10G EPON和10G GPON標(biāo)準(zhǔn)的最新進(jìn)展

摘要：IEEE和ITU-T分別于2004年和2005年啟動(dòng)了下一代PON標(biāo)準(zhǔn)的研究。截至目前，10G EPON和10G GPON的主體標(biāo)準(zhǔn)或已正式發(fā)布、或基本定稿，這必將加快器件商與設(shè)備商推出商用產(chǎn)品的進(jìn)程。本文介紹了10G EPON與10G GPON標(biāo)準(zhǔn)化的主要內(nèi)容及最新進(jìn)展。

1  引言

近年來(lái)，隨著全球范圍內(nèi)寬帶接入市場(chǎng)的快速發(fā)展以及全業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)的開展，已有的PON技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)在帶寬需求、業(yè)務(wù)支撐能力以及接入節(jié)點(diǎn)設(shè)備和配套設(shè)備的性能提升等方面都面臨新的升級(jí)需求。IEEE和ITU-T分別于2004年和2005年啟動(dòng)了下一代PON標(biāo)準(zhǔn)的研究。截至目前，10G EPON和10G GPON的主體標(biāo)準(zhǔn)或已正式發(fā)布、或基本定稿，這必將加快器件商與設(shè)備商推出商用產(chǎn)品的進(jìn)程。本文將詳細(xì)介紹10G EPON與10G GPON已有標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容及最新進(jìn)展。

2  10G EPON標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展及主要內(nèi)容

（1）10G EPON標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介

從2005年開始，IEEE開始進(jìn)行10G EPON技術(shù)的研究和標(biāo)準(zhǔn)化工作，并取得突破進(jìn)展；2009年9月，標(biāo)準(zhǔn)正式發(fā)布（標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為IEEE 802.3av）。IEEE 802.3av規(guī)定了10Gbit/s下行和1Gbit/s上行的非對(duì)稱模式（10/1G BASE-PRX）和10Gbit/s上/下行對(duì)稱模式（10G BASE-PR）兩種速率模式。

為了實(shí)現(xiàn)10G EPON與1G EPON的兼容和網(wǎng)絡(luò)的平滑演進(jìn)，IEEE 802.3av標(biāo)準(zhǔn)在波長(zhǎng)分配、多點(diǎn)控制機(jī)制方面都有專門的考慮，以保證10G EPON與1G EPON系統(tǒng)在同一ODN下的共存。10G EPON盡可能沿用了1G EPON的MAC和MPCP等協(xié)議，對(duì)MPCP協(xié)議做了少量的修改，并定義了新的PHY層。

（2）PHY層主要變化

●光功率預(yù)算

10G EPON標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了更高的鏈路光功率預(yù)算（Power Budget），除了定義了與EPON相同的20dB和24dB外，還根據(jù)實(shí)際組網(wǎng)的需要，定義了29dB的光信道插入損耗。10G EPON標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)非對(duì)稱和對(duì)稱傳輸速率各定義了3類功率預(yù)算：

——非對(duì)稱（10G/1G）：PRX10，PRX20，PRX30。
　　——對(duì)稱（10G/10G）：PR10，PR20，PR30。

●波長(zhǎng)劃分

在波長(zhǎng)規(guī)劃方面，為了實(shí)現(xiàn)與1G EPON的兼容，10G EPON沒有使用1G EPON系統(tǒng)所使用的1490nm的下行波長(zhǎng)，同時(shí)考慮避開模擬視頻波長(zhǎng)（1550nm）和OTDR測(cè)試波長(zhǎng)（1600~1650nm），IEEE 802.3av標(biāo)準(zhǔn)選擇1577nm作為10Gbit/s下行信號(hào)的波長(zhǎng)（波長(zhǎng)范圍1574~1580nm）。因此，在下行方向，10Gbit/s信號(hào)與1Gbit/s信號(hào)為WDM方式。而上行方向，1Gbit/s信號(hào)的波長(zhǎng)是1310nm（1260~1360nm），IEEE 802.3av標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定10Gbit/s信號(hào)的上行波長(zhǎng)是1270nm（1260~1280nm），二者有重疊，因此不能采用WDM方式，只能采用雙速率TDMA方式。10G EPON OLT可以同時(shí)發(fā)現(xiàn)10G/10G ONU，10G/1G ONU和1G/1G ONU三種ONU可以共存。

●新的PCS層

10G EPON采用64B/66B編碼，效率為97%，與1G EPON的8B/10B（效率為80%）相比有了明顯提升。10G EPON的FEC功能采用RS（255，223）編碼，可增加光功率預(yù)算5～6dB，與1G EPON的RS（255，239）編碼相比FEC能力更強(qiáng)。

（3）MPCP層主要變化

10G EPON系統(tǒng)需要支持非對(duì)稱、對(duì)稱傳輸速率并兼容現(xiàn)有EPON技術(shù)，需要對(duì)EPON 的MPCP協(xié)議（IEEE 802.3）進(jìn)行擴(kuò)展，增加了10Gbit/s能力的通告與協(xié)商機(jī)制。這樣可以充分利用現(xiàn)有EPON的實(shí)現(xiàn)方案，極大地降低了芯片和設(shè)備成本。

●在發(fā)現(xiàn)GATE幀中增加Discovery Information字節(jié)來(lái)告知ONU OLT的能力，擴(kuò)展下行GATE報(bào)文支持OLT給不同上行速率的ONU開不同的發(fā)現(xiàn)窗。

●在Register Request幀中增加Discovery Information字節(jié)來(lái)告知OLT ONU的能力。

（4）Churning功能

在EPON系統(tǒng)中，采用三重?cái)噭?dòng)（Triple Churning）的方法對(duì)OLT下行數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，提高下行數(shù)據(jù)的安全性。但是，現(xiàn)有的三重?cái)噭?dòng)方案應(yīng)用在10G EPON系統(tǒng)中存在著電路實(shí)現(xiàn)復(fù)雜、加密安全性較低的問題。為解決上述問題，IEEE 802.3av定義了一種適用于10G EPON系統(tǒng)的Churning方案，提高了10G EPON下行數(shù)據(jù)的安全性。

10G EPON系統(tǒng)的攪動(dòng)采用3個(gè)級(jí)聯(lián)的攪動(dòng)器，每個(gè)攪動(dòng)器執(zhí)行規(guī)定的單重?cái)噭?dòng)操作，每次攪動(dòng)使用的攪動(dòng)密鑰完全不同。第一級(jí)攪動(dòng)器采用的24bit的密鑰為（X1～X8，P1～P16）1；第二級(jí)攪動(dòng)器采用的24bit的密鑰為（X1～X8，P1～P16）2；第三級(jí)攪動(dòng)器采用的24bit的密鑰為（X1～X8，P1～P16）3。攪動(dòng)密鑰是ONU由上行用戶數(shù)據(jù)中提取的3個(gè)3字節(jié)數(shù)據(jù)分別與3個(gè)3字節(jié)隨機(jī)數(shù)異或相加（Exclusive OR，XOR)的結(jié)果，具體參見圖1。

圖1  10G EPON的三重?cái)噭?dòng)

10G EPON系統(tǒng)的攪動(dòng)密鑰更新和同步過(guò)程與EPON系統(tǒng)相同。密鑰更新周期應(yīng)可配置，默認(rèn)缺省值為10s。10G EPON系統(tǒng)中用于攪動(dòng)的密鑰交互消息包括新密鑰請(qǐng)求幀（New_Key_Request）和新密鑰通知幀（New_Churning_Key）兩種類型。新密鑰請(qǐng)求幀的消息格式與EPON系統(tǒng)相同。

3  10G GPON標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展及主要內(nèi)容

（1）10G GPON標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介

從2004年起，ITU-T SG15/Q2開始同步研究和分析從GPON向下一代PON（統(tǒng)稱為NG PON）演進(jìn)的可能性。2007年11月， Q2正式確定NGPON的標(biāo)準(zhǔn)化路標(biāo)，并以“低成本、高容量、廣覆蓋、全業(yè)務(wù)、高互通”為目標(biāo)，迅速推進(jìn)下一代PON技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的研究和制定。根據(jù)Q2制定的工作計(jì)劃，NGPON標(biāo)準(zhǔn)化遵循如圖2所示路標(biāo)。

圖2   NGPON標(biāo)準(zhǔn)路標(biāo)