GPON关键技术－通用成帧协议研究

【摘 要】 本文简要介绍了宽带光接入网新技术GPON，还分析了通用的适用于多种业务的链路层的成帧协议-GFP，GFP不仅是数据信号映射到SDH、OTN的通用成帧协议，也是GPON封装数据的核心技术，为各厂家互联互通打下了基础。并且重点讨论并研究了针对GPON关键的GFP帧封装技术及上下行帧结构特点。

　　一、前言

　　接入网技术向多元化演进这是接入网市场长期格局，从长远看光接入网，尤为无源光网络PON可能是一种理想的解决方案。在各种光接入技术中，PON由于采用无源节点、敷设和运行维护成本低、对业务透明和易于升级等优点而备受业界关注。从最初的基于ATM的PON技术，到基于Ethernet的PON技术，再到现在的GPON，每一次PON标准的提出都促进了接入网技术的迅猛发展。近来ITU通过的新一代无源体系结构的GPON标准，将上下行速率提高到2.5Gb/s,并采用了通用成帧协议（GFP）来封装，更有效支持包括诸如话音、数据业务、视频业务、电子商务、远程教育、远程医疗等增值业务。

　　全业务接入网（FSAN）协会自从1996年成立以来，就一直致力于无源光网络PON的技术标准研究，并且在2001年提出了1Gb/s以上速率的PON标准--GPON。GPON解决方案充分考虑了运营商的意见，提供从622Mb/s到2.5Gb/s的可升级的框架架构，并且支持不对称的上下速率，对任何一种业务都可以实现较高的带宽利用率（总效率达93%）和对多种业务的有力支持，特别是以本色模式和极高的效率同时支持数据和TDM。因此，GPON是目前最为理想的宽带光接入网技术。

图1 GPON系统结构示意图

　　图1是GPON的体系结构，由光线路终端OLT、光网络终端ONT及环形（或树形）拓扑结构的PON组成。OLT位于中心机房，向上提供广域网接口，包括GbE，OC-3/STM-1，DS-3等，向下对PON可提供1.244Gb/s或2.488Gb/s的光接口。ONU/ONT放在用户侧，为用户提供10/100BaseT，T1/E1，DS-3等应用接口，其对PON的光接口速率有155Mb/s，622Mb/s，1.244Gb/s和2.488Gb/s等多种选择。从OLT到ONU/ONT的方向为下行方向，采用广播发送的数据流传输方式；反之为上行方向，采用基于统计复用的时分多址接入技术。PON通过粗波分复用CWDM（Coarse Wavelength Division Multiplexing）覆盖实现数据流的全双工传输。PON一般采用树形拓扑结构，在需要提供业务保护和通道保护的情况下，可加上保护环，对某些ONT提供保护功能。

　　二、GPON（ITU-T标准）的特点 --本色模式PON

　　FSAN协会在设计GPON协议时主要考虑以下问题：
　　⊙ 基于帧的多业务（ATM、TDM、数据）传送；
　　⊙ 上行带宽分配机制采用时隙指配（通过指示器）;
　　⊙ 支持不对称线路速率，下行2.488Gb/s，上行 1.244Gb/s；
　　⊙ 线路码是不归零（NRZ）码，在物理层有带外控制信道，用于使用G983PLOAM的OAM功能；
　　⊙ 为了提高带宽效率，数据帧可以分拆和串接；
　　⊙ 缩短上行突发方式报头（包括时钟和数据恢复）；
　　⊙ DBA报告、安全性和存活率开销都综合于物理层；
　　⊙ 帧头保护采用循环冗余码（CRC），误码率估算采用比特交织奇偶校验；
　　⊙ 在物理层支持QoS。

　　由于GPON一开始就自下而上地重新考虑了PON的应用和要求，为新的方案奠定了基础，不再基于早先的APON标准，故称为本色模式PON。它一方面保留了与PON相关的许多功能，如OAM消息、DBA等；另一方面GPON则基于完全新的传输融合（TC）层，该子层能够完成对高层多样性业务的适配，包括ATM业务、TDM业务及IP/Ethernet业务，对多样性业务的适配是高效透明的，同时该子层支持多路复用、动态带宽分配等OAM机制。该TC层的适配协议是基于标准的ITU-T通用成帧协议（GFP），可以封装任何一种业务（包括时分业务和数据业务）到一种同步的传输协议中。

　　三、通用成帧协议GFP

　　作为一种通用的适用于多种业务的链路层规程，GFP既能适用于基于光网络/同步数字体系（SONET/SDH）的多业务传送平台MSTP，又适用于光传输网（OTN）中的多波长通道。客户信令可以是基于分组的（如IP/PPP，IP/Point-to-PointProtocol）或Ethernet MAC帧），也可以是恒定比特率流或其他类型信令，如图2所示。GFP已正式被标准化为ITU-T建议G.7041。

图2 GFP的客户信号传送途径

　　与HDLC不同，GFP为描述协议数据单元（PDU），不需比特填充，它有一个基于HEC的自我描述技术。

它支持两种数据处理模式：一种是面向变长数据的数据处理模式，如IP/PPP或以太网MAC帧等变长度的帧，它采用映射整个数据帧（Frame-Mapped）的适配方式，等接收到一个完整的帧后再进行处理；另一种是面向数据块的数据处理模