由GPONEPON升級到10G-PON

訊石光通訊網(wǎng) 2010/12/1 8:23:15
        摘要:經(jīng)濟上的可行性曾經(jīng)是阻礙FTTH網(wǎng)絡大量部署的主要障礙,現(xiàn)如今全世界已有超過四千萬個FTTH連接,很明顯那些過時的觀念需要修改。這篇文章中,我們一起來分析PON網(wǎng)絡是如何來解決這個“經(jīng)濟上可行性”問題的;以及在GPON、EPON選擇上都有哪些優(yōu)、劣勢比較;最后,從波長、頻譜的角度分析GPON/EPON和10G-PON,如何從GPON/EPON升級到10G-PON。從ODN(Optical Distribution Network,光分配網(wǎng)絡)角度來看,要平滑升級需考慮兩個方面的問題:在同一PON樹下現(xiàn)有GPON/EPOM和10G-PON如何實現(xiàn)共存,如何利用現(xiàn)有的GPON/EPON光網(wǎng)絡架構(gòu)而不會對它們產(chǎn)生干擾。

  關(guān)鍵詞:PON,10G-PON,XG-PON, 分光器

  簡介

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

  網(wǎng)絡結(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)絡稱為p2p(point to point,點對點)網(wǎng)絡結(jié)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)絡稱為P2MP(Point to Multi-Point,點到多點)。P2MP網(wǎng)絡主要的優(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。
   

  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。因此應用場景及網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)可以更靈活。

  從網(wǎng)絡結(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,及對應的標準體系。
   


  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,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?

 ?。幔?、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)的利用:現(xiàn)有的PON光網(wǎng)絡架構(gòu)器件包括線纜、分離器、連接器無需更換;10G-PON必須能夠重復利用現(xiàn)有PON網(wǎng)絡的組件。

  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,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)絡升級到10G-PON方面,很重要的一點就是利用現(xiàn)有光網(wǎng)絡的框架結(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。

  參考文獻

  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內(nèi)銷售支持部 工程師

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新聞來源:C114中國通信網(wǎng)

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