10G EPON技術(shù)綜述

作者：Steve Gorshe - PMC-Sierra CTO 部門的首席工程師

 
1.       引言
 
作為提供寬帶及其它接入服務(wù)的未來基礎(chǔ)架構(gòu)，無源光網(wǎng)絡(luò) (PON) 已日益普及。新興的 IEEE 802.3av 10G EPON [1] 標(biāo)準(zhǔn)是一種最新、速度最快的時分多址 (TDMA) PON 協(xié)議。隨著超過 100 Mbit/s 容量的 IEEE 802.11n 無線和有線網(wǎng)絡(luò)的家庭部署成本之不斷降低，家庭網(wǎng)絡(luò)的帶寬需求同時相對提高，成為推動現(xiàn)有技術(shù)向 10G EPON 標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展的一大動力。此外，客戶對數(shù)字視頻點播的需求有望進(jìn)一步提高，而這也將成為推動 10G EPON 技術(shù)發(fā)展的另一個推動力量。盡管當(dāng)前的 PON 系統(tǒng)能夠滿足上述某些需求，但隨著高清視頻的推廣，用戶必然需要更快速的 PON技術(shù)。
 
本文首先將簡短回顧一下 TDMA PON 協(xié)議的概念，隨后將介紹 10G EPON 協(xié)議及其與目前正在部署的 EPON 協(xié)議的區(qū)別。
 
2.       PON 介紹
 
如圖 1 所示，PON 系統(tǒng)在光纖線路終端 (OLT) 使用單光纖收發(fā)器，通過無源光纖信號分配器構(gòu)建的樹形／總線網(wǎng)絡(luò)為不同用戶提供服務(wù)。10G EPON 協(xié)議使用 TDMA，在此機制下，OLT 不僅將廣播下行數(shù)據(jù)，同時還將與所有光網(wǎng)絡(luò)單元 (ONU) 實現(xiàn)信息同步。ONU 可根據(jù)數(shù)據(jù)包地址信息識別下行數(shù)據(jù)。在上行方向上，OLT 將為每個 ONU 分配（或授予）傳輸數(shù)據(jù)的時間周期。
 
OLT 上行傳輸時間的分配包括一個監(jiān)控時間，以確保不同 ONU 的傳輸不會在 OLT 接收機上發(fā)生重疊。OLT 可根據(jù)它與 ONU 之間的往返時延大幅地縮短監(jiān)控時間。
 
3.       基于以太網(wǎng)的 IEEE 802.3av 10Gbit/s PON (10G EPON)
10G EPON 構(gòu)建于 EPON 標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)之上并加以發(fā)展，使 EPON 與 10G EPON 系統(tǒng)能夠通過粗波分復(fù)用 (CWDM) 以及時分多路復(fù)用 (TDM) 技術(shù)相結(jié)合，在同一 PON 上實現(xiàn)共存。上述二者都可通過 VoIP 技術(shù)進(jìn)行語音通信，并通過電路仿真業(yè)務(wù) (CES) 傳輸其它的 TDM 客戶端信號。
3.1.       10G EPON 物理層
10G EPON 下行 MAC 的傳輸速率為 10 Gbit/s。上行傳輸支持 1 Gbit/s 與 10 Gbit/s 這兩種傳輸速率。所有 10Gbit/s 信號均采用 64B/66B 模塊線路代碼，從而實現(xiàn)了 10.3125 Gbit/s 的線路速率。1 Gbit/s 上行采用相同的 8B/10B 模塊線路代碼作為 EPON，因而實現(xiàn)了 1.25 Gbit/s 的線路速率。
 
如圖 1 所示，我們通過 CWDM 在同一 PON 光纖上實現(xiàn)下行和上行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆蛛x。由于每個 OLT 端口均有多個 ONU，因此我們選擇的波長頻段需允許在 ONU使用低成本的激光。
 
10G EPON 針對 1 Gbit/s 上行運行采用與 EPON 一樣的波長，因此 OLT 能針對所有的 1 Gbit/s 信號使用相同的接收器。由于 10 Gbit/s 與 1 Gbit/s 上行傳輸?shù)牟ㄩL頻帶相互重疊，因此上行帶寬需要在使用 1 Gbit/s 與 10 Gbit/s 上行傳輸?shù)?ONU 之間實現(xiàn)時間共享。通過動態(tài)帶寬分配 (DBA) 算法將上行帶寬在 EPON 和 10G EPON 之間進(jìn)行分配。雙速率運作是指 OLT 能從在同一 PON 上采用 1 Gbit/s 與 10 Gbit/s 速率的 ONU 上接收上行信號。
 
由于 10G EPON 也能在 EPON 所采用的同一 PON 光纖分配網(wǎng)絡(luò)上運作，因此我們能獲得如下優(yōu)勢：
使客戶能采用最低成本的 ONU 實現(xiàn)所需業(yè)務(wù)。
可通過升級 OLT，然后根據(jù)需要對 ONU 進(jìn)行升級，從而使網(wǎng)絡(luò)從 EPON升級至 10G EPON 過渡。
現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)在網(wǎng)絡(luò)升級過程中仍能繼續(xù)工作。
 
圖 1 顯示了 OLT 支持 EPON ONU、10Gbit/s 下行與 1Gbit/s 上行 ONU 以及 10Gbit/s 上行與下行 ONU 的混合組合。我們將在以下章節(jié)進(jìn)一步討論支持 EPON 和 10G EPON ONU 共存的 ONU及其它協(xié)議擴展。
 
與 EPON 一樣，可將 1550 至 1560 nm的波長頻帶保留以用于下行視頻傳輸。
 
 
圖1   EPON 與 10G EPON ONU 共享同一 PON 的示意圖