作者：徐紅春　光纖通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)國家重點實驗室（籌）武漢電信器件有限公司

摘要:
    本文通過對即將發(fā)布的10G-EPON國際標準IEEE 802.3 av的技術(shù)研究，結(jié)合與現(xiàn)行的GEPON技術(shù)的對比，對10G-EPON的關(guān)鍵技術(shù)作了較為詳細的分析，并對如何從目前的1G-EPON平穩(wěn)升級到10G-EPON作出了展望。

1，前言
    雖然10G-EPON的國際標準目前尚在制定之中，預(yù)計在2009年9月份正式發(fā)布，但自2006年開始，國際上對10G-EPON的國際標準/技術(shù)就一直在研究，并經(jīng)過了多次的修改，目前實際上已經(jīng)基本定型了。而10G GPON（NG-PON）在目前看來還極其遙遠，因此，該類技術(shù)的研究重點在相當一段時間內(nèi)仍將集中在對10G-EPON的標準/技術(shù)研究上。
    在2009年OFC大會上，能夠以高達10Gb/s速率傳輸?shù)?0G-EPON 成為了今年最熱門的話題之一，受到了業(yè)內(nèi)的高度關(guān)注；尤其在當前，其標準即將正式發(fā)布之際，10G-EPON正處于世界各國大力推進寬帶接入的氛圍下，更是吸引了越來越多的廠家的關(guān)注。

2，對10G-EPON國際標準的解讀
   目前，即將正式發(fā)布的10G-EPON的標準的最新草案版本是IEEE P802.3av D3.2,完稿于09年4月，在IEEE std 802.3－2008的基礎(chǔ)上，又作了一些修訂。整個標準的英文原稿長達228頁，通過通讀該標準，下面針對幾個關(guān)鍵的問題點，對其作技術(shù)層面的解讀。
從大的方面來看，10G-EPON有如下四大顯著的特點：
    a)同時支持上下行對稱的10/10G EPON，以及非對稱的10/1G EPON , 充分考慮了與現(xiàn)有EPON的完全兼容，既有提供足夠帶寬保證新業(yè)務(wù)的能力，又可以根據(jù)情況靈活布網(wǎng)；
    b)針對速率的升級，規(guī)定了新的物理層相關(guān)的分層模型，主要包含RS子層、PCS子層、PMA子層、PMD子層，而對MAC層以上，則基本不動；另外，只要涉及10G速率傳輸?shù)牟糠�，則將現(xiàn)有的GMII接口相應(yīng)更改為XGMII接口。即：盡量小的改動，以方便平滑升級；
    c)傳輸距離仍然采用10Km和20Km兩檔；分路比既可以支持1：16，也可以支持1：32；
    d)引入了對廣域網(wǎng)的支持，使得以太網(wǎng)從局域網(wǎng)向廣域網(wǎng)拓展。

    和原有的1G-EPON (即GEPON)相比，10G-EPON在技術(shù)上作了許多的改進，而總體看來，10G-EPON采用的系統(tǒng)組成與1G-EPON是基本相同的，只是，OLT、ONU、ODN均需要支持10Gb/s的傳輸速率。在網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)上，則可以說是完全相同的。
    關(guān)注的重點在EPON的分層模型的改進上。考慮到方便將來的平滑升級，IEEE 802.3av工作組在基于IEEE 802.3ah的1G-EPON的分層模型的基礎(chǔ)上，推出了1G-EPON和10G-EPON并存的分層模型。以非對稱的10G下行，1G上行的模型為例，OLT端和ONU端的模型結(jié)構(gòu)分別如圖一、圖二所示：
   從圖一、圖二可以看出，由1G EPON升級到10G-EPON，改動比較大的地方，集中在圖一、圖二的虛線方框之內(nèi)，即主要集中在對物理層的改動，而避免了對MAC層以上各層的大改動；在10G-EPON中，PCS子層的FEC成為了必須存在的了，而在1G-EPON中，F(xiàn)EC是可選項。

      圖一 10/1G EPON OLT端的分層模型圖
 
      圖二 10/1G EPON ONU端的分層模型圖

    10G-EPON中所有的PMD組合可如表一所見，一共是六種組合。
 
    在上下行傳輸使用的波長分配方面，10G-EPON和GEPON有一些差別，而其中最重大的差別在于引入了1577nm波段的激光光源，作為10G-EPON的下行信號傳輸。10G-EPON所使用的波段可以歸納如圖三所示。

           圖三 10G-EPON的波段分配圖
   在功率預(yù)算方面，10G-EPON目前規(guī)定了三種功率預(yù)算，即PR10/PRX10、PR20/PRX20和PR30/PRX30，功率預(yù)算如表二所示。10G-EPON的功率預(yù)算最大可以支持20km傳輸距離和1：32分光比。


3，向10G-EPON平穩(wěn)過渡的步驟
    由現(xiàn)有的1G-EPON向10G-EPON的升級可按以下的步驟實現(xiàn)平穩(wěn)過渡：
    第一步：ONU向10G Rx/1G Tx轉(zhuǎn)變，而OLT則向雙重下行速率轉(zhuǎn)變。下行方向：OLT端1G和10G的兩個信道的發(fā)射并存，但發(fā)射的波長并不一樣，1G的發(fā)射仍然采用1490nm，而10G的發(fā)射則采用1577nm（1575～1580nm）的DFB 激光器；而在ONU接收端，需要對兩個信道、不同速率的光都能接收。
    上行方向：單速率單信道，和現(xiàn)有GEPON的完全相同。由于上行方向無變化，同時下行方向的兩個信道采用了不同的波長傳輸，所以，此步驟的改進相對容易實現(xiàn)。業(yè)內(nèi)絕大多數(shù)廠家，剛開始進入10G-EPON，估計都會從此入手。
    第二步：ONU向10G Rx/10G Tx轉(zhuǎn)變，而OLT則向雙重下行速率轉(zhuǎn)變。在完成上述第一步的下行信道的升級后，開始第二步的上行信道向雙重速率轉(zhuǎn)變。此升級由于上、下行均是雙信道、雙工，所以，在一段的時間內(nèi)，可能會花費較高的成本。
    第三步：根據(jù)具體情況，實現(xiàn)平滑升級。升級為非對稱的10/1G PON后，再根據(jù)當時的市場需求情況，以及設(shè)備的成本情況等等，再決定是否升級為對稱結(jié)構(gòu)的10/10G PON。
當然，PON由1G的速率向10G升級，并且還要保持與現(xiàn)有1G-EPON系統(tǒng)兼容，其中的一些關(guān)鍵技術(shù)難題必然會存在，比如在如下的三個方面：
    1)動態(tài)帶寬分配（DBA）機制： 10G-EPON中，DBA需調(diào)度1G和10G兩個EPON結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。下行方向DBA采用WDM技術(shù)傳輸，因此容易解決，而上行方向則存在問題。由于兩個系統(tǒng)的線路編碼不同需采用兩種MAC棧結(jié)構(gòu)，因而MAC客戶端層需要兩種不同的接口，故現(xiàn)有的DBA機制需改進以提供該接口。此外，還要研究是否在采用兩種DBA機制的前提下，通過創(chuàng)造第三實體來連接；還是，利用自動檢測技術(shù)辨別速率來調(diào)動不同機制，這樣，只需要一個DBA機制即可。
    2)低成本高功率高速的1577nm 帶制冷DFB發(fā)射器件（其發(fā)射功率范圍在＋2dBm～+9 dBm之間，消光比不低于6dB），對整個系統(tǒng)的成本控制意義重大。
    3)數(shù)據(jù)的安全管理問題：和傳統(tǒng)的PON結(jié)構(gòu)類似，下行是廣播式傳送，可能出現(xiàn)竊聽的問題；另外，數(shù)據(jù)存儲容量增大了10倍，需對存儲容量進行改進，包括相應(yīng)對計算機硬件的改進，以適應(yīng)對10Gb/s的數(shù)據(jù)信息處理。

4，小結(jié)
   綜上所述，盡管在由現(xiàn)有的GEPON向10G-EPON升級的過程中，會遇到許多技術(shù)上的難題，但10G-EPON不僅能極大滿足未來用戶龐大的綜合業(yè)務(wù)流對帶寬的需求，還充分考慮了運營商的網(wǎng)絡(luò)平穩(wěn)升級，節(jié)約投資以保護運營商的利益，因此在下一代的FTTH建設(shè)中，必將會起到極其重要的作用。