10G EPON和10G GPON標準的最新進展

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

1  引言

近年來，隨著全球范圍內(nèi)寬帶接入市場的快速發(fā)展以及全業(yè)務運營的開展，已有的PON技術標準在帶寬需求、業(yè)務支撐能力以及接入節(jié)點設備和配套設備的性能提升等方面都面臨新的升級需求。IEEE和ITU-T分別于2004年和2005年啟動了下一代PON標準的研究。截至目前，10G EPON和10G GPON的主體標準或已正式發(fā)布、或基本定稿，這必將加快器件商與設備商推出商用產(chǎn)品的進程。本文將詳細介紹10G EPON與10G GPON已有標準的主要內(nèi)容及最新進展。

2  10G EPON標準化進展及主要內(nèi)容

（1）10G EPON標準簡介

從2005年開始，IEEE開始進行10G EPON技術的研究和標準化工作，并取得突破進展；2009年9月，標準正式發(fā)布（標準號為IEEE 802.3av）。IEEE 802.3av規(guī)定了10Gbit/s下行和1Gbit/s上行的非對稱模式（10/1G BASE-PRX）和10Gbit/s上/下行對稱模式（10G BASE-PR）兩種速率模式。

為了實現(xiàn)10G EPON與1G EPON的兼容和網(wǎng)絡的平滑演進，IEEE 802.3av標準在波長分配、多點控制機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

●光功率預算

10G EPON標準規(guī)定了更高的鏈路光功率預算（Power Budget），除了定義了與EPON相同的20dB和24dB外，還根據(jù)實際組網(wǎng)的需要，定義了29dB的光信道插入損耗。10G EPON標準針對非對稱和對稱傳輸速率各定義了3類功率預算：

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

●波長劃分

在波長規(guī)劃方面，為了實現(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，同時考慮避開模擬視頻波長（1550nm）和OTDR測試波長（1600~1650nm），IEEE 802.3av標準選擇1577nm作為10Gbit/s下行信號的波長（波長范圍1574~1580nm）。因此，在下行方向，10Gbit/s信號與1Gbit/s信號為WDM方式。而上行方向，1Gbit/s信號的波長是1310nm（1260~1360nm），IEEE 802.3av標準規(guī)定10Gbit/s信號的上行波長是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，可增加光功率預算5～6dB，與1G EPON的RS（255，239）編碼相比FEC能力更強。

（3）MPCP層主要變化

10G EPON系統(tǒng)需要支持非對稱、對稱傳輸速率并兼容現(xiàn)有EPON技術，需要對EPON 的MPCP協(xié)議（IEEE 802.3）進行擴展，增加了10Gbit/s能力的通告與協(xié)商機制。這樣可以充分利用現(xiàn)有EPON的實現(xiàn)方案，極大地降低了芯片和設備成本。

●在發(fā)現(xiàn)GATE幀中增加Discovery Information字節(jié)來告知ONU OLT的能力，擴展下行GATE報文支持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)來告知OLT ONU的能力。

（4）Churning功能

在EPON系統(tǒng)中，采用三重攪動（Triple Churning）的方法對OLT下行數(shù)據(jù)進行加密，提高下行數(shù)據(jù)的安全性。但是，現(xiàn)有的三重攪動方案應用在10G EPON系統(tǒng)中存在著電路實現(xiàn)復雜、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)的攪動采用3個級聯(lián)的攪動器，每個攪動器執(zhí)行規(guī)定的單重攪動操作，每次攪動使用的攪動密鑰完全不同。第一級攪動器采用的24bit的密鑰為（X1～X8，P1～P16）1；第二級攪動器采用的24bit的密鑰為（X1～X8，P1～P16）2；第三級攪動器采用的24bit的密鑰為（X1～X8，P1～P16）3。攪動密鑰是ONU由上行用戶數(shù)據(jù)中提取的3個3字節(jié)數(shù)據(jù)分別與3個3字節(jié)隨機數(shù)異或相加（Exclusive OR，XOR)的結果，具體參見圖1。

圖1  10G EPON的三重攪動

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

3  10G GPON標準化進展及主要內(nèi)容

（1）10G GPON標準簡介

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）演進的可能性。2007年11月， Q2正式確定NGPON的標準化路標，并以“低成本、高容量、廣覆蓋、全業(yè)務、高互通”為目標，迅速推進下一代PON技術標準的研究和制定。根據(jù)Q2制定的工作計劃，NGPON標準化遵循如圖2所示路標。

圖2   NGPON標準路標