精品 毕业论文 毕业设计GPON在实际应用中的维护与故障处理.docx

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精品毕业论文毕业设计GPON在实际应用中的维护与故障处理

GPON在实际应用中的维护与故障处理

摘　要：

随着经济的快速发展，信息高速路作为当今社会重要的基础设施之一，拉动经济发展、促进信息分享、变革生产生活方式的作用日益凸显。

客户对网络的需求迫使电信运营商积极主动进行转型。

运营商关注的重点是尽量提供更多、更快、更便于管理的服务，光进铜退成了必然的选择。

PON技术解决了成本、带宽等业务瓶颈，但随之而来的维护问题也显得更复杂和重要。

本论文简单介绍一些GPON的基本原理和新技术下宽带故障维护经验。

关键词：

GPONOLTONU故障

PON是目前我国三大电信运营商主要使用的，日趋成熟的技术，它是英文PassiveOpticalNetworks（无源光网络）的英文缩写。

PON是一种应用于接入网，局端设备（OLT）与多个用户端设备（ONU/ONT）之间通过无源的光缆、光分/合路器（Splitter）等组成的光分配网（ODN）连接的网络。

在OLT（光线路终端）和ONU（光网络单元）之间的ODN（光分配网络）没有任何有源电子设备的光接入网。

1GPON技术原理简单介绍

GPON（Gigabit-CapablePON）千兆无源光网络技术是PON技术应用的一种，基于ITU-TG.984.x标准的最新一代宽带无源光综合接入标

准，被大多数运营商视为实现接入网业务宽带化，综合化改造的理想技术。

1.1GPON技术主要特点是：

GPON和传统的铜缆接入相比有着很多的优势，真正克服了铜缆中传输距离和带宽的矛盾，使得在20km的范围内传输速率达到下行2.5g，上行1.25g，完全可以满足现在以致将来的业务需求，与传统的光接入相比，主要有一下几点优势：

1.1.1带宽大：

光纤接入带宽大，满足用户现在及未来带宽灵活需求。

GPON上行1.25G/下行2.5G。

1.1.2节省光纤资源：

点对多点（P2MP）接入，局端光纤经分光后引出多路到户光纤。

1.1.3覆盖范围广：

接入层的覆盖半径20KM,满足“大容量，少局所”建网需求。

1.1.4运维成本低：

无源光网络（PON），线路上没有有源器件，免维护和电耗。

1.2GPON技术组网简单拓扑结构

图一

为了能更好的进行维护和定位故障，我们应该对于整个网络拓扑要清晰。

由这个GPON网络的参考模型，可以看到OLT位于中心机房，向上提供GE，10GE等广域网接口，接入网络侧设备，在OLT和ONU之间是PTN传输设备，采用了WDM波分复用的技术，WDM的技术实际上在我们的光传输网络上已经有着成熟的应用，就是在一条光纤上传输多个不同波长的数据，我们GPON网络中下行的波长是1490nm,而上行用1310nm，上下行数据在同一根光纤中传输，实现单线双向，互不干扰。

ONT作为终端设备置于我们的用户家中，对外给用户提供FE，EL，T1，POTS等多种接入方式。

1.2.1GPON技术在实际组网时对投资有收益的高端住宅用户，可以考虑直接采用光纤入户（FTTH），开展IPTV、高速上网、互动游戏、IP语音等多重业务，利用差异化接入手段发展高端用户。

也可以根据情况将OLT部署在局端/小区机房，方便维护；可以在小区进行分光，也可以在大楼分光，ONT部署在用户房间。

1.2.2针对中等价值客户，带宽需求不高，可以采用低成本的FTTB模式：

OLT放在局端/小区机房，高层可以考虑在楼内进行分光，其他可以考虑在小区分光。

宽带业务和语音业务通过网线从MDU统一接入用户家中。

1.3GPON数据复用技术

GPON实现单纤双向传输，系统采用WDM技术，为了分离同一根光纤上多个用户的信号，采用以下两种复用技术：

1.3.1下行数据流采用广播技术：

图二

广播方式：

GPON的下行帧长为固定的125us，对于下行的广播数据，所有的ONU都能收到相同的数据。

在无源分光器上，光功率是有衰减的，比如1：

16的分光器，经过分光器的光功率就是原来光功率的1/16，而传输的数据并没有任何损失，只要光路通，ONT可以激活正常上线，那么在每条光纤上的下行数据就是一摸一样的。

也就是说传输数据从OLT出来被无失真的传输到了每一个ONU，对于某个ONU，如何知道那个是自己需要的数据，哪些不是?

在ONU上主要是通过ONUid来区分是否为自己的数据，拿自己的ONUid和下行数据中的ONUid比较，相同的就认为是自己的，不同的就直接丢弃。

实际上是通过gemportid来区分的，这儿为了便于理解，可暂时认为是通过ONUid来过滤自己的数据。

1.3.2上行数据流采用TDMA技术：

TDMA（timedivisionmultipleaccess）方式：

对于上行数据来说，主要是采用tdma时分复用的方式，为什么要采用这种方式，其原因是上行数据在olt到分光器的主干光纤上必然会发生冲突。

例如：

假设ONU1和ONU2到分光器的距离一样，且同时以同样速度向OLT发送数据，那么必然同时到达分一些分光器，而分光器仅仅是一个无源的物理分光的硬件，软件上不会做任何动作，分光器上造成的这种冲突是无法避免的，所以这儿我们借鉴了传统的时分复用的思路，上行采用TDMA方式，上行数据各自按照不同的时隙在不同的时间段向OLT发送，再用一些算法保证数据在到达分光器的时候正好可以错开，那么上行可能出现数据冲突的问题就得到解决了。

实际上我们的GPON系统每个ONT上行时隙就是OLT统一分配给ONT的，OLT给每个ONT下发消息告诉大家每个ONT的上行时间段，那么ONT就严格按照这个时间段来上传数据，这样的话就可以保证上行数据的不冲突。

具体对应到个G984.3协议，就是OLT在下行帧的upstreambandwidthmap这个字段里面携带了ONT的上行时间信息，告诉每个ONT的上行时间段，就是通过下行帧的upstreambandwidthmap字段来给每个ONU分配上行时隙，那么所有的ONU就可以按照一定的秩序发送自己的数据了，不会产生为了争夺时隙而冲突。

1.4几个关键技术和重要参数

1.4.1突发光电技术

传统光模块在开启发光和关断发光时必然是有一个过程的，这个过程必然是一个渐进的过程，如图中看到的每一次的开启和关断有一个坡度，这个坡度造成的后果就是不同ONU发光的时候会出现相互干扰重叠，把ONU发会光的时间间隔做大一点也可以避免，但会造成很大的带宽浪费。

GPON中用的光模块都是采用突发光电这个技术的光模块，在瞬间发光和收光，完全可以解决上述问题。

图三

1.4.2测距技术

每个ONU到OLT的距离有长有短，那么就会造成不同ONU到OLT的光信号有早有晚，时间不一，经常发生冲突，我们希望看到的是每个ONU对于OLT来说都是在一个同心圆上，大家到OLT的时间都一样，所以GPON系统基于这个思想采用了一种方法，以最远的ONU为基准计算一下OLT到ONU的时延并精确的计算出两者间的距离，对于别的距离较近的ONU给他增加一个延时，使之到达OLT的时间与最远的ONU同步，实际上目的就是要使所有ONU到OLT的逻辑距离相同，在OLT看来所有的ONU在传输距离上都是相等的，而我们加的这个延时就叫做均衡延时。

整个过程就称为测距。

PON上行传输采用TDMA方式接入，一个OLT可以接多个ONU。

ONU至OLT之间的距离最短的可以是几十米，最长的可达20公里。

光在光纤上传输，每公里的传输延时为5ps。

由于环境温度的变化和器件的老化，传输延时也在不断发生变化。

为了实现TDMA接入，保证每一个ONU的上行数据在公用光纤汇合后，插入指定的时隙，彼此间不发生碰撞，也不要间隙太大，OLT必须不断地对每一个ONU与OLT之间的距离进行精确测定，以便控制每个ONU发送上行数据的时刻。

OLT通过Ranging测距过程获取ONU的往返延迟RTD（RoundTripDelay），从而指定合适的均衡延时参数EqD（EqualizationDelay），保证每个ONU发送数据时不会在分光器上产生冲突。

1.4.3DBA：

DynamicallyBandwidthAssignment（动态带宽分配）

DBA技术能在微秒或毫秒级的时间内完成对上行带宽的动态分配。

使用DBA的目电简而言之就是要在上行光路中不发生拥塞的前提下尽可能多的传送数据，提高上行线路的带宽利用率，这里首先要申明一点DBA只是用在GPON网络的上行数据中，下行广播帧时不需要DBA的。

我们知道GPON的上行数据时采用时分复用的方式，每一个上行GEM帧都会放入一定类型的TCONT中组成GTC帧，再按照前一个下行帧中规定的时隙把GTC帧传出去，那么具体OLT是如何给ONT分配时隙的，实现方式主要是ONT主动向OLT上报自己有多少信息要传，OLT收到这些信息后通过一定的算法计算出来需要给对应ONU分配多少的时隙，再下发给ONT，ONT上传的内容越多就给分配的时间越长，内容少就时间短点。

采用DBA技术的优势如下：

可以提高PON端口的上行线路带宽利用率；可以在PON口上增加更多的用户；用户可以享受到更高带宽的服务，特别是那些对带宽突变比较大的业务。

1.4.4光功率在实际工程中常见要求和以及光路衰减计算:

GOPN的损耗预算基于ITU建议G.983.4。

其大小就是线路上所有物理设备损耗的总和。

OLT接受的光功率范围为：

-8~-28dbm（厂商不同，这个数值稍有不同）。

发射的光功率范围：

1.5~5dbm；ONT的接受光功率范围为：

-8dbm~-27dbm发射光功率范围：

0.5~-0.5dbm（厂商不同，这个数值稍有不同）。

光路衰减计算（ODN光纤损耗可以参照以下值计算）：

表一:

项目

规格

衰减值

光缆（光纤）G625D

1310nm

≤0.35db/km

光缆（光纤）G625D

1490nm

≤0.25db/km

光缆（光纤）G625D

1550nm

≤0.22dB/km

分光器

1:

2

≤3.8db

分光器

1:

4

≤7.5db

分光器

1:

8

≤10.6db

分光器

1:

16

≤13.8db

分光器

1:

32

≤17db

分光器

1:

64

≤20.5db

光纤跳纤、尾纤

0.1db～0.3db

法兰盘

≤0.4db

冷接子

0.3～0.5db/个

光纤溶节点

0.02～0.08db/处

光富裕度

0.05～0.1dB/km

2、用户宽带安装

2.1用户申请安装使用宽带业务，应满足以下基本条件：

2.1．1：

用户所在位置必须在OLT允许的ONU注册距离之内，以保证ONU能正常注册使用。

2.1.2：

计算机能正常使用，正确安装了以太网卡。

2.1.3：

入户光纤终端光功率在ONT接受灵敏度的范围之内。

2.1.4：

电源电压稳定。

2.2安装维护人员的准备工作及注意事项：

2.2.1在局端方面，确认OLT运行正常并保证PON端口光模块儿打开。

2.2.2将ONU自动发现功能使能。

2.2.3工具配带齐全：

光功率计、红光笔等。

2.2.4做好冷接子一定要先测试光功率是否在ONT接收灵敏度的允许范围之内。

3GPON网络故障概述

GPON网络故障可以分为数据故障和硬件故障两个方面。

排除硬件故障常用的四段分析法：

用户段，配线段，馈线段，上行网络段（包括OLT设备故障）。

如图示：

图四

在实际运营中，近一半的日常故障发生在用户段，对用户段ONU可能发生的故障进行分析具有比较现实的意义。

上面大篇幅的讲述了概念和原理就是为了更有利于故障分析和维护，进行分段处理工作的工程师要对GPON的系统结构和原理有深入的了解，对业务故障可能存在的环节了解全面。

分段处理具体操作时，一般采用环回配合仪器测试进行故障的排除。

在GP