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Gigabit Passive Optical Network. 指導教授:吳和庭教授 Speaker :蘇泳蒼 Date : 2010/04/28. Outline. Introduction Media Access Control Downstream GTC frame structure Upstream GTC frame structure GEM frame structure Dynamic Bandwidth Allocation Conclusion Reference. Introduction.
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Gigabit Passive Optical Network 指導教授:吳和庭教授 Speaker:蘇泳蒼 Date:2010/04/28
Outline Introduction Media Access Control Downstream GTC frame structure Upstream GTC frame structure GEM frame structure Dynamic Bandwidth Allocation Conclusion Reference
Introduction • GPON的標準化是由Full Services AccessNetwork (FSAN) consortium來執行,並且在2003年通過了InternationalTelecommunication Union — TelecommunicationStandardization Sector (ITU-T)的標準。
Introduction • GPON主要由Optical Line Terminal (OLT)、Optical Network Unit (ONU)、Optical Distribution Network (ODN)所組成。
Introduction • GPON從central office到user的傳送距離可以到達20km。 • GPON可以支持到64個用戶。 • GPON有兩種傳送速度的組合: • 1.2 Gbit/s up, 2.4 Gbit/s down • 2.4 Gbit/s up, 2.4 Gbit/s down
GPON transmission convergence layer • G-PON transmission convergence (GTC) layer is cmprised of two sublayers, the GTC framing sublayer and the GTC adaptation sublayer. • GTC framing sublayer主要是將資料組成GTC frame。 • GTC adaptation sublayer主要是將Service data units轉成GEM protocol data units。
GPON transmission convergence layer • Physical layer OAM Operations, Administrations and Maintenance(PLOAM)是管理PMD and GTC。 • The ONU management and control interface (OMCI) 是用來做GTC上層服務的管理。
Media Access Control • OLT會用upstream bandwidth map (BWmap) field of the downstream physical control block (PCBd)送出pointers控制upstream traffic。 • pointers會指示每一個ONU可以上傳的開始時間和結束時間。 • 在任何時間內只有一個ONU可以access the medium。
Downstream GTC frame structure • Physical synchronization (PSync) field:PSync field是一個固定的32-bit pattern,它的coding是0xB6AB31E0,用來實現同步機制。
Downstream GTC frame structure • ONU一開始是在Hunt state,接著ONU會搜尋PSync pattern,一旦發現正確的PSync pattern,ONU就會進入Pre-sync state,假如一個不正確PSync field被發現,ONU就會回到Hunt state ,若是收到M1-1個連續的正確PSync pattern就進入Sync state,此時ONU會開始處理downstream GTC frame,假如ONU偵測到連續M2個的不正確PSync field,ONU就會回到Hunt state。M1建議值是2, M2是5。
Downstream GTC frame structure • Ident field:用來指示較大的framing structures。 • physical layer OAM (PLOAM):用來傳送管理資訊。 • BIP:用來提供bit error rate estimation。
Downstream GTC frame structure • PLend field分成下列3個部份 • length of the bandwidth map (Blen):說明BWmap的長度。 • length of the ATM partition (Alen):應該全部填0。 • CRC:對PLend field提供error detecting and correcting functions。
Downstream GTC frame structure • bandwidth map (BWmap):BWmap是一長串的8-byte allocation structure, 每一個allocation structure都代表一個T-CONT的bandwidth allocation。
Downstream GTC frame structure • Allocation ID field:指出T-CONT。 • Flags field: • Bit 11 (MSB):指示送出power levelling sequence (PLSu)。 • Bit 10:指示送出PLOAMu。 • Bit 9:指示利用FEC。 • Bit 8 and 7:指示送出DBRu (mode)。
Downstream GTC frame structure • StartTime field:指示傳送的開始時間。 • StopTime field:指示傳送的停止時間。 • CRC field:對BWmap field提供error detecting and correcting functions。
Upstream GTC frame structure • preamble:用來做同步。 • delimiter:用來表示frame開始。 • BIP:用來提供bit error rate estimation。
Upstream GTC frame structure • ONU-ID field:ONU-ID是在ranging process期間指派給ONU。 • indication field:提供real time ONU狀態回報給OLT。 • physical layer OAM (PLOAM):用來傳送管理資訊。 • Dynamic bandwidth report upstream (DBRu):有兩個欄位分別是DBA field和CRC field, DBA field包含T-CONT的traffic status, CRC field用來對DBRu做錯誤偵測。
GEM frame structure • PLI:PLI指出payload有多少大小, PLI field有12bits,因此fragment最多只有4095 bytes。 • Port-ID:Port-ID提供4096個traffic identifier,可以有一個以上的Port-ID在Alloc-ID/T-CONT傳送。 • PTI:PTI指出payload的content type。 • HEC:HEC對header提供error detecting and correcting functions。
GEM frame structure • user data fragment必須是連續的,也就是user data fragment不能橫跨GTC frame boundary。
GPON time division multiplexing architecture In the downstream direction,是用GEM Port-ID去識別GEM frames,ONU只會擷取屬於自己的GEM frames。 32
GPON time division multiplexing architecture In the upstream direction,upstream bandwidth allocation是用allocation ID (Alloc-ID)去識別,ONU用GEM Port-ID去識別GEM frames是屬於哪種logical connections。 33
Dynamic Bandwidth Allocation 不論ONU有多少Alloc-ID,GEM frames都在上面傳輸,且每個Alloc-ID都有logical buffer。 DBA會藉由推斷buffer的佔有資訊,創造出BWmap來和ONU溝通,以達成DBA。 34
Dynamic Bandwidth Allocation DBA方法可以被分為兩種: Status reporting (SR) DBA:所有的ONU會回報data占住多少buffer,OLT會利用回報回來的資訊來做計算。 Non status reporting (NSR) DBA: ONU不會回報資訊,OLT會藉由觀察idle GEM frame,來做bandwidth allocation。 36
Transmission containers GPON會利用Alloc-ID對應到一個Traffic descriptor來做Quality of Service (QoS)。 Transmission containers (T-CONTs)依據其服務方針可以分為五種。 37
Transmission containers T-CONT 1 guarantees fixed bandwidth allocation for time-sensitive applications. T-CONT 2 guarantees fixed bandwidth allocation for not time-sensitive applications. T-CONT 3 is mix of minimum guaranteed bandwidth plus additional nonguaranteed. T-CONT 4 is best effort, dynamically allocated without any guaranteed bandwidth. T-CONT 5 is mix of all service categories. 38
Conclusion • GPON對於fiber to the home (FTTH)和fiber to the building/curb (FTTB/C)提供了一個選擇。GPON有很大頻寬和利用DBA來支持QoS,以滿足用戶的需求。
Future works • 對於GPON的架構做更詳細的研究。 • 更加了解GPON的運作和管理。 • 對GPON的Dynamic Bandwidth Allocation作更深入的探討。
Reference • ITU-T Recommendation G.984.1, 2008. • ITU-T Recommendation G.984.3, 2008. • Liu Yang, Zhang Guoping Li Qing, “An Improved Dynamic Bandwidth Allocation Algorithm for GPON”, Symposium on Photonics and Optoelectronics, 2009. • Effenberger, F. ,Clearly, D. ,Haran, O. ,Kramer, G. Ruo Ding Li ,Oron, M. ,Pfeiffer, T. , “An Introduction to PON Technologies”, IEEE Communications Magazine, vol.45,March 2007.
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