淺析GPON技術與EPON技術的綜合比較

摘要：本文重點對兩種主流PON技術(EPON和GPON)在可用帶寬、技術成熟度、成本、多業務能力和安全性、QoS和OAM等方面進行了綜合比較和分析。

關鍵詞：GPON技術 EPON技術 比較

0 引言

隨著科學技術的不斷進步和社會日益的發展，互聯網逐漸走入尋常百姓家，寬帶的速度越來越成為人們娛樂與工作中常常出現的話題，從窄帶撥號到寬帶上網，再到光纖接入上網，寬帶網絡速度日益加快，如今PON技術逐漸走向前臺。目前，有兩個頗為引人注目的PON標準已正式發布，其中一個是由ITU／FSAN制定的Gigabit PON(GPON)標準，另一個是由IEEE 802.3ah工作組制定的Ether-net PON(EPON)標準。在PON技術已被毋庸置疑地認為是未來FTTH時代的終極解決方案之后，EPON和GPON誰將主導FTTH大潮已成為當前新的爭論熱點。

1 xPON概述

1987年英國電信公司的研究人員最早提出了PON的概念。1995年FSAN聯盟成立，目的是要共同定義一個通用的PON標準。1998年ITU－T以155Mbit／s ATM技術為基礎，發布了G.983系列APON(ATM PON)標準。2000年底一些設備制造商成立了第一英里以太網聯盟(EFMA)，提出基于以太網的PON概念——E-PON，并促成lEEE在2001年成立第一英里以太網(EFM)小組，開始正式研究包括1.25Gbit／s的EPON在內的EFM相關標準。EPON標準IEEE 802.3ah已于2004年6月正式頒布。2001年底，FSAN更新網頁把APON更名為BPON，即“寬帶PON”。2003年3月1—TU-T頒布了描述GPON總體特性的G 984.1和0DN物理媒質相關(PMD)子層的G.984.2 GPON標準，2004年3月和6月發布了規范傳輸匯聚(TC)層的G.984 3和運行管理通信接口的G.984.4標準。從應用情況來看，GPON由于技術實現復雜，成熟的商業產品還很少，目前還沒有規模的商用系統應用。下面將對GPON和EPON這兩種PON技術和產品進行詳細比較。

2 上行可用帶寬

從系統上行傳輸總帶寬中減去各種系統運行開銷就是上行可用帶寬。它與系統中包含的ONU數量、DSA(動態帶寬分配)算法的輪詢周期、承載業務的類型以及各業務所占比例等都有很大關系。EPON和GPON都是寬帶接入技術，承載的業務以IP數據業務為主。下面將分別計算EPON和GPON在包含32個ONU，輪詢周期為750s的情況下，承載純IP業務時的上行可用帶寬。EPQN的上行線路速率是1.25Gbit／S，因為采用了8B／1OB線路編碼，每10bit中有8bit有效數據，所以其有效上行傳輸總帶寬為1Gbit／s，即1000Mbit／s。EPON上行的系統運行開銷及其占總帶寬的比例如下：用于突發接收的物理層開銷：約3.5％；以太網幀的封裝開銷：約7.4％：MPCP(多點控制協議)和OAM(運行管理維護)協議開銷：約2.9％：DBA算法造成的剩余時隙(即不足以傳輸一個完整以太網幀的時隙)浪費：約06％；EPON上行總開銷為上述開銷之和，約為144Mbit／s，可用帶寬約為856Mbit／s(即1000Mbit／s-144Mbit，s)。上行線路速率為1.244Gbit／S的GPON，采用NRZ編碼，上行總帶寬為1.244Gbit／s，即1244Mbit／s。GPON上行的系統運行開銷及其占總帶寬的比例如下：用于突發接收的物理層開銷：約2.0％；GEM(GPON封裝方法)幀和以太網幀的封裝開銷：約5.8％.PLOAM(物理層運行管理維護)協議開銷：約2.1％；DBA算法剩余時隙引入額外的封裝開銷(GPON中允許分割幀，當剩余時隙不足以傳輸一個完整的以太網幀時，該以太網幀可以被分割成多個GEM幀傳輸，但每段分割的幀都要再額外增加一個新的GEM幀頭)：約0.8％o GPON上行總開銷為上述開銷之和，約為133Mbit／s，可用帶寬約為1111Mbit／S(即1244Mbit／s-133Mbit／s)。

3 技術成熟度

3.1 EPON①標準EPON的標準是IEEE802.3ah，標準中定義了EPON的物理層、MPCP(多點控制協議)、OAM(運行管理維護)等相關內容。IEEE制定EPON標準的基本原則是盡量在802.3體系結構內進行EPON的標準化工作，最小程度地擴充標準以太網的MAC協議。②核心芯片目前可以提供EPON核心芯片的專業廠商有5～6家(不包括自主設計芯片的系統廠商)，在標準討論的過程中，這些廠商就已開始芯片的設計和驗證，因此在802.3ah標準正式頒布時，他們太多都已推出了第二代和標準完全兼容的芯片，可以迅速支持EPON系統的大規模部署。

3.2 GPON①標準GPON的標準是ITU－T G.984系列標準，規定了GPON的物理層、TC層和OAM相關功能。GPON標準的制訂考慮了對傳統TDM業務的支持，繼續采用125s固定幀結構，以保持8K定時延續。為了支持ATM等多協議，GPON定義了一種全新的封裝結構GEM(GPON encapsulatlon method)，可以把ATM和其它協議的數據混合封裝成幀。②核心芯片除GPON設備廠商自主設計的GPON芯片外，目前還沒有專業的芯片廠商推出商用GPON核心芯片。GPON設備上使用的模塊都是專用的自主或協作開發的模塊，還沒有專業的模塊廠商可以提供樣品，更談不上大規模量產。

4 多業務能力和安全性

目前對EPON多業務能力質疑最多的就是它傳輸傳統TDM業務的能力。且不說目前EPON設備廠商采用的各種TDM over Ethernet的專利技術提供了EPON單一網段的TDM業務傳輸通道，從測試結果來看，其性能完全滿足1.5ms時延等指標要求，完全符合傳統TDM業務的應用標準。就是在普通的以太網設備上，現在也可以使用各種標準的PWE3(pseudowire emulation edge to edge)設備提供跨網段、端到端的、透明的傳統點對點TDM通道。而且，隨著傳統TDM業務量所占比例的日趨減少，使用分組交換技術，把TDM業務收容到日益擴大的分組網絡中來，無疑將是一種更為經濟的手段。在安全性方面，EPON也使用標準的基于AES的加密技術，其安全性和GPON無區別。

5 QOS

在QoS方面，EPON定義了8個優先級隊列，DBA算法也考慮了對不同優先級隊列的帶寬分配策略和公平性等問題。對于數據包中的IP優先級或以太網優先級可以很容易地映射到這8個優先級隊列中，再通過DBA算法保證其傳輸的帶寬和時延，因此完全可以滿足不同業務的Qos要求。GPON中OLT檢測每個CONT—T的業務負荷，用于預測／分析ONU的業務流情況和網絡的擁塞情況，根據網絡狀況給每個CONT—T分配資源，但并不涉及VP／VC或Port_ID的QoS。VP／VC或Port_ID提供的QoS保證由兩端的ATM／GEM client的相應機制來完成。對于有不同QoS要求的業務，GPON通過使用指針安排ONU用不同的傳輸方式來實現：調整其授權帶寬和授權周期來保證業務的帶寬和時延要求。實際上，在如何保證業務的QoS方面，EPON和GPON的實現機理本質上是一樣的。GPON中的OAM包括帶寬授權分配、DBA、鏈路監測、保護倒換、密鑰交換以及各種告警功能。從標準本身來看，GPON標準中定義的0AM信息比EPON標準定義的豐富，不過從實際的設備來看，二者提供的功能并沒有多少差異，目前的EPON設備也能提供這些功能。

6 總結

綜上所述，在QOS、多業務承載、安全性等方面，目前的EPON產品與GPON標準規范的相當，但每單位帶寬成本則要比GPON低得多，而且EPON的技術更成熟，更早被市場接受，更早進入大規模商用的階段。下一代網絡將是基于分組的網絡，目前以太網作為分組網絡的絕對主流承載平臺，已經是一個不爭的事實。將來用戶側的網絡接口肯定是一個以太網的接口，城域網上的以太網接口肯定也會隨處可見，使用以太網技術把兩側的以太網接口連接起來將會是一件很自然的事情。