GPON QoS专题介绍-20061225-A
GPON基础介绍
GPON基础介绍GPON（Gigabit-capable Passive Optical Network）是一种基于光纤传输的宽带接入技术，可以提供高速且稳定的数据传输。
本文将介绍GPON的基础知识及其原理。
GPON是一种面向家庭和企业用户的接入技术，它利用了光纤传输的高带宽和抗干扰能力，可以提供高速的网络连接。
与传统的基于铜线的ADSL或VDSL接入技术相比，GPON可以提供更高的传输速率和更远的传输距离。
GPON采用了一种被动光网络架构，其中光纤在整个网络中起到了关键的作用。
在GPON网络中，光纤被用来传输数据，而不是电信号。
这种纯光传输的方式可以大大降低传输损耗和干扰。
GPON网络由三个主要组件组成：光线传输单元（OLT），光纤接入单元（ONT）和光纤分配器（ODN）。
OLT是GPON网络的核心设备，负责连接用户和服务提供商的网络。
ONT是连接用户设备的终端设备，它将光信号转换为电信号，并提供网络连接给用户。
ODN则是用来将光纤连接到ONT的分配设备。
GPON网络采用了时间分割多路复用（TDM）技术，它将光信号分割为不同的时间片段，每个时间片段用于传输不同的数据流。
这种技术可以使多个用户同时共享一条光纤，并实现有效的带宽利用。
在GPON网络中，数据流被分为两种类型：上行和下行。
上行数据流是从用户设备发送到服务提供商的数据流，而下行数据流是从服务提供商发送到用户设备的数据流。
由于GPON网络采用了不对称传输方式，上行和下行数据流可以拥有不同的传输速率。
GPON网络支持高达2.5Gbps的下行速率和1.25Gbps的上行速率。
这种高速度可以轻松满足多种应用的需求，如高清视频流、在线游戏和云存储等。
此外，GPON网络还支持语音通话和视频监控等实时应用。
GPON网络具有很多优点。
首先，由于光纤具有高带宽和低损耗的属性，GPON网络可以提供稳定且高速的数据传输。
其次，由于采用了纯光传输的方式，GPON网络对电磁干扰具有很强的抵抗能力。
QoS教程详解
14
优先级与队列的映射
COS值的范围0-7，每个值对应一个输出队列 优先级与队列的映射
COS
队列 4 4 3 3 2 2 1 1
15
7
6 5 4 3 2 1 0
1:low queue 2:normal queue 3:medium queue 4:high queue
高低优先调度
重要业务要求在拥塞发生时优先获得服务以减小响应延迟 在队列调度时，根据高低优先队列之间的轮循比值来转发报
设为16 1.配置一个与TCP端口30000上的数据包匹配的访问列表
access-list 100 permit tcp any any eq 30000
2.使用类别映射表配置一个通信流配置文件 class-map TCP-PORT-30k match access-group 100 exit
26
27
任务五：配置所有的出站队列，将COS值设为4 6 和7的通信流 加入队列3中，CoS值5的通信流加入到队列4中
1.同时配置多个接口 int range fa1/1 – 24 2.接口上配置适合的CoS映射关系 wrr-queue cos-map 4 5 wrr-queue cos-map 3 4 6 7 exit
high
按规定的速度向桶中存放令牌
medium
分类
继续发送
须由此接口 发送的数据流
normal
令牌桶 丢弃
low
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拥塞管理和队列调度
流 分 类
high medium normal 输出队列 low
队列机制
高低优先级队列
严格优先级队列 加权轮循队列 最大时延加权轮循队列
GPON技术介绍
GPON技术介绍GPON技术特征主要体现在传输汇聚层。
GPON协议参考模型如图2所示，其中传输汇聚层又分为PON成帧子层和适配子层。
GTC(GPONTransmissionConvergence)的成帧子层完成GTC帧的封装，终结所要求的ODN的传输功能，PON的特定功能（如测距、带宽分配等）也在PON的成帧子层终结，在适配子层看不到。
GTC的适配子层提供PDU与高层实体的接口。
A TM和GFP信息在各自的适配子层完成SDU与PDU的转换。
OMCI（Operations Management Communications Interface，操作管理通信接口）适配子层高于A TM和GFP适配子层，它识别VPI/VCI和Port_ID，并完成OMCI通道数据与高层实体的交换。
作为一种灵活的吉比特光纤接入网，GPON支持更高的速率和对称/非对称工作方式，同时还有很强的支持多业务和OAM的能力。
它以A TM信元和GFP （GenericFramingProcedure，通用成帧规程）承载多业务，对各种业务类型都能提供相应的QoS保证，支持商业和居民业务的宽带全业务接入。
EPON与GPON技术比较GPON与EPON最主要的区别表现在TC帧结构上。
GPON通过A TM和GFP两种协议承载不同类型的用户数据。
它的上、下行帧长均为125μs。
下行采用TDM方式，上行采用时分多址（TDMA）接入技术。
上行帧由复用的突发传输时隙（slot）组成，每帧包括一个或多个ONU的传输时隙，通过下行帧的USBWmap（上行带宽映射）域指示相应ONU的上行数据发送。
而EPON帧格式基本与IEEE802.3的以太数据帧格式兼容，只在以太帧中加入时标及识别等信息，Ethernet PON数据通过不定长的数据包传输。
GPON在用户净荷数据段承载A TM信元和（或）GFP帧。
在OLT授权给ONU的上行发送时隙中，OLT尽量使分配给ONU的A TM净荷块为53字节的整数倍长，如果净荷不是信元的整数倍，将进行碎片填充。
GPON系统中基于QoS的动态带宽分配算法的研究
中文核心期刊ＧＰＯＮ系统中基于ＱｏＳ的动态带宽分配算法的研究王欣，顾畹仪（北京邮电大学电信工程学院，北京１００８７６）摘要：为了实现吉比特无源光网络（ＧＰＯＮ）带宽分配的公平性，降低网络的丢包率及传输延时，研究了ＧＰＯＮ系统传输汇聚层的帧结构及带宽分配的实现方法，提出了一种新的动态带宽分配（ＤＢＡ）算法———基于ＱｏＳ的二层动态带宽分配算法。
性能分析与对比表明，这种算法对不同用户和不同等级的业务都具有很好的公平性，并可以降低低等级业务的传输延时。
关键词：吉比特无源光网络；光网络单元（ＯＮＵ）；ＱｏＳ中图分类号：ＴＮ９２９．１１文献标志码：Ａ１引言目前，ＩＴＵ－Ｔ已经通过了ＧＰＯＮ的部分标准，包括Ｇ．９８４．１（总体特性）、Ｇ．９８４．２（物理媒质相关层描述）、Ｇ．９８４．３（传输汇聚层描述）和Ｇ．９８４．４（ＯＮＴ管理控制接口规范），ＧＰＯＮ技术正逐步走向成熟。
全业务接入网联盟（ＦＳＡＮ：ＦｕｌｌＳｅｒｖｉｃｅＡｃｃｅｓｓＮｅｔｗｏｒｋ）制定ＧＰＯＮ规范的目的就是支持现有的及未来可能出现的各种不同业务。
虽然ＧＰＯＮ系统的网络体系结构同所有的无源光网络接入系统相同，但它却有着其他接入网所没有的优越特性：◆采用ＧＥＭ封装格式，提高了数据封装的效率，最高可达９７％。
对高层各种不同类型，不同速率的业务进行封装后利用ＰＯＮ透明传输，支持现有的各种语音、数据及视频业务。
◆网络覆盖范围广，各ＯＮＵ之间的物理距离最远可达２０ｋｍ，ＯＮＵ与ＯＬＴ之间的最大逻辑距离可达６０ｋｍ。
◆可支持对称和不对称的多种线路速率，最大支持速率可达２．５Ｇｂ／ｓ，能满足现有及未来可能出现的各种业务对带宽的需要。
２ＧＰＯＮ中ＤＢＡ的实现方法２．１ＧＰＯＮ传输汇聚层的帧结构ＧＰＯＮ的下行帧结构如图１所示。
帧长为１２５ｍｓ。
当下行速率是１．２４４１６Ｇｂ／ｓ时，帧长为１９４４０字节；当下行速率是２．４８８３２Ｇｂ／ｓ时，帧长为３８８８０字节。
GPON技术介绍
GPON技术介绍
GPON（Gigabit Passive Optical Network，千兆无源光网络）是一
种利用千兆无源光网络技术实现“一条线”实现多用户互联的新兴网络技术，是由ITU-T标准Q.1209，OIF实施指南ID-319规定的一种新技术，
受到世界各地电信企业的普遍采纳。
GPON是一种集宽带、多媒体、语音、数据、传输信令的新兴的“一条线”技术，具有良好的经济性、可靠性和
可管理性，使用率高，可以部署先进的多媒体服务。
这一技术的关键在于
它采用千兆无源光网络技术，这种技术可以减少光纤线路上的放大器数量，大大节省网络投资。
GPON是一种综合应用于有线和无线多媒体服务的新兴技术，可以实
现“一条线”发布宽带、多媒体服务，满足用户的多种需求，它采用了新
型的多芯片技术，实现了具有弹性的设备拓扑，包括普通用户、企业用户
等的宽带接入和各种宽带应用，同时确保了宽带服务的质量，为客户和网
络提供良好的使用体验。
GPON由三部分组成：光源，光缆，接收/发射器。
光源采用兼容1609.3标准的二极管激光器，它是一种小功率激光器，可以实现低功耗
状态。
光缆是构成光网络的基础，它可以是多根的单模光缆，也可以是多
芯的多模光缆，有助于改善网络的可靠性，以及容量的提升。
GPON限速及QoS
GPON限速及QoS1限速在上行方向，通过配置ONU-G::Traffic management option来设置流量管理方式为上行流量速率控制（Rate controlled upstream traffic），可以对每个业务最大上行流量进行速率控制。
但这个速率控制是针对每个GEM连接进行管理控制的，而不是针对整个ONT的上行速率进行控制。
在每个代表GEM连接的GEM port network CTP里面，GEM port network CTP::Traffic descriptor profile pointer属性用于指向GEM traffic descriptor，但这个属性仅在ONU-G::Traffic management option设置为速率控制（Rate controlled upstream traffic）时候才被用到。
每个GEM连接的速率控制参数可以通过配置GEM traffic descriptor进行设定，其中GEM traffic descriptor::SIR用于设定该连接的保证速率(sustained information rate)，GEM traffic descriptor::PIR用于设定该连接的峰值速率(peak information rate)。
在下行方向，没有用于设定下行流量速率控制的ME。
2上行QoS在上行方向上，通过配置ONU-G::Traffic management option可以对上行流量的管理方式设定为优先级控制调度（Priority controlled and flexibly scheduled upstream traffic）。
在这种情况下，优先级队列(priority queue)和流量调度器(traffic scheduler)等Qos机制将会用于上行业务流。
图1为上下行业务流的数据流程图。
图1：上下行业务的数据流程图从图1可以看出，上行业务流在到达GEM port network CTP，根据ONU-G::Traffic management option的不同，开始流经不同的途径：若为速率控制方式，则直接被送到T-CONT；若是优先级调度方式，则被送到Priority Queue(up Stream)。
gpon方案
GPON方案概述GPON（Gigabit-capable Passive Optical Network）是一种光纤传输技术，可提供千兆级别的宽带接入服务。
GPON方案集成了光纤传输、光分配、光波转换和网络传输等功能，广泛应用于住宅、企业和校园等网络环境中。
本文将介绍GPON方案的基本原理、特点以及在不同领域应用的情况。
GPON的基本原理GPON基于波分复用技术，使用单根光纤传输多个信号。
GPON系统由三个主要组成部分组成：光线终端（OLT）、光网络单元（ONU）和光纤线路。
GPON使用点对多点的架构，其中OLT通过光纤将高速数据传输到ONU，实现了高速、稳定的宽带接入。
OLT负责将数据转换为适用于光纤传输的格式，并将数据传输到ONU。
ONU则接收并解码数据，将其发送到终端设备。
GPON的特点GPON方案具有以下特点：1.高带宽：GPON方案提供千兆级别的带宽，能够满足用户对高速网络的需求，可支持高清视频、在线游戏和大规模文件传输等应用。
2.长距离传输：GPON光纤的传输距离可达20公里，支持远程接入，适用于广域网部署和大范围覆盖。
3.分布式架构：GPON系统采用分布式架构，光线终端（OLT）和光网络单元（ONU）分别部署在中心节点和用户端，使得网络管理更加灵活和可靠。
4.省电节能：GPON方案采用边缘用户的睡眠模式，有效降低了能量消耗，实现了节能环保。
5.服务质量保证：GPON具备多种服务质量保证机制，可以满足不同用户对网络服务的需求。
6.灵活扩展：GPON系统支持灵活的扩展，可以根据实际需求增加或减少光网络单元（ONU）的数量。
GPON在不同领域的应用GPON方案在各个领域都有广泛的应用，以下是其中一些常见领域：住宅小区网络GPON方案可为住宅小区提供高速、稳定的宽带接入服务。
通过部署一个光线终端（OLT）和多个光网络单元（ONU），可以实现多户共享一个光纤网络，提供统一的网络接入。
这样，住宅小区的居民可以方便地享受高速上网、网络电视和互联网电话等服务。
GPON基础知识
2003年3月，发布GPON 标准G.984.1和G.984.2
2001年底，把APON 更名为BPON
2001年初，开始进行 GPON标准的研究
1995年， FSAN成立
1998年10月，发 布APON标准
2011年，发布 NGA1标准
2009年Q1完成NGA PON的技术白皮书，包
括NGA1/2的需求、 NGA1的规范、NGA2的
SC
Subscriber Connector/Standard Connector 推压型，可以很容易地装卸 。 是最普通的连接器。重量轻，体积小，便于
操作 。 用于OLT和ONU的PON口。
LC
Lucent Connector / Local Connector 为推压型，可以很容易地装卸 。 是超小型光连接器，可以进行高密度装配 。 用于OLT上连接口
EPON：适宜承载基于以太网的业务，简单、低成本、中等性能， 满足公众住宅客户需求。
GPON：完善支持多业务接入，复杂性稍高，完备性、性能与安全性较好， 可满足综合业务接入需求。
NGA PON与10GEPON的融合
内部公开▲
背景
技术发展的融合 标准组织越来越多的合作 联盟和制定标准的专家趋于相同
GEM：GPON Encapsulation Method
T-CONT
Transmission Container
内部公开▲
GPON业务流专有名词 - GEM Port
数据流的最小单位，由Port Id来标识。 按方向分类：单下行、单上行、双向。 按用途分类：业务GEM port，管理GEM port。 以太帧按照一定的规则，映射到GEM帧中。
节点
网络
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端是128Kbps, 如果本地按256Kbps传输，势必会使远端产生大量丢包。
解决方式：通用流量整形（GTS）。GTS对报文的流量进行限制，对超出流量
约定的报文进行缓冲，当令牌桶有足够的令牌时，则按规定的速率均匀地向外发 送这些被缓存的报文，使之仍然符合流量约定。
流量整形可能会增加延迟。
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流量监管——CAR
LD
流 分 类
CAR
LU
drop
前提：流分类，流被识别出来。 测量：测量流到达速率。 动作：
丢弃（droping）根据特定规则丢弃分组。也写为policing。 打标记（marking）设臵报文的DS域（或IP优先级）。一般发生在网络边 缘。
业务通过信令向网络申请特定的QoS服务，网络在流量参数描述的 范围内，预留资源以承诺满足该请求。
DiffServ模型： 当网络出现拥塞时，根据业务的不同服务等级约定，有差别地进行 流量控制和转发来解决拥塞问题。
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QoS概念
Quality of Service（服务质量）是指网络通信过程中，允许用户业务在
丢包率、延迟、抖动和带宽等方面获得可预期的服务水平。
IP QoS目标：
避免并管理IP网络拥塞
CBWFQ（ Class Based Weighted Fair Queuing ）基于类的加权公平队列
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拥塞避免
传统的尾丢包在网络发生拥塞时对报文全部丢弃，并不加以区分。 TCP慢启动导致全局同步化。TCP流组成了网络上大部分通信量。当TCP流遇
1.3 QoS体现
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QoS名词解释
名词 FIFO ACL 英文解释 first in first out access control list
好多技术名词啊！这可要记住了。。。。
中文解释 先入先出 访问控制列表，用于对IP包文进行流分类
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最终用户对不同业务的主观认知度
级别 1 业务类型 电信级视频、语音业务 子业务 NGN语音 NGN视频 2 普通视频，语音业务 普通语音 用户主观认知度 听得很清楚，延迟很小，交流流畅 没有花斑和马赛克，画面连续，没有模糊和拖条拖块 还可以，听不太清，有一定延迟，可以交流
普通视频
3 实时高交互性业务 网络游戏
Internal
GPON QoS专题介绍
ISSUE 1.0
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随着宽带全业务时代的到来，端到端的 QoS日渐成为运营商最为关注的问题。 本专题主要关注以下问题： •QoS的体现 •如何保障不同业务的优先级 •GPON中的QoS实现
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学习指南
学习本课程需要关注：
QoS基本概念 QoS的实现 了解DBA算法
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802.1p优先级
每一个支持802.1Q协议的主机，在发送数据包时，都在原来的以太网帧头
中的源地址后增加了一个4字节的802.1Q标签头。其中 TCI字节中Priory字 段就是802.1p优先级，它由3个bit组成，取值范围为0～7。一共有8种优先级， 主要用于当设备阻塞时，优先发送哪个数据包 。
画面流畅，没有明显马赛克和花斑，播放过程中没有等 待缓冲现象 画面流畅，没有马赛克和花斑 50KB/S以上 6秒内打开网页 20-50KB/S以上
8
断点续传业务
BT等
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Triple-play QoS：语音/视频/数据流差别服务
整形（shaping）使业务流中的分组延时输出以符合业务模型的规定。
算法：令牌桶算法。
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拥塞管理与队列调度
目的：网络拥塞时，保证不同优先级的报文得到不同的QoS待遇，包括时延、
带宽等。
• 画质清楚 • 画面连续
GAME Service
• 连续顺畅 • 不掉线
DATA Service
• 网页打开快 • 下载速度快
• 话音连续
• 没有花斑
• 无马赛克
Throughput、Delay、Packet Loss、Jitter
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IP转发中每一跳的转发行为 服务水平协议。是服务使用者和服务提供者之间签定的服务 水平协议。服务提供者按此协议向服务使用者提供服务 优先队列 定制队列 加权公平队列
WRED
GTS CAR
Weighted random early detection
Generic traffic shaping Committed access rate
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第1章 QoS概述
1.1 基本概念
1.2 QoS技术
1.3 QoS体现
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QoS体现
NGN Service
• 听得清楚 • 没有回音
IPTV Service
EF
入接口
源地址 目的地址 源端口 目的端口 分类 协议RR WFQ
AF
CAR GTS
令牌桶
语音 视频
报文分类 设定优先 级和带宽
BE
数据
入 队列 队
出 拥塞避免 流量整形 队
1、语音信号对时延要求高，没有重发机制做保证正确传送。所以，将语音信号的优先 级设为最高，通过优先传送来保证对语音业务的服务质量。 2、视频信号对时延要求比较高，没有重发机制。视频信号的优先级仅次于语音信号。 3、数据业务对时延要求不高，优先级最低。为了保证数据业务的服务质量，在带宽设 计应保证在最不利情况下数据业务能得到一定的带宽保证。
参考资料
MA5680T 产品手册 IP QoS技术介绍
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学习完此课程，您将会： 理解GPON中的QoS解决方案 了解DBA 了解如何配臵QoS参数
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Detection）
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流量整形
按规定的速度向桶中存放令牌
256Kbps 128Kbps
流 分 类
队列
GTS
令 牌 桶
128Kbps
FR
链路两边的接口速率不匹配：例如在帧中继网链路中，本地端口是256Kbps, 远
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第2章 GPON中的QoS
1.1 处理机制
1.2 处理流程
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IP优先级、TOS优先级和DSCP优先级
IP header的TOS字段有8个bit，其中前三个bit表示的就是IP优先级，取值
范围为0～7（可以参见RFC1122）；第3～6这四个bit表示的是TOS优先级， 取值范围为0～15（可以参见RFC1349）；在RFC2474中，重新定义了IP报 文头部的TOS域，称之为DS域，其中DSCP优先级用该域的前六位（0-5位） 表示，取值范围为0～63，后2位（6、7位）是保留位。
BA（Behavior Aggregate）：基于IP包头中的DS域（或IP优先级）。
MF（Multi Field）：基于IP包头中的某些域的集合，例如：源/目的地址、 DS（或IP优先级）、协议号、源/目的端口号等等。
作用：QoS 执行服务的基础。
处理：根据分类结果交给其它模块处理或打标记（着色）供核心网络分类使用。
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QoS技术
报文分类和标记 流量监管 拥塞管理与队列调度 拥塞避免 流量整形
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