由GPONEPON升級(jí)到10G-PON

        摘要：經(jīng)濟(jì)上的可行性曾經(jīng)是阻礙FTTH網(wǎng)絡(luò)大量部署的主要障礙，現(xiàn)如今全世界已有超過(guò)四千萬(wàn)個(gè)FTTH連接，很明顯那些過(guò)時(shí)的觀念需要修改。這篇文章中，我們一起來(lái)分析PON網(wǎng)絡(luò)是如何來(lái)解決這個(gè)“經(jīng)濟(jì)上可行性”問(wèn)題的；以及在GPON、EPON選擇上都有哪些優(yōu)、劣勢(shì)比較；最后，從波長(zhǎng)、頻譜的角度分析GPON/EPON和10G-PON，如何從GPON/EPON升級(jí)到10G-PON。從ODN（Optical Distribution Network，光分配網(wǎng)絡(luò)）角度來(lái)看，要平滑升級(jí)需考慮兩個(gè)方面的問(wèn)題：在同一PON樹(shù)下現(xiàn)有GPON/EPOM和10G-PON如何實(shí)現(xiàn)共存，如何利用現(xiàn)有的GPON/EPON光網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)而不會(huì)對(duì)它們產(chǎn)生干擾。

　　關(guān)鍵詞：PON，10G-PON，XG-PON, 分光器

　　簡(jiǎn)介

　　在介紹PON（Passive Optical Network，無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)）之前，從兩個(gè)角度分析現(xiàn)有的接入網(wǎng)絡(luò)：網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、有源/無(wú)源網(wǎng)絡(luò)。

　　網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

　　在圖1.a中，右邊每個(gè)用戶(hù)都有一根（或一對(duì)）光纖連接到左邊的CO(Central Office，中央局點(diǎn))，這種網(wǎng)絡(luò)稱(chēng)為p2p（point to point，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
　　 

　　在圖1.b中，右邊一組（16，32，64或者128）用戶(hù)通過(guò)共用的一根光纖連到左邊的CO，這種網(wǎng)絡(luò)稱(chēng)為P2MP（Point to Multi-Point，點(diǎn)到多點(diǎn)）。P2MP網(wǎng)絡(luò)主要的優(yōu)點(diǎn)是可以減少用戶(hù)接入網(wǎng)饋線(xiàn)部分的光纖數(shù)量、以及CO端激光發(fā)射/接受器的數(shù)量（只需一個(gè)），從而降低每連接的平均成本。
　　 

　　有源、無(wú)源

　　如果從有源、無(wú)源的角度來(lái)分析，所謂“無(wú)源”是指從用戶(hù)端到網(wǎng)絡(luò)端及中間的ODN全部由無(wú)源光分路器和單模光纖等無(wú)源器件組成，不含任何有源電子器件及電子電源，因此其管理維護(hù)成本較低。同時(shí)，由于使用的是無(wú)源光器件，不易受到雷電損壞和輻射干擾。因此應(yīng)用場(chǎng)景及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以更靈活。

　　從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、有源/無(wú)源兩個(gè)角度比較，無(wú)源的、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的PON網(wǎng)絡(luò)有顯著成本優(yōu)勢(shì)。

　　表1 列出了主要PON協(xié)議的基本特性，及對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)體系。
　　 

　　PON技術(shù)可以分為下列三類(lèi)。

　　老式PON： 包括 APON、BPON等，正逐漸從業(yè)界淡出。

　　主流PON：GPON、EPON是目前應(yīng)用最為廣泛的兩種PON技術(shù)。

　　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)、

　　在選擇PON來(lái)部署無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候，到底選哪一種技術(shù)體制？可從下面幾個(gè)角度來(lái)考量。

　　選擇當(dāng)今主流PON技術(shù)-包括GPON、EPON，還是選擇10G-PON？

　　在GPON、EPON中選擇哪一種PON技術(shù)制式最適合？

　　我們是否可以先從主流的GPON、EPON開(kāi)始部署網(wǎng)絡(luò)，待時(shí)機(jī)成熟后，再升級(jí)到10G-PON？

　　主流的PON技術(shù)與10G-PON

　　主流PON技術(shù)包括兩種：GPON（ITU-T G.984.x）和EPON（IEEE 802.3ah）。首先在這兩種主流的PON技術(shù)中作一個(gè)選擇；然后，下一個(gè)問(wèn)題是為何需要10G-PON？

　　ａ）、GPON　vs.　EPON

　　在GPON和EPON兩者之間做一個(gè)選擇的確不是一件易事，有時(shí)并不單純是技術(shù)原因。舉例來(lái)說(shuō)，現(xiàn)如今全世界有超過(guò)4000萬(wàn)FTTH連接，而這其中主要（大約85%）位于日本、韓國(guó)、中國(guó)等亞洲國(guó)家，這些地方截止目前最主要的PON應(yīng)用技術(shù)還是是EPON，但在北美、歐洲，GPON是主流的PON技術(shù)。

　　這兩種PON由不同的標(biāo)準(zhǔn)化組織制定規(guī)范，GPON由ITU-T（建議G.984.1,2,3,4,5,6），EPON由IEEE（802.3ah）。

　　表2列舉了GPON/EPON的一些技術(shù)指標(biāo)，可以看出，在與EPON比較中，GPON有微弱的優(yōu)勢(shì)。
　　 

　　此外，GPON具有固定的上／下行幀格式，線(xiàn)路中傳送的是具有周期性的復(fù)幀結(jié)構(gòu)，在OLT和ONU之間通訊時(shí)GPON采用的時(shí)隙間隔是125微秒，這與傳統(tǒng)的TDM信號(hào)比如PCM、E1或STM-1完全相同，所以具有傳送傳統(tǒng)TDM業(yè)務(wù)的先天優(yōu)勢(shì)。在與TDM流量互通時(shí)，這種時(shí)隙間隔是非常有利于GPON部署的。

　　而另一方面，EPON是基于大家熟悉的以太網(wǎng)協(xié)議，比如其網(wǎng)管可通過(guò)SNMP來(lái)解決，而GPON需要單獨(dú)的管理通道。與GPON相比，EPON部署要便利很多。

　　b）、主流GPON / EPON技術(shù)還是10G-PON？

　　如表2所示，現(xiàn)有的主流PON技術(shù)體制下，每用戶(hù)帶寬暫時(shí)來(lái)說(shuō)是對(duì)于滿(mǎn)足現(xiàn)有需求（HDTV，多路標(biāo)清電視，高速互聯(lián)網(wǎng)等）已足夠。特別地，并不是所有的用戶(hù)都在同一時(shí)間完全占據(jù)全部帶寬，因此真正利用到的帶寬在理想條件下甚至可以翻倍。但是，隨著用戶(hù)對(duì)多媒體視頻業(yè)務(wù)需求的增加，如果需求更高帶寬時(shí)怎么辦？必需要提供一種新的PON技術(shù)，以大幅度提升現(xiàn)有的共享帶寬，這就是新一代PON，即10G-PON。這個(gè)10G-PON需要通過(guò)無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)提供10Gbps甚至更高的上行帶寬。

　　10G-PON包括四種類(lèi)型：10/1G-EPON，10/10G-EPON，10/2.5G-GPON，10/10G-GPON。其中10/10G-EPON和10/10G-GPON上下行帶寬都為10Gbps故稱(chēng)之為對(duì)稱(chēng)的10G-PON，而10/1G-EPON、10/2.5G-GPON上下行帶寬不對(duì)稱(chēng)故稱(chēng)為不對(duì)稱(chēng)10G-PON。

　　3、由GPON/EPON升級(jí)到10G-PON

　　GPON/EPON可以提供滿(mǎn)足當(dāng)下使用需求的帶寬，但從長(zhǎng)、遠(yuǎn)期來(lái)看（3年或者更長(zhǎng)時(shí)間），帶寬可能會(huì)成為瓶頸，而這個(gè)瓶頸只能通過(guò)10G-PON來(lái)解決，因?yàn)榭捎脦挿怂谋叮℅POＮ）甚至10倍（EPON）。當(dāng)然，10G-PON也有劣勢(shì)，包括：10G-PON的標(biāo)準(zhǔn)化工作還未完成；核心芯片由于尚未量產(chǎn)所以?xún)r(jià)格畸高。最好的方案是先從GPON/EPON技術(shù)開(kāi)始部署，過(guò)一段時(shí)間后在把10G-PON引入到我們的網(wǎng)絡(luò)中。

　　下面與大家一起探討10G-PON引入時(shí)要注意的一些事項(xiàng)。

　　a）、10G-PON的標(biāo)準(zhǔn)

　　伴隨著EPON用戶(hù)對(duì)帶寬需求的壓力，10G-PON的標(biāo)準(zhǔn)化工作始于2007年，IEEE開(kāi)始成立了10G EPON的任務(wù)組，并在2009年9月達(dá)成規(guī)范文檔-IEEE 802.3.av。

　　與此同時(shí)，隨著ITU-T/FSAN也在G.984.5中著手研究10G-PON的規(guī)范工作，在該規(guī)范中ITU-T/FSAN規(guī)劃使用SMF的波長(zhǎng)來(lái)滿(mǎn)足未來(lái)網(wǎng)絡(luò)需求，XG-PON1的規(guī)范工作組已于2010年6月達(dá)成G.987及G.987.1/2等規(guī)范文檔。

　　無(wú)論是10G-EPON還是10G-GPON，下面兩點(diǎn)內(nèi)容都已在新規(guī)范書(shū)中有所定義。

　　1）、對(duì)現(xiàn)有ODN(Optical Distribution Network，光分配網(wǎng)絡(luò))的利用：現(xiàn)有的PON光網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)器件包括線(xiàn)纜、分離器、連接器無(wú)需更換；10G-PON必須能夠重復(fù)利用現(xiàn)有PON網(wǎng)絡(luò)的組件。

　　2）、在升級(jí)過(guò)程中，對(duì)于無(wú)升級(jí)需求的用戶(hù)無(wú)需對(duì)他們的設(shè)備做任何改動(dòng)；只對(duì)需更高帶寬的用戶(hù)更換ONU。

　　b）、升級(jí)方案

　　先從頻譜的角度來(lái)分析PON網(wǎng)絡(luò)，可用的頻帶包括O波段、E波段、S波段、C波段、I波段、U波段，如下圖所示。

　　圖2.a GPON/EPON頻譜圖


　　從圖2.a可以看出：

　　在上行方向上，GPON/EPON都占據(jù)了SMF（Single Mode Fiber，單模光纖）O波段的頻帶（波長(zhǎng)：1260 – 1360nm）。

　　在下行方向上，無(wú)論對(duì)于GPON還是EPON都采用S波段（1480nm - 1500nm）。

　　對(duì)于未來(lái)的廣播視頻通道， ITU-T、IEEE都對(duì)C波段進(jìn)行預(yù)留。

　　這樣下來(lái)，在PON和10G-PON的頻譜圖上有3個(gè)空閑波段：E（Extended）、L（Long）和U（Ultra Long）。由于現(xiàn)有的光纖經(jīng)常伴有水峰，E波段可用性無(wú)法得到保證；而U波段須為測(cè)量（OTDR-Optical Time Domain Reflector meter）預(yù)留；因此，只能考慮利用L(Long)波段。

　　分上行、下行兩個(gè)方向討論升級(jí)方案。

　　- 上行方向：ITU-T和IEEE定義了O波段用作上載。

　　對(duì)于GPON，ITU-T在G.984.5規(guī)范中定義了在ONU中使用DFB激光器，同時(shí)指定了DFB激光器僅僅使用其中的子波段（1288-1338nm），也即O波段自1260nm至1280nm之間的波長(zhǎng)是空閑的，這個(gè)頻帶空余下來(lái)可供10G-PON上行利用。因此，很容易通過(guò)新OLT+WDM分光器的方式來(lái)把GPON升級(jí)到10G-PON。

　　圖2.b G/EPON與10G-PON的頻譜圖

　　對(duì)于EPON，其使用了FP激光器，用完了所有O波段1260nm至1360nm的帶寬，因此通過(guò)WDM分離器來(lái)實(shí)現(xiàn)升級(jí)是不可行的。意味著，若要將EPON升級(jí)到10G-PON需要徹底用全新的OLT來(lái)更換。這個(gè)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與10G PON采用TDM機(jī)制，即OLT支持雙速率突發(fā)接收機(jī)。 

　　下行方向：ITU-T和IEEE都把L波段僅用做下行方向數(shù)據(jù)傳輸用。

　　無(wú)論是EPON還是GPON，由于發(fā)射的波長(zhǎng)并不一樣，即L波段都可以為10G PON利用，OLT端1G和10G的兩個(gè)信道的發(fā)射可以并存。1G的發(fā)射仍然采用1490nm，10G的發(fā)射則采用1577nm（1575～1580nm）的DFB 激光器，兩段信號(hào)（1490nm和1577nm）可通過(guò)分離器加入光纖。

　　4、總結(jié)

　　雖然在GPON、EPON的選擇上還需要作深入分析，但如果網(wǎng)絡(luò)中對(duì)TDM流量有要求的話(huà)GPON還是有相當(dāng)優(yōu)勢(shì)的。

　　在從現(xiàn)今的主流PON（GPON、EPON）網(wǎng)絡(luò)升級(jí)到10G-PON方面，很重要的一點(diǎn)就是利用現(xiàn)有光網(wǎng)絡(luò)的框架結(jié)構(gòu)，對(duì)于不需要升級(jí)的用戶(hù)不需要他們做任何的設(shè)備變動(dòng)。從現(xiàn)有的GPON、EPON升級(jí)到10G-PON是科學(xué)的，但必須考慮兩點(diǎn)：一是ONU是否使用的DFB激光器；二是ONU是否帶有WBF。

　　對(duì)于GPON（或者說(shuō)在ONU中帶有DFB激光器的主流PON），可以通過(guò)WDM過(guò)濾器把新的OLT連接進(jìn)來(lái)。對(duì)于EPON（ONU使用的是FP激光器），必須要把老的OLT換成全新的OLT才能提供10G-PON業(yè)務(wù)。

　　參考文獻(xiàn)

　　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升級(jí)到10G-PON的必由之路，上海貝爾股份有限公司，2010年5月

　　作者簡(jiǎn)介：

　　姓名：孫敏 年齡：36 性別：男

　　工作單位：上海貝爾股份有限公司國(guó)內(nèi)銷(xiāo)售支持部 工程師

　　聯(lián)系方式：上海市浦東新區(qū)寧橋路388號(hào) 郵編：201206

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