10G EPON和10G GPON兩種主流的下一代光接入網技

　　1 10G PON 技術發展背景

　　隨著各大運營商“寬帶提速”、“光進銅退”工程的大規模展開，未來寬帶業務將會以多媒體、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品優劣的標準。

　　在寬帶網絡光纖化的大趨勢下，PON技術已經成為目前全球各個電信運營商關注的熱門技術之一，也是運營商實施“寬帶提速”、“光進銅退”工程的技術基礎。經過早期APON、BPON的探索，近幾年，以美國電氣和電子工程師協會(IEEE)組織發起的EPON標準和以國際電信聯盟電信標準化部門/全業務接入網論壇(ITU-T/FSAN)標準組織發起的GPON標準成為PON技術的兩大主流。EPON標準主要秉承以太網“簡單唯美”的特點，憑借其成熟的產業鏈和優良的性價比，在日本、韓國等亞洲地區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絡電視(IPTV)、高清晰度電視(HDTV)、網絡游戲、視頻業務等大流量、大寬帶業務的開展和普及，每用戶的帶寬需求預計將以每3年一個數量級的趨勢遞增，從未來運營商長期發展趨勢分析，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務發展的需要，現有PON口帶寬將會出現瓶頸。因此，ITU-T、FSAN、IEEE等各大標準化組織開始下一代PON技術的研究工作。

　　與1G PON技術類似，10G PON技術仍然分為10G EPON和10G GPON兩大陣營。10G EPON以IEEE 802.3av標準為基礎，最大限度地沿用了以往IEEE 802.3ah中的內容，具有很好的向上兼容性。IEEE所定義的802.3av包括兩點核心內容：首先，擴大了802.3ah標準中關于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，在規定相關物理參數時，保證10G EPON的光節點(ONU)可以與1G EPON的ONU共存于同一個光配線網絡(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協議組為基礎，定義了包括總體特征、物理媒質相關子層、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，并率先開始了非對稱相關標準的制定工作。經過兩年多的討論和研究，標準草案已經初具規模，而相關的產品研發工作也正在進行。

　　文章將會以技術為基礎，從技術參數、標準化進行、產品鏈成熟度等相關方面，對10G EPON和10G GPON進行總結和分析。

　　2 10G PON的技術分析

　　如圖1所示，回顧PON技術的發展歷史可以發現，每一種PON技術從誕生之日到最終大規模商用化均需要經過技術標準的制定、相關芯片和光模塊的研發、實驗和量產、實驗局的開設以及商用化部署4個階段，歷時5年左右的時間，而其中每一個階段的發展又會經歷多次的論證。

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

　　2.1 標準化進展

　　標準是否成熟是判斷一種技術是否具有商用化的前提條件?，F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——中國通信標準化協會(CCSA)也于2009啟動了相關10G PON技術的研究工作?？傮w來說，由于10G EPON技術啟動時間要早于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的標準化發展歷程。

　　2.1.1 10G EPON

　　與1G EPON技術一樣，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日發布了10G EPON國際標準802.3av，該標準專注于10G EPON物理層技術的研究工作，沿用了傳統1G EPON中的MPCP協議，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網絡中的10G EPON ONU標準參數[5]。

　　此外，在IEEE 802.3av標準中，還定義了兩種物理層參數：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。隨著業務的發展和技術的進步，將會逐步過渡到對稱模式。

　　在中國，CCSA已經于2009年年底，逐步啟動了10G EPON的標準化研究工作，兩個關于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技術規范;由CCSA TC6 WG4工作組提交的10G EPON光模塊行業標準。

　　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正式發布用于規范GPON和下一代PON系統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，全業務，高互通”為目標，推進下一代PON技術標準的研究和制定。

　　根據ITU-T研究計劃，NGPON將經歷兩個標準階段：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。備受關注的波分復用-無源光纖網絡(WDM-PON)技術屬于第二階段范疇，它通過在一根光纖中使用多個波長實現接入網的擴容，但目前由于突發模式粗波分復用、無色ONU收發器、可調諧WDM器件等一些難點技術無法突破，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工作組正式發布了NG-PON標準的第一階段文本，即下一代PON系統的總體需求(G.987.1)和物理層規范(G.987.2)，并同時制定了于2010年年中，發布傳輸匯聚層(G.987.3)和管理控制接口(G.988)相關標準的計劃。

　　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，預計相關工作將會在2010年年底展開。

　　2.2 技術參數

　　無論是IEEE 802.3av，還是ITU-T G.987協議族，均對10G PON相關技術參數、物理層指標、光功率預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點不同，技術指標也存在一定的差異。

　　表2對10G EPON和10G GPON從技術角度進行了總結和分析。由于IEEE標準化組織一直以來致力于以太網相關標準的制定工作，對于傳統電信技術的關鍵特征關注程度不高，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技術的四大關鍵點：第一，10G EPON定義了6種光功率預算，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種光功率預算模型基本上可以滿足運營商網絡建設的需要;第二，10G EPON技術在實現與傳統1G EPON在多點控制協議層面(MPCP)前向兼容的基礎上，還對原有消息類型進行了擴展，用于報告光纜終端設備(OLT)、ONU光模塊的開關時間，以滿足10G EPON系統的要求;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工作組所發布的一系列10G GPON標準協議結構。未來隨著10G GPON技術的不斷發展，ITU-T將計劃在增強帶寬和距離擴展等功能上定義，以滿足網絡建設的需要。

　　已經發布的G.987.1標準，定義了10G GPON系統的總體技術要求和系統架構，明確提出了10G GPON系統在保證良好QoS基礎上，要完全支撐傳統電信業務和所有新興業務，同時，還規定動態帶寬分配(DBA)算法、節能、認證和加密等相關內容要繼承原有1G GPON技術;而G.987.2則是重點規范了10G GPON物理層相關參數，包括上下行速率、ODN功率預算、分光比、上下行波長范圍和線路編碼等內容，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，明確了在自動發現階段，對物理設備的認證以及對用戶鑒權的方法，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標準的大部分內容，并刪除了原有文本中的三層路由屬性和802.11業務配置相關內容。

　　2.3 產業鏈發展

　　如圖4所示，一個完整的PON產業鏈包括芯片、光模塊和設備3個環節。如果要分析PON產業鏈，就需要從這3個環節入手，分析每一個環節目前發展的狀態和未來發展趨勢。

　　表3對10G EPON和10G GPON兩種技術的產業鏈發展進行了匯總和分析?？傮w來說，10G EPON和10G GPON目前均達不到大規模商用化的要求，雖然部分設備商近期紛紛推出了10G EPON或者10G GPON的產品，并與運營商合作，開設了部分實驗局，但仍然處于實驗室測試階段，離規模商用還有一段距離。

　　3 結束語

　　10G PON技術符合未來接入網絡“大容量、少局所”的發展方向，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技術必將成為未來電信運營商實現“寬帶提速”、“光進銅退”等寬帶網絡建設可持續發展的熱門技術。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技術從中國及國外標準化進展、相關技術參數和產業鏈進程等3個方面，進行了分析和比較。

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