有线网络公司EPON技术路线的升级演变

唐飞

【摘要】根据国务院颁发的《“宽带中国”战略及实施方案》，到2020年，基本建成覆盖城乡、服务便捷、高速畅通、技术先进的宽带网络基础设施。固定宽带用户达到4亿户，家庭普及率达到70%，光纤网络覆盖城市家庭。到 2020 年城市和农村家庭宽带接入能力分别达到 50Mbps 和 12Mbps，发达城市部分家庭用户可达 1 吉比特每秒（Gbps）。近年来在线点播、在线教育、IPTV以及互动游戏等业务，特别是4K视频、虚拟现实等业务的蓬勃发展，原有的100M/200M接入带宽已满足不了用户的业务需求，宽带产业正步入千兆时代。原有的GPON/EPON接入也满足不了用户的业务需求，10G PON技术逐渐成为PON网络的主流技术，国内外各大运营商正面临着10G PON网络升级改造的压力和挑战。

【关键词】EPON 技术;升级演变

中图分类号：TN929                    文献标识码：A                    DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.24.001

有线网络公司接入网应用的技术主要以CMTS、EPON、GPON为主;FTTH类升级主要有两种技术：10G EPON 和10G GPON，本文主要以EPON如何向10G EPON、GPON升级过渡。

1.10G EPON 技术简介

2009年IEEE发布了10G EPON标准IEEE802.3av，最大化承接了EPON IEEE 802.3ah的内容，为未来EPON网络的高速发展奠定了基础。上行是通过TDMA（时分复用）的方式传输数据。10G EPON下行采用广播方式，即OLT面向其下挂的所有ONU发送相同的数据。通过OLT将下行数据流封装成为包含相应ID的以太网报文。该报文经过分光器，被分为幾组相同的广播信号至每个ONU。ONU在接收到OLT发送过来的数据后，结合对应的ID对数据流进行判断，确定是将数据处理还是丢弃。

2. EPON升级至10G EPON

EPON下行波长工作在1480-1550频段，10GEPON下行波长工作在1575-1580频段，两者之间没有波长重叠。但对于上行波长EPON工作在1260-1360频段，而10GEPON工作在1260-1280频段，两者部分重叠，如图1所示。

10G EPON按照速率分为两类，分别为非对称模式（下行速率为10Gbit/s，上行速率为1Gbit/s）和对称模式（下行速率为10Gbit/s，上行速率为10Gbit/s）。10G EPON最大的特点是扩大了EPON的上、下行的带宽，同时支持最大分路比为1：256，在传输距离方面也有了很大提升，在1：256的分路比下，传输距离可以达到20km，而在1：128的分路比下，传输可以达到30km。

3. EPON 与 10G EPON 共存

第一，10G EPON定义了6种光功率预算，这6种光功率预算模型基本上可以满足运营商网络建设的需要;

第二，10G EPON技术在实现与传统1G EPON在多点控制协议层面（MPCP）前向兼容的基础上，还对原有消息类型进行了扩展，用于报告光缆终端设备（OLT）、ONU光模块的开关时间。

第三，10G EPON采用了（255，223）的前向纠错（FEC）编码方式，该编码与用于1G EPON的FEC编码一脉相承，但其强大的编码增益可以支持10G EPON光接收器更低的灵敏度;最后，10G EPON对上下行波长进行了重新规划，下行使用1268～1280nm波长，上行则重用了原有1G EPON的1575～1580nm波段，为了避免波长冲突，10G EPON上行只能使用时分多址（TDMA）的方式。

由于10GEPON具有后向兼容特性，同一个10G PON口下可承载GE OUN又可承载10GE ONU，以1：64分光比组网，组网示意如图5所示，10G PON用户和1G PON用户各为32户。

基于EPON与10G EPON技术数据上行原理，可通过时分复用技术实现两者共用存在于同一ODN中。即需要对网络进行升级时，从ODF到用户这一段光分配网不需要变动，只需将原ODF到EPON OLT的尾纤调换到10G EPON OLT口上即可。若某OLT下单一用户需要升级，则同时必须更换为10G EPON ONU，如图2所示。

对于上行带宽，EPON的上行带宽为1.25G，10G EPON的上行带宽是10G，由于上行波长共用，且都采用TDMA方式传输，局端OLT会在同一个时域内给 10G EPON ONU与EPON ONU分别分配时隙。在在户数相同且所有ONU上行优先级相同情况下，整个系统的上行速率为10/2+1.25/2=5.62G。这种情况下，系统带宽由DBA调配如图3所示。

对于下行数据，由于采用广播方式，且EPON下行波长频段（1480-1550）与10GEPON频段（1575-1580）不同，系统具备同时发送两个窗口的能力，因此PON口的总带宽为EPON下行带宽与10G EPON下行带宽之和，即：10+1.25=11.25G。

4. EPON带宽提升设计

有线网络公司在初期的FTTH技术类选型中，绝大部分选择了IEEE的EPON技术路线，没有选择ITU的GPON技术路线;一方面是成本来的决定性影响，拥有了时间和成本上的优势，另一方面也因ITU为电信运营商所广泛使用，导致广电运营商不愿意规模化应用GPON技术路线。

4.1 指导思想

确定分阶段逐步建设的原则：结合设备产业链的成熟度及业务需求，分阶段逐步完成网络升级改造，确保网络能力满足业务需求。充分挖掘现网价值：充分利用现网资源，最大限度挖潜现网价值，保护现网投资。

逐步增加10G EPON OLT的采购量，在此之前，须确保原OLT机框为EPON、10G EPON混插机框;若机框较老，应立即着手将老旧机框拆除合并至乡镇级别的机房，市区机房严禁采用不支持EPON、10G EPON混插机框;同时，根据实际情况，酌情考虑机框支持GPON板卡;在保证先用EPON用户的业务正常开展基础上，对有更高带宽需求的用户，采用更新的10G EPON ONU进行覆盖;根据EPON ONU和10G EPON的产业发展，在两种设备类型的成本差距不大的时候，须果断切换至10G EPON ONU类型的设备采购;逐步完成用户端的设备更迭。

4.2 分阶段提升

4.2.1 现网用户模型

业务用户比率40%、并發比80%、流量占空比80%，考虑到后期互动电视带宽需求较高、IP直播业务逐渐开展，考虑到宽带业务一般也随互动业务一起下至用户，故设计并发及流量占空比均为80%规划采用三步走方式，完成网络改造升级。

4.2.2 现网结构（达到户均 50M 接入速率）

目前公司FTTH建设主以1：64分光方式为主，户均上下行带宽为900/64=14M，结合用户比率、并发比、流量占空比等参数，14M户均刚性带宽可近似等效为55M户均体验带宽。

第一步：降低分光比（达到户均100M接入速率）;前期对于市区热点区域，直接将1：64的分光减少至1：32。这样可在不更改接入设备的前提下，将户均带宽提升至100M;在用户业务开通比率不高的情况下，户均的带宽体验将会更优;

降低分光比（达到户均200M接入速率）;前期对于市区热点区域，在PON口承载用户数满负荷且户均带宽均为100M情况下，当某个PON口下具有较高带宽需求（带宽需求量大于200M）的用户数超过一定数量时，考虑到10GEPON产品性价逐步升高，为降低整体成本，通过降低分光比方式提升带宽。

具体操作如下：将原有1：64分光分裂为两个1：16分光，占用两个GE PON口。基于此种方式扩容，在不考虑用户优先级情况下可使户均带宽提升一倍，且无需变更用户终端，户均接入速率200M以上的水平。

第二步：部分升级10G EPON设备（达到户均500M以上的接入速率）;当500M用户需求达到一定数量时，综合考虑建设及维护成本，不宜通过降低分光比，必须通过引入10G EPON 实现千兆接入能力。同一个PON口下，当超过2个用户同时使用200M带宽时，则可通过10GEPON技术实现升级。

具体操作如下：保障原有1：32分光方式ODN模式不变的情况下，将上行光纤由GE PON口割接到10G EPON口，考虑到10G EPON技术向下兼容，因此只需要将有200M需求用户的ONU更换为10G ONU即可。同时为了确保部分用户带宽升级不会对PON口下其他用户造成影响，在全部更换10G ONU前，不调整原有ODN分光比。如图5。

第三步：整体升级10G EPON设备（全面达到千兆入户速率）;业务进一步发展，伴随着VR、超4K电视等大带宽业务的成熟及大规模商用，用户对带宽的需求进一提升，当一个10GE PON口下10GE ONU数量超过50-60%时，为了节约10GE PON口，提升设备使用效率，考虑到10G EPON产业链早已成熟，相比于GEPON设备性价比很高，可将该10GE PON口下所有ONU全部升级成为10GE ONU。如图5.

5. EPON至GPON更换设计

5.1 局端设备的准备

确保原先EPON的机框可平滑引入GPON设备，这是实现EPON和GPON同框混插的前提。GPON板卡的引入对现网EPON OLT应没有任何影响，主控板、上行板、背板等所有板件不需要替换。系统对EPON和GPON板卡的位置没有槽位限制的特殊要求，无论是哪种PON板都可以放置在插框的任意业务槽位。

5.2 终端设备的准备

采购的ONU设备应尽量选择可支持EPON和GPON双模自适应。ONU上线时，根据OLT发送的消息，判断局端设备是GPON还是EPON，并根据局端类型，工作于相应模式。需要说明，ONU支持双模自适应有利于增强PON系统的易用性、降低运维难度、节约运维费用，但不是EPON和GPON混合组网的必要条件。只支持EPON上行或GPON上行的ONT可以在混合场景下正常使用，但需要通过人工来确保与局端PON端口的对应关系，EPON上行的ONU只能与EPON端口对接应用，而只支持GPON上行的ONU也只能与OLT上的GPON端口正常对接。

当终端侧逐步替换成支持EPON＼GPON双模式后，根据规划设计需要，将接入的OLT一次性切换至GPON，从而完成整个EPON更换至GPON的技术路线替换。可根据实际情况，一次性切割至10G GPON，整体切换的原则同EPON升级的指导原则。

6. 结束语

几个不容忽略的问题必须考虑。用户的宽带业务不可一味进行促销放大，必须严格贴近实际业务要求进行部署及宣传;用户的互动点播开通率须严格监控;因IP直播的码率越来越大，IP直播中高清平均码率可至10M，4K频道的码率更是达到25M。因为组播改造只能在OLT侧终结，从OLT至ONU可认为是单播转发，IP直播的流量将抢占宽带流量。因此在现网结构下及第一步改造后，应严格跟踪用户开通率及业务的订购情况。在实际应用中，考虑到维护管理的便利，建议EPON和GPON板卡归类集中放置为宜。

参考文献：

[1]廖里军，张友红.10GEPON在华数传媒广电网络FTTH升级改造中的应用[J].中国有线电视，2021（07）：691-693.

[2]朱华，刘柱揆，许守东，张可，胡凡君，胡永承.基于EPON网络的智能变电站继电保护测试技术的研究[J].云南电力技术，2021，49（03）：7-10.

[3]廖里军，吴晓斌，赵杰，李凤祥.广电网络在接入网改造中选用10G EPON技术的探讨[J].中国有线电视，2021（05）：481-484.