由GPON/EPON升級到10G-PON

標簽：GPON  EPON

簡介

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

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

在圖1.a中，右邊每個用戶都有一根(或一對)光纖連接到左邊的CO(Central Office，中央局點)，這種網(wǎng)絡(luò)稱為p2p(point to point，點對點)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

圖1.a P2P網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

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

圖1.b P2MP網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

有源、無源

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

從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、有源/無源兩個角度比較，無源的、點對多點的PON網(wǎng)絡(luò)有顯著成本優(yōu)勢。

表1 列出了主要PON協(xié)議的基本特性，及對應(yīng)的標準體系。

表1、PON協(xié)議一覽

PON技術(shù)可以分為下列三類。

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來部署無源光網(wǎng)絡(luò)的時候，到底選哪一種技術(shù)體制?可從下面幾個角度來考量。

選擇當今主流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開始部署網(wǎng)絡(luò)，待時機成熟后，再升級到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)中作一個選擇;然后，下一個問題是為何需要10G-PON?

a)、GPON　vs.　EPON

在GPON和EPON兩者之間做一個選擇的確不是一件易事，有時并不單純是技術(shù)原因。舉例來說，現(xiàn)如今全世界有超過4000萬FTTH連接，而這其中主要(大約85%)位于日本、韓國、中國等亞洲國家，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由不同的標準化組織制定規(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，可以看出，在與EPON比較中，GPON有微弱的優(yōu)勢。

此外，GPON具有固定的上/下行幀格式，線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GPON采用的時隙間隔是125微秒，這與傳統(tǒng)的TDM信號比如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。在與TDM流量互通時，這種時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SNMP來解決，而GPON需要單獨的管理通道。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，每用戶帶寬暫時來說是對于滿足現(xiàn)有需求(HDTV，多路標清電視，高速互聯(lián)網(wǎng)等)已足夠。特別地，并不是所有的用戶都在同一時間完全占據(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，隨著用戶對多媒體視頻業(yè)務(wù)需求的增加，如果需求更高帶寬時怎么辦?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10G-PON需要通過無源光網(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故稱之為對稱的10G-PON，而10/1G-EPON、10/2.5G-GPON上下行帶寬不對稱故稱為不對稱10G-PON。

3、由GPON/EPON升級到10G-PON

GPON/EPON可以提供滿足當下使用需求的帶寬，但從長、遠期來看(3年或者更長時間)，帶寬可能會成為瓶頸，而這個瓶頸只能通過10G-PON來解決，因為可用帶寬翻了四倍(GPON)甚至10倍(EPON)。當然，10G-PON也有劣勢，包括：10G-PON的標準化工作還未完成;核心芯片由于尚未量產(chǎn)所以價格畸高。最好的方案是先從GPON/EPON技術(shù)開始部署，過一段時間后在把10G-PON引入到我們的網(wǎng)絡(luò)中。

下面與大家一起探討10G-PON引入時要注意的一些事項。

a)、10G-PON的標準

伴隨著EPON用戶對帶寬需求的壓力，10G-PON的標準化工作始于2007年，IEEE開始成立了10G EPON的任務(wù)組，并在2009年9月達成規(guī)范文檔-IEEE 802.3.av。

與此同時，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的波長來滿足未來網(wǎng)絡(luò)需求，XG-PON1的規(guī)范工作組已于2010年6月達成G.987及G.987.1/2等規(guī)范文檔。

無論是10G-EPON還是10G-GPON，下面兩點內(nèi)容都已在新規(guī)范書中有所定義。

1)、對現(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)器件包括線纜、分離器、連接器無需更換;10G-PON必須能夠重復(fù)利用現(xiàn)有PON網(wǎng)絡(luò)的組件。

2)、在升級過程中，對于無升級需求的用戶無需對他們的設(shè)備做任何改動;只對需更高帶寬的用戶更換ONU。

b)、升級方案

先從頻譜的角度來分析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：1260 – 1360nm)。

在下行方向上，無論對于GPON還是EPON都采用S波段(1480nm - 1500nm)。

對于未來的廣播視頻通道， ITU-T、IEEE都對C波段進行預(yù)留。

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

分上行、下行兩個方向討論升級方案。

- 上行方向：ITU-T和IEEE定義了O波段用作上載。

對于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之間的波長是空閑的，這個頻帶空余下來可供10G-PON上行利用。因此，很容易通過新OLT+WDM分光器的方式來把GPON升級到10G-PON。

圖2.b G/EPON與10G-PON的頻譜圖

對于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WDM分離器來實現(xiàn)升級是不可行的。意味著，若要將EPON升級到10G-PON需要徹底用全新的OLT來更換。這個全新的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機制，即OLT支持雙速率突發(fā)接收機。

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。

無論是EPON還是GPON，由于發(fā)射的波長并不一樣，即L波段都可以為10G PON利用，OLT端1G和10G的兩個信道的發(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(1490nm和1577nm)可通過分離器加入光纖。

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TDM流量有要求的話GPON還是有相當優(yōu)勢的。

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

對于GPON(或者說在ONU中帶有DFB激光器的主流PON)，可以通過WDM過濾器把新的OLT連接進來。對于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)。