10G PON技術的研究及方案的實現

摘? ?要：隨著近些年寬帶接入業務的迅猛發展，以及高清視頻業務的爆發式增長，單用戶平均帶寬成倍增長，原有基于GPON方式的FTTH網絡已不能適應200? M或更高帶寬，文章給出了需要向10G? PON升級的解決方案，包括10G? PON的基本技術以及在現有場景下升級的幾種方案。

關鍵詞：FTTH;GPON;10G? PON

隨著近些年寬帶接入業務的迅猛發展，視頻點播、高清直播、4K電視等光纖高帶寬業務的出現，光纖接入（Fiber To The X，FTTx）在運營成本低，帶寬高的優勢使之脫穎而出，使得未來“最后一公里”的解決方案應運而生。而GPON技術，憑借其高帶寬、高可操作性、高性價比的魅力，成為當前FTTH的首選方案。

1? ? GPON技術的發展情況

千兆位無源光網絡（Gigabit—Capable Passive Optical Network，GPON）技術是基于ITU—TG.984.x標準的電信運營的寬帶無源光綜合接入標準，它同以太網無源光網絡（（Ethernet Passive Optical Network，EPON）技術一樣具有高帶寬、高效率、大覆蓋范圍、用戶接口豐富等眾多優點，被大多數運營商視為實現接入網業務寬帶化、綜合化改造的理想技術。近兩年來，為應對寬帶大提速、提速用戶感知等，運營商已開始對10G PON、10G EPON技術進行推廣商用。

下一代GPON技術，即NGPON技術，包括兩個標準階段。（1）NGPON1階段，包括XGPON1和XGPON2階段。（2）NGPON2階段，2004年，ITU_T的Q2組織開始研究和分析GPON的下一代演進。2007年11月，Q2正式確定XG—PON的標準化路線，并以“低成本、高容量、廣覆蓋、全業務、高互通”為目標，迅速推進下一代PON技術標準的研究和制定。2009年10月，Q2在SG15全會期間正式發布了XG—PON標準的第一階段文本，即下一代PON系統的總體需求（ITU—T G.987.1）和物理層PMD規范（ITU—T G.987.2），GPON技術演進如圖1所示。

2? ? 10G PON技術的基本技術

那么為什么要用10G PON技術？10G GPON是在已有GPON技術標準上演進的增強下一代GPON技術，主要解決GPON網絡的以下問題。（1）不斷發展高帶寬業務類型對帶寬有著更高的要求，GPON技術不能提供足夠的帶寬來滿足需求。（2）用戶側接入技術不斷創新，用戶接入帶寬不斷提升，GPON技術將成為帶寬瓶頸。（3）分光比、傳輸距離，直接影響網絡建設投資。10G PON和GPON技術主要規格差異如表1所示。

項目 10G GPON（G.987&G.988） GPON （G.984）

波長范圍 下行：1 575～1 580 mm

上行：1 260～1 280 mm 下行：1 480～1 500 mm

上行：1 290～1 360 mm

中心波長 下行：1 577 mm

上行：1 270 mm 下行：1 490 mm

上行：1 310 mm

線路速率 下行：9.95 Gbit/s

上行：2.48 Gbit/s 下行：2.48 Gbit/s

上行：1.25 Gbit/s或2.485 Gbit/s

幀結構 XGEM GEM

XGEM幀是10G GPON技術中基本的業務承載單元，是最基本的封裝結構。所有的業務都要封裝在XGEM幀中進行傳輸，XGEM幀由幀頭和數據靜荷組成。

GEM Port和T—CONT將PON網絡分為虛擬的連接，實現業務復用。GEM Port標識的是10G GPON系統中OLT和ONU之間的業務流的虛通道，類似于ATM中的VPI/VCI虛連接標識[1]。

T—CONT是10G GPON系統中上行業務流基本控制單元，主要起到上行方向承載業務的載體作用，所有的GEM Port都要映射到T—CONT中，由OLT通過DBA調度的方式進行數據上行，10G GPON系統業務復用原理如圖2所示。

圖2? 10G GPON系統業務復用原理

3? ? 10G PON技術的網絡結構及工作原理

10G GPON同GPON網絡結構一樣，遵循標準PON網絡的P2MP架構，10G GPON網絡通過上、下行不同波長在同一個ODN網絡上進行單纖雙向數據傳輸[2]，圖3為P2MP架構，圖4為P2MP傳輸示意。

我們知道GPON技術的上下行是非對稱結構，下行通過廣播的方式發送數據，OLT通過廣播的方式把數據廣播到到所有的ONU上，不同的ONU有選擇性的進行接，將其他不是自身相關的數據直接丟棄。在OLT上，數據流在業務處理單元中被封裝到GEM Port中。OLT將封裝到GEM Port中的數據廣播給所有ONU。ONU接收到OLT發送的數據后，根據XGEM Port ID對數據流進行判斷是進行處理還是進行丟棄。10G PON工作原理如圖5所示。

上行通過TDMA的方式，ONU按照時隙進行數據傳輸，ONU在OLT許可的時隙內發送數據，這樣就可以保證每個ONU按次序發送數據，避免了上行數據沖突。在ONU上，數據流被封裝到相應的GEM Port中，然后映射到相應的T—CONT中。OLT根據T—CONT調度數據流按照時隙依次發送到OLT。OLT對GEM Port中數據流解封裝后送入相應業務單元。

4? ? 改造10G PON的建設方案

在運營商網絡建設中，大體分為高價值新建小區、校園網新建、小區GPON FTTH改造、老舊小區LAN，DSL方式改造這4個場景來部署10G PON設備[3]，具體建設方案如下。

4.1? 高價值新建小區

面向現網高端用戶提供千兆接入需求的場景，建議上行采用雙路由10GE鏈路，跳過匯聚交換機直連BRAS設備。從帶寬能力和后續的可擴展性考慮，新建場景應考慮大容量10G PON設備，從建設和維護成本考慮，建議摒棄10G GPON和GPON的共存方案，ODN建設中分光比建議采用1∶64。10G GPON新建場景用戶需使用10G PON ONT設備。

4.2? 校園網新建

對于現網業務中，有提速需求但不適合改造成FTTH的場景，如校園，LAN小區等。如新建OLT建議采用10GE方式，如原有OLT改造，考慮投資問題則開通初期采取擴容GE方式，當上聯鏈路總數超過4個千兆時建議直接升級到10GE鏈路，同時建議OLT設備跳過匯聚交換機直聯BRAS設備，減少中間環節。如GPON和10G PON ONU共存，機房OLT側需要增加WDM1r，如不共存則無需增加WDM1r，FTTB不建議采用共存方式建網，根據用戶提速需求更換ONU。沒有提速需求的用戶可繼續使用原有ONU。

4.3? 小區GPON? FTTH改造

面向現網E/G PON FTTH且未來千兆接入需求的提速改造場景，如新建OLT建議采用10GE方式，如原有OLT改造，考慮投資問題則開通初期采取擴容GE方式，當上行口總數超過4×GE時建議升級到10GE，OLT上聯端口升級到10GE以后，建議OLT跳過匯聚交換機直聯BRAS設備。GPON FTTH提速，如需要GPON和10G PON ONT共存，機房ODF側需要增加WDM1r，如無需共存ODN無需改動，保持原有分光比不變，利舊原有分光器。對需要提速的用戶選HN8245Q 10G PON ONT，不提速用戶保持原有E/G PON ONT。

4.4? 老舊小區LAN，DSL方式改造

針對傳統的LAN小區可以采用10G PON+FTTB的方式，利舊原有光纖和五類線，上行接口建議采用10GE，同時建議OLT跳過匯聚交換機直聯BRAS。從帶寬能力和后續的可擴展性考慮上聯端口，考慮按用戶帶寬1∶3～1∶6收斂，當單臺OLT上行超過4個千兆時建議更換成10GE上聯端口。ODN建設中分光比建議采用1∶8，根據用戶具體需求考慮使用不同型號的ONU設備。

改造及部署方案大體分為4個步驟。

（1）整體規劃，10G PON OLT的選型，如在原有OLT上改造，需要確認業務規劃。新建場景直接上10GE，改造場景在原有的基礎上擴容，單臺OLT上行超過4GE時建議切換成10GE上行。

（2）軟件及版本的升級。

（3）硬件改造，要充分考慮原有設備的利舊，從而達到節省投資的目的，比如利舊機柜、機框、槽位等。

（4）預配置，新建場景，按照規劃預配置VLAN、業務流、流量模板、ONT相關的業務模板、線路模板、告警模板。組播相關配置、PPPoE+、DHCP 相關配置、安全特性相關配置、管理相關配置、路由相關配置等。改造場景，原槽PON口1∶1替換，只需要新增流量模板等，其他數據無需配置，非原槽位1∶1替換，則需要重新配置數據。

作者簡介：劉鐵力（1980— ），男，河北石家莊人，通信工程師，碩士;研究方向：通信技術的傳輸與接入。

[參考文獻]

[1]常瑩，吳紅青.10G GPON系統中ONT端OMCI功能的設計與實現[J].電視技術，2013（1）：109-112.

[2]房超.10G GPON技術及相關標準研究[J].電信網技術，2011（10）：14-18.

[3]張磊.中小電信運營商10G GPON的演變[J].科技風，2018（33）：15-19.

Abstract：With the rapid development of broadband access services in recent years， and the explosive growth of high-definition video services， the average bandwidth of single users has doubled， and the original? FTTH Network based on GPON can no longer adapt to 200 M or higher bandwidth. In this paper， the solutions that need to be upgraded to 10G PON are given， including the basic technology of 10G PON and several upgrading schemes in existing scenarios.

Key words：FTTH; GPON; 10G PON