GEPON网络

2024-10-13

GEPON网络（共7篇）

GEPON网络篇1

南京财经大学仙林校区项目实现了高速上网、Vo IP、IPTV多业务承载, 而且实现了校园内网业务和Internet公共网的业务分离, 南京电信在这个网络的基础上可以较快地实现WLAN网络的建设, 从而实现对手机数据业务的分流。

为探索FTTx网络的演进发展方向, 从2009年开始江苏电信对10G EPON进行了全面的性能测试。2011年为进一步验证10G EPON的现网应用能力, 江苏电信委派南京电信和苏州电信进行10G EPON的规模商用, 南京电信分别在南京财经大学仙林校区、南京邮电大学仙林校区进行了3万线规模的正式商用。

此次现网应用对10G EPON的各方面性能进行了现网印证, 从网络建设到业务承载、网络管理都积累了较多的成功经验, 现对两个校园网项目的建设进行总结如下。

从设计到开通仅用2月

施工简单, 业务覆盖迅速。10G EPON作为EPON平滑升级技术, 完全继承EPON的ODN网络, 工程设计的基本原则、工程施工的流程和要求完全一致, 工程设计人员和工程施工人员都是原有的EPON工程设计人员和工程施工人员, 无需特殊培训, 南京邮电大学、南京财经大学两个校园网项目近3万用户端口, 项目从设计到施工到开通, 仅用了两个月的时间即完成, 满足了校园网在学生暑假期间建设这个建设周期短的特殊要求。

南京财经大学仙林校区项目, OLT采用中兴通讯ZXA10 C300, ONU采用目前FE端口密度最高的ZXA10 9806H设备, 该设备可以提供64端口FE, 分光器采用1:32分光, 单PON口实现2048用户的覆盖。

南京财经大学仙林校区项目实现了高速上网、Vo IP、IPTV多业务承载, 而且实现了校园内网业务和Internet公共网的业务分离, 南京电信在这个网络的基础上可以较快地实现WLAN网络的建设, 从而实现对手机数据业务的分流。实现了电信固网、无线全业务的迅速部署, 抢占了校园网竞争的先机。

带宽可充分满足实际需要

10G EPON高带宽、大分光比的特点能充分满足用户密度高的应用场景, 本次南京财经大学仙林校区和南京邮电大学仙林校区项目采用的是每个学生一个端口的覆盖方式, 端口密度高。学生的上网行为又以P2P文件下载、在线视频业务为主, 带宽需求高, 校园网业务宽带端口4M速率, 校园综合业务套餐等服务, 后续还可以根据需求提高到8M。现网采用64端口的MDU设备, 分光器的分光比为1:32, 按照70%的业务并发率, 实际每个PON的带宽需求为4×64×32×0.7=5.6G, 每用户的带宽可以提速到6M。10G EPON高带宽、大分光比的特点能很好地满足项目的实际需要。

同时, 10G EPON运维开通简单。10G EPON完全继承EPON的运维管理体系, 继承现网北向接口, 改动小。8月份在省NOC中心的支撑下, 完成10G EPON和IPOSS的对接测试, 主要内容包括OLT TRAP告警的上报、设备资源采集、设备端口状态采集、光模块数据采集等。

投资性价比优势显著

整个项目的综合成本低。在校园网项目建设中, 10G EPON呈现了良好的投资性价比。成本优势在以下两方面表现尤为突出。

设备成本方面, 现有OLT设备和MDU设备价格较EPON设备高10%～20%, 但是由于10G EPON大分光比特点, 在南京电信两个校园网项目中, 与EPON建设方案相比, PON口数量可以从115个端口降低到28个PON端口, MDU设备从890台降低至442台, 在南京电信校园网项目中, 10G EPON设备采购投资较EPON降低5%, 综合考虑配线光纤、交接箱、MDU弱电箱等配套设备, 节省成本比例还将扩大。

另一方面则体现在ODN的建设成本。现阶段10G EPON的光模块采用PRX30, 光功率预算大于EPON, 在相同的建设模式下, 支持分光比高一倍, 有效降低主干光纤的消耗, 并一定程度减少主干管线的投资, 在本次南京电信的校园网项目中, 10G EPON的ODN投资较EPON降低近15%。

南京电信10G EPON规模商用的成功引起了集团公司领导的高度重视, 2011年10月, 韦乐平带队亲临南京财经大学进行现场考察, 对于10G EPON在FTTB建设模式体现出的高流量、大分光比、施工简单、总体建设成本低的特点给予肯定。南京电信两个校园网项目的建设验证了10G EPON FTTB的建设模式适合在高用户密度、高开通率、高带宽的三高场景下使用。

10G EPON产业进展

国内已有3～4家光模块厂家可生产10G对称速率的光模块, 目前整体价格仍然偏高。随着2011年底10G EPON的小规模商用, 光模块的价格有望大幅下降, 成本可控制在普通EPON光模块的1.5倍左右。在PON芯片方面, 当前主流PON芯片厂家如Opulan、PMC、Cortina、Broadcom相继发布了FPGA方案的PON芯片, 其中Opulan、Broadcom已有基于ASIC方案的PON芯片。

10GEPON蓄势烽行篇2

目前, 运营商新一轮的PON集采陆续开启, 中国联通已经开始进行PON集采, 据专家透露, 这次的集采份额达1300万线;而中国电信的一位专家在接受记者采访时也表示, 中国电信2010年下半年的PON集采也将开启。两大运营商都是主推EPON技术, 现网中EPON的大量部署, 为向10G EPON演进打下了基础。

8月25日, 由烽火通信承办的“10G EPON的应用及未来在中国的发展前景”主题研讨会在北京召开, 此次会议将10G EPON商用道路做了深度解析, 并点明了10G EPON未来的发展轨迹。

面对三网融合的冲击以及用户对于高带宽网络的需求急剧膨胀, 运营商需要不断增加更多的接口数目, 同时还要提高入户速率, 1G EOPN已经渐渐显现颓势, 无法应对多接口、高带宽的需求。运营商已经开始未雨绸缪, 中国电信和中国联通已经进行了大量的10G EPON试点, 目前已取得了良好的测试效果。

IEEE在去年9月份就确立10G EPON的对称式、非对称式标准, 更在标准公布后就成立了SIEPON工作小组, 以确定10G EPON在设备互通性等方面的相关标准, 多位接受采访的专家都表示, 8月24日～26日在北京由烽火通信牵头召开的SIEPON工作组会议, 已经形成了新的标准草案, 10G EPON的互通标准又向前迈了一大步。

烽火通信在2009年初就参与了10G EPON标准制定工作, 烽火通信的外籍专家Duane Remein是IEEE 802.3av标准的主要编辑, 也是SIEPON工作组的副主席, 他曾代表烽火通信在历次IEEE会议上提交了大量重要提案, 为10G EPON的标准化做出了重要贡献。

从全球角度来看, 中国的EPON部署量已经超过日本, 成为EPON发展最为快速的国家。在10G EPON技术的研究方面, 中国也是遥遥领先, 且目前已经形成完善的产业链体系, 各个环节已经渐渐具备批量生产的能力, 10G EPON的商用期日益迫近。

矿用GEPON系统的研究与实现篇3

煤矿综合自动化是最近几年的热门话题,煤矿企业期望通过煤矿综合自动化的改造或建设,实现安全、高效生产。煤矿综合自动化系统的体系结构以建立一个综合监控主干网络系统平台、各监测监控子系统就近接入该平台模式为主流。

综合监控主干网络系统有多种结构模式[1]:一种是专用工业控制ControlNet网,其在我国煤矿应用最早,但由于其开放性不够,信息传输速率较低,有逐步被淘汰的趋势;一种是矿用工业以太环网,其推出后,由于开放性好、信息传输速率高,近几年已得到煤矿用户的广泛认同。以上系统模式,有一个共同点,它们不能或不太适合大量传输工业电视信号。而工业电视监控系统已广泛应用于各类煤矿,单个煤矿摄像机装备数量多达50～60个,且还有增多趋势。模拟传输式工业电视系统运行的可靠性随着光缆芯数的增加而降低;数字式工业电视系统,对网络传输系统的实时性要求很高。有些煤矿装备2套矿用工业以太环网系统,分别传输数字化工业电视信号和监测监控信号,以避免工业电视信号干扰监测监控信号,系统造价很高,维护工作量也增大。

针对煤矿综合自动化系统中数字化工业电视信号传输频带宽、实时性要求高,监测监控、语音信息流量不大,但实时性、可靠性要求高等特点,结合国际电讯接入网技术的发展成果,煤炭科学研究总院常州自动化研究院研究开发了一种新型综合监控主干网络系统——矿用GEPON系统,它具有成本低、宽带、可靠、稳定、易于安装维护等特点,特别适合于综合传输视频、数据、语音等信息。本文主要研究矿用GEPON系统的基本要求及其各种拓扑结构,提出了一种兼顾成本、性能、施工的矿用GEPON热备自愈环。

1 GEPON系统结构及特点

GEPON是一种采用点到多点网络结构、无源光纤传输方式、基于高速以太网平台和TDM(Time Division Multiplexing)时分MAC(Media Access Control)媒体访问控制方式并能提供多种综合业务的宽带接入技术。

GPON最基本的特点是采用无源分光器和光纤构成点到多点光网络,其基本的网络结构是基于光功率分配的树形分支拓扑,如图1所示。

从图1可以看出,典型的GPON由光线路终端(OLT)、光分配网络(ODN)和光网络单元(ONU)组成,ODN由多段光纤和多个分光器组成,光纤按所处位置分为主干光纤、支干光纤和分支光纤。

OLT的一个光口一般能接32台ONU,假设如图1所示接了8台ONU,那么其网络各部件的系统存活率Sx[2]如表1所示。Sx=(N-Nf)/N×100%,其中N为ONU数量,Nf为某部件x故障引起ONU的失效数量。

由表1可见,OLT和主干光纤故障失效的系统存活率为零,其故障将导致全系统瘫痪。而ONU和分支光纤故障失效的系统存活率最高,其故障只导致自身通信中断。支干光纤和分光器故障失效的系统存活率和位置有关,靠近主干的系统存活率低,远离主干的系统存活率高。

需要说明的是本系统存活率数据只考虑1个故障,对多个故障,系统存活率还和位置有关,一般同

时发生多个故障的概率较低。

2 矿用GEPON系统的基本要求

由上述分析可知,常规的GEPON系统主要部件系统存活率为零,不能用作为煤矿综合自动化的主干传输平台,因为煤矿综合自动化的主干传输平台要承载工业电视、监测监控、语音等多种信息,通信中断影响太大。一般来说,对矿用GEPON系统要考虑以下基本要求。

2.1 工业应用环境适应性

煤矿井下工作环境较为恶劣,有易燃易爆气体和腐蚀性气体,还有空气潮湿、局部淋水、矿尘大、电网电压波动大、电磁干扰严重、空间狭小、设备要移动,但环境温度较稳定。因此,电气设备要考虑防爆、防尘、防潮、防霉、防腐、抗震动、抗冲击、抗电磁干扰等措施。

2.2 系统可靠性

系统设备发生故障是很难避免的,因此,高可靠性系统关键设备一定要考虑备份,实现冗余保护。备份分热备和冷备,热备自愈时间短,系统造价高,冷备自愈时间长,系统经济性好,采用哪种备用方式,要综合考虑。由表1可知GEPON系统中OLT和主干光纤是最关键的设备。

2.3 信息传输实时性

煤矿综合监控系统视频、数据、语音等信息中,视频信息实时性要求最高,为保证较好的数字图象质量,图象清晰度应不低于704×576,帧率为25帧(PAL制),延时小于1 s。实现该技术指标,采用MPEG-2图象压缩标准的数字视频信号,每路最高带宽为8 Mbps;采用H.264图象压缩标准的数字视频信号,每路最高带宽为2 Mbps。一般煤矿工业电视容量要考虑100路,那么,对MPEG-2图象压缩标准的数字视频信号,网络要提供800 Mbps的有效流量,对H.264图象压缩标准的数字视频信号,网络要提供200 Mbps的有效流量。

2.4 系统使用方便性

GEPON系统技术很复杂,将其应用于煤矿,一定要解决其安装、使用、维护的方便性问题,系统应有网络管理功能,包括网络参数、功能的设置与修改、故障的在线检测与报警。

2.5 系统设备经济性

在考虑以上几个基本要求时,还要兼顾经济性。和同类功能系统相比,矿用GEPON系统性价比应该比较高。例如,从提高系统可靠性角度看,系统中OLT、ODN、ONU都应备份,但这样会造成系统十分复杂,成本高昂,很难推广应用。

3 备份GEPON系统结构分析

备份GEPON系统网络结构有很多种,下面分析几种较典型的适合煤矿应用的网络结构。

3.1 端到端双重备份自愈树

这是最完备的双重配置GEPON网络,其OLT、ODN、ONU(光收发器)都是双备份,除ONU接口外,任何一个部件故障失效,都不会中断系统通信,自愈恢复时间小于50 ms,但系统成本较高,应用量很小,目前还没有厂家推出该类系统。事实上,ONU的系统存活率较高(ONU装备愈多,系统存活率愈高),很多场合(如工业电视接入点)是不需要ONU备份的。端到端双重备份自愈树结构如图2所示。

3.2 共享ODN备份自愈树

这是一种低成本的备份GEPON解决方案,系统存活率较高的ONU都不需进行备份,仅对主干光纤、支干光纤、分光器、OLT光口进行备份,系统优点是成本低,分支灵活,缺点是分光器、光缆施工复杂,同时系统只能实现冷备工作,当工作ODN出现故障,切换到备用ODN时,系统需重新注册ONU,自愈恢复时间为秒级。共享ODN备份自愈树结构如图3所示。

3.3 端到端双重备份自愈环

环形线路具有分光器易标准化、光缆施工简单的优点,但端到端双重备份自愈环和端到端双重备份自愈树一样,系统成本很高,用户很少。端到端双重备份自愈环结构如图4所示。

3.4 共享ODN备份自愈环

这是一种低成本的GEPON自愈环,具有分光器易标准化、光缆施工简单、成本低的优点,但系统只能实现冷备工作,自愈恢复时间为秒级,当系统对自愈恢复时间无严格要求时,这是一种优选方案。共享ODN备份自愈环结构如图5所示。

4 矿用OLT和ODN热备GEPON自愈环

上述几种备份GEPON系统都不能完全满足矿用GEPON系统的基本要求,端到端双重备份GEPON系统可以满足可靠性要求,但缺乏经济性。共享ODN GEPON系统能满足经济性等要求,但又不能实现热备,不能满足数据传输的实时性要求。因此,最理想的方案是综合图4、图5所示的GEPON,在图4中只对部分重要ONU进行备份,其余ONU不进行备份,遗憾的是,目前受条件限制,还难于实现。图6是一种满足矿用GEPON系统基本要求的次选方案,它在共享ODN备份GEPON自愈环基础上,设计了OLT设备冗余控制器和光纤线路冗余控制器,实现了共享ODN备份GEPON自愈环的热备工作,自愈恢复时间小于100 ms。

4.1 矿用光网络终端(ONT)

ONT是系统关键产品之一,其配置了以太网口、RS485等多种接口,接口插座采用工业应用设计,抗振耐用;整机为本质安全型防爆设备,安装使用方便;外壳达到IP54防护等级,防潮防尘;电路进行了EMC设计,设备抗电磁干扰能力强。

4.2 系统冗余技术

系统除ONT和分支光纤外,都设计了备份,即OLT、冗余控制器、主干光纤、分光器中任何一个设备或器件出现单个故障,都不会中断系统通信,自愈恢复时间小于100 ms。

系统设计了4个热备自愈环(2台OLT,1台为主机,1台为备份),每个自愈环独立工作,和单环相比,可靠性进一步提高。

4.3 主要技术指标

矿用GEPON系统的线路通信速率为1.25 Gbps,其下行采用广播发送,上行采用TDM通信方式进行通信,保证了信息传输的实时性,一般能保证600 Mbps的有效流量,可同时传输300路以H.264标准压缩的高清晰数字视频信号,监控数据传输延时小于2.5 ms(无线路故障),每个自愈环最多可接10台ONT,主干最远传输距离为10 km,支线最远传输距离为15 km。

4.4 系统管理与设计

系统专门开发了汉化的简易网络管理软件,使用非常方便。对复杂的ODN分光器分光比工程计算特别进行了标准化设计,每个自愈环设计了1～10号标准化的分光器,工程技术人员只需按顺序选号即可,光缆距离不需要专门计算。

5 结语

将煤矿各生产环节监测监控子系统就近接入高可靠性、高速率的综合监控主干网络是必然的发展趋势,其具有降低系统总体造价、安装使用方便、提高系统运行可靠性等优点。本文介绍的矿用GEPON系统是力求实现该目标的一种解决方案。该系统已成功应用于平煤集团十二矿信息化改造项目中,用作为井下综合监测监控系统主干传输平台,其传输的16路高清晰数字化工业电视信息实时流畅。

参考文献

[1]胡穗延.煤矿自动化和通讯技术现状与发展趋势[J].煤炭科学技术,2007(8).

GEPON网络篇4

宽带网络是未来的电信运营商赖以生存的根本, 国内电信运营商纷纷大力推动光纤网络的骨干网和接入网的建设, 这加速了“光进铜退”的步伐, 并推进了光纤接入网模式及PON技术的规模应用, 促使了PON技术的不断成熟和成本的不断下降。国内电信运营商根据自身特点分别提出了不同的光纤接入技术, 主要是EPON技术和GPON技术两种。

本文主要针对EPON技术, 通过分析10G EPON在全业务运营下的不同场景:FTTH、FTTB、FTTO和基站回程中的应用, 给出了未来10G EPON接入网的组网模型, 并对1G EPON向10G EPON的平滑升级也进行了研究。

二、10G EPON在不同场景中的应用分析

2.110G EPON在FTTH场景下的应用

由于在新建楼盘和别墅区, 用户对体验带宽的需求量较大, 用户的等级也较高, 对于这类用户主要是采用FTTH的形式组网, 图1是FTTH场景下的网络结构示意图, 10G EPON网络有两种不同的模式, 一种是上下行对称, 均为10G, 另外一种为非对称的模式, 下行为10G, 上行1G。预计未来几年FTTH给用户提供的带宽将会普遍达到20~100M, 1G ONU完全能够达到这个要求, 所以在未来10G EPON FTTH组网方案中还是会以非对称模式为主, 分光比将会是1:64甚至是1:128。

2.210G EPON在FTTB场景下的应用

随着个人视频, 高速互联网3D游戏和高清晰电信服务需求的迅速增长, 国内的运营商中国移动、中国电信以及中国联通都为用户拟定了20~100M的传输带宽。在这样的背景下, 原有的1G EPON FTTB的规划显然不能够满足用户的需求。10G EPON最适合用于有高带宽需求, 高密度用户以及高分光比下的应用, FTTB无疑是最符合这些要求, 网络结构图如图2所示。

在国内宽带用户中, ADSL用户占有极大的比例, 因此有大量的终端铜线资源可供利旧。在未来的10GEPON组网应用中, 如果能够很好的利旧这些铜缆资源, 将会大幅的降低成本, 很容易为运营商和广大用户所接受, 从而能够迅速大面积有效的推进10G EPON网络的建设。VDSL2使电信运营商能够通过铜缆电话线提供诸如高清电视, 视频点播, 高速宽带上网以及Vo IP业务, 而且VD-SL2标准能够达到上下行均100M的速度。因此, 10G E-PON采用FTTB方式组网, 然后在MDU上混插VDSL2单板, 将ADSL2的Modem升级为VDSL2的Modem, 即可充分的利旧现有的铜缆资源, 实现带宽的全面提升, 如图所示。在不久的将来10G EPON应用最为广泛的将会是FTTB, 而FTTB和VDSL2无疑就是“黄金搭档”, 它们共同构成了10G EPON的最佳应用场景!

2.310G EPON在FTTO (光纤到办公室) 场景下的应用

在FTTO的运营方式中, 运营商主要针对政企和集团客户, 网络结构图如图3所示, 利用10G EPON可以实现开放的All-in-One的一站式企业业务集成方案, 可以为政企用户提供包括语音业务、高速上网业务、IPTV等在内的基本业务和包括视频会议、企业安全服务、企业邮箱、云计算在内的增值业务。目前政企和集团客户对高带宽的光纤接入的需求是比较大的, 其中的主要用途在于用于实现高速企业互联网连接和企业数据传输。而且对于大部分的政企的客户而言, 分支结构互联和数据传输时高带宽接入的最重要的需求, 传统的1G EPON接入很快就会出现带宽的瓶颈, 而10G EPON无疑能够很好的满足政企客户的这些需求。

根据不同的用户, FTTO的ONU能够提供不同的接口。对于大型企业, 需要提供1~2个GE口, 4~8个POTS口用于满足网络连接的需求, 如果用户是中小企业, 择需要提供1~4个FE口, 4~8个POTS口。通过ONU, 用户可以直接连接INTERNET, 也可以通过VPN连接总部或者是分支结构。由于政企和集团客户带宽需求较高, 上下行均为10G的对称业务所占的比重很高, 同时需要启动Type B/C的保护, 保证业务不中断。

2.410G EPON在移动基站回程中的应用

在PON网络规模应用之后, 利用10G EPON承载基站回程, 能够很好的解决基站回传, WLAN接入所需的带宽持续增长的需求。同时还能够大幅的节省光纤和端口资源, 有效的节省移动回程的运维费用。

10G EPON在移动回程当中的应用主要有两种, 一是热点地区的WLAN接入, 二是3G/4G的基站回程。目前讨论最多的也是在3G/4G的基站回程当中的应用, 其组网的大致思路是:10G EPON网络作为承载网络的接入层, 替代部分的MSTP或者是PTN网络, 单光纤延伸通过ONU接入基站。基站通过1588消息或者是1pps+TOD接口, 从ONU时钟频率和时间同步, 网络结构图如图4所示:

对于即将大规模部署的LTE网络, 由于其具有高带宽、全IP化的特点, 基站的密度非常高, 很适合采用PON网络来承载。EPON承载LTE基站的组网与IP化基站的承载类似, 可直接承载LTE业务。

2.510G EPON对全业务运营的支持

目前对于三大运营商而言已经进入了全业务运营的时代, 全业务运营的重要特点就是移动化和宽带化, 而且运营商需要对现有的网络进行升级和融合, 在此环境下全业务接入网的建设是其中的重要环节。未来的全业务接入网需要承载数据、视频、语音和移动基站回程等等多种业务, 而10G EPON的出现正是由于这些业务 (尤其是视频业务) 的不断丰富, 对带宽的要求的不断提高来推动的, 如图5所示为全业务运营时的系统图。

10G EPON所支持的FTTH、FTTB、FTTO、移动回程等各种应用场景, 能够很好的承载语音、数据、视频、企业接入以及移动基站回传等业务, 帮助未来的运营商迅速的完成网络部署和大面积的区域覆盖。同时还能够支持对业务和用户灵活的管理, 有效Qo S保证, 高质的差异化服务。

三、结束语

随着个人视频、高速互联网游戏和高清电视等服务需求的迅速增长, 用户对宽带服务的带宽需求也急剧增长, 并且在未来的全业务运营融合的网络中, 10G EPON由于其高带宽、多业务的支持、对用户和业务灵活的管理、端到端Qo S的保障以及多种ODN管理检测手段等特点, 必将大施拳脚为广大宽带用户提供高品质的生活。

摘要：本文在简要的介绍10G EPON的标准和主要技术特性之后, 分析了10G EPON在未来的全业务运营下的不同场景:FTTH、FTTB、FTTO和基站回程中的应用, 对未来10G EPON接入网的组网模型进行了探讨, 最后论述了1G EPON向10G EPON的平滑升级。

关键词：10G EPON,FTTH,FTTB,FTTO,移动回程

参考文献

[1]钱钢, 叶志军, 秦哲.基于EPON的配网通信技术研究[J], 2013 (18)

[2]王会义, 陈海嫦.40Gb/s长距离光纤传输系统的残余色散影响研究[J], 光通信技术, 2012 (11)

[3]陈烈辉, 左健, 任艳.FTTX ODN网络规划与建设研究[J], 广东通信技术, 2006 (9)

[4]刘东文, 王会义, 谢桂月.高速光纤通信系统中级联光放的研究[J], 光通信技术, 2013 (5)

[5]王庆, 胡卫, 程博雅.光纤接入网规划设计手册[M].北京:人民邮电出版社, 2009 (8)

下一代光接入技术10GEPON 篇5

关键词：宽带,全业务,10G EPON,接入

电信运营商的整合变革之后, 三大电信运营商均可经营以话音为主的固定业务和移动业务的全业务运营商。但这只是全业务运营的第一步。随着三网融合的进一步深化, 能够满足人们未来需求的全业务, 是涵盖电信、互联网、多媒体、商务、娱乐等多种应用领域的全业务。如何满足用户对高带宽接入的需求, 成为电信运营商需要面对的难题之一。具有高带宽、大分光比以及和EPON平滑兼容的10G EPON技术, 为运营商解决快速灵活和低成本的宽带网络建设, 满足用户20M以上带宽接入需求等问题提供了一个较为合适的选择。

1 10G EPON技术产生背景

EPON/GPON技术作为“光进铜退”的主要接入技术之一, 因其技术简单、速率高、可扩展性好、组播实现方便, 和外线部分相对简单、不需要电源、不需要维护室外机柜等优点, 在接入层的建设中得到了广泛的应用。而光纤, 这一具有大容量、高速率、受电磁干扰影响小等优点的通信介质, 随着EPON/GPON技术的应用, 逐渐接近或者进入到用户的家中。光纤入户之后, 未来潜力几乎可以无限大。

虽然EPON/GPON技术已经提供用户10M~20M的接入带宽, 但是随着IPTV、双向视频以及在线游戏等越来越多大流量宽带业务的开展与普及, 用户对带宽的需求将快速增加, 据预测, 未来每用户的带宽需求将达到50~100Mbps。而无论是EPON还是GPON, 现有的PON口的GE带宽都会很快出现新的瓶颈。因此用户对接入带宽的增加, 需要下一代的PON网络提供更高的接入带宽。

另一方面, “光进铜退”之后, 由于大量采用FTTB模式进行规划建设, 一个扁平化、无源的光网络雏形已经形成。网络运营商可以利用正在建造的接入网而不必构建新的网络, 也要求新技术能够在已经形成的光接入网络架构上运作, 能够实现网络的平滑过渡。因此, 下一代PON技术已经成为业界的研究热点。

10G EPON技术因为标准进展迅速, 产业链成熟速度快, 兼容性好等优点, 已经成为下一代PON技术的主流, 为光网络的可持续发展和演进奠定了基础, 成为宽带接入技术的最好选择之一。

2 10G EPON技术标准

10G EPON的标准为IEEE 802.3av, 10G EPON的标准制定从2006年开始, 2009年9月11日获得正式批准。IEEE工作组开发802.3av标准最重要的要求就是与现有EPON网络的兼容和平滑升级, 并与以太网速率10倍增长的步长相匹配。因此进行了多方面的实现:

(1) 10G EPON支持对称和非对称模式。对称模式时, 上行和下行速率均可达到10Gb/s。非对称模式时, 上行速率1Gb/s, 下行速率10Gb/s。充分满足不同用户的需求。

(2) 10G EPON绝大部分继承了EPON的标准。在业务互通、管理与控制方面, 与EPON兼容。上行采用双速率突发模式接受技术, 下行采用双波长波分, 使得10G EPON与现有EPON的ONU在同一ODN下实现了良好的共存。如图1。

(3) 10G EPON采用64B/66B线路编码, 效率高达97%;更高的链路光功率预算 (29d B) ;FEC功能采用RS (255, 223) 编码, 可以使光功率预算相对于FEC增加5~6d B。

3 10G EPON技术特点

10G EPON技术标准的主要特点在于充分利用10GE和EPON等成熟技术, 实现更高的传输速率和更丰富的物理层规格, 并与EPON技术兼容。

3.1 更高的传输速率

测试结果表明:10G EPON非对称模式下下行吞吐量可以达到8.3Gbit/s以上 (FEC开销约为13%) , 对称模式的上行吞吐量也超过8Gbit/s。波长分配如图2。

3.2 丰富的物理层规格

10G EPON分别定义了10GBASE-PR和10/1GBASE-PBX的物理层要求, 并规定了3类共6种物理层规格, 以满足不同的链路损耗要求。功率预算如下表所示, 10G EPON的功率预算可以支持传输距离20KM和1:32分光比。

3.3 对10GE和EPON的继承

10GE技术已经非常成熟, 因此10G EPON充分利用了10GE接口的技术标准和现有基础 (比如采用10GE的物理层编码和以太网的帧格式) , 从而降低了实现难度和成本。为了降低10Gbit/s突发光模块的实现难度, 对称速率的上行方向保持了与EPON相同的指标要求, 并把自动功率调整的稳定时间提高到800ns, 显著降低了光模块实现的复杂性和成本。

3.4 与现有EPON的兼容和共存

10G EPON是EPON的平滑升级, 10G EPON不但能够与EPON完全共用ODN系统, 10G EPON的OLT还能直接与EPON的ONU互通。如果采用WDM方式, 还可以实现10G EPON的OLT与GPON ONU的兼容。

4 10G EPON的运维方案

由于10G EPON对EPON的兼容性和继承性, 因此随着EPON运维方案在设备开通和管理、网络监控、网络安全、业务发放和服务保障等方面的日趋成熟, 10G EPON的运维方案与其一脉相承。

4.1 10G EPON与EPON有相似的业务模型

在设备类型、应用场景以及业务标识映射等方面, 10G EPON与EPON相似, 而且更容易学习和接受。针对不同的ONU设备, 电信市场定义了不同的设备类型, 如MTU、MDU、SBU、HGU、SFU等, 应用于不同的业务场景。10G EPON只对各类型的接口定义稍作修改, 用户模型和业务模型则仍沿用EPON的模型。

4.2 10G EPON与EPON有相似的业务参数

10G EPON和EPON的配置、性能、告警参数来源于同一规范, 10G EPON仅增补相关参数。在带宽规划参数方面, 10G EPON定义的固定带宽、保证带宽和尽力而为带宽, 与EPON完全一致;10G EPON只需通过简单配置, 修改精度和范围, 就可以完全沿用EPON的故障诊断参数。因此, 10G EPON基本可以沿用EPON的配置、性能和告警。

4.3 10G EPON与EPON有一致的管理机制

在管理模式上, 10G EPON沿用并增加了EPON的扩展OAM定义, 具有多种管理模式, 包括扩展OAM、扩展OAM+SNMP和扩展OAM+TR069三种方式。而且10G EPON完全使用了EPON北向接口参数, 接口无需重新开发, 业务支撑系统无需修改, 运维流程无需变更。

5 10G EPON的产业链

目前对10G EPON投入研究的硬件厂商主要有光模块厂商、芯片厂商和设备制造商。10G EPON的光模块在2008年上半年就可以供货, 现已能够批量提供对称和非对称的光模块产品。在芯片方面, PMC-Sierra公司在2008年7月率先在业界进行了10G EPON演示, 至今已有多家芯片厂家投入了10G EPON芯片的研发。设备方面, 多家主流设备制造厂商均发布了10G EPON产品, 并已实现10G EPON系列产品的ASIC化和批量生产。

2010年以来, 国内三大运营商先后开始了10G EPON的规模部署, 超过40万线的应用规模涵盖了校园宽带网、政企高端客户高宽带接入、城域网宽带网络的提速改造等多种应用场景。洛阳联通在某高校的宽带网络建设中使用了10G EPON技术, 成功满足了校园网密集型高带宽对接入网络的需求。

6 结束语

综上所述, 10G EPON标准发展迅速, 兼容性好, 产业链成熟速度快。在带宽上与现有的宽带接入技术相比有很大优势, 并且可以继承EPON大规模部署的成熟经验, 在不改变目前ODN网络的情况下, 与EPON共存并实现平滑升级过渡。因此10G EPON是适合于未来宽带接入的理想技术。

参考文献

[1]IEEE 802.3av:Physical Layer Specifications and Management Parameters for10Gb/s Passive Optical Networks[1]IEEE 802.3av:Physical Layer Specifications and Management Parameters for10Gb/s Passive Optical Networks

GEPON网络篇6

伴随着云计算、物联网、高清视频业务的风起云涌, 人们已经不再满足于几兆、十几兆的带宽, 而是期待可以自由驰骋的更宽广的信息高速公路。欧美和亚太很多国家已经将中期为用户提供100Mbit/s宽带能力、远期为用户提供1G接入能力列入宽带战略目标。统计数据表明, 用户带宽以每5年一个数量级递增, 并呈现加速趋势, 提供1～2G共享总带宽的EPON和GPON技术很快将出现带宽瓶颈, 市场已不再纠结于EPON/GPON技术之争, 而是在思考下一代FTTx技术何去何从, 10G xPON技术的开发研究早在三年前就成为业界关注的焦点。

10G EPON产业链已经成熟

10G EPON MAC芯片

10G EPON顶级芯片厂商众多, 呈现快速发展与高集成、高性能、高技术起点特征。Qualcomm (高通) 、Broadcom、PMC-Sierra、Cortina、Marvell等全球主流器件商全力投入10G EPON芯片产业。2010年OLT与ONU都分别有2个厂商可提供ASIC芯片, 这是10G EPON满足规模商用条件的重要标志。2011年底分别有4个厂商可提供OLT与ONU芯片, 10G EPON第二代芯片已有优于E/GPON第三、四代的水平, 显著降低了成本与功耗。

10G EPON光模块

2010上半年, 10G EPON ONU SFP+光模块已批量供货, 目前已有海信、索尔斯、新飞通、优博创、WTD等多家厂商可以提供10G EPON ONU PRX30和PR30光模块。

2010下半年10G EPON的OLT XFP光模块批量供货, 目前有海信、索尔斯、新飞通、优博创等厂商可以提供10GEPON OLT PRX30和PR30光模块。

2011年10G EPON的PRX40和PR40光模块进展迅速, 目前海信、旭创可提供ONU和OLT的PRX40/PR40光模块样品。

芯片级和设备级互通

芯片互通方面, 2009年7月, 中国电信组织Broadcom、Qualcomm、PMC-Sierra和海思进行了非对称10G EPON芯片的互通测试, 并在全球首次实现了非对称10G EPON的芯片级互通;2009年11月, 中国电信组织Broadcom、Qualcomm、PMC-Sierra、Cortina和海思进行了对称10G EPON芯片的互通测试, 并基本解决了对称10G EPON芯片的互通问题;2010年4月, Broadcom、Qualcomm和PMC-Sierra进行了10G EPON芯片搅动算法的测试, 增强了10G EPON网络的安全性, 为10G EPON芯片的成熟扫清了障碍。

设备互通方面, 2009年, 中国移动组织了基于FPGA的10G PON设备级单系统测试;2010年5月, 中国联通组织了基于FPGA的10G PON设备级单系统测试;截至2011年4月, 中国电信组织中兴通讯、华为、烽火和新邮通等设备厂商, 进行了两次10G EPON单系统测试, 及一次10G EPON系统互通测试。

目前主要厂商的10G EPON产品均能顺利通过运营商组织的单系统测试和互通测试, 而且测试皆参照现有EPON成熟的测试规范, 覆盖了对称和非对称模式、系统功能、组网能力、业务性能、组播、保护与安全、OAM&远程管理等, 全面反映了10G EPON产品已具备符合实际商用要求的功能、性能成熟度与互通能力。

设备互通为10G EPON设备的规模商用与成本快速降低奠定了坚实的基础。由于产业链的快速发展, 当前10G EPON的成本已经达到2009年EPON的成本水平, FTTB场景下, 其MDU成本仅比EPON高出5%～20%, 而带宽能力却获得近10倍的提升, 10G EPON的带宽性价比已远超EPON和GPON。

10G EPON设备已批量供货

国内主流的设备厂商中兴通讯、华为、烽火、上海贝尔、新邮通等都已经发布了10G EPON产品, 而且都在积极争夺10G EPON的技术制高点。领先厂商如中兴通讯、烽火已实现10G EPON系列产品的ASIC化和批量生产。

2010年以来, 10G EPON就开始在国内各大运营商规模部署, 单点千线、万线规模的商用局为数不少, 目前中国大陆10G EPON应用规模已超过40万线, 涵盖政企高端客户高带宽接入、城区宽带网络的提速改造、校园宽带网建设等众多应用场景。以下为10G EPON现网应用的几大典型案例。

宿迁市政府“权力阳光”宽带接入项目

2011年11月, 江苏移动宿迁分公司与宿迁市政府进行“权力阳光”通信工程的合作, 项目涉及6个政府单位, 要求采用新技术, 千兆带宽到单位办公楼, 6个政府单位共需6G以上带宽, 且宿迁移动和市政府之间的光纤资源非常紧张, EPON和GPON技术都无法满足需求。宿迁移动采用中兴通讯10GEPON设备, 确保分配到每个政府单位的平均带宽超过1.5G, 且从宿迁移动到市政府光缆交接箱只需利用原有光缆中的一根光纤。本项目组网示意图如图1所示。

10G EPON组网方案既保障了政府网用户之间的大流量通信, 还为移动营业厅和友好用户提供了高清视频业务和VoIP业务。

温州某小区网络改造项目

浙江电信规划近期将用户带宽由4M以下提升至12M以上, 中远期达到50～100M。随着宽带提速工作的持续推进, 对业务需求大的高档小区改造的提速是浙江电信探索精品接入网络建设的重要议题。

针对现网50万LAN小区用户的带宽升级需求, 温州电信决定尝试选择10G EPON技术, 采用FTTB (LAN) 建设模式, 快速实现小区的提速改造。

GEPON网络篇7

1 功能划分

队列报告模块功能是生成队列长度报告表项, 在新的数据帧被写入队列或新的数据帧被读出队列时更新队列长度报告表项[2]。基于前向兼容和后向兼容方面的考虑, 10G EPON系统需同时支持1G和10G带宽的上下行数据传输, 这样, MAC也应同时生成和维护基于1G数据传输速率和基于10G数据传输速率的队列长度报告, 从而能够随时响应OLT的队列报告发送请求发送相应数据传输速率的队列长度报告。

队列长度以时间量子 (TQ) 为单位, 当数据传输速率为1G时, 1TQ表示传输2个字节的时间长度;当数据传输速率为10G时, 1TQ表示传输20个字节的时间长度。队列长度不仅包含实际入队的数据帧长度, 还包含前导码, 帧间隔, FEC的长度。帧间隔为连续两帧之间的间隔, 为传输12个字节所需要的时间, 数据传输速率为1G时, 帧间隔长度为96NS, 数据传输速率为10G时, 帧间隔长度为9.6NS。前导码长度为8个字节, 主要用于比特同步。

数据帧的出队、入队和队列报告不存在直接联系, 某个队列某时刻可能存在数据帧出队, 也可能存在数据帧入队, 还可能出入队同时出现或者出入队时间存在重叠, 队列报告要求可能在此之前、之后或同时发生, 在时间上没有必然的先后顺序。队列长度报告存储在寄存器表项中, 受寄存器本身特点的限制, 不能同时对队列长度报告表项执行读写操作。因此, 队列长度报告表项的正常运行依赖于读取报告和更新报告的逻辑处理, 必须避免因读取报告与出队报告更新、入队报告更新同时发生或者数据处理时间存在重合造成的读写队列长度表项冲突, 在队列出入队和队列报告存在前述不确定性的基础上, 给队列报告更新过程的时序设计带来了很大压力。

为了解决上述问题, 本文提出了一种基于优先级管理的队列长度报告更新方法。一般来说, 队列长度报告的根本目的是响应OLT的发送报告指示并发送报告, 其接受响应和发送报告的时间间隔是严格限度的, 留给生成报告数据帧的时间只有1个时钟周期。因此, 收到报告指示后, ONU需要立刻从队列长度列表中读出相应队列的长度, 组成报告帧, 发送给OLT, 以满足时序要求。另外, 出队报告帧一般紧跟在出队数据帧后面被发送给OLT, 这样组成出队报告帧的时间最长为1个最短数据帧传输的时间, 考虑到最短数据帧为64字节, 以64位数据传输, 只需8个时钟周期传完, 且出队没有缓存过程, 这样出队数据处理过程只能在8个时钟周期内完成。相教而言, 入队数据帧在入队之前可以进行缓存处理, 时序处理较宽松。为此, 以响应报告, 出队报告更新, 入队报告更新为顺序设定逻辑运算优先级, 当有多个任务同时出现或数据处理的时间域有重叠时, 优先处理高优先级任务, 然后处理低优先级任务。

队列报告模块逻辑结构框图如图1所示, 主要由读写报告控制逻辑, 寄存器逻辑, 报告生成逻辑等组成。

2 子模块设计

2.1 计数器模块设计

计数器模块包含两个计数器, 分别对入队队列长度报告和出队队列长度报告的时钟周期进行计数, 供控制逻辑对队列长度更新过程进行控制。当出队队列长度更新过程与入队队列长度更新过程存在冲突时, 计数器的计数逻辑设计应与前述的队列长度报告更新方法协调一致。例如, 入队报告更新任务正在进行时, 如果存在数据桢出队, 入队报告计数器需要立即复位, 等出队报告更新任务完成之后重新计数。

2.2 读写报告控制模块设计

由于相互之间无先后顺序, 当MAC报告任务、出队报告更新任务、入队报告更新任务读写队列长度报告表项寄存器时, 可能存在时间冲突, 读写报告控制模块依据基于优先级的策略生成队列长度报告列表读写逻辑。当MAC报告任务正在执行队列长度报告表项读写任务时, 如果出队报告更新任务或者入队报告更新任务正在执行, 则该任务应延时一个时钟周期供MAC报告任务读队列长度报告表项寄存器, 相应的计数器也要延时一个时钟周期再恢复计数;当入队报告更新指示与出队报告更新指示同时有效时, 需先处理出队报告更新任务;当入队报告更新任务正在处理, 入队报告更新指示有效时, 需初始化入队报告更新处理逻辑, 待出队报告更新逻辑处理完后, 再处理入队报告更新任务。

2.3 队列报告更新模块设计

当出现数据桢出队或者入队时, 队列报告更新模块依据队列阈值设置更新相应队列长度报告。由于10G EPON系统同时支持1G、10G数据传输, 因此队列报告模块同时生成和维护1G、10G队列长度报告表项, 其生成逻辑和测试原理大致相同, 本文只对10G速率的队列长度报告逻辑和测试方法进行阐述。

队列报告处理逻辑按照功能划分包含3个部分, 分别是数据桢长度格式转换逻辑、出队报告生成逻辑、入队报告生成逻辑。数据桢的长度主要以字节为单位, 而队列长度报告主要以TQ为单位, 数据桢长度格式转换逻辑主要实现把基于字节的数据桢长度转换为基于TQ的数据桢长度。当数据传输速率为1G时, 数据桢长度格式转换以寄存器的移位实现;当数据传输速率为10G时, 需要设计单独的除法器实现, 且需要对数据桢长度进行对齐处理, 即除法运算的结果向上对齐, 余数不为0时, 商均按加1处理。CPU为每个队列配置了4个队列长度报告阈值, 即阈值0, 阈值1, 阈值2, 阈值3, 其值由高到低排列, 阈值0的值小于等于队列的最大长度, 阈值3的长度大于等于0, 数据桢出队或者入队时, 队列报告生成逻辑需要同时生成4个阈值的队列报告。

队列组由8个先进先出的FIFO组成, 来自用户侧的数据帧根据不同的优先级分别存入对应优先级的FIFO, 即入队。考虑队列的先入先出特性, 必须按照数据帧的顺序计算队列长度报告, 也就是说针对任何阈值的队列长度报告所包含的数据帧必须在队列里是连续存储的。

基于上述原理, 队列出队的报告更新逻辑算法是:当有新的数据帧出队时, 只需判断相应阈值的原报告是否包含全部的数据帧, 如果不包含, 该阈值的队列报告保持不变, 如果包含, 用原阈值减去出队数据帧长度来更新该阈值下的队列报告。队列入队的报告更新逻辑算法伪码实现如下:

(1) 对应阈值3的入队报告生成算法。

对应阈值3的队列长度报告值等于对应阈值3的原队列长度报告值加上入队帧长度;

(2) 对应阈值2的入队报告生成算法。

if (阈值2大于或等于对应阈值2的队列长度报告值与入队帧长度值的和)

对应阈值2的队列长度报告值等于对应阈值2的原队列长度报告值与入队帧长度值的和。

else if (阈值2大于或等于对应阈值1的队列长度报告值与入队帧长度值的和)

对应阈值2的队列长度报告值等于对应阈值1的原队列长度报告值与入队帧长度值的和。

else if (阈值2大于或等于对应阈值0的队列长度报告值与入队帧长度值的和)

对应阈值2的队列长度报告值等于对应阈值0的原队列长度报告值与入队帧长度值的和。

else if (阈值2大于或等于入队帧长度值)