10G PON技術(shù)發(fā)展應(yīng)用[圖]

1 10G PON 技術(shù)發(fā)展背景

隨著各大運營商“寬帶提速”、“光進銅退”工程的大規(guī)模展開，未來寬帶業(yè)務(wù)將會以多媒體、視頻點播、互動游戲為主要特征，高帶寬、綜合化將成為評判運營商所推廣的寬帶產(chǎn)品優(yōu)劣的標準。

在寬帶網(wǎng)絡(luò)光纖化的大趨勢下，PON技術(shù)已經(jīng)成為目前全球各個電信運營商關(guān)注的熱門技術(shù)之一，也是運營商實施“寬帶提速”、“光進銅退”工程的技術(shù)基礎(chǔ)。經(jīng)過早期APON、BPON的探索，近幾年，以美國電氣和電子工程師協(xié)會(IEEE)組織發(fā)起的EPON標準和以國際電信聯(lián)盟電信標準化部門/全業(yè)務(wù)接入網(wǎng)論壇(ITU-T/FSAN)標準組織發(fā)起的GPON標準成為PON技術(shù)的兩大主流。EPON標準主要秉承以太網(wǎng)“簡單唯美”的特點，憑借其成熟的產(chǎn)業(yè)鏈和優(yōu)良的性價比，在日本、韓國等亞洲地區(qū)擁有最廣泛的光纖接入(FTTx)用戶；而GPON標準憑借與APON、BPON一脈相承的特點，受到了歐洲、北美等眾多運營商的青睞。

無論是EPON，還是GPON，其提供的上下行帶寬僅僅為1G或者2G，但隨著目前交互式網(wǎng)絡(luò)電視(IPTV)、高清晰度電視(HDTV)、網(wǎng)絡(luò)游戲、視頻業(yè)務(wù)等大流量、大寬帶業(yè)務(wù)的開展和普及，每用戶的帶寬需求預(yù)計將以每3年一個數(shù)量級的趨勢遞增，從未來運營商長期發(fā)展趨勢分析，每用戶的帶寬需求將會在50～100 Mbit/s之間。這樣以來，EPON和GPON均無法滿足未來寬帶業(yè)務(wù)發(fā)展的需要，現(xiàn)有PON口帶寬將會出現(xiàn)瓶頸。因此，ITU-T、FSAN、IEEE等各大標準化組織開始下一代PON技術(shù)的研究工作。

與1G PON技術(shù)類似，10G PON技術(shù)仍然分為10G EPON和10G GPON兩大陣營。10G EPON以IEEE 802.3av標準為基礎(chǔ)，最大限度地沿用了以往IEEE 802.3ah中的內(nèi)容，具有很好的向上兼容性。IEEE所定義的802.3av包括兩點核心內(nèi)容：首先，擴大了802.3ah標準中關(guān)于1G EPON的上下行帶寬，達到10G速率；其次，充分考慮了與1G EPON的兼容性問題，在規(guī)定相關(guān)物理參數(shù)時，保證10G EPON的光節(jié)點(ONU)可以與1G EPON的ONU共存于同一個光配線網(wǎng)絡(luò)(ODN)中，且該ODN的配置可以不做任何變化，最大限度地保證了運營商前期的投資。而10G GPON則以ITU-T G.987協(xié)議組為基礎(chǔ)，定義了包括總體特征、物理媒質(zhì)相關(guān)子層、傳輸匯聚子層和管理控制接口等一系列標準，提出上下行非對稱XG PON1和上先行對稱XG PON2兩種10G GPON的主要架構(gòu)，并率先開始了非對稱相關(guān)標準的制定工作。經(jīng)過兩年多的討論和研究，標準草案已經(jīng)初具規(guī)模，而相關(guān)的產(chǎn)品研發(fā)工作也正在進行。

文章將會以技術(shù)為基礎(chǔ)，從技術(shù)參數(shù)、標準化進行、產(chǎn)品鏈成熟度等相關(guān)方面，對10G EPON和10G GPON進行總結(jié)和分析。

2 10G PON的技術(shù)分析

如圖1所示，回顧PON技術(shù)的發(fā)展歷史可以發(fā)現(xiàn)，每一種PON技術(shù)從誕生之日到最終大規(guī)模商用化均需要經(jīng)過技術(shù)標準的制定、相關(guān)芯片和光模塊的研發(fā)、實驗和量產(chǎn)、實驗局的開設(shè)以及商用化部署4個階段，歷時5年左右的時間，而其中每一個階段的發(fā)展又會經(jīng)歷多次的論證。

作為PON技術(shù)體系中的分支，10G EPON和10G GPON目前正處于技術(shù)標準的制定中，雖然相關(guān)芯片、光模塊廠商也開始了技術(shù)的研究工作，但現(xiàn)階段仍處于實驗室研發(fā)階段，離大規(guī)模量產(chǎn)還有一段距離。本章節(jié)主要是從兩者的技術(shù)參數(shù)、標準化進程以及芯片、光模塊產(chǎn)業(yè)鏈成熟度等幾個方面，對10G EPON和10G GPON進行全面的總結(jié)和分析[1-4]。

2.1 標準化進展

標準是否成熟是判斷一種技術(shù)是否具有商用化的前提條件。現(xiàn)階段，包括IEEE、ITU-T、FSAN等多家國際標準化組織正在進行10G EPON和10G GPON兩種技術(shù)的標準化制定工作；而中國的標準化組織——中國通信標準化協(xié)會(CCSA)也于2009啟動了相關(guān)10G PON技術(shù)的研究工作�？傮w來說，由于10G EPON技術(shù)啟動時間要早于10G GPON，因此，目前10G EPON的標準化進程略快于10G GPON。表1介紹了10G EPON和10G GPON的標準化發(fā)展歷程。

2.1.1 10G EPON

與1G EPON技術(shù)一樣，10G EPON標準制定主要是由IEEE牽頭來完成。IEEE組織在2009年9月12日發(fā)布了10G EPON國際標準802.3av，該標準專注于10G EPON物理層技術(shù)的研究工作，沿用了傳統(tǒng)1G EPON中的MPCP協(xié)議，在將1G EPON上下行帶寬增大到10G的同時，為保證運營商原有投資不受損害及10E EPON的平滑升級，IEEE 802.3av標準定義了與1G EPON ONU共存于同一ODN網(wǎng)絡(luò)中的10G EPON ONU標準參數(shù)[5]。

此外，在IEEE 802.3av標準中，還定義了兩種物理層參數(shù)：一種是非對稱模型，即10G速率下行和1G速率上行；另外一種是對稱模式，即上下行速率均為10G。非對稱模式可以認為是對稱模式的一種過渡形式，在前期對上行帶寬需求較少和成本較為敏感的場合，可以使用非對稱形式。隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展和技術(shù)的進步，將會逐步過渡到對稱模式。

在中國，CCSA已經(jīng)于2009年年底，逐步啟動了10G EPON的標準化研究工作，兩個關(guān)于10G EPON的項目均已在去年杭州舉行的CCSA TC6全會上立項通過：CCSA TC6 WG2工作組提交的10G EPON技術(shù)規(guī)范；由CCSA TC6 WG4工作組提交的10G EPON光模塊行業(yè)標準。

2.1.2 10G GPON

從2004年起，ITU-T SG15 Q2開始同步研究和分析從GPON向下一代PON演進的可能性。2007年9月，Q2正式發(fā)布用于規(guī)范GPON和下一代PON系統(tǒng)共存的增強波長計劃。2007年11月，Q2確定了NGPON的標準化路標，并以“低成本，高容量，廣覆蓋，全業(yè)務(wù)，高互通”為目標，推進下一代PON技術(shù)標準的研究和制定。

根據(jù)ITU-T研究計劃，NGPON將經(jīng)歷兩個標準階段：第一個階段是與GPON共存、重利用GPON ODN的XG-PON，該階段又包含上下行非對稱XG-PON1和對稱XG-PON2兩種模型；第二個階段則是完全新建ODN的NGA2。備受關(guān)注的波分復(fù)用-無源光纖網(wǎng)絡(luò)（WDM-PON）技術(shù)屬于第二階段范疇，它通過在一根光纖中使用多個波長實現(xiàn)接入網(wǎng)的擴容，但目前由于突發(fā)模式粗波分復(fù)用、無色ONU收發(fā)器、可調(diào)諧WDM器件等一些難點技術(shù)無法突破，WDM-PON仍處于論證階段。

在2009年9月底召開的ITU-T SG15全會上，Q2工作組正式發(fā)布了NG-PON標準的第一階段文本，即下一代PON系統(tǒng)的總體需求(G.987.1)和物理層規(guī)范(G.987.2)，并同時制定了于2010年年中，發(fā)布傳輸匯聚層(G.987.3)和管理控制接口(G.988)相關(guān)標準的計劃。

在中國的標準化方面，由于10G GPON部分標準于2009年底剛剛推出，因此CCSA目前還暫時沒有標準制定工作，預(yù)計相關(guān)工作將會在2010年年底展開。

2.2 技術(shù)參數(shù)

無論是IEEE 802.3av，還是ITU-T G.987協(xié)議族，均對10G PON相關(guān)技術(shù)參數(shù)、物理層指標、光功率預(yù)算做出了詳細的定義。但由于兩大標準化組織所考慮問題的出發(fā)點不同，技術(shù)指標也存在一定的差異。

表2對10G EPON和10G GPON從技術(shù)角度進行了總結(jié)和分析。由于IEEE標準化組織一直以來致力于以太網(wǎng)相關(guān)標準的制定工作，對于傳統(tǒng)電信技術(shù)的關(guān)鍵特征關(guān)注程度不高，因此，與10G GPON相比，10G EPON在認證、帶寬分配、終端管理等功能的實現(xiàn)上，標準定義并不完善。

2.2.1 10G EPON

如圖2所示，列舉了10G EPON技術(shù)的四大關(guān)鍵點：第一，10G EPON定義了6種光功率預(yù)算，針對非對稱模式的PRX10、PRX20和PRX30以及針對對稱模式的PR10、PR20和PR30，這6種光功率預(yù)算模型基本上可以滿足運營商網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的需要；第二，10G EPON技術(shù)在實現(xiàn)與傳統(tǒng)1G EPON在多點控制協(xié)議層面(MPCP)前向兼容的基礎(chǔ)上，還對原有消息類型進行了擴展，用于報告光纜終端設(shè)備(OLT)、ONU光模塊的開關(guān)時間，以滿足10G EPON系統(tǒng)的要求；第三，10G EPON采用了(255，223)的前向糾錯(FEC)編碼方式，該編碼與用于1G EPON的FEC編碼一脈相承，但其強大的編碼增益可以支持10G EPON光接收器更低的靈敏度；最后，10G EPON對上下行波長進行了重新規(guī)劃，下行使用1268～1280 nm波長，上行則重用了原有1G EPON的1575～1580 nm波段，為了避免波長沖突，10G EPON上行只能使用時分多址(TDMA)的方式。

2.2.2 10G GPON

圖3是Q2工作組所發(fā)布的一系列10G GPON標準協(xié)議結(jié)構(gòu)。未來隨著10G GPON技術(shù)的不斷發(fā)展，ITU-T將計劃在增強帶寬和距離擴展等功能上定義，以滿足網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的需要。

已經(jīng)發(fā)布的G.987.1標準，定義了10G GPON系統(tǒng)的總體技術(shù)要求和系統(tǒng)架構(gòu)，明確提出了10G GPON系統(tǒng)在保證良好QoS基礎(chǔ)上，要完全支撐傳統(tǒng)電信業(yè)務(wù)和所有新興業(yè)務(wù)，同時，還規(guī)定動態(tài)帶寬分配(DBA)算法、節(jié)能、認證和加密等相關(guān)內(nèi)容要繼承原有1G GPON技術(shù)；而G.987.2則是重點規(guī)范了10G GPON物理層相關(guān)參數(shù)，包括上下行速率、ODN功率預(yù)算、分光比、上下行波長范圍和線路編碼等內(nèi)容，雖然10G GPON的上下行波長范圍與10G EPON相同，但由于上行波長與1G GPON不沖突，因此，10G GPON上下行均采用波分多址(WDMA)方式。

即將于2010年6月發(fā)布的G.987.3對10G GPON傳輸匯聚層進行了定義，明確了在自動發(fā)現(xiàn)階段，對物理設(shè)備的認證以及對用戶鑒權(quán)的方法，同時，建議沿用以往高級加密標準(AES)算法，以提高密鑰本身的安全性。針對管理控制接口的G.988則是承襲G.984.4標準的大部分內(nèi)容，并刪除了原有文本中的三層路由屬性和802.11業(yè)務(wù)配置相關(guān)內(nèi)容。

2.3 產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展

如圖4所示，一個完整的PON產(chǎn)業(yè)鏈包括芯片、光模塊和設(shè)備3個環(huán)節(jié)。如果要分析PON產(chǎn)業(yè)鏈，就需要從這3個環(huán)節(jié)入手，分析每一個環(huán)節(jié)目前發(fā)展的狀態(tài)和未來發(fā)展趨勢。

表3對10G EPON和10G GPON兩種技術(shù)的產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展進行了匯總和分析。總體來說，10G EPON和10G GPON目前均達不到大規(guī)模商用化的要求，雖然部分設(shè)備商近期紛紛推出了10G EPON或者10G GPON的產(chǎn)品，并與運營商合作，開設(shè)了部分實驗局，但仍然處于實驗室測試階段，離規(guī)模商用還有一段距離。

3 結(jié)束語

10G PON技術(shù)符合未來接入網(wǎng)絡(luò)“大容量、少局所”的發(fā)展方向，在提高接入速率的同時，支持更大的分路比，覆蓋更多的用戶。因此，10G PON技術(shù)必將成為未來電信運營商實現(xiàn)“寬帶提速”、“光進銅退”等寬帶網(wǎng)絡(luò)建設(shè)可持續(xù)發(fā)展的熱門技術(shù)。在這一大背景下，本論文對10G EPON和10G GPON兩種主流的下一代光接入網(wǎng)技術(shù)從中國及國外標準化進展、相關(guān)技術(shù)參數(shù)和產(chǎn)業(yè)鏈進程等3個方面，進行了分析和比較。

4 參考文獻

[1] IEEE 802.3. IEEE standard for information technology-Telecommunications and Information Exchange Between Systems-Local and Metropolitan Area Networks-Specific Requirements-Part 3: Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD) Access Method and Physical Layer Specifications[S].2008.

[2] ITU-T G.987.1. 10 Gigabit-Capable Passive Optical Network (XG-PON) General Requirements [S]. 2009.

[3] ITU-T G.987.2. 10-Gigabit-Capable Passive Optical Networks (XG-PON): Physical Media Dependent (PMD) Layer Specification (for consent) [S].2009.

[4] ITU-T G.987.3. XG-PON Transmission Convergence Layer Specification [S]. 2009.

[5] ITU-T G.988. ONU Management and Control Interface Specification (OMCI) [S].2009.

作者：張沛 陳利兵 丁焰 來源：中興通訊技術(shù)