作者：徐紅春　光纖通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（籌）武漢電信器件有限公司

摘要:
    本文通過(guò)對(duì)即將發(fā)布的10G-EPON國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.3 av的技術(shù)研究，結(jié)合與現(xiàn)行的GEPON技術(shù)的對(duì)比，對(duì)10G-EPON的關(guān)鍵技術(shù)作了較為詳細(xì)的分析，并對(duì)如何從目前的1G-EPON平穩(wěn)升級(jí)到10G-EPON作出了展望。

1，前言
    雖然10G-EPON的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)目前尚在制定之中，預(yù)計(jì)在2009年9月份正式發(fā)布，但自2006年開(kāi)始，國(guó)際上對(duì)10G-EPON的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)/技術(shù)就一直在研究，并經(jīng)過(guò)了多次的修改，目前實(shí)際上已經(jīng)基本定型了。而10G GPON（NG-PON）在目前看來(lái)還極其遙遠(yuǎn)，因此，該類(lèi)技術(shù)的研究重點(diǎn)在相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)仍將集中在對(duì)10G-EPON的標(biāo)準(zhǔn)/技術(shù)研究上。
    在2009年OFC大會(huì)上，能夠以高達(dá)10Gb/s速率傳輸?shù)?0G-EPON 成為了今年最熱門(mén)的話題之一，受到了業(yè)內(nèi)的高度關(guān)注；尤其在當(dāng)前，其標(biāo)準(zhǔn)即將正式發(fā)布之際，10G-EPON正處于世界各國(guó)大力推進(jìn)寬帶接入的氛圍下，更是吸引了越來(lái)越多的廠家的關(guān)注。

2，對(duì)10G-EPON國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的解讀
   目前，即將正式發(fā)布的10G-EPON的標(biāo)準(zhǔn)的最新草案版本是IEEE P802.3av D3.2,完稿于09年4月，在IEEE std 802.3－2008的基礎(chǔ)上，又作了一些修訂。整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的英文原稿長(zhǎng)達(dá)228頁(yè)，通過(guò)通讀該標(biāo)準(zhǔn)，下面針對(duì)幾個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題點(diǎn)，對(duì)其作技術(shù)層面的解讀。
從大的方面來(lái)看，10G-EPON有如下四大顯著的特點(diǎn)：
    a)同時(shí)支持上下行對(duì)稱(chēng)的10/10G EPON，以及非對(duì)稱(chēng)的10/1G EPON , 充分考慮了與現(xiàn)有EPON的完全兼容，既有提供足夠帶寬保證新業(yè)務(wù)的能力，又可以根據(jù)情況靈活布網(wǎng)；
    b)針對(duì)速率的升級(jí)，規(guī)定了新的物理層相關(guān)的分層模型，主要包含RS子層、PCS子層、PMA子層、PMD子層，而對(duì)MAC層以上，則基本不動(dòng)；另外，只要涉及10G速率傳輸?shù)牟糠�，則將現(xiàn)有的GMII接口相應(yīng)更改為XGMII接口。即：盡量小的改動(dòng)，以方便平滑升級(jí)；
    c)傳輸距離仍然采用10Km和20Km兩檔；分路比既可以支持1：16，也可以支持1：32；
    d)引入了對(duì)廣域網(wǎng)的支持，使得以太網(wǎng)從局域網(wǎng)向廣域網(wǎng)拓展。

    和原有的1G-EPON (即GEPON)相比，10G-EPON在技術(shù)上作了許多的改進(jìn)，而總體看來(lái)，10G-EPON采用的系統(tǒng)組成與1G-EPON是基本相同的，只是，OLT、ONU、ODN均需要支持10Gb/s的傳輸速率。在網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上，則可以說(shuō)是完全相同的。
    關(guān)注的重點(diǎn)在EPON的分層模型的改進(jìn)上�？紤]到方便將來(lái)的平滑升級(jí)，IEEE 802.3av工作組在基于IEEE 802.3ah的1G-EPON的分層模型的基礎(chǔ)上，推出了1G-EPON和10G-EPON并存的分層模型。以非對(duì)稱(chēng)的10G下行，1G上行的模型為例，OLT端和ONU端的模型結(jié)構(gòu)分別如圖一、圖二所示：
   從圖一、圖二可以看出，由1G EPON升級(jí)到10G-EPON，改動(dòng)比較大的地方，集中在圖一、圖二的虛線方框之內(nèi)，即主要集中在對(duì)物理層的改動(dòng)，而避免了對(duì)MAC層以上各層的大改動(dòng)；在10G-EPON中，PCS子層的FEC成為了必須存在的了，而在1G-EPON中，F(xiàn)EC是可選項(xiàng)。

      圖一 10/1G EPON OLT端的分層模型圖
 
      圖二 10/1G EPON ONU端的分層模型圖

    10G-EPON中所有的PMD組合可如表一所見(jiàn)，一共是六種組合。
 
    在上下行傳輸使用的波長(zhǎng)分配方面，10G-EPON和GEPON有一些差別，而其中最重大的差別在于引入了1577nm波段的激光光源，作為10G-EPON的下行信號(hào)傳輸。10G-EPON所使用的波段可以歸納如圖三所示。

           圖三 10G-EPON的波段分配圖
   在功率預(yù)算方面，10G-EPON目前規(guī)定了三種功率預(yù)算，即PR10/PRX10、PR20/PRX20和PR30/PRX30，功率預(yù)算如表二所示。10G-EPON的功率預(yù)算最大可以支持20km傳輸距離和1：32分光比。


3，向10G-EPON平穩(wěn)過(guò)渡的步驟
    由現(xiàn)有的1G-EPON向10G-EPON的升級(jí)可按以下的步驟實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)過(guò)渡：
    第一步：ONU向10G Rx/1G Tx轉(zhuǎn)變，而OLT則向雙重下行速率轉(zhuǎn)變。下行方向：OLT端1G和10G的兩個(gè)信道的發(fā)射并存，但發(fā)射的波長(zhǎng)并不一樣，1G的發(fā)射仍然采用1490nm，而10G的發(fā)射則采用1577nm（1575～1580nm）的DFB 激光器；而在ONU接收端，需要對(duì)兩個(gè)信道、不同速率的光都能接收。
    上行方向：?jiǎn)嗡俾蕟涡诺溃�和現(xiàn)有GEPON的完全相同。由于上行方向無(wú)變化，同時(shí)下行方向的兩個(gè)信道采用了不同的波長(zhǎng)傳輸，所以，此步驟的改進(jìn)相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)。業(yè)內(nèi)絕大多數(shù)廠家，剛開(kāi)始進(jìn)入10G-EPON，估計(jì)都會(huì)從此入手。
    第二步：ONU向10G Rx/10G Tx轉(zhuǎn)變，而OLT則向雙重下行速率轉(zhuǎn)變。在完成上述第一步的下行信道的升級(jí)后，開(kāi)始第二步的上行信道向雙重速率轉(zhuǎn)變。此升級(jí)由于上、下行均是雙信道、雙工，所以，在一段的時(shí)間內(nèi)，可能會(huì)花費(fèi)較高的成本。
    第三步：根據(jù)具體情況，實(shí)現(xiàn)平滑升級(jí)。升級(jí)為非對(duì)稱(chēng)的10/1G PON后，再根據(jù)當(dāng)時(shí)的市場(chǎng)需求情況，以及設(shè)備的成本情況等等，再?zèng)Q定是否升級(jí)為對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的10/10G PON。
當(dāng)然，PON由1G的速率向10G升級(jí)，并且還要保持與現(xiàn)有1G-EPON系統(tǒng)兼容，其中的一些關(guān)鍵技術(shù)難題必然會(huì)存在，比如在如下的三個(gè)方面：
    1)動(dòng)態(tài)帶寬分配（DBA）機(jī)制： 10G-EPON中，DBA需調(diào)度1G和10G兩個(gè)EPON結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。下行方向DBA采用WDM技術(shù)傳輸，因此容易解決，而上行方向則存在問(wèn)題。由于兩個(gè)系統(tǒng)的線路編碼不同需采用兩種MAC棧結(jié)構(gòu)，因而MAC客戶(hù)端層需要兩種不同的接口，故現(xiàn)有的DBA機(jī)制需改進(jìn)以提供該接口。此外，還要研究是否在采用兩種DBA機(jī)制的前提下，通過(guò)創(chuàng)造第三實(shí)體來(lái)連接；還是，利用自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)辨別速率來(lái)調(diào)動(dòng)不同機(jī)制，這樣，只需要一個(gè)DBA機(jī)制即可。
    2)低成本高功率高速的1577nm 帶制冷DFB發(fā)射器件（其發(fā)射功率范圍在＋2dBm～+9 dBm之間，消光比不低于6dB），對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的成本控制意義重大。
    3)數(shù)據(jù)的安全管理問(wèn)題：和傳統(tǒng)的PON結(jié)構(gòu)類(lèi)似，下行是廣播式傳送，可能出現(xiàn)竊聽(tīng)的問(wèn)題；另外，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量增大了10倍，需對(duì)存儲(chǔ)容量進(jìn)行改進(jìn)，包括相應(yīng)對(duì)計(jì)算機(jī)硬件的改進(jìn)，以適應(yīng)對(duì)10Gb/s的數(shù)據(jù)信息處理。

4，小結(jié)
   綜上所述，盡管在由現(xiàn)有的GEPON向10G-EPON升級(jí)的過(guò)程中，會(huì)遇到許多技術(shù)上的難題，但10G-EPON不僅能極大滿足未來(lái)用戶(hù)龐大的綜合業(yè)務(wù)流對(duì)帶寬的需求，還充分考慮了運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)平穩(wěn)升級(jí)，節(jié)約投資以保護(hù)運(yùn)營(yíng)商的利益，因此在下一代的FTTH建設(shè)中，必將會(huì)起到極其重要的作用。