由GPONEPON升级到10G-PON

        摘要：经济上的可行性曾经是阻碍FTTH网络大量部署的主要障碍，现如今全世界已有超过四千万个FTTH连接，很明显那些过时的观念需要修改。这篇文章中，我们一起来分析PON网络是如何来解决这个“经济上可行性”问题的；以及在GPON、EPON选择上都有哪些优、劣势比较；最后，从波长、频谱的角度分析GPON/EPON和10G-PON，如何从GPON/EPON升级到10G-PON。从ODN（Optical Distribution Network，光分配网络）角度来看，要平滑升级需考虑两个方面的问题：在同一PON树下现有GPON/EPOM和10G-PON如何实现共存，如何利用现有的GPON/EPON光网络架构而不会对它们产生干扰。

　　关键词：PON，10G-PON，XG-PON, 分光器

　　简介

　　在介绍PON（Passive Optical Network，无源光网络）之前，从两个角度分析现有的接入网络：网络结构、有源/无源网络。

　　网络结构

　　在图1.a中，右边每个用户都有一根（或一对）光纤连接到左边的CO(Central Office，中央局点)，这种网络称为p2p（point to point，点对点）网络结构。
　　 

　　在图1.b中，右边一组（16，32，64或者128）用户通过共用的一根光纤连到左边的CO，这种网络称为P2MP（Point to Multi-Point，点到多点）。P2MP网络主要的优点是可以减少用户接入网馈线部分的光纤数量、以及CO端激光发射/接受器的数量（只需一个），从而降低每连接的平均成本。
　　 

　　有源、无源

　　如果从有源、无源的角度来分析，所谓“无源”是指从用户端到网络端及中间的ODN全部由无源光分路器和单模光纤等无源器件组成，不含任何有源电子器件及电子电源，因此其管理维护成本较低。同时，由于使用的是无源光器件，不易受到雷电损坏和辐射干扰。因此应用场景及网络结构可以更灵活。

　　从网络结构、有源/无源两个角度比较，无源的、点对多点的PON网络有显著成本优势。

　　表1 列出了主要PON协议的基本特性，及对应的标准体系。
　　 

　　PON技术可以分为下列三类。

　　老式PON： 包括 APON、BPON等，正逐渐从业界淡出。

　　主流PON：GPON、EPON是目前应用最为广泛的两种PON技术。

　　10G-PON（Next Generation-PON，下一代PON）： 包括10/1G-EPON、10/10G-EPON、XG-PON1(10/2.5G-GPON)、XG-PON2(10/10G-GPON)、

　　在选择PON来部署无源光网络的时候，到底选哪一种技术体制？可从下面几个角度来考量。

　　选择当今主流PON技术-包括GPON、EPON，还是选择10G-PON？

　　在GPON、EPON中选择哪一种PON技术制式最适合？

　　我们是否可以先从主流的GPON、EPON开始部署网络，待时机成熟后，再升级到10G-PON？

　　主流的PON技术与10G-PON

　　主流PON技术包括两种：GPON（ITU-T G.984.x）和EPON（IEEE 802.3ah）。首先在这两种主流的PON技术中作一个选择；然后，下一个问题是为何需要10G-PON？

　　ａ）、GPON　vs.　EPON

　　在GPON和EPON两者之间做一个选择的确不是一件易事，有时并不单纯是技术原因。举例来说，现如今全世界有超过4000万FTTH连接，而这其中主要（大约85%）位于日本、韩国、中国等亚洲国家，这些地方截止目前最主要的PON应用技术还是是EPON，但在北美、欧洲，GPON是主流的PON技术。

　　这两种PON由不同的标准化组织制定规范，GPON由ITU-T（建议G.984.1,2,3,4,5,6），EPON由IEEE（802.3ah）。

　　表2列举了GPON/EPON的一些技术指标，可以看出，在与EPON比较中，GPON有微弱的优势。
　　 

　　此外，GPON具有固定的上／下行帧格式，线路中传送的是具有周期性的复帧结构，在OLT和ONU之间通讯时GPON采用的时隙间隔是125微秒，这与传统的TDM信号比如PCM、E1或STM-1完全相同，所以具有传送传统TDM业务的先天优势。在与TDM流量互通时，这种时隙间隔是非常有利于GPON部署的。

　　而另一方面，EPON是基于大家熟悉的以太网协议，比如其网管可通过SNMP来解决，而GPON需要单独的管理通道。与GPON相比，EPON部署要便利很多。

　　b）、主流GPON / EPON技术还是10G-PON？

　　如表2所示，现有的主流PON技术体制下，每用户带宽暂时来说是对于满足现有需求（HDTV，多路标清电视，高速互联网等）已足够。特别地，并不是所有的用户都在同一时间完全占据全部带宽，因此真正利用到的带宽在理想条件下甚至可以翻倍。但是，随着用户对多媒体视频业务需求的增加，如果需求更高带宽时怎么办？必需要提供一种新的PON技术，以大幅度提升现有的共享带宽，这就是新一代PON，即10G-PON。这个10G-PON需要通过无源光网络提供10Gbps甚至更高的上行带宽。

　　10G-PON包括四种类型：10/1G-EPON，10/10G-EPON，10/2.5G-GPON，10/10G-GPON。其中10/10G-EPON和10/10G-GPON上下行带宽都为10Gbps故称之为对称的10G-PON，而10/1G-EPON、10/2.5G-GPON上下行带宽不对称故称为不对称10G-PON。

　　3、由GPON/EPON升级到10G-PON

　　GPON/EPON可以提供满足当下使用需求的带宽，但从长、远期来看（3年或者更长时间），带宽可能会成为瓶颈，而这个瓶颈只能通过10G-PON来解决，因为可用带宽翻了四倍（GPOＮ）甚至10倍（EPON）。当然，10G-PON也有劣势，包括：10G-PON的标准化工作还未完成；核心芯片由于尚未量产所以价格畸高。最好的方案是先从GPON/EPON技术开始部署，过一段时间后在把10G-PON引入到我们的网络中。

　　下面与大家一起探讨10G-PON引入时要注意的一些事项。

　　a）、10G-PON的标准

　　伴随着EPON用户对带宽需求的压力，10G-PON的标准化工作始于2007年，IEEE开始成立了10G EPON的任务组，并在2009年9月达成规范文档-IEEE 802.3.av。

　　与此同时，随着ITU-T/FSAN也在G.984.5中着手研究10G-PON的规范工作，在该规范中ITU-T/FSAN规划使用SMF的波长来满足未来网络需求，XG-PON1的规范工作组已于2010年6月达成G.987及G.987.1/2等规范文档。

　　无论是10G-EPON还是10G-GPON，下面两点内容都已在新规范书中有所定义。

　　1）、对现有ODN(Optical Distribution Network，光分配网络)的利用：现有的PON光网络架构器件包括线缆、分离器、连接器无需更换；10G-PON必须能够重复利用现有PON网络的组件。

　　2）、在升级过程中，对于无升级需求的用户无需对他们的设备做任何改动；只对需更高带宽的用户更换ONU。

　　b）、升级方案

　　先从频谱的角度来分析PON网络，可用的频带包括O波段、E波段、S波段、C波段、I波段、U波段，如下图所示。

　　图2.a GPON/EPON频谱图


　　从图2.a可以看出：

　　在上行方向上，GPON/EPON都占据了SMF（Single Mode Fiber，单模光纤）O波段的频带（波长：1260 – 1360nm）。

　　在下行方向上，无论对于GPON还是EPON都采用S波段（1480nm - 1500nm）。

　　对于未来的广播视频通道， ITU-T、IEEE都对C波段进行预留。

　　这样下来，在PON和10G-PON的频谱图上有3个空闲波段：E（Extended）、L（Long）和U（Ultra Long）。由于现有的光纤经常伴有水峰，E波段可用性无法得到保证；而U波段须为测量（OTDR-Optical Time Domain Reflector meter）预留；因此，只能考虑利用L(Long)波段。

　　分上行、下行两个方向讨论升级方案。

　　- 上行方向：ITU-T和IEEE定义了O波段用作上载。

　　对于GPON，ITU-T在G.984.5规范中定义了在ONU中使用DFB激光器，同时指定了DFB激光器仅仅使用其中的子波段（1288-1338nm），也即O波段自1260nm至1280nm之间的波长是空闲的，这个频带空余下来可供10G-PON上行利用。因此，很容易通过新OLT+WDM分光器的方式来把GPON升级到10G-PON。

　　图2.b G/EPON与10G-PON的频谱图

　　对于EPON，其使用了FP激光器，用完了所有O波段1260nm至1360nm的带宽，因此通过WDM分离器来实现升级是不可行的。意味着，若要将EPON升级到10G-PON需要彻底用全新的OLT来更换。这个全新的OLT既具有EPON的功能，又具有10G-PON的功能。在上行方向EPON与10G PON采用TDM机制，即OLT支持双速率突发接收机。 

　　下行方向：ITU-T和IEEE都把L波段仅用做下行方向数据传输用。

　　无论是EPON还是GPON，由于发射的波长并不一样，即L波段都可以为10G PON利用，OLT端1G和10G的两个信道的发射可以并存。1G的发射仍然采用1490nm，10G的发射则采用1577nm（1575～1580nm）的DFB 激光器，两段信号（1490nm和1577nm）可通过分离器加入光纤。

　　4、总结

　　虽然在GPON、EPON的选择上还需要作深入分析，但如果网络中对TDM流量有要求的话GPON还是有相当优势的。

　　在从现今的主流PON（GPON、EPON）网络升级到10G-PON方面，很重要的一点就是利用现有光网络的框架结构，对于不需要升级的用户不需要他们做任何的设备变动。从现有的GPON、EPON升级到10G-PON是科学的，但必须考虑两点：一是ONU是否使用的DFB激光器；二是ONU是否带有WBF。

　　对于GPON（或者说在ONU中带有DFB激光器的主流PON），可以通过WDM过滤器把新的OLT连接进来。对于EPON（ONU使用的是FP激光器），必须要把老的OLT换成全新的OLT才能提供10G-PON业务。

　　参考文献

　　IEEE Std 802.3av-2009（Amendment of IEEE Std 802.3-2008）

　　ITU-T Recommendation G.984.1 (2008), Gigabit-capable Passive Optical Networks (GPON): General characteristics.

　　ITU-T Recommendation G.984.2 (2008), Gigabit-capable Passive Optical Networks (GPON): Physical Media Dependent (PMD) layer specifications.

　　ITU-T Recommendation G.984.3 (2008), Gigabit-capable Passive Optical Networks (GPON): Transmission convergence layer specification.

　　ITU-T Recommendation G.984.4 (2008), Gigabit-capable Passive Optical Networks (GPON): ONT management and control interface specification.

　　ITU-T Recommendation G.984.5 (2007), Gigabit-capable Passive Optical Networks (GPON): Enhancement band for Gigabit-capable Passive Optical Networks.

　　Draft Recommendation ITU-T G.987.1, 10 Gigabit-capable Passive Optical Network (XG-PON): General Requirements.

　　Draft Recommendation ITU-T G.987.2, 10-Gigabit-capable passive optical networks (XG-PON): Physical Media Dependent (PMD) layer specification

　　由GPON升级到10G-PON的必由之路，上海贝尔股份有限公司，2010年5月

　　作者简介：

　　姓名：孙敏 年龄：36 性别：男

　　工作单位：上海贝尔股份有限公司国内销售支持部 工程师

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