10G-EPON的关键技术研究

光纤在线编辑部  2009-07-30 16:11:02  文章来源:本站消息  版权所有,未经许可严禁转载.

导读:

作者:徐红春 光纤通信技术和网络国家重点实验室(筹)武汉电信器件有限公司

摘要:
    本文通过对即将发布的10G-EPON国际标准IEEE 802.3 av的技术研究,结合与现行的GEPON技术的对比,对10G-EPON的关键技术作了较为详细的分析,并对如何从目前的1G-EPON平稳升级到10G-EPON作出了展望。

1,前言
    虽然10G-EPON的国际标准目前尚在制定之中,预计在2009年9月份正式发布,但自2006年开始,国际上对10G-EPON的国际标准/技术就一直在研究,并经过了多次的修改,目前实际上已经基本定型了。而10G GPON(NG-PON)在目前看来还极其遥远,因此,该类技术的研究重点在相当一段时间内仍将集中在对10G-EPON的标准/技术研究上。
    在2009年OFC大会上,能够以高达10Gb/s速率传输的10G-EPON 成为了今年最热门的话题之一,受到了业内的高度关注;尤其在当前,其标准即将正式发布之际,10G-EPON正处于世界各国大力推进宽带接入的氛围下,更是吸引了越来越多的厂家的关注。

2,对10G-EPON国际标准的解读
   目前,即将正式发布的10G-EPON的标准的最新草案版本是IEEE P802.3av D3.2,完稿于09年4月,在IEEE std 802.3-2008的基础上,又作了一些修订。整个标准的英文原稿长达228页,通过通读该标准,下面针对几个关键的问题点,对其作技术层面的解读。
从大的方面来看,10G-EPON有如下四大显著的特点:
    a)同时支持上下行对称的10/10G EPON,以及非对称的10/1G EPON , 充分考虑了与现有EPON的完全兼容,既有提供足够带宽保证新业务的能力,又可以根据情况灵活布网;
    b)针对速率的升级,规定了新的物理层相关的分层模型,主要包含RS子层、PCS子层、PMA子层、PMD子层,而对MAC层以上,则基本不动;另外,只要涉及10G速率传输的部分,则将现有的GMII接口相应更改为XGMII接口。即:尽量小的改动,以方便平滑升级;
    c)传输距离仍然采用10Km和20Km两档;分路比既可以支持1:16,也可以支持1:32;
    d)引入了对广域网的支持,使得以太网从局域网向广域网拓展。

    和原有的1G-EPON (即GEPON)相比,10G-EPON在技术上作了许多的改进,而总体看来,10G-EPON采用的系统组成与1G-EPON是基本相同的,只是,OLT、ONU、ODN均需要支持10Gb/s的传输速率。在网络的拓扑结构上,则可以说是完全相同的。
    关注的重点在EPON的分层模型的改进上。考虑到方便将来的平滑升级,IEEE 802.3av工作组在基于IEEE 802.3ah的1G-EPON的分层模型的基础上,推出了1G-EPON和10G-EPON并存的分层模型。以非对称的10G下行,1G上行的模型为例,OLT端和ONU端的模型结构分别如图一、图二所示:
   从图一、图二可以看出,由1G EPON升级到10G-EPON,改动比较大的地方,集中在图一、图二的虚线方框之内,即主要集中在对物理层的改动,而避免了对MAC层以上各层的大改动;在10G-EPON中,PCS子层的FEC成为了必须存在的了,而在1G-EPON中,FEC是可选项。

      图一 10/1G EPON OLT端的分层模型图
 
      图二 10/1G EPON ONU端的分层模型图

    10G-EPON中所有的PMD组合可如表一所见,一共是六种组合。
 
    在上下行传输使用的波长分配方面,10G-EPON和GEPON有一些差别,而其中最重大的差别在于引入了1577nm波段的激光光源,作为10G-EPON的下行信号传输。10G-EPON所使用的波段可以归纳如图三所示。

           图三 10G-EPON的波段分配图
   在功率预算方面,10G-EPON目前规定了三种功率预算,即PR10/PRX10、PR20/PRX20和PR30/PRX30,功率预算如表二所示。10G-EPON的功率预算最大可以支持20km传输距离和1:32分光比。


3,向10G-EPON平稳过渡的步骤
    由现有的1G-EPON向10G-EPON的升级可按以下的步骤实现平稳过渡:
    第一步:ONU向10G Rx/1G Tx转变,而OLT则向双重下行速率转变。下行方向:OLT端1G和10G的两个信道的发射并存,但发射的波长并不一样,1G的发射仍然采用1490nm,而10G的发射则采用1577nm(1575~1580nm)的DFB 激光器;而在ONU接收端,需要对两个信道、不同速率的光都能接收。
    上行方向:单速率单信道,和现有GEPON的完全相同。由于上行方向无变化,同时下行方向的两个信道采用了不同的波长传输,所以,此步骤的改进相对容易实现。业内绝大多数厂家,刚开始进入10G-EPON,估计都会从此入手。
    第二步:ONU向10G Rx/10G Tx转变,而OLT则向双重下行速率转变。在完成上述第一步的下行信道的升级后,开始第二步的上行信道向双重速率转变。此升级由于上、下行均是双信道、双工,所以,在一段的时间内,可能会花费较高的成本。
    第三步:根据具体情况,实现平滑升级。升级为非对称的10/1G PON后,再根据当时的市场需求情况,以及设备的成本情况等等,再决定是否升级为对称结构的10/10G PON。
当然,PON由1G的速率向10G升级,并且还要保持与现有1G-EPON系统兼容,其中的一些关键技术难题必然会存在,比如在如下的三个方面:
    1)动态带宽分配(DBA)机制: 10G-EPON中,DBA需调度1G和10G两个EPON结构系统。下行方向DBA采用WDM技术传输,因此容易解决,而上行方向则存在问题。由于两个系统的线路编码不同需采用两种MAC栈结构,因而MAC客户端层需要两种不同的接口,故现有的DBA机制需改进以提供该接口。此外,还要研究是否在采用两种DBA机制的前提下,通过创造第三实体来连接;还是,利用自动检测技术辨别速率来调动不同机制,这样,只需要一个DBA机制即可。
    2)低成本高功率高速的1577nm 带制冷DFB发射器件(其发射功率范围在+2dBm~+9 dBm之间,消光比不低于6dB),对整个系统的成本控制意义重大。
    3)数据的安全管理问题:和传统的PON结构类似,下行是广播式传送,可能出现窃听的问题;另外,数据存储容量增大了10倍,需对存储容量进行改进,包括相应对计算机硬件的改进,以适应对10Gb/s的数据信息处理。

4,小结
   综上所述,尽管在由现有的GEPON向10G-EPON升级的过程中,会遇到许多技术上的难题,但10G-EPON不仅能极大满足未来用户庞大的综合业务流对带宽的需求,还充分考虑了运营商的网络平稳升级,节约投资以保护运营商的利益,因此在下一代的FTTH建设中,必将会起到极其重要的作用。

关键字: 10G-EPON
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