從G-PON到10G-PON：平滑演進(jìn) 全面升級(jí)

摘  要  G-PON是遵從于ITU-T G.984.x標(biāo)準(zhǔn)的寬帶無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)。憑借其高帶寬、高效率、多業(yè)務(wù)統(tǒng)一支持、良好的互通性和可管理性等諸多優(yōu)點(diǎn)，它正被越來(lái)越多的主流運(yùn)營(yíng)商所青睞，并被視為FTTx（特別是FTTH）的理想解決方案。

然而，隨著PON網(wǎng)絡(luò)規(guī)模應(yīng)用的蓬勃發(fā)展和全業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)的快速展開(kāi)，在保護(hù)現(xiàn)有投資的同時(shí)，人們對(duì)PON系統(tǒng)在帶寬需求、業(yè)務(wù)支撐能力、接入節(jié)點(diǎn)設(shè)備和配套設(shè)備性能等方面都漸漸提出了更高期望。由此，G-PON如何向下一代系統(tǒng)演進(jìn)，備受業(yè)界矚目。

在全球各大運(yùn)營(yíng)商以及包括華為在內(nèi)的主流設(shè)備商等的踴躍參與、共同努力和積極貢獻(xiàn)之下，F(xiàn)SAN/ITU-T于2010年6月完成了NG-PON的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)工作。在業(yè)界翹盼之下，可由G-PON平滑演進(jìn)而成的10G-PON系統(tǒng)終于揭開(kāi)了神秘面紗，正式進(jìn)入了人們的視線。

1、引言

完成G-PON技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)之后，F(xiàn)SAN/ITU-T即以“低成本、高容量、廣覆蓋、全業(yè)務(wù)、高互通”為演進(jìn)目標(biāo)，迅速鋪開(kāi)下一代PON的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)工作。

從運(yùn)營(yíng)的角度來(lái)看，“超寬帶、可共存”被認(rèn)為是G-PON繼續(xù)演進(jìn)的第一原則：一方面，運(yùn)營(yíng)商要實(shí)施以增加營(yíng)業(yè)收入為目的從而拓展新業(yè)務(wù)的戰(zhàn)略目標(biāo)，以引發(fā)帶寬消耗的強(qiáng)勁增長(zhǎng)；另一方面，運(yùn)營(yíng)商顧慮到PON系統(tǒng)整體的巨大投資、漫長(zhǎng)的回報(bào)周期（PON ODN和終端投資是整網(wǎng)投資中的關(guān)鍵部分），盡全力保護(hù)其ODN投資，最大化用戶(hù)終端價(jià)值。

鑒于此，F(xiàn)SAN/ITU將G-PON之后的下一代系統(tǒng)定義為一個(gè)與G-PON共存并能由原G-PON平滑升級(jí)而成的新系統(tǒng)，著眼于研究和制定出既能兼顧現(xiàn)有G-PON ODN敷設(shè)和繼承現(xiàn)有G-PON協(xié)議基本機(jī)制，又能全面提升系統(tǒng)容量和協(xié)議效率的“后G-PON時(shí)代”標(biāo)準(zhǔn)：這就是本文所描述的10G-PON標(biāo)準(zhǔn)系列——基于共存的平滑演進(jìn)和全面提升。

2、10G-PON基本形態(tài) – 通過(guò)WDM堆疊與G-PON輕松共存

如前所述，考慮到對(duì)運(yùn)營(yíng)商已布放光纖系統(tǒng)的充分保護(hù)，10G-PON的ODN必須完全沿用G-PON的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)�，重利用現(xiàn)有G-PON網(wǎng)絡(luò)已投放的光纖、分路器等：首先保障與G-PON的共存，進(jìn)一步通過(guò)在OLT側(cè)增加支持10G的接口板并替換ONT/ONU以完成從G-PON向10G-PON的平滑演進(jìn)。

為實(shí)現(xiàn)與G-PON在同一ODN上的共存，10G-PON采用了不同于G-PON的上/下行波長(zhǎng)規(guī)劃，借此通過(guò)波分堆疊的方式（通過(guò)在局端放置WDM1r器件，結(jié)合終端前置或嵌入的WBF器件，在上/下行方向分別對(duì)多個(gè)工作信號(hào)進(jìn)行合波/分波）實(shí)現(xiàn)10G-PON和G-PON的兼容。如圖 1所示：

圖 1  10G-PON和G-PON通過(guò)WDM1r共存的網(wǎng)絡(luò)配置

在共存基礎(chǔ)上，10G-PON進(jìn)一步提供了平滑演進(jìn)的實(shí)現(xiàn)：升級(jí)時(shí)，運(yùn)營(yíng)商可選擇僅對(duì)本ODN上的部分用戶(hù)設(shè)備逐批次升級(jí)或?qū)⑷�部用�?hù)設(shè)備一次性更換為下一代設(shè)備。兩種升級(jí)方式的不同之處在于G-PON與10G-PON系統(tǒng)共同存在的時(shí)間長(zhǎng)短。為實(shí)現(xiàn)從G-PON到10G-PON的升級(jí)，所有ONU以及OLT須嚴(yán)格遵循ITU-T G.984.5amd1（擴(kuò)展波段）所規(guī)范的波長(zhǎng)計(jì)劃。

3、10G-PON物理層 - 整體擴(kuò)容

業(yè)界對(duì)“后G-PON時(shí)代”系統(tǒng)的最基本需求是要提供比G-PON更高的數(shù)據(jù)傳輸速率。因此，10G-PON的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格是下行10G，上行2.5G，上下行平均帶寬比G-PON分別提升4倍和2倍。除此之外，相比于G-PON，10G-PON在分支比、光功率預(yù)算以及傳輸距離等物理規(guī)格方面也均有明顯提升，如圖 2所示。

圖 2  G-PON與10G-PON的物理層規(guī)格對(duì)比

4、10G-PON傳輸匯聚層 – 沿用基本機(jī)制，功能強(qiáng)化，效率提升

TC層是TDM PON系統(tǒng)的核心構(gòu)成部分。通過(guò)三大關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)（成幀、動(dòng)態(tài)帶寬分配和激活），它全面保障了多點(diǎn)接入的有效實(shí)現(xiàn)。10G-PON的TC層盡量沿用了原G-PON TC層的基本機(jī)制，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行了必要的改良和充分的完善。

為適配10G速率以及方便芯片實(shí)現(xiàn)和提升處理效率，10G-PON對(duì)成幀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了較多細(xì)節(jié)改進(jìn)，使數(shù)據(jù)分片更少拼接，更易對(duì)齊；DBA基本機(jī)制保持不變，分配靈活度進(jìn)一步提升；激活過(guò)程與G-PON保持一致；物理層管理消息系統(tǒng)進(jìn)一步簡(jiǎn)化，健壯性等有所增強(qiáng)。并且，隨著運(yùn)營(yíng)商需求的逐步明確，相比于G-PON，10G-PON在安全和節(jié)能方面都有明顯擴(kuò)充。

安全性方面，10G-PON不僅在TC層激活過(guò)程中就完成了對(duì)終端設(shè)備的認(rèn)證，同時(shí)也完善了正常工作狀態(tài)下的密鑰切換流程，并提升了密鑰切換流程的健壯性。除此之外，10G-PON還提供了上行加密、下行組播加密等新的可選的額外安全保障機(jī)制。

節(jié)能歷來(lái)是個(gè)爭(zhēng)議話(huà)題。在G-PON時(shí)期，ITU-T開(kāi)發(fā)了G.sup45（即G-PON節(jié)能白皮書(shū)）作為PON節(jié)能指導(dǎo)資料。該白皮書(shū)以由不同程度的節(jié)能模式構(gòu)成的ONU節(jié)能狀態(tài)機(jī)為核心描述了芯片級(jí)節(jié)能技術(shù)。隨著世界范圍內(nèi)節(jié)能呼聲的漸漸高漲，以G-PON節(jié)能白皮書(shū)為藍(lán)本再加以篩選和改善，10G-PON選擇了“假寐”（doze mode）和“周期性睡眠”（cyclic sleep）兩種作為標(biāo)準(zhǔn)的節(jié)能模式。其中，假寐模式為必選實(shí)現(xiàn)，周期性睡眠為可選實(shí)現(xiàn)；兩者的區(qū)別在于，前者僅關(guān)閉了ONU的發(fā)射機(jī)，而后者則同時(shí)關(guān)閉了發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，是更深層次的睡眠技術(shù)。

5、OMCI – 協(xié)議普適化，天然可互通

OMCI是ITU-T TDM PON系統(tǒng)中的設(shè)備和業(yè)務(wù)的管理和配置協(xié)議。它是一種帶外管理協(xié)議（即，協(xié)議報(bào)文承載在有別于普通數(shù)據(jù)的特定GEM連接中）。經(jīng)由專(zhuān)門(mén)的OMCC通道，OLT通過(guò)模型化方式對(duì)ONU進(jìn)行管理和配置。OLT與ONU之間通過(guò)交互MIB（Management information base，管理信息庫(kù)）信息來(lái)建立和維護(hù)OMCI模型。OMCI的管理配置內(nèi)容包括對(duì)ONU設(shè)備的配置管理、故障管理、性能管理和安全管理。

從協(xié)議層次來(lái)講，OMCI處于ITU-T TDM PON協(xié)議棧的最高層，受具體底層技術(shù)變化的影響最小，可繼承性最強(qiáng)。從管理項(xiàng)及其配置方式來(lái)看，10G-PON與G-PON沒(méi)有區(qū)分，甚至上溯到A/B-PON時(shí)代，OMCI的管理和配置內(nèi)容也都基本一致。因此，ITU-T提出了Generic OMCI概念，即認(rèn)為其TDM PON系列最終只需要一個(gè)普遍適用的OMCI標(biāo)準(zhǔn)。這個(gè)概念一經(jīng)提出立即獲得了業(yè)界的廣泛認(rèn)可和支持。“通用OMCI標(biāo)準(zhǔn)”的ITU-T標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)為G.988，表示著它獨(dú)立于特定的PON系統(tǒng)之外。G.988幾乎完全采用了原G.984.4的內(nèi)容，弱化了與底層技術(shù)特征強(qiáng)相關(guān)的個(gè)別描述，進(jìn)行了少量?jī)?nèi)容增減和文字修訂，使之更加普適化。

在OMCI互通方面， FSAN于2008年初成立了OISG（OMCI implementation study group，OMCI實(shí)現(xiàn)研究小組），專(zhuān)門(mén)研討和制定G.984.4 OMCI互通技術(shù)規(guī)范。該協(xié)議規(guī)范了OMCC通道建立、ONU設(shè)備上線后的MIB刷新、MIB/告警同步、軟件版本升級(jí)、2層業(yè)務(wù)配置、組播配置以及QoS管理等。ITU-T分別于2008年12月和2009年10月發(fā)布了該技術(shù)規(guī)范的第一版和第二版，其標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)為G.impl984.4，又稱(chēng)OMCI實(shí)現(xiàn)指南。此后，F(xiàn)SAN以此為互通指南藍(lán)本寫(xiě)作互通測(cè)試用例，在2009年以及2010年上半年總共進(jìn)行了3次互通測(cè)試。在2010年上半年互通測(cè)試完成后，F(xiàn)SAN認(rèn)為G-PON互通性良好，隨即開(kāi)始啟動(dòng)10G-PON的互通測(cè)試活動(dòng)計(jì)劃。

可以預(yù)見(jiàn)的是，在10G-PON時(shí)代，G.OMCI得益于與G.984.4的全面后向兼容，幾乎可以直接采用G.impl984.4作為其互通規(guī)范，因此，這就意味著10G-PON天然具備了繼承自G-PON的良好的設(shè)備和業(yè)務(wù)管理和配置層的互通性。

6、10G-GPON標(biāo)準(zhǔn)主體完成 - 業(yè)界齊努力，華為貢獻(xiàn)多

上述各個(gè)10G-PON主體技術(shù)已先后在ITU-T SG15 Q2落地。

2009年10月，ITU-T SG15通過(guò)了10G-PON的總體需求(G.987.1)和物理層規(guī)范(G.987.2)，這兩個(gè)規(guī)范于2010年3月正式對(duì)外公示，正式開(kāi)啟了NG-PON標(biāo)準(zhǔn)時(shí)代的大門(mén)。隨后，2010年6月的ITU-T SG15全會(huì)表決并通過(guò)了10G-PON傳輸匯聚層(G.987.3)和通用OMCI標(biāo)準(zhǔn)（G.988）兩個(gè)文本，近期內(nèi)也即將正式公示，這標(biāo)志著10GGPON標(biāo)準(zhǔn)主體的初步完成。由G.987系列以及G.988所規(guī)范的10G-PON技術(shù)充分體現(xiàn)出FSAN/ITU-T對(duì)后G-PON時(shí)代的PON系統(tǒng)在共存、升級(jí)和功能/性能拓展方面的期望，是脫胎于G-PON并且基于純TDM 技術(shù)的PON的高級(jí)形態(tài)。

10G-GPON主體標(biāo)準(zhǔn)的制定過(guò)程得到了業(yè)界主流運(yùn)營(yíng)商（包括AT&T、NTT、法國(guó)電信、意大利電信、葡萄牙電信、德國(guó)電信、西班牙電信、Verizon、英國(guó)電信、中國(guó)電信、中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通等）和主要的設(shè)備廠商、芯片廠商、光模塊廠商積極推動(dòng)和大力支持。

ITU-T SG15主席在ITU-T全會(huì)后提到，在整個(gè)10G GPON標(biāo)準(zhǔn)制定的進(jìn)程中，很多廠家給他留下了深刻的印象，特別是華為在這一過(guò)程中體現(xiàn)出了重要的推動(dòng)力和組織力，做出了較大貢獻(xiàn)。華為不僅是最積極最權(quán)威的技術(shù)建議貢獻(xiàn)者，也是FSAN 10G-GPON白皮書(shū)的主要編輯之一，并且擔(dān)負(fù)著ITU-T SG15 Q2的大會(huì)報(bào)告人和GPON/10G GPON標(biāo)準(zhǔn)編輯的重要責(zé)任；不僅主導(dǎo)編寫(xiě)了FSAN白皮書(shū)和標(biāo)準(zhǔn)本身（G.987和G.988系列），而且在中國(guó)兩次成功主辦了FSAN/Q2會(huì)議。他希望通過(guò)華為這樣的表率作用，使越來(lái)越多的廠家意識(shí)到國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)工作的重要意義，使他們能更加踴躍加入FSAN/ITU-T，與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制定工作親密接觸，從而共同推動(dòng)接入技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)一步發(fā)展。