10G PON網絡組網方案

白月維 何二朝,2 張利欽

（1.河北電信設計咨詢有限公司，河北石家莊 050021；2.石家莊市寬帶接入與傳送網絡優化技術創新中心，河北石家莊 050021；3.石家莊學院，河北石家莊 050035）

加快推進新一代信息基礎設施發展，已成為全球戰略共識。千兆光網具有超高帶寬、超低時延、先進可靠、綠色節能等特點，一方面成了固定通信網絡的重要載體，另一方面可以與5G互助互補，共同滿足行業應用需求。

我國在“十四五”規劃和2035年遠景目標綱要中明確提出要推廣升級千兆光網，2021年政府工作報告也明確要求加大5G網絡和千兆光網建設力度，豐富應用場景。

工業和信息化部出臺的《“雙千兆”網絡協同發展行動計劃（2021―2023年）》，提出未來3年我國千兆光網與5G協同發展的目標、任務與保障措施。指出以千兆光網和5G為代表的“雙千兆”網絡，能向單個用戶提供固定和移動網絡千兆接入能力，具有超大帶寬、超低時延、先進可靠等特征，二者互補互促，是新型基礎設施的重要組成和承載底座。

10G-PON符合F5G（固定5G）的演進方向，使能寬帶接入網速率達到千兆以上，并具備向萬兆演進的條件，成為“千兆寬帶”的一個重要方向。

1. 多樣化場景應用加速1.0.G PON的規模部署

家庭娛樂、家庭云VR、企業專線和園區網絡等業務領域都已經開始轉向基于云的業務，上云能夠降低終端成本，提升用戶體驗。用戶體驗提升的背后，需要大帶寬網絡的支撐，網絡帶寬的升級訴求也日益迫切，廣泛的業務驅動正在加速運營商寬帶網絡向10G PON升級的步伐。

家庭市場：借助更高帶寬的網絡，運營商能夠為家庭用戶提供更好的云VR業務，帶來體驗升級，例如家庭影院式體驗、沉浸式演唱會、體育賽事和旅游等。高質量的云VR體驗要求家庭帶寬至少達到200Mbps，這無疑將有力驅動10G PON的網絡升級。

政企市場：以云、AI、5G等新技術為代表的新型基礎設施推動各行各業智慧+建設，促進各行各業的數字化和智能化轉型升級，能夠實現提質、增效、降本的目的。例如，基于VR的應用能給學生提供經驗和動手訓練，這使得通過云化應用能夠提高學習成果。這要求有先進的通信網絡覆蓋大學，其所提供的帶寬要能夠支持教室內20或30個高質量、交互式的VR體驗，而基于10G PON的網絡可輕松支持高質量VR頭顯和應用所需的數百Mbps帶寬，聯接教室、實驗室、行政和安全辦公室、宿舍和禮堂。

2. 10G PON工作原理

10G PON工作原理和PON原理相同，即下行OLT采用廣播的方式將數據下發至每個ONU，上行采用時分復用（TDMA）方式向OLT傳輸數據。

如圖1所示，在OLT上，下行的業務被封裝為GEM幀并加上各個ONU的ID在光纖上傳輸，到達分光器后分成各個支路到達每個ONU，ONU通過比較ID號判斷哪個數據是屬于自己的，ID如果匹配不上則直接丟棄。

圖1 下行數據

如圖2所示，上行鏈路被分成不同的時隙，每個ONU只能按照規定的時隙向OLT發送數據，時隙由OLT統一分配，這樣各個ONU的上行數據到達分光器后不會為了爭奪時隙而產生沖突。

圖2 上行數據

3. 10G PON技術部署

ITU-T G.9801.1關于10G PON網絡中，允許2種工作模式，既非對稱（上行2.5Gbps，下行10Gbps）和對稱（上下行均為10Gbps）。10G PON和PON詳細技術參數如表1所示。

表1 10G PON和PON技術參數對比

隨著業務的發展，用戶的帶寬需求是逐步增大的，這就會出現短期內只有部分用戶需要升級到10G PON網絡，部分用戶繼續使用GPON網絡。10G PON有以下主要特征支撐GPON網絡向10G GPON網絡的平滑演進。

（1）如圖3所示，10G PON的波長規劃與GPON的波長規劃不重疊，故GPON與10G PON通過波分復用方式共享ODN網絡。

圖3 光譜分配

在網絡部署時需要引入Combo PON模塊，該模塊集成GPON/10G GPON四波長收發和WDM1r合波器，如圖4所示。一個Combo PON端口對外只需使用一根光纖，內部實際對應2個物理通道[1]。下行2路單獨的MAC進行處理后送到光模塊處進行合波然后發送到ONU，10G PON ONU則接收10G PON的信號，GPON ONU接收GPON的信號。上行GPON和10G PON采用不同的波長，在光模塊內部進行分波處理，然后送到不同的MAC通道進行處理。

圖4 Combo PON模塊工作模式

（2）OLT平臺支持GPON業務單板與10G PON業務單板共存；對10G PON板卡的支持包括單槽交換容量和整機交換容量提升，以及對10GE等更大帶寬端口的支持等?，F網設備通過升級主控板卡、電源等就可以實現對10G PON板卡的支持。

（3）10G PON與GPON在業務發放、業務部署操作基本相同，可以共享網管系統和業務發放系統。

運營商網絡正在實現云化或部署原生云，所有網元向基于SDN/NFV技術的方向演進，OLT設備也不例外?；赟DN/NFV的OLT設備可以實現資源共享，有利于多業務承載。OLT設備SDN/NFV化后實現了軟硬件解耦，使得控制平面與數據平面分離，適應大數據流量、復雜應用環境，硬件與軟件獨立，便于采購與獨立設置，最終能夠更好地實現業務的差異化定制。OLT 設備向SDN/NFV演進，可更好地與云計算相結合，更有效地進行資源分配。初期主要實現網絡切片，即OLT的虛擬化，將一個OLT虛擬為多個OLT，如基于板卡、PON端口、終端設備以及用戶端口（UNI）來劃分vOLT。后期逐步實現標準的南北向接口，通過 SDN控制器實現控制和轉發分離[2]。

4. 10G PON OLT上聯考慮

4.1 帶寬需求

PON網絡已經承載了寬帶、語音、IPTV和低等級專線等多種業務，以及PON設備的網管信息，個別區域已嘗試承載移動回傳和前傳等業務。由于不同業務的差異較大，再加上接入的用戶數量不同決定了單PON口的流量具有突發性強、不確定性大的特點，對帶寬預測的準確性形成了新的挑戰。

業界針對不同業務的特點，采取了不同的技術策略以降低網絡擁塞，如對于IPTV業務部署二層組播，對于寬帶接入網部署基于802.1p的二層QoS技術，在上述策略仍不能滿足帶寬需求時再進行擴容[3]。

隨著流量的增長，OLT設備的上聯擴容壓力是最大的，將逐步從N×GE調整為N×10GE。對于數量少、距離遠的用戶可采用小容量OLT接入，通過OLT級聯和虛擬化實現對級聯OLT的統一管理。同時為降低時延和簡化網絡應逐步減少OLT上聯交換機的數量。

4.2 端口擴容建議

（1）保障OLT上聯帶寬，新增OLT原則上采用10GE上聯。在整框OLT的上聯GE鏈路下行峰值利用率超過50%或10GE鏈路超過70%時應及時擴容。

（2）對于承載3000個寬帶用戶以上的OLT，上聯端口應至少采用2個10GE，在大于2×10GE上聯時，建議工作在鏈路聚合模式。

5. 部署節奏

GPON和10G GPON通過Combo PON模塊共存，實現了向10G PON的平滑演進。各地根據市場需求和運營考慮，可以繼續選擇GPON ONT，也可以選擇10G GPON ONT。如上所述，10G GPON ONT還可以根據業務需求靈活選擇非對稱型還是對稱型，以滿足不同帶寬需求。

短期內由于10G PON終端價格高，10G PON主要部署在OLT側，終端側仍主要采用GPON終端，只對部分高價值用戶、高帶寬用戶提供千兆入戶業務。隨著大帶寬用戶的普及，10G PON終端將迎來規模上量和價格下降，實現10G PON 的全網部署。

對于現網中不支持10G PON板卡的廠家的設備應逐步進行替換，采用用戶遷移至其他OLT、設備整體替換等方式逐步實現上述設備退網[4]。

6. 結語

新基建時代，10G PON作為F5G的重要內容以及數字經濟的全光底座，光纖寬帶網絡迎來歷史性的升級發展機遇，需要運營商及產業鏈上下游伙伴共同攜手，圍繞“雙千兆”來推進光纖網絡建設，加速10G PON升級，為數字經濟發展構筑堅實底座。