10G PON网络研究与部署

程海瑞　中国联合网络通信有限公司网络技术研究院工程师张　沛　中国联合网络通信有限公司网络技术研究院宽带网络研究室主任，高级工程师



10G PON网络研究与部署

程海瑞中国联合网络通信有限公司网络技术研究院工程师
张沛中国联合网络通信有限公司网络技术研究院宽带网络研究室主任，高级工程师

摘要：通过研究10G PON网络的技术特征、产业发展情况，并结合应用场景从网络共存、设备升级方面提出了10G PON的部署方案。

关键词：XG-PON1；10G EPON；共存

1　引言

宽带网络是重要的战略性信息基础设施，世界银行对全球120个国家的分析表明，宽带业务普及率每提高10%，将带动GDP增长1.3%。全球超过100个国家和地区纷纷推出了国家级的宽带发展战略。“宽带中国”战略实施后，我国FTTB/H用户快速增长，根据Ovum的统计和预测，到2020年，FTTB/ H用户将超过2.55亿，占总宽带用户的88.4%，如图1所示。“宽带中国”战略重点推进宽带网络优化和技术演进升级，提出在2020年城市家庭宽带接入能力达到50Mbib/s，50%的城市家庭用户达到100Mbit/s，发达城市部分家庭用户可达1Gbit/s的目标。基于现有E/GPON技术难以满足上述需求，规模部署10GPON是以更好的经济性实现宽带提速的重要方案。

图1　中国宽带用户数量及预测（数据来源Ovum）

考虑到现网已部署的PON设备的平滑演进，10G EPON的技术特征如下：

（1）速率模式：10GEPON标准规定了10Gbit/s下行、1Gbit/s上行的非对称模式和10Gbit/s上/下行对称模式两种速率模式。

（2）协议分层：10GEPON标准规定了新的物理层关系的分层模型，主要包括RS、PCS、PMA、PDM子层，并将EPON的GMII接口变为XGMII接口，处理10Gbit/s上下行数据；避免MAC层及以上各层的改

2　10G PON技术概述

2.1 10G PON的技术特征

在PON出现至今的近20年发展史上，已形成了窄带PON、APON/BPON、EPON和GPON等一系列标准和产品。目前，运营商现网主要部署EPON和GPON，下一代PON接入技术的标准主要是IEEE802.3av（现已合并到IEEE802.3）发布的10GEPON标准以及ITUTSG15发布的G.987、G.988系列XG-PON1标准。动。10GEPON的协议分层和OSI参考模型间的关系如图2所示。

（3）传输距离：10GEPON采用高功率预算PR30/ PRX30时，最大可以支持1：256分光比下20km的传输距离或者1：128分光比下30km的传输距离。

（4）工作波长：对称/非对称模式的下行中心波长为1577nm（范围：1575～1580nm）；非对称模式上行中心波长为1310nm（范围：1260～1360nm），对称模式上行中心波长为1270nm（范围：1260～1280nm）。

10GEPON未来可能演进方向：一是在40、100G以太网的IEEE802.3ba标准基础上，引入低成本的新型调制技术；二是引入多波长技术，例如基于多波长10G EPON的TWDM-PON，通过光层与电层的结合实现带宽汇聚；三是采用纯WDM-PON。以上几种技术方案都可以支持40～100Gbit/s的带宽能力。

XG-PON1的主要技术特征如下：

（1）速率模式：XG-PON1系统的下行线路速率为9.95328Gbit/s，上行线路速率为2.48832Gbit/s，线路编码为NRZ码。

（2）协议分层：XG-PON1系统继承了GPON的TC层、OMCI、DBA、加密等机制。如图3所示，XGTC层包括业务适配子层、成帧子层和物理适配子层。XGTC层既出现在OLT侧，也出现在ONU侧。下行方向上，XGTC和PMD层间的接口表现为一个连续比特流，被分成125μs的帧。上行方向上，XGTC和PMD层间的接口表现为一序列时间突发。

（3）传输距离：XG-PON1最大能够完成1：512分光比下20km的长距传输。

（4）工作波长：XG-PON1规定的下行中心波长为1577nm（范围：1575～1580nm），上行中心波长为1270nm（范围：1260～1280nm）。

XG-PON1的下一步演进目标是40Gbit/s下行带宽的NG-PON2，NG-PON2的方案为融合了现有TDM技术（Time Division Multiplexing，时分复用）以及WDM技术的TWDM-PON（Time and Wavelength Division Multiplexing PON，时分波分混合复用无源光网络）。

2.2 10G PON与1G PON的比较

10G PON与1G PON技术比较详情见表1。XG-PON1与10GEPON具备更高的上下行速率，支持更高的分光比，同时光模块的功率预算值有一定的提高，最大接入距离上也有一定的提升。XG-PON1与10GEPON采用同样的波长，有助于提升应用规模、共享产业链、降低成本。

2.3 10G PON产业链

图2　10GEPON的协议分层和OSI参数模型间的关系

图3　XG-PON1的网络分层结构

表1　10GPON与1GPON技术比较

10GPON的国际标准与国内行业标准发布后，芯片方案提供商完成了10GPON芯片的ASIC化并量产，且局端芯片实现了对称、非对称模式一体化，达到8个 PON口的线速转发能力。10GEPON主要使用的PR/ PRX30光模块以及XG-PON1使用的N1、N2a光模块也已量产。国内PON设备的主流供应商完成了产品研发、迭代升级。10GPONOLT主要是针对现有型号的升级，10GPONONU延续了1GPON的产品形态，包括MDU、HGU、SFU等。

随着10GPON产业连的成熟，中国电信2014年集采了48万线10GPON设备，浙江电信公司开始规模商用10G PON设备；陕西、黑龙江电信2015年将现网EPON+LAN升级到10GEPON+LAN。中国联通2014年在辽宁、天津、广东等地完成了10GPON试点工作，并准备启动集采，在重点区域规模部署10G PON设备。中国移动在福建、上海、山东、陕西等多省份试点10GPON的基础上，也将启动集采和规模部署。

3　10G PON网络部署方案

3.1 10G PON网络应用场景

10GPON具有明显的带宽优势，但由于芯片、光模块成本高，尚未大规模商用，主要部署在FTTB/C场景，以及未来有千兆接入需要的FTTH场景。在FTTB场景下，如果ODN网络建设使用1：8分光比，MDU的用户端口数为24，即可覆盖192个用户，每个用户可获得50Mbit/s的带宽；并发不高于50%的话，可支持100M带宽业务，基本可满足用户5年内的带宽需求；在FTTH场景下，如果ODN网络建设使用1：64分光比，则可覆盖64个用户，每个用户可获得150Mbit/s的带宽。

3.2 PON网络共存场景

由于E/GPON上行波长不同，在共用ODN网络的情况下，两种10GPON设备与1GPON共存的方式也有所差异。

从表1可以看出，10GEPON与EPON上行波长重叠，可以实现在同一个10GEPON端口下的共存。将OLT侧的PON板卡升级为10GPON板，在不改动ODN网络情况下，实现原有1G ONU和新增10G ONU在OLT侧的10GPON口下共存。在这种共存方式下，由于EPON和10G EPON共同进行上行DBA带宽的调度，10GEPON的上行带宽受到1GEPON影响，无法达到表1中的有效带宽。通常不建议对称10GEPON与非对称10GEPON或者EPON在同一个ODN网络下共存的方案。

GPON与XG-PON1的上行波长相互独立，在共用ODN网络时，需要在ODN网络中加入WDM1r器件以实现二者在同一个ODN下的共存。考虑到GPON的ODN网络并未部署WDM1r器件，且共ODN网络的场景不普遍，因此WDM1r器件可以安装在OLT或者ODF侧。

3.3 1G PON设备升级

现网已经部署的OLT设备能力差别较大，不是所有OLT都能通过升级支持10GPON。考虑到10GPON板端口数为4或8个，现网OLT单板槽位带宽至少达到40Gbit/s才具备承载10GPON业务的能力。OLT的升级主要包括更换主控板卡、上联板卡、10GPON板卡以及网管EMS的升级。现网大部分1GMDU设备不具备通过更换上联PON板的方式实现10GPON功能升级，在现有ONU需要升级时，整机更换为10GONU。现网PON设备的网管EMS通常都可以实现对EPON 和GPON设备的管理，引入10GPON后需要升级EMS以实现4种PON设备共网管。在1GPON用户升级为10GPON用户的情况下，网管需要提供用户数据迁移的方法，完成OLT侧单板级、PON口级以及ONU级的用户数据的批量迁移。

4　结束语

综上所述，目前10GPON具有单位带宽设备成本低、节约光纤资源、改造升级较方便的优点，且设备和产业链已经成熟。规模部署10GPON，是宽带提速的重要途径。运营商在引入10GPON时，既需要考虑原有1GPON设备的共存，最大程度上利用原有ODN网络，又需要考虑PON网管系统的升级，用户数据的迁移，资源管理系统和客户关系管理系统配置的变更，实现网络配置和业务的平滑迁移。

参考文献

［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］陈雪.下一代光接入技术简述［J］.信息通信技术，2014，31-33.

发展策略

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）