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１．GPON基本原理与结构
1.1GPON基本原理
GPON采用点到多点的拓扑结构，现双向数据传输。一套典型的EPON方式实，下行采用广播方式、上行采用TDMA系统由OLT、ONU/ONT、POS/ODN组成。
OLT放在中心机房(CO，Centra1Office)，它可以是一个LZ交换机或者L3路由器。在下行方向，它提供面向无源光纤网络的光纤接口；在上行方向，OLT提供了GE接口、10/100Base-T、10GBase-X、EI、STMI等接口标准，OLT通过支持El接口来实现传统的TDM话音的接入。
GPON数据下行时，OLT将数据包广播传输给PON上所有的ONU，每个包携带一个具有传输到目的地ONU标识符的信头；此外，有些包可能要传输给所有的ONU，或者指定的一组ONU，当数据到达ONU时，它接收属于自己的数据包，丢弃其他的数据包。GPON数据上行时，利用TDMA技术，多个ONU的信号在經过不同长度的光纤传输后，进入光分配器的共用光纤，占据分配给它的指定时隙，以避免发生相互碰撞干扰。
1.2GPON帧结构
由于采用GFP映射，GPON的传输汇聚层本质上是同步的，并使用标准SDH的125ps帧，因而使得GPON可以直接支持TDM业务。一个物理层帧中可以包含多个ONT的GEM的帧，不论是上行帧还是下行帧；帧中分两部分:帧头和净荷。帧中信息有两种，一是数据信息，二是控制信息；其中控制信息又分为OMCI、EOAM，PLOAM，数据信息都是在净荷中，而控制信息有的在净荷中，有的在帧头中。下行帧的净荷部分只有两种:ATM信元、GEM信元。上行帧的净荷部分有三种:ATM信元、GEM信元、DBA帧。
2.GPON的关键技术
2.1OBA技术
在GPON系统中，OLT通过向ONT发送授权信号来控制上行数据流。PON结构需要一个有效的TDMA机制控制上行流量，这样来自多个ONT的数据包在上行过程中不会发生碰撞。然而，使用基于碰撞的机制需要在PON的无源ODN里管理QOS，这在物理上是不可能实现的，或者需要承受效率的严重损失。鉴于这些问题，管理上行GPON流量的机制一直是GPON流量管理标准化过程中的首要关注焦点。这便促使ITU-TG.983.4推荐标准的发展，该标准定义了用于管理上行PON流量的动态带宽分配(DBA)协议。
2.2层次化技术
GPON作为新一代的光接入设备，具有高速率、多业务的特点。GPON在组网方式上主要以树型拓扑结构为主(包括星型和链型)，网络业务开通后，数据的转发路径基本固定。在上行方向，由于是低速线路的流量汇聚到高速线路上，在没有流量收敛的场合，将不会出现拥塞，因此可以不考虑QOS处理的问题;对于有流量收敛的场合，可以通过在每个节点进行简单的优先级或WRR调度，来保证业务的QOS，如在ONU节点，可以通优先级调度，保证IAD的流量优先转发，在OLT节点，可以通过WRR调度，来实现ONU之间“公平地”占用带宽资源。在下行方向，由于是高速线路的流量转发到低速线路上，如果不进行QOS处理，将可能出现拥塞，从而导致承载业务的QOS不能够得到保证。如果BRAS/路由器能够根据报文的转发路径和从BRAS/路由器到终端的所有链路的承载能力，对报文在接入网中的转发过程中是否会出现拥塞进行“预知”，并采取相应的QOS处理。
2.3TDMOGEM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SK时钟进行全网同步。
2.4GPON安全技术
GPON系统中下行数据采用广播的方式发送到所有的ONU上，这样无疑会给非法的用户提供窃听其他ONU的下行数据的机会，甚至可以窃听到所有用户的数据。同时，对于GPON系统而言，它又具有独特的高数据方向性特点，几乎所有的ONU都不能监听到其他ONU的上行数据，这就允许一些私有的信息(如密钥等)能够在上行方向上安全的传送。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成功收到一次就在相应的数据帧上切换校验密钥。
GPON系统给用户提供了高带宽接入，在多种业务开展时，需要对用户进行控制，同时又要考虑用户接入的安全。如在在组播业务中，要保证业务的可运营、可管理，就要通过一些必要的策略来达到业务可控的目的。组播的控制策略有很多种，其中对组播用户的控制，其重要的一个技术手段就是对用户的认证、授权。在GPON系统中，用户通过物理端口实现用户惟一标识、定位和认证主要有VBAS、PPPoE+和DHCPoption60/82三种方案:
VBAS方案定义了一种协议，即VBAS协议，规定BRAS设备和OLT设备之间交换宽带用户接入端口信息的方法，其核心思想是在认证工作流程中，增加一个BS与OLT之间交互用户物理端口信息的过程。VBAS适用于各种认证方式。该方案的优点在于较易实现，只需对OLT、BRAS和Radius Server进行软件升级，可以保护现网投资。
即POE+是DSL论坛针对即POE认证方式，推荐的用于解决宽带用户惟一标识的方案，其核心思想是对PPPOE协议进行扩展，将PPPOE协议中被忽略的“TAGTyPe”属性用于标识用户的物理端口信息。即PoE+解决方案同VBAS方案的基本思路一致，容易实现，只需对OLT、BRAS和RadiuSServer进行软件升级即可，可以很好地保护现网投资。
DHCpOption82也是DSL论坛针对DHCp+WEB认证方式，推荐的用于解决宽带用户惟一标识的方案，其核心思想是在DHCP连接建立阶段，OLT设备将用户物理端口信息插入DHCPDISCOVERY消息中，传给BRAS设备。对于DHCP认证方式，其主要问题是保证DHCP接入的安全性和真实性，这就需要在DHCP包文中引入OPTION82选项;对于存在多个终端同时使用DHCP的场合，为了区分这些终端，还需引入OP-TION6O选项。DHCPOPTION82选项通常由OLT设备将用户的端口信息和设备信息插入到用户的DHCP报文，DHCP服务器通过识别OPTION82来执行1P地址分配策略或其它策略。OPTION6O选项通常由终端自带，不同类型的终端可以通过设置不同的OPTI0N60来识别。通过OPTION6O选项，可以实现对不同的终端分配不同的地址空间。■
【参考文献】
［１］付晓松.EPON/GPON技术发展与应用[J]．电信技术,2004,(09).
［２］敖立.宽带接入技术的最新进展[J]．电信科学,2005,(03).
1.1GPON基本原理
GPON采用点到多点的拓扑结构，现双向数据传输。一套典型的EPON方式实，下行采用广播方式、上行采用TDMA系统由OLT、ONU/ONT、POS/ODN组成。
OLT放在中心机房(CO，Centra1Office)，它可以是一个LZ交换机或者L3路由器。在下行方向，它提供面向无源光纤网络的光纤接口；在上行方向，OLT提供了GE接口、10/100Base-T、10GBase-X、EI、STMI等接口标准，OLT通过支持El接口来实现传统的TDM话音的接入。
GPON数据下行时，OLT将数据包广播传输给PON上所有的ONU，每个包携带一个具有传输到目的地ONU标识符的信头；此外，有些包可能要传输给所有的ONU，或者指定的一组ONU，当数据到达ONU时，它接收属于自己的数据包，丢弃其他的数据包。GPON数据上行时，利用TDMA技术，多个ONU的信号在經过不同长度的光纤传输后，进入光分配器的共用光纤，占据分配给它的指定时隙，以避免发生相互碰撞干扰。
1.2GPON帧结构
由于采用GFP映射，GPON的传输汇聚层本质上是同步的，并使用标准SDH的125ps帧，因而使得GPON可以直接支持TDM业务。一个物理层帧中可以包含多个ONT的GEM的帧，不论是上行帧还是下行帧；帧中分两部分:帧头和净荷。帧中信息有两种，一是数据信息，二是控制信息；其中控制信息又分为OMCI、EOAM，PLOAM，数据信息都是在净荷中，而控制信息有的在净荷中，有的在帧头中。下行帧的净荷部分只有两种:ATM信元、GEM信元。上行帧的净荷部分有三种:ATM信元、GEM信元、DBA帧。
2.GPON的关键技术
2.1OBA技术
在GPON系统中，OLT通过向ONT发送授权信号来控制上行数据流。PON结构需要一个有效的TDMA机制控制上行流量，这样来自多个ONT的数据包在上行过程中不会发生碰撞。然而，使用基于碰撞的机制需要在PON的无源ODN里管理QOS，这在物理上是不可能实现的，或者需要承受效率的严重损失。鉴于这些问题，管理上行GPON流量的机制一直是GPON流量管理标准化过程中的首要关注焦点。这便促使ITU-TG.983.4推荐标准的发展，该标准定义了用于管理上行PON流量的动态带宽分配(DBA)协议。
2.2层次化技术
GPON作为新一代的光接入设备，具有高速率、多业务的特点。GPON在组网方式上主要以树型拓扑结构为主(包括星型和链型)，网络业务开通后，数据的转发路径基本固定。在上行方向，由于是低速线路的流量汇聚到高速线路上，在没有流量收敛的场合，将不会出现拥塞，因此可以不考虑QOS处理的问题;对于有流量收敛的场合，可以通过在每个节点进行简单的优先级或WRR调度，来保证业务的QOS，如在ONU节点，可以通优先级调度，保证IAD的流量优先转发，在OLT节点，可以通过WRR调度，来实现ONU之间“公平地”占用带宽资源。在下行方向，由于是高速线路的流量转发到低速线路上，如果不进行QOS处理，将可能出现拥塞，从而导致承载业务的QOS不能够得到保证。如果BRAS/路由器能够根据报文的转发路径和从BRAS/路由器到终端的所有链路的承载能力，对报文在接入网中的转发过程中是否会出现拥塞进行“预知”，并采取相应的QOS处理。
2.3TDMOGEM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SK时钟进行全网同步。
2.4GPON安全技术
GPON系统中下行数据采用广播的方式发送到所有的ONU上，这样无疑会给非法的用户提供窃听其他ONU的下行数据的机会，甚至可以窃听到所有用户的数据。同时，对于GPON系统而言，它又具有独特的高数据方向性特点，几乎所有的ONU都不能监听到其他ONU的上行数据，这就允许一些私有的信息(如密钥等)能够在上行方向上安全的传送。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成功收到一次就在相应的数据帧上切换校验密钥。
GPON系统给用户提供了高带宽接入，在多种业务开展时，需要对用户进行控制，同时又要考虑用户接入的安全。如在在组播业务中，要保证业务的可运营、可管理，就要通过一些必要的策略来达到业务可控的目的。组播的控制策略有很多种，其中对组播用户的控制，其重要的一个技术手段就是对用户的认证、授权。在GPON系统中，用户通过物理端口实现用户惟一标识、定位和认证主要有VBAS、PPPoE+和DHCPoption60/82三种方案:
VBAS方案定义了一种协议，即VBAS协议，规定BRAS设备和OLT设备之间交换宽带用户接入端口信息的方法，其核心思想是在认证工作流程中，增加一个BS与OLT之间交互用户物理端口信息的过程。VBAS适用于各种认证方式。该方案的优点在于较易实现，只需对OLT、BRAS和Radius Server进行软件升级，可以保护现网投资。
即POE+是DSL论坛针对即POE认证方式，推荐的用于解决宽带用户惟一标识的方案，其核心思想是对PPPOE协议进行扩展，将PPPOE协议中被忽略的“TAGTyPe”属性用于标识用户的物理端口信息。即PoE+解决方案同VBAS方案的基本思路一致，容易实现，只需对OLT、BRAS和RadiuSServer进行软件升级即可，可以很好地保护现网投资。
DHCpOption82也是DSL论坛针对DHCp+WEB认证方式，推荐的用于解决宽带用户惟一标识的方案，其核心思想是在DHCP连接建立阶段，OLT设备将用户物理端口信息插入DHCPDISCOVERY消息中，传给BRAS设备。对于DHCP认证方式，其主要问题是保证DHCP接入的安全性和真实性，这就需要在DHCP包文中引入OPTION82选项;对于存在多个终端同时使用DHCP的场合，为了区分这些终端，还需引入OP-TION6O选项。DHCPOPTION82选项通常由OLT设备将用户的端口信息和设备信息插入到用户的DHCP报文，DHCP服务器通过识别OPTION82来执行1P地址分配策略或其它策略。OPTION6O选项通常由终端自带，不同类型的终端可以通过设置不同的OPTI0N60来识别。通过OPTION6O选项，可以实现对不同的终端分配不同的地址空间。■
【参考文献】
［１］付晓松.EPON/GPON技术发展与应用[J]．电信技术,2004,(09).
［２］敖立.宽带接入技术的最新进展[J]．电信科学,2005,(03).