下一代光接入网关键技术--EPON和GPON

下一代光接入网关键技术--EPON和GPON

在实现下一代光纤宽带接入时,无源光网络(PON,Passive Optical Network)又因其在

局端与用户端无有源器件,运行维护经济简单,并且可靠性高,节约线路资源而成为首选.

目前,PON 领域中最重要的三种接入技术分别为基于 ATM的APON(ATM PON),基于

Ethernet的EPON(Ethernet PON)和GPON(Gigabit PON).其中APON因为ATM的发展

不顺,逐渐退出舞台.下面将在几个关键方面对EPON和GPON做详细分析.

1.标准化制定

EPON的标准号为IEEE 802.3ah,由IEEE EFM(Ethernet in the First Mile)研究小组制定完成,并于2004年6月IEEE标准协会上正式通过.其基本原则为在APON类似的结构上和802.3协议的基础上,通过较小的修改实现在用户接入网中传输以太帧即以Ethernet技术代替ATM技术作为链路层协议.工作重点在EPON的MAC协议上,最小程度地扩充以太网MAC协议.在我国,信息产业部也于2006年6月正式发布了根据我国通信网络的实际情况补充规定的《接入网技术要求----基于以太网方式的无源光网络(EPON)》,编号YD/T1475—2006.

GPON是由ITU-T推出APON之后制定的又一PON标准.因为其制定时充分考虑了

运营商的意见,所以在提高速率的同时也注重了支持多业务和QoS保证等方面.该标准于2003年正式通过并颁布,为G.984系列标准,其中包括:

G.984.1----GPON总体特性;

G.984.2----ODN物理媒质相关(PMD)子层的;

G.984.3----(2004)规范传输汇聚(TC)层;

G.984.4----(2004)运行管理通信接口.

2006年12月我国信息产业部也出了关于GPON的征求意见稿《接入网技术要求----吉

比特的无源光网络(GPON)》.

2.技术和产品比较

首先先对比一下EPON和GPON的主要参数:

由上面主要参数以及EPON和GPON的其他特点,进行具体分析.

3.上下行速率

在上下行速率方面,GPON有EPON不可比拟的优势.EPON只支持上下行对称的1.25Gb/s速率,而GPON在把上下行速升到2.5Gb/s的同时,还支持多种不对称的上下行速率选择.同时,在线路编码方面EPON采用8B/10B方式(大约20%的带宽损失),GPON采用几乎没有带宽损耗的不归零编码方式(NRZ,No Return to Zero),充分利用了带宽,有效提高了宽带利用率,更符合运营商对高速宽带业务的布置.

4.核心芯片

EFM小组在提出EPON时,就是希望其在PON基础上成功继承以太网技术简单宽松的特点.所以从技术层面上说,吸引更多厂商参与EPON的研究与开发.目前,EPON全球芯片市场已经比较成熟,众多EPON芯片领先厂商都已经纷纷推出各有特色的第三代端到端SoC(System on a Chip)芯片,集成了多端口标准以太网的MAC和PHY、SRAM、CPU以及PON专用的SerDes.以这种芯片为核心,只需增加少数的外围器件(如模块和接口电路)

就可以构成一个完整的系统.国内,格林威尔也拥有了EPON芯片级自主知识产权.不久前,也就在2006年12月,EPON厂商PMC-Sierra公司推出业界第一款可支持中国电信集团针对中国电信市场所定义的算法与功能的EPON光网络单元(ONU)和光通路终端(OLT)芯片器件.这两款系统级芯片(SoC)是第一个针对中国电信集团新的数据加密与解密算法、服务程序质量以及分类协议标准的设计.

GPON因为标准较为复杂,要求较高,所以芯片厂商对其的研发要远远晚于EPON.不过2006年GPON发展有大的突破.先是一月份BroadLight向全球客户供应首款GPON ONT SoC芯片样片,接着Vitesse半导体公司推出GPON PRO系列PMD(Physical Media Dependent,物理介质相关子层)芯片,包括业界第一款GPON OLT突发模式接收芯片.同时,Alcatel已与Freescale合作,预备推出商用GPON芯片,此外Conexant也宣布了GPON芯片计划,而EPON主要芯片商Passave也宣布加入GPON芯片阵营,其中Frescale、Conexant等都是大型芯片商.

5.ODN光模块

EPON只支持ODN(Optical Distribution Network)中的Class A和B两种等级,GPON则可以支持ODN中的三种等级,因此其可以达到1:128的分路比和20km的传输距离.但是也是因为GPON对三类ODN的支持,在光模块方面,GPON就必须采用APD光接收器件,和DFB光发射器件,对比起EPON可以采用PIN—TIA,其的价格就得是EPON的3倍之多.

但是,从另一方面:组网成本看,由于GPON的速率、分路比和传输效率均比EPON高约一倍,因而所需的局端设备OLT(Optical Line Termination)可以减少至少一半,可以支持的用户数也多一倍,因而在整体组网成本上不见得比EPON高很多,甚至在有些场合下更便宜.

因此,采用哪个技术更适合运营商的大规模铺设还待进一步的实践考证.

6.多业务TDM

在设计EPON的时候,就是希望其能承载更多基于Ethernet的业务,所以对于像IPTV,VOIP(Voice Over IP)等这些未来很看好的基于IP/以太网的多业务可以很容易的承载.但是,也是因为更多考虑了承载以太网的业务,所以稍微忽略了对其他业务的支持(如TDM等).不过各EPON设备厂商也及时采用各种TDM over Ethernet技术以满足提供TDM业务,但是可能也会因为各厂商采用的技术不同而产生互通方面的问题.不过,如果8-10年后向全IP网络过渡,那么EPON则没有这方面的担忧,反而优势凸现.

GPON在这方面则能充分满足要求,表现优秀.因为FSAN(Full Service Access Network)在制定标准时,就充分考虑了运营商的要求,以支持多业务为出发点,采用基于125us同步帧的,对TDM类业务支持有天然优势.同时,GPON数据链路层除了采用ATM封装格式,还引入新的GEM封装格式,以支持多种协议.因此,GPON不但能简单支持现有的TDM,Ethernet业务,同时满足未来运营商开展全新业务的要求.

7.GPON关键技术GEM

FSAN制定GPON时,充分采纳了众多运营商的意见和建议,因此要求GPON能支持高层多业务(如ATM,TDM,IP/Ethernet业务),同时可以支持多路复用,动态带宽分配等.从而打算设计一种新的TC层满足以上要求,最开始引入了3种不同TC定义:GIANT TC,EMPCP,PMF-TC.最终,选择了PMF-TC作为基线建议,因为PMF-TC引入GEM对高层IP数据进行封装的同时,还引入OAM(Operate,Administrate,Maintenance)及动态带宽分配(DBA,Dynamic Bandwidth Allocation),是三种建议中最完备的选择.同时又考虑到一

个OLT将对应的是多个ONU(1:64/1:128等),需要支持多路复用,所以在TC层没有直接选用GFP,制定了GPON特有的封装格式GEM(GPON Encapsulation Method).为了更直观了解GPON TC层,可以参考以下GTC层的协议分层模型:

如图,TC适配子层中引入新的封装格式GEM,OMCI消息可以封装在ATM信元或GEM帧中进行传输.GTC成帧子层再完成对ATM信元和GEM帧的封装,并在其中增加PLOAM信息.PLOAM是用于物理层的操作,管理和维护.G.984.3中定义了19种下行PLOAM信息和9种上行PLOAM信息,用于实现ONU/T(Optical Network Unit/Optical Network Termination)的注册,ID分配,测距,端口识别符的分配,虚拟通道标识(VCI,Visual Path Identifier)/虚拟路径标示(VPI,Visual Channel Identifier),数据加密,状态检测,误码率监视等功能.

可见,GPON可以透明地高效地将各种数据信号封装进现有SDH网络,可以适应任何用户信号格式和任何传输网络制式,灵活简单而高效的支持了运营商对多业务的要求.此外,GPON厂商又针对未来ATM业务需求较少,主要是Ethernet数据业务,只需要实现对数

据帧的支持,推出采用简化GPON(GPON-Lite)的GPON设备.

8.总结

由以上分析可知,GPON标准不仅考虑了对TDM等业务上的支持,对OAM方面也有具体规定;而EPON只是考虑承载以太数据帧,OAM功能也没有具体规定,全球各厂商实现的OAM功能可能并不一致(不过,中国颁布的《接入网技术要求----基于以太网方式的无源光网络(EPON)》完善了这方面内容).相比之下,GPON标准较EPON标准更完善更全面些,同时带来的就是设备实现方面也较复杂.