浅析GPON技术与EPON技术的综合比较

宋 维

摘要：本文重点对两种主流PON技术(EPON和GPON)在可用带宽、技术成熟度、成本、多业务能力和安全性、QoS和OAM等方面进行了综合比较和分析。

关键词：GPON技术EPON技术比较

0引言

随着科学技术的不断进步和社会日益的发展，互联网逐渐走入寻常百姓家，宽带的速度越来越成为人们娱乐与工作中常常出现的话题，从窄带拨号到宽带上网，再到光纤接入上网，宽带网络速度日益加快，如今PON技术逐渐走向前台。目前，有两个颇为引人注目的PON标准已正式发布，其中一个是由ITU／FSAN制定的Gigabit PON(GPON)标准，另一个是由IEEE 802.3ah工作组制定的Ether-net PON(EPON)标准。在PON技术已被毋庸置疑地认为是未来FTTH时代的终极解决方案之后，EPON和GPON谁将主导FTTH大潮已成为当前新的争论热点。

1xPON概述

1987年英国电信公司的研究人员最早提出了PON的概念。1995年FSAN联盟成立，目的是要共同定义一个通用的PON标准。1998年ITU－T以155Mbit／s ATM技术为基础，发布了G.983系列APON(ATM PON)标准。2000年底一些设备制造商成立了第一英里以太网联盟(EFMA)，提出基于以太网的PON概念——E-PON，并促成lEEE在2001年成立第一英里以太网(EFM)小组，开始正式研究包括1.25Gbit／s的EPON在内的EFM相关标准。EPON标准IEEE 802.3ah已于2004年6月正式颁布。2001年底，FSAN更新网页把APON更名为BPON，即“宽带PON”。2003年3月1—TU-T颁布了描述GPON总体特性的G 984.1和0DN物理媒质相关(PMD)子层的G.984.2 GPON标准，2004年3月和6月发布了规范传输汇聚(TC)层的G.984 3和运行管理通信接口的G.984.4标准。从应用情况来看，GPON由于技术实现复杂，成熟的商业产品还很少，目前还没有规模的商用系统应用。下面将对GPON和EPON这两种PON技术和产品进行详细比较。

2上行可用带宽

从系统上行传输总带宽中减去各种系统运行开销就是上行可用带宽。它与系统中包含的ONU数量、DSA(动态带宽分配)算法的轮询周期、承载业务的类型以及各业务所占比例等都有很大关系。EPON和GPON都是宽带接入技术，承载的业务以IP数据业务为主。下面将分别计算EPON和GPON在包含32个ONU，轮询周期为750s的情况下，承载纯IP业务时的上行可用带宽。EPQN的上行线路速率是1.25Gbit／S，因为采用了8B／1OB线路编码，每10bit中有8bit有效数据，所以其有效上行传输总带宽为1Gbit／s，即1000Mbit／s。EPON上行的系统运行开销及其占总带宽的比例如下：用于突发接收的物理层开销：约3.5％；以太网帧的封装开销：约7.4％：MPCP(多点控制协议)和OAM(运行管理维护)协议开销：约2.9％：DBA算法造成的剩余时隙(即不足以传输一个完整以太网帧的时隙)浪费：约06％；EPON上行总开销为上述开销之和，约为144Mbit／s，可用带宽约为856Mbit／s(即1000Mbit／s-144Mbit，s)。上行线路速率为1.244Gbit／S的GPON，采用NRZ编码，上行总带宽为1.244Gbit／s，即1244Mbit／s。GPON上行的系统运行开销及其占总带宽的比例如下：用于突发接收的物理层开销：约2.0％；GEM(GPON封装方法)帧和以太网帧的封装开销：约5.8％.PLOAM(物理层运行管理维护)协议开销：约2.1％；DBA算法剩余时隙引入额外的封装开销(GPON中允许分割帧，当剩余时隙不足以传输一个完整的以太网帧时，该以太网帧可以被分割成多个GEM帧传输，但每段分割的帧都要再额外增加一个新的GEM帧头)：约0.8％o GPON上行总开销为上述开销之和，约为133Mbit／s，可用带宽约为1111Mbit／S(即1244Mbit／s-133Mbit／s)。

3技术成熟度

3.1 EPON①标准EPON的标准是IEEE802.3ah，标准中定义了EPON的物理层、MPCP(多点控制协议)、OAM(运行管理维护)等相关内容。IEEE制定EPON标准的基本原则是尽量在802.3体系结构内进行EPON的标准化工作，最小程度地扩充标准以太网的MAC协议。②核心芯片目前可以提供EPON核心芯片的专业厂商有5～6家(不包括自主设计芯片的系统厂商)，在标准讨论的过程中，这些厂商就已开始芯片的设计和验证，因此在802.3ah标准正式颁布时，他们太多都已推出了第二代和标准完全兼容的芯片，可以迅速支持EPON系统的大规模部署。

3.2 GPON①标准GPON的标准是ITU－T G.984系列标准，规定了GPON的物理层、TC层和OAM相关功能。GPON标准的制订考虑了对传统TDM业务的支持，继续采用125s固定帧结构，以保持8K定时延续。为了支持ATM等多协议，GPON定义了一种全新的封装结构GEM(GPON encapsulatlon method)，可以把ATM和其它协议的数据混合封装成帧。②核心芯片除GPON设备厂商自主设计的GPON芯片外，目前还没有专业的芯片厂商推出商用GPON核心芯片。GPON设备上使用的模块都是专用的自主或协作开发的模块，还没有专业的模块厂商可以提供样品，更谈不上大规模量产。

4多业务能力和安全性

目前对EPON多业务能力质疑最多的就是它传输传统TDM业务的能力。且不说目前EPON设备厂商采用的各种TDM over Ethernet的专利技术提供了EPON单一网段的TDM业务传输通道，从测试结果来看，其性能完全满足1.5ms时延等指标要求，完全符合传统TDM业务的应用标准。就是在普通的以太网设备上，现在也可以使用各种标准的PWE3(pseudowire emulation edge to edge)设备提供跨网段、端到端的、透明的传统点对点TDM通道。而且，随着传统TDM业务量所占比例的日趋减少，使用分组交换技术，把TDM业务收容到日益扩大的分组网络中来，无疑将是一种更为经济的手段。在安全性方面，EPON也使用标准的基于AES的加密技术，其安全性和GPON无区别。

5QOS

在QoS方面，EPON定义了8个优先级队列，DBA算法也考虑了对不同优先级队列的带宽分配策略和公平性等问题。对于数据包中的IP优先级或以太网优先级可以很容易地映射到这8个优先级队列中，再通过DBA算法保证其传输的带宽和时延，因此完全可以满足不同业务的Qos要求。GPON中OLT检测每个CONT—T的业务负荷，用于预测／分析ONU的业务流情况和网络的拥塞情况，根据网络状况给每个CONT—T分配资源，但并不涉及VP／VC或Port_ID的QoS。VP／VC或Port_ID提供的QoS保证由两端的ATM／GEM client的相应机制来完成。对于有不同QoS要求的业务，GPON通过使用指针安排ONU用不同的传输方式来实现：调整其授权带宽和授权周期来保证业务的带宽和时延要求。实际上，在如何保证业务的QoS方面，EPON和GPON的实现机理本质上是一样的。GPON中的OAM包括带宽授权分配、DBA、链路监测、保护倒换、密钥交换以及各种告警功能。从标准本身来看，GPON标准中定义的0AM信息比EPON标准定义的丰富，不过从实际的设备来看，二者提供的功能并没有多少差异，目前的EPON设备也能提供这些功能。

6总结

综上所述，在QOS、多业务承载、安全性等方面，目前的EPON产品与GPON标准规范的相当，但每单位带宽成本则要比GPON低得多，而且EPON的技术更成熟，更早被市场接受，更早进入大规模商用的阶段。下一代网络将是基于分组的网络，目前以太网作为分组网络的绝对主流承载平台，已经是一个不争的事实。将来用户侧的网络接口肯定是一个以太网的接口，城域网上的以太网接口肯定也会随处可见，使用以太网技术把两侧的以太网接口连接起来将会是一件很自然的事情。