去，作用在于防止非法用户伪造合法用户的MAC截获和监听合法用户的业务信息。 （3）MAC+IP绑定
OLT支持MAC和IP地址绑定的功能，OLT在主控板上生成一个IP地址和MAC地址的对应表，只有“IP+MAC”地址相对应的合法用户才能得到更正确的ARP应答，来控制IP-MAC不匹配的主机与外界通讯，达到防止IP地址的盗用。 （4）管理用户的RADIUS认证
支持管理用户的RADIUS认证，这样就可以保证网络管理的安全，免受非法管理员进入系统修改数据。 （5）访问控制（ACL）技术
ACL使用包过滤技术，在OLT上读取第三层及第四层包头中的信息如源地址、目的地址、源端口、目的端口等，根据预先定义好的规则对包进行过滤，从而达到访问控制的目的。 5.网络管理安全技术
SNMP V3的安全特性极大的提高了网络管理的可靠性，SNMP V3需要用户名和密码才能通过SNMP进行网络管理，同时这样的过程都是加密进行的，保证了整个SNMP访问过程的安全性和可靠性。
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第三章 基于GPON的接入网分析
3.1 GPON设计接入原则
3.1.1 OLT 设备安装设计原则
为便于运行维护，降低维护成本，光线路终端(OLT)设备宜集中安装在端局，也可以分散安装，利用已有的接入网机房、住宅小区中心机房等，由于OLT设备用户容量集成度较高，一般不宜单独安装，设计时应根据覆盖范围内的用户数、通信管道、光缆引入等因素综合考虑，将OLT设备安装在最经济、最合适的位置。 省公司设计原则，尽量接近用户侧安装，比如小区内的光交箱、商务楼的室外综合箱。
3.1.2 ONU 设备的安装设计原则
光网络单元(ONU)通常安装在用户家中或者办公地点，安装方式大致有三种：安装在预埋的综合信息箱中、挂墙明装方式、安装在的桌面或用户指定的位置[7]。 3.1.3 光分路器(OBD)配置原则
光分路器（OBD）常用的光分路比为：1:2、1:4、1:8、1:16、1:32 、1：64六种， 需要时也可以选用2:N 光分路器或非均分光分路器。ODN总分光比应根据用户带宽要求、光链路衰减等因素确定；光分路器（OBD）的级联不应超过二级[8]。
3.1.4 光通道衰减核算原则
ODN的光功率衰减与OBD的分路比、活动连接数量、光缆线路长度等有关， 设计时必须控制ODN中最大的衰减值，使其符合系统设备OLT和ONU PON口的光功率预算要求。ODN光通道衰减所允许的衰减定义为S/R和R/S参考点之间的光衰减，以dB 表示。包括光纤、光分路器、光活动连接器、光纤熔接接头所引入的衰减总和。
在设计过程中应对无源光分配网络中最远用户终端的光通道衰减核算，采用最坏值法进行ODN光通道衰减核算。
计算时相关参数取定：
1.光纤衰减取定:1310nm 波长时取0.36dB/km；
1490nm 波长时取0.22dB/km。
2.光活动连接器插入衰减取定：0.5dB/个。
3.光纤熔接接头衰减取定：0.08 ～0.2dB /每个接头。 4.冷接子双向平均值：0.15dB/每个接头。 5.计算时光分路器插入衰减参数取定见表3.1。
表3.1 插入损耗参数
分光器类型 1:2 1:4 1:8或2:8 1:16或2:16 1:32或2:32 ≤14.0dB ≤17.7dB FBT或PLC ≤3.6dB ≤7.3dB ≤10.7dB 6.光纤富余度 Mc ：
（1）当传输距离≤ 5 公里时，光纤富余度不少于1 dB； （2）当传输距离≤10 公里时，光纤富余度不少于2 dB； （3）当传输距离＞10 公里时，光纤富余度不少于3 dB。
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