10G PON網絡研究與部署

程海瑞　中國聯合網絡通信有限公司網絡技術研究院工程師張　沛　中國聯合網絡通信有限公司網絡技術研究院寬帶網絡研究室主任，高級工程師

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10G PON網絡研究與部署

程海瑞中國聯合網絡通信有限公司網絡技術研究院工程師
張沛中國聯合網絡通信有限公司網絡技術研究院寬帶網絡研究室主任，高級工程師

摘要：通過研究10G PON網絡的技術特征、產業發展情況，并結合應用場景從網絡共存、設備升級方面提出了10G PON的部署方案。

關鍵詞：XG-PON1；10G EPON；共存

1　引言

寬帶網絡是重要的戰略性信息基礎設施，世界銀行對全球120個國家的分析表明，寬帶業務普及率每提高10%，將帶動GDP增長1.3%。全球超過100個國家和地區紛紛推出了國家級的寬帶發展戰略。“寬帶中國”戰略實施后，我國FTTB/H用戶快速增長，根據Ovum的統計和預測，到2020年，FTTB/ H用戶將超過2.55億，占總寬帶用戶的88.4%，如圖1所示。“寬帶中國”戰略重點推進寬帶網絡優化和技術演進升級，提出在2020年城市家庭寬帶接入能力達到50Mbib/s，50%的城市家庭用戶達到100Mbit/s，發達城市部分家庭用戶可達1Gbit/s的目標。基于現有E/GPON技術難以滿足上述需求，規模部署10GPON是以更好的經濟性實現寬帶提速的重要方案。

圖1　中國寬帶用戶數量及預測（數據來源Ovum）

考慮到現網已部署的PON設備的平滑演進，10G EPON的技術特征如下：

（1）速率模式：10GEPON標準規定了10Gbit/s下行、1Gbit/s上行的非對稱模式和10Gbit/s上/下行對稱模式兩種速率模式。

（2）協議分層：10GEPON標準規定了新的物理層關系的分層模型，主要包括RS、PCS、PMA、PDM子層，并將EPON的GMII接口變為XGMII接口，處理10Gbit/s上下行數據；避免MAC層及以上各層的改

2　10G PON技術概述

2.1 10G PON的技術特征

在PON出現至今的近20年發展史上，已形成了窄帶PON、APON/BPON、EPON和GPON等一系列標準和產品。目前，運營商現網主要部署EPON和GPON，下一代PON接入技術的標準主要是IEEE802.3av（現已合并到IEEE802.3）發布的10GEPON標準以及ITUTSG15發布的G.987、G.988系列XG-PON1標準。動。10GEPON的協議分層和OSI參考模型間的關系如圖2所示。

（3）傳輸距離：10GEPON采用高功率預算PR30/ PRX30時，最大可以支持1：256分光比下20km的傳輸距離或者1：128分光比下30km的傳輸距離。

（4）工作波長：對稱/非對稱模式的下行中心波長為1577nm（范圍：1575～1580nm）；非對稱模式上行中心波長為1310nm（范圍：1260～1360nm），對稱模式上行中心波長為1270nm（范圍：1260～1280nm）。

10GEPON未來可能演進方向：一是在40、100G以太網的IEEE802.3ba標準基礎上，引入低成本的新型調制技術；二是引入多波長技術，例如基于多波長10G EPON的TWDM-PON，通過光層與電層的結合實現帶寬匯聚；三是采用純WDM-PON。以上幾種技術方案都可以支持40～100Gbit/s的帶寬能力。

XG-PON1的主要技術特征如下：

（1）速率模式：XG-PON1系統的下行線路速率為9.95328Gbit/s，上行線路速率為2.48832Gbit/s，線路編碼為NRZ碼。

（2）協議分層：XG-PON1系統繼承了GPON的TC層、OMCI、DBA、加密等機制。如圖3所示，XGTC層包括業務適配子層、成幀子層和物理適配子層。XGTC層既出現在OLT側，也出現在ONU側。下行方向上，XGTC和PMD層間的接口表現為一個連續比特流，被分成125μs的幀。上行方向上，XGTC和PMD層間的接口表現為一序列時間突發。

（3）傳輸距離：XG-PON1最大能夠完成1：512分光比下20km的長距傳輸。

（4）工作波長：XG-PON1規定的下行中心波長為1577nm（范圍：1575～1580nm），上行中心波長為1270nm（范圍：1260～1280nm）。

XG-PON1的下一步演進目標是40Gbit/s下行帶寬的NG-PON2，NG-PON2的方案為融合了現有TDM技術（Time Division Multiplexing，時分復用）以及WDM技術的TWDM-PON（Time and Wavelength Division Multiplexing PON，時分波分混合復用無源光網絡）。

2.2 10G PON與1G PON的比較

10G PON與1G PON技術比較詳情見表1。XG-PON1與10GEPON具備更高的上下行速率，支持更高的分光比，同時光模塊的功率預算值有一定的提高，最大接入距離上也有一定的提升。XG-PON1與10GEPON采用同樣的波長，有助于提升應用規模、共享產業鏈、降低成本。

2.3 10G PON產業鏈

圖2　10GEPON的協議分層和OSI參數模型間的關系

圖3　XG-PON1的網絡分層結構

表1　10GPON與1GPON技術比較

10GPON的國際標準與國內行業標準發布后，芯片方案提供商完成了10GPON芯片的ASIC化并量產，且局端芯片實現了對稱、非對稱模式一體化，達到8個 PON口的線速轉發能力。10GEPON主要使用的PR/ PRX30光模塊以及XG-PON1使用的N1、N2a光模塊也已量產。國內PON設備的主流供應商完成了產品研發、迭代升級。10GPONOLT主要是針對現有型號的升級，10GPONONU延續了1GPON的產品形態，包括MDU、HGU、SFU等。

隨著10GPON產業連的成熟，中國電信2014年集采了48萬線10GPON設備，浙江電信公司開始規模商用10G PON設備；陜西、黑龍江電信2015年將現網EPON+LAN升級到10GEPON+LAN。中國聯通2014年在遼寧、天津、廣東等地完成了10GPON試點工作，并準備啟動集采，在重點區域規模部署10G PON設備。中國移動在福建、上海、山東、陜西等多省份試點10GPON的基礎上，也將啟動集采和規模部署。

3　10G PON網絡部署方案

3.1 10G PON網絡應用場景

10GPON具有明顯的帶寬優勢，但由于芯片、光模塊成本高，尚未大規模商用，主要部署在FTTB/C場景，以及未來有千兆接入需要的FTTH場景。在FTTB場景下，如果ODN網絡建設使用1：8分光比，MDU的用戶端口數為24，即可覆蓋192個用戶，每個用戶可獲得50Mbit/s的帶寬；并發不高于50%的話，可支持100M帶寬業務，基本可滿足用戶5年內的帶寬需求；在FTTH場景下，如果ODN網絡建設使用1：64分光比，則可覆蓋64個用戶，每個用戶可獲得150Mbit/s的帶寬。

3.2 PON網絡共存場景

由于E/GPON上行波長不同，在共用ODN網絡的情況下，兩種10GPON設備與1GPON共存的方式也有所差異。

從表1可以看出，10GEPON與EPON上行波長重疊，可以實現在同一個10GEPON端口下的共存。將OLT側的PON板卡升級為10GPON板，在不改動ODN網絡情況下，實現原有1G ONU和新增10G ONU在OLT側的10GPON口下共存。在這種共存方式下，由于EPON和10G EPON共同進行上行DBA帶寬的調度，10GEPON的上行帶寬受到1GEPON影響，無法達到表1中的有效帶寬。通常不建議對稱10GEPON與非對稱10GEPON或者EPON在同一個ODN網絡下共存的方案。

GPON與XG-PON1的上行波長相互獨立，在共用ODN網絡時，需要在ODN網絡中加入WDM1r器件以實現二者在同一個ODN下的共存。考慮到GPON的ODN網絡并未部署WDM1r器件，且共ODN網絡的場景不普遍，因此WDM1r器件可以安裝在OLT或者ODF側。

3.3 1G PON設備升級

現網已經部署的OLT設備能力差別較大，不是所有OLT都能通過升級支持10GPON。考慮到10GPON板端口數為4或8個，現網OLT單板槽位帶寬至少達到40Gbit/s才具備承載10GPON業務的能力。OLT的升級主要包括更換主控板卡、上聯板卡、10GPON板卡以及網管EMS的升級。現網大部分1GMDU設備不具備通過更換上聯PON板的方式實現10GPON功能升級，在現有ONU需要升級時，整機更換為10GONU。現網PON設備的網管EMS通常都可以實現對EPON 和GPON設備的管理，引入10GPON后需要升級EMS以實現4種PON設備共網管。在1GPON用戶升級為10GPON用戶的情況下，網管需要提供用戶數據遷移的方法，完成OLT側單板級、PON口級以及ONU級的用戶數據的批量遷移。

4　結束語

綜上所述，目前10GPON具有單位帶寬設備成本低、節約光纖資源、改造升級較方便的優點，且設備和產業鏈已經成熟。規模部署10GPON，是寬帶提速的重要途徑。運營商在引入10GPON時，既需要考慮原有1GPON設備的共存，最大程度上利用原有ODN網絡，又需要考慮PON網管系統的升級，用戶數據的遷移，資源管理系統和客戶關系管理系統配置的變更，實現網絡配置和業務的平滑遷移。

參考文獻

［1］IEEE Std 802.3av- 2009，Part3: Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection（CSMA/CD）Access Method and Physical Layer Specifications［S］.

［2］ITUT G.987.1，10 Gigabit-capable Passive Optical Network （XG-PON）: General Requirements［S］.

［3］陳雪.下一代光接入技術簡述［J］.信息通信技術，2014，31-33.

發展策略

Research and deployment of 10G PON

Cheng Hairui， Zhang Pei

Abstract：Based on the study of technology and industry chain for 10G PON， the deployment scheme of 10G PON is proposed from coexistence， update， application scenarios， compared with 1G PON.

Key words：XG-PON1；10G EPON； coexistence

收稿日期：（2015-12-30）