FTTX技術(shù)比較、演進(jìn)和融合

胡保民
（武漢長光科技有限公司，湖北 武漢 430073）

　　摘要：以EPON和GPON為代表的FTTX技術(shù)已經(jīng)/正在亞太地區(qū)取得巨大的成功，二者均可以支持運(yùn)營商的不用應(yīng)用場景和業(yè)務(wù)需求，關(guān)鍵在產(chǎn)業(yè)鏈的競爭。FTTH的發(fā)展呼喚更高密度和容量的PON系統(tǒng)，F(xiàn)TTB/C/N的發(fā)展則需要更高速率10GXPON系統(tǒng)。最后本文給出了多技術(shù)平臺融合的幾點(diǎn)建議。
　　關(guān)鍵詞：EPON，GPON，10GEPON，10GPON，演進(jìn)，融合。

　　引言
　　自從2004年IEEE 802.3ah-2004 EPON標(biāo)準(zhǔn)和ITU-T G.984 GPON系列標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布以來，EPON在日本、中國等亞洲國家和地區(qū)已經(jīng)得到了廣泛的部署，GPON在北美和中東從去年開始也得到了商用并在今年開始有較大的增速。IEEE 802.3av-2009 10GEPON標(biāo)準(zhǔn)也將在今年9月發(fā)布，以滿足日益增長的帶寬需求，F(xiàn)SAN組織也正在積極的研究NGPON技術(shù)，但尚未有實(shí)質(zhì)性的提案，目前NGA1階段研究的標(biāo)準(zhǔn)有望向兼容GPON的10GPON演進(jìn)。WDM-PON技術(shù)目前僅在韓國有少量的應(yīng)用，IEEE有關(guān)WDM-PON標(biāo)準(zhǔn)的動議也已經(jīng)無限期擱置，短期內(nèi)WDM-PON因?yàn)楦吖β薀o色光源、AWG的溫度漂移等技術(shù)問題和極高的價格不可能成為主流技術(shù)。本文主要圍繞EPON/10GEPON/GPON/10GPON展開討論。

　　1. EPON/GPON標(biāo)準(zhǔn)之爭
　　1.1. EPON/GPON市場發(fā)展情況和產(chǎn)品鏈的競爭
　　EPON自2004以來在日本發(fā)展迅速，2006年中國電信開始發(fā)力，組織眾多廠家進(jìn)行了芯片以及系統(tǒng)互通測試。隨后中國電信和原中國網(wǎng)通（現(xiàn)中國聯(lián)通）開始規(guī)模部署EPON，目前中國已經(jīng)成為全球最大的EPON市場和PON市場。在亞太地區(qū)，EPON市場占有率達(dá)90%，是產(chǎn)業(yè)鏈最成熟的PON技術(shù)。GPON前幾年發(fā)展相對較慢，一直是雷聲大雨點(diǎn)小，實(shí)際部署量較小，但從今年開始GPON發(fā)展開始增速，主要部署在北美和中東等地區(qū)，歐洲和拉丁美洲部署較少，中國三大運(yùn)營商都已經(jīng)開始進(jìn)行GPON的試點(diǎn)。
　　以前的EPON/GPON的爭論多大停留在一些表面的比較，沒有實(shí)際的支撐數(shù)據(jù)，特別是GPON陣營缺少實(shí)際部署的數(shù)據(jù)佐證。從2008年后的數(shù)據(jù)看，歐美和中東運(yùn)營商將會以GPON為主。日本方面因?yàn)镋PON已經(jīng)非常普及，應(yīng)該仍然會以EPON為主。中國電信和中國聯(lián)通則采用務(wù)實(shí)的態(tài)度，在當(dāng)前仍然以產(chǎn)業(yè)鏈更加成熟且價格更低的EPON為主來進(jìn)行規(guī)模建設(shè)，同時積極試點(diǎn)GPON技術(shù)，并推動多技術(shù)融合平臺來降低技術(shù)選擇的風(fēng)險(xiǎn)。中國移動因?yàn)榫址抗饫|資源的限制，目前試點(diǎn)建設(shè)以GPON為主。在國內(nèi)的廣電市場目前均采用價格更低的EPON技術(shù)進(jìn)行建設(shè)。

　　1.2. EPON/GPON的技術(shù)競爭
　　在日本EPON大部分為FTTH應(yīng)用，一部分為FTTB應(yīng)用。國內(nèi)EPON則主要以FTTB/C/N應(yīng)用為主，F(xiàn)TTH因?yàn)槌杀驹�因只有少部分�?yīng)用。在北美和中東GPON則主要以FTTH為主。EPON因?yàn)橹袊�電信和中國�?lián)通的廣泛部署，目前已經(jīng)能夠適應(yīng)各種復(fù)雜的應(yīng)用場景。在對SFU/HGU的支持上，EPON/GPON的技術(shù)實(shí)踐持平。在對復(fù)雜場景的MDU的技術(shù)實(shí)踐上EPON設(shè)備供應(yīng)商的經(jīng)驗(yàn)更為充足�？偟膩碚f，無論是EPON還是GPON均可以滿足運(yùn)營商的不用應(yīng)用場景和業(yè)務(wù)支持要求。

　　業(yè)界就EPON和GPON討論較多的往往是二者對TDM專線/3G基站E1回傳的支持。對于TDM業(yè)務(wù)來說，目前隨著IP化的不斷推進(jìn)，應(yīng)用越來越少。其用戶主要集中在銀行/保險(xiǎn)等專網(wǎng)用戶以及移動基站等領(lǐng)域，前面的專網(wǎng)用戶利潤較高，對于運(yùn)營商來說不可能放棄，盡管用戶會慢慢遷移到IP/以太網(wǎng)專線上；后者基站回傳是運(yùn)營商自己的業(yè)務(wù)，短期內(nèi)還是會以E1回傳為主。需求已經(jīng)明確無誤，那么GPON宣稱的Native TDM到底和EPON相比有何優(yōu)勢呢？目前商業(yè)芯片都只留了GEM接口，Native TDM都由各個設(shè)備廠家用FPGA自行實(shí)現(xiàn)，從運(yùn)營商反饋的測試數(shù)據(jù)來看部分廠家確可達(dá)到SDH級別的同步性能要求，但存在的問題主要在于Native TDM的互通問題較大，不同廠家的E1透傳基本不可互通。因此從互通的角度來講Native TDM技術(shù)作用基本被抹殺了，但對用戶來講的確多了一種選擇。再來看看EPON的情況，EPON一般采用CESoP（電路線仿真）來實(shí)現(xiàn)TDM業(yè)務(wù)透傳（GPON同樣可以使用該技術(shù)），CESoP目前擁有完善成熟的標(biāo)準(zhǔn)，互通沒有什么問題，在EPON上的技術(shù)實(shí)踐也已經(jīng)得到了運(yùn)營商的試用驗(yàn)證，除了上行時延相對GPON稍大一些，其他指標(biāo)基本上沒有差別。綜上，筆者認(rèn)為CESoP是適用于EPON和GPON更好的TDM透傳技術(shù)。

　　目前GPON比EPON更突出的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在2.5Gbit/s的帶寬，優(yōu)于EPON的1Gbits/s的帶寬。在終端同等帶寬的情況下GPON可以獲得更大的分支比，或者在同樣分支比的情況下GPON終端能夠獲得更大的帶寬，這一點(diǎn)是由標(biāo)準(zhǔn)決定，無可爭議。但就帶寬帶寬的使用效率來說EPON和GPON并無多大差別（這里不考慮線路編碼效率）。

　　EPON和GPON的最大傳輸距離和差分距離均為20km，關(guān)于分支比和傳輸距離主要由PMD層決定，EPON和GPON并無大的差別。GPON由于在PMD層要求更嚴(yán)，光模塊成本比EPON相對要高，但可以在每比特成本或者每用戶成本那里得到抵消。

　　綜上，EPON和GPON無論在應(yīng)用場景和業(yè)務(wù)支撐以及每用戶每比特理論成本上相差并不大，因此主要還是產(chǎn)業(yè)鏈的競爭，純粹技術(shù)上的比較意義不大。哪個技術(shù)規(guī)模部署情況下的每用戶每比特的實(shí)際綜合成本低得多才能最終勝出，但從目前的情況看還不明朗，盡管有各種各樣的專業(yè)公司市場調(diào)查報(bào)告表明GPON的規(guī)模將超過EPON，但從歷年的實(shí)際情況和預(yù)測情況看，GPON的預(yù)測市場規(guī)模都被盲目或者是有意的放大了，或許明年底才是一個最佳的觀察窗口。

　　2. EPON/GPON的技術(shù)演進(jìn)
　　目前國內(nèi)固網(wǎng)運(yùn)營商的規(guī)劃一般都是講2010年每戶20M～30Mbit/s，2015年每戶50M～100Mbit/s，以上是高端寬帶用戶的需求，但實(shí)際上目前無論是接入網(wǎng)還是城域網(wǎng)發(fā)展還沒有這么快，我個人的預(yù)計(jì)估計(jì)2015年才有可能戶均20M～30Mbit/s，只有少量高端用戶到時會有50M～100Mbit/s的帶寬需求。

　　目前FTTH因?yàn)閼艟�造價相對還較高，應(yīng)用在國內(nèi)還較少，但無論是EPON還是GPON均可以滿足當(dāng)前以及未來5年的FTTH建設(shè)，EPON 按1：32分支可以做到戶均30Mbit/s的帶寬，GPON按1：64分支也可以做到戶均37Mbit/s的帶寬。按照FTTH的需求，EPON和/GPON主要是向大容量高密度方向進(jìn)行演進(jìn)，后面會談到背板技術(shù)的融合 。如果每個業(yè)務(wù)槽位10Gbit/s 的帶寬則可以支持10個EPON端口（但一般會設(shè)計(jì)成8個）或者4個GPON端口，兩者PON板覆蓋的用戶數(shù)相等（32×8=64×4=256戶），按照ATCA的架構(gòu)可以有12個業(yè)務(wù)槽位，則總共可以覆蓋3072戶。對于中國這樣人口密度的國家特別是在發(fā)達(dá)城市來說仍然密度稍顯不足，可以將背板單業(yè)務(wù)槽位的擴(kuò)展為20Gbit/s，那么就可以覆蓋6144戶。這是一個比較合適的數(shù)字，應(yīng)可滿足至少5年的FTTH速度和密度需要。上面講的是OLT的演進(jìn)方向，ONU方面，當(dāng)前市面的SFU（單家庭ONU單元）將越來越不能滿足多業(yè)務(wù)處理的要求，HGU（家庭網(wǎng)關(guān)ONU單元）應(yīng)該是其演進(jìn)的自然方向，HGU相對于SFU來講接入能力更強(qiáng)，特別是QoS處理方面。

　　接下談FTTB的場景，這也是中國電信和中國聯(lián)通當(dāng)前主要建設(shè)模式之一。中國移動因?yàn)楣饫|和銅纜資源的約束，主要以FTTH建設(shè)為主，而且希望用大分支比的GPON技術(shù)。FTTB目前最經(jīng)濟(jì)的模型是一個MDU覆蓋16戶，提供16個FE接口和16個POTS接口。分支比按照1：16或1：32來規(guī)劃（EPON 1：16，GPON 1：32），戶均帶寬為3.7M～4.6Mbit/s，顯然不能滿足未來的帶寬需求。因此向10GEPON和10GPON演進(jìn)是必然的方向，同時因?yàn)檫\(yùn)營商已經(jīng)有大量的投資，這就要求演進(jìn)的10GEPON和10GPON能夠分別后向兼容當(dāng)前的EPON和GPON。我們看看演進(jìn)后的FTTB模型的帶寬計(jì)算：對于10GEPON戶均為37Mbit/s（3.7×10=37），對于10GPON戶均為18.4Mbit/s（4.6M×4），這時候10GPON吃了分支比較大的虧。

　　再次是FTTC/N場景，這是中國電信和中國聯(lián)通的另一主要建設(shè)模式。FTTC/N主要采用PON+DSL方式建設(shè)。一個典型的模型是一個MDU覆蓋48戶，提供48個ADSL2+/VDSL2接口和48個POTS接口。分支比按照1：8或者1：16來規(guī)劃（EPON 1：8，GPON 1：16），戶均帶寬為2.5M～3Mbit/s，顯然也不能滿足未來的帶寬需求，也需要向10GEPON和10GPON的方向演進(jìn)。演進(jìn)后10GEPON和10GPON分別可以提供戶均25Mbit/s和12Mbit/s的帶寬。對于戶均25Mbit/s帶寬ADSL2+已經(jīng)無能為力，需要使用能力更強(qiáng)的VDSL2技術(shù)。10GEPON/10GPON+VDSL2將是FTTC/N未來的演進(jìn)方向。

　　10GEPON的標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.3av-2009即將頒布，相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈也基本準(zhǔn)備成熟，從光模塊、芯片到系統(tǒng)廠家以及運(yùn)營商均在積極推動，已經(jīng)芯片和系統(tǒng)廠商推出演示樣機(jī)并開始小范圍試驗(yàn)。10GPON目前尚無標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)組織FSAN正在加緊研究，但尚無實(shí)施性的提案提出。

　　3. 多技術(shù)融合平臺的思考
　　為了降低技術(shù)選擇的風(fēng)險(xiǎn)，運(yùn)營商已經(jīng)開始要求廠家提供能夠混插EPON和GPON的OLT設(shè)備，并且能夠平滑升級至下一代的10GEPON/10GPON。

　　對于中小密度的OLT設(shè)備，背板一般采用GE SerDes總線或2.5GE SerDes總線。目前一般采用GE/2.5GE兼容的背板技術(shù)進(jìn)行EPON和GPON的混插，這就要求主交換板使用支持GE/Turbo GE的交換芯片，該技術(shù)目前已經(jīng)非常成熟。

　　對于高密度OLT設(shè)備，背板一般采用10GE XAUI總線，可以方便的混插EPON/GPON/10GEPON/10GPON的業(yè)務(wù)單板。這里我們分別分析兩個方向的融合問題，同級別速率不同技術(shù)的融合和同技術(shù)體系不同速率的技術(shù)融合。對于EPON/GPON融合平臺，根據(jù)上節(jié)的分析可以看到使用10G XAUI背板總線可以很好的實(shí)現(xiàn)，覆蓋的用戶規(guī)模也相同。對于EPON和10GEPON的融合平臺采用XAUI背板總線就有較大的問題，盡管目前的4/8端口低速率PON芯片和1端口的高速率PON芯片均采用XAUI接口，但是后者的PON端口密度只有前者的1/4到1/8，在升級割接的時候勢必要增加OLT設(shè)備的數(shù)量，這樣在機(jī)房緊張的情況問題較大。還有一個解決方案就是背板使用XAUI和XFI兼容技術(shù)，一開始就按照XFI的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，一個XAUI接口的物理線對數(shù)剛好是XFI線對數(shù)的8倍，這樣覆蓋的用戶規(guī)模數(shù)量相等。這要求主交換板采用支持XAUI/XFI自適應(yīng)的交換芯片，目前還不存在這樣的芯片，在如此大密度的情況下，芯片功耗和封裝管腳數(shù)都是較大的難題。一個折中方案是背板采用4 lane XAUI/2lane XAUI的背板兼容方法，前者使用線對的數(shù)目是后者的2倍，但信息速率相等（后者每線對的物理速率是前者的2倍）。這樣高速率PON的端口密度可以做到低速率PON的1/2到1/4，比前面只使用XAUI還是要好一倍。

　　以上是架構(gòu)和硬件層面的考慮，下面考慮業(yè)務(wù)層面的融合。對于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，幾種技術(shù)僅是物理層和承載層有所差別，到了MAC和IP層面完全相同，而且?guī)追N技術(shù)的應(yīng)用場景和業(yè)務(wù)需求也都是一致的，對于融合平臺來說就是驅(qū)動程序略微不同，上層的業(yè)務(wù)策略和網(wǎng)絡(luò)管理均是類似的。對于VoIP和IPTV均基于IP/Ethernet，實(shí)現(xiàn)方式都是一樣的，沒有什么異議。對于CATV，普遍采用1550nm overylay或者第二纖的方式，也無異議。對于TDM，前文1.2節(jié)已經(jīng)分析，應(yīng)該也只能采用CESoP來支持所有的PON技術(shù)。

　　4. 結(jié)語
　　以EPON和GPON為代表的FTTX技術(shù)已經(jīng)/正在亞太地區(qū)取得巨大的成功，二者均可以支持運(yùn)營商的不用應(yīng)用場景和業(yè)務(wù)需求，單純技術(shù)的比較已經(jīng)意義不大，關(guān)鍵在產(chǎn)業(yè)鏈的競爭，哪個技術(shù)的每用戶每比特成本更低，哪個技術(shù)將勝出。FTTH的發(fā)展呼喚更高密度和容量的PON系統(tǒng)，比如覆蓋5000戶甚至1萬戶的PON系統(tǒng)以全面的替代xDSL接入。FTTB/C/N的發(fā)展則需要更高速率10GXPON系統(tǒng)，使用更高速率的10GXPON+LAN的FTTB或者10GXPON+VDSL2技術(shù)可以讓運(yùn)營商充分利用已經(jīng)布放的銅纜資源并且滿足用戶的帶寬增長需求。另為了降低技術(shù)選擇的風(fēng)險(xiǎn)，業(yè)界已經(jīng)普遍關(guān)注不同技術(shù)的融合平臺，筆者給出了架構(gòu)/硬件和業(yè)務(wù)層面技術(shù)融合的思路和建議。

　　作者簡介: 胡保民(1977.10- ) ，男，博士，湖北黃梅人。武漢長光科技有限公司技術(shù)副總監(jiān)。