GPON的关键技术

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【摘 要】由于信息的高速传递，网络带宽和网速难以满足系统的要求，gpon的技术能够有效的解决这一问题，通过对GPON的系统结构和GEM封装技术进行详细的分析和探究，详细的分析了GEM帧结构的特点和分片技术，总结了GPON的关键技术，探讨了GPON关键技术，GEM封装的问题

【关键词】GPON；关键技术；GEM封装

随着互联网和网络通信技术的的持续快速发展，GPON技术也得到了快速的发展，而互联网的各类增值业务不断涌现，例如网络视频会议、大型的网络游戏、IPTV等相关业务的开展，对网络的带宽、网速都提出了比较高的要求，尤其是在以IPTV为代表的网络视频点播业务、对于网络带宽和网速的要求远远超出了WEB服务功能的要求。

1 GPON的系统结构和GEM功能描述

（1）GPON的协议栈。GPON的控制功能主要由控制管理平面C/M平面和用户平面U平面组成，其中，C/M平面管理系统的用户的数据流，完成系统数据的加密和解密等OAM功能，U平面完成系统用户数据流的传输功能，用户的平面可以分为物理媒介相关子层、GPON数据汇聚子层和系统的高层，其中系统的高层用户数据和控制与管理信息的功能通过GEM适配子层进行封装，完成数据的传输。GPON的数据协议栈的模型图如下图1所示：

（2）C/M平面的协议栈。该协议栈主要由内嵌的OAM、PLOAM和OMCI ONU构成三部分构成，其中OAM主要完成数据的上行带宽的授权、系统的密钥切换指示和DBA的信息报告功能，PLOAM主要实现传送物理层中不通过OAM的数据信息，OCMI主要实现系统数据的种类、业务、Qos质量控制等功能，通过ATM的PV/PC或GEM的封装，实现GPON网络集中业务管理的信令传输和控制管理等。

（3）U平面协议栈。一般地，GPON网络具有ATM和GEM两种数据封装和传输模式，数据通过U平面协议栈可以实现数据的有效传递和数据交换，GPON中的数据传输可以采用ATM格式，也可以采用GEM模式，也可以将上述两种模式混合使用，以实现数据的封装功能，在具体工作时，选取那种数据封装模式，一般在GPON初始化时开始进行选择。

2 GEM的功能与帧结构

（1）GEM的功能。就GEM的帧结构而言，他和其他数据的结构的封装方式相似，但是GEM的数据封装在GPON的内部，独立于系统的OLT端的SNI，而且也独立于ONU端的UNI，在GEM封装内嵌与GPON之中后，SNI与UNI无法对GEM的封装进行辨识。

（2）GEM的帧结构。根据规定GEM帧结构是由5个字节的帧节头和L字节的净荷组成，GEM的帧头由PLI、端口ID、净荷类型指示和13bit的头错误控制等五个相关的部分组成。

PLI指示的是净荷的字节长度，可以将PLI视为一个指针，实现数据的传输和管理，用以指示下一个GEM的帧头；Port-ID由12个字节组成，可以提供4096个不同的数据端口；PTI主要用以指示净荷的类型，用以判别GEM帧的信息是否为OAM信息；13bit的HEC主要实现GEM封装数据的帧头检错和纠错的功能。一旦帧头确定以后，系统的发送机就可以进行计算，将计算的结果发送出去，并对接收到的信息进行同样的计算，以恢复GEM的帧头部信息。

3 GEM帧的同步和分片

（1）GEM帧的同步。GEM的数据封装要能够顺利的传递，GEM帧必须实现两项非常重要的功能：捕获GEM帧头并对帧头的信息进行计算以及数据传递的方式保持帧同步。帧同步包括预同步状态、同步状态和搜索状态三种状态，保证GEM的封装能够准确在指定的位置得到传输。搜索状态为数据传输的链路初始化或GEM接收机接受失败时的基本状态，并告知GEM封装信息的发送方。捕获GEM封装信息的帧头和实现帧的同步是通过系统的HEC部分来实现的。GEM帧头在解码以后，通过HEC来寻找GEM的其他部分信息，如果寻找到的信息是正确的话，HEC就会将GEM封装的信息转移到预同步状态，并根据PLI数据特性，主动的寻找到下一个GEM封装的信息，通过GEM帧的帧头并找到HEC，并进行判断找到的HEC是否满足要求，匹配是否正确。如果该HEC正确匹配，则GEN帧就会转移到帧同步状态，若找到的HEC不匹配则系统会转移到HEC的搜索状态。由于GEM帧的帧头都要和0xB6AB31E055异或，并根据相关的数据情况进行对比，符合条件的帧进行传输，而将空闲帧的帧头定义为全“0”，即该帧不承载任何信息，所以空闲帧在接收机接收时是GEM帧与0xB6AB31E055进行异或后的信息，即0xB6AB31E055本身的信息，也是进行异或后得到“0”的帧头，这样发射机就完成一个GEM信息的封装和传输。

（2）GEM帧的分片。一般地，用户发送的数据帧的长度是随机的，不是按照GEM数据封装的长度进行的，有的帧长度超过了GEM数据帧封装的长度，数据帧的长度超过系统的GEM协议规定的净荷长度，在数据发射的过程中，就要采用GEM的分片机制，完成GEM数据的分割，GEM的分片机制采用与协议规定的净荷长度进行对比，把超过规定的长度限制的用户数据帧进行分割，完成GEM帧的若干块的分割。根据数据传输的要求，分片的帧信息必须连续传输，不能跨帧或者断帧传输，否则会发生错误。GEM帧的分片过程，必须注意当前传输GEM帧净荷中剩余的长度和剩余的时间，系统根据帧的实际情况进行分片处理。当高优先级的GEM帧在发送完成后，系统会根据GEM帧剩余4字节或更少（小于GEM帧的最小值，GEM帧头为5字节）进行适当的处理，对于不能满足净荷长度的帧进行加入空闲帧进行填充并发送。接收端通过分析和判断。识别其为发射端的空闲帧并将其丢弃。GEM帧的固有的分片机制具有自动判断的特征，发射端和接收端都提供了时延敏感业务（如语音数据业务），对于系统的GEM帧的敏感数据，能够抢先于非时延敏感业务传输，提前完成数据的传输。要想完成这种GEM帧的传输，一种简单的实现方法就是在系统发射紧急业务的GEM帧的分片后，在净荷区的前部传送，完成敏感数据的有效传递，在发射端GTC帧的发射周期为125us，使得GEM帧的传输的时延很小。因此，GEM帧的分片机制是有效保证GPON数据传输的重要保证，也是保障用户发送时延敏感业务Qos质量的的一种有效手段和GEM封装的重要途径。

4 小结

采用GPON技术是解决宽带多业务接入和带宽问题的有效途径之一。GPON的特性相对于以太网业务的EPON业务和TDM通信业务优化设计的SDH技术来说，GPON在技术和信息的封装方式上，更有效、更适用于宽带通信提供有的Qos信息封装的质量保证的全业务接入和传递。而如何有效的、高效的实现对于多样性信息传递和封装业务，实现信息的高效透明的封装和适配，在基于GPON网络传输的通信系统中，通过采用全新的传输汇聚层协议___GEM封装映射技术的方式来实现的，并对信息进行传递。

参考文献

[1]熊华平，曹明翠，罗志祥等，GPON___新一代宽带光接入网[J].光通信技术，2009（12）