10G GPON引領下一代接入網
訊石光通訊網
2008/10/21 9:04:03
現實：GPON崛起
目前，全球主流運營商都把“光進銅退”作為重要的發(fā)展戰(zhàn)略，中國的運營商也逐漸的將投資重心轉向光纖接入網，積極建設以寬帶為特征的下一代網絡。如何構建一個能提供多業(yè)務、大帶寬、QoS保證的接入網呢？在各種光接入技術中，歐洲的Telecom Italia、北美的Verizon和中東的Etisalat等主流運營商都選擇部署GPON。GPON緣何得到眾多運營商的青睞呢？
GPON具備低成本和高帶寬接入能力。通過共享的主干光纖和免維護的光分配網絡，GPON能為運營商降低CAPEX和OPEX。GPON下行采用時分復用(TDM)技術，上行采用時分多址(TDMA)技術，可以提供2.5Gbps的下行速率和1.25Gbps的上行速率；同時，GPON能支持長達20公里的傳輸距離和1：64的分支比。
從業(yè)務接入的角度看，GPON不僅高效，而且具備數據、語音和視頻等多業(yè)務接入能力。它采用GPON封裝方法(GEM)來封裝以太網、ATM和TDM的用戶流量。其中，對以太網幀的封裝使GPON能支持IP業(yè)務。GPON吸引運營商的另一個優(yōu)點是，GPON不需要額外的IP層封裝，GEM就能實現傳統TDM業(yè)務、語音業(yè)務與GPON的連接。另外，GPON通過結合broadcast video overlay和IPTV來提供視頻業(yè)務?；谏鲜鰞?yōu)點，GPON在網絡接入市場具有良好的應用前景。
目標：下一代接入網
統計數據表明，寬帶接入需求每年正以約1.3倍的速度增長。目前，高清晰電視(HDTV)每個通道占用約10Mbps帶寬，成為寬帶接入網流量增長的主推手。將來，新業(yè)務應用會不斷涌現，如家庭視頻共享、在線網絡游戲、遠程互動教學、遠程醫(yī)療、網絡存儲、以及三維電視等，這些將進一步推動帶寬需求增長。
新興多媒體業(yè)務的發(fā)展對用戶帶寬提出了新的要求，現有的GPON技術有可能成為發(fā)展的瓶頸。不少運營商開始考慮，怎么樣的系統才能滿足下一代接入網(NGA)的要求？
與現有的GPON相比，下一代接入網應具備更快、更多、更廣的特點。更快指其下行鏈路至少達到10Gbps，而上行鏈路則取決于具體的應用和成本要求；更多指其支持的用戶端設備(ONU/ONT)數量需遠高于GPON支持的32個或64個；更廣指其物理傳輸距離應遠大于20公里。此外，為了降低成本和節(jié)省時間，必須重用現有的光分配網絡。因為在GPON的建設中，運營商耗費了大量的投資部署室外光纖，而這些投資必須在約30年內攤銷。因此，向后兼容也是GPON向下一代接入網平滑過渡的主要問題之一。
標準鋪路
ITU-T G.984系列標準對GPON作出了全面的定義，包括總體特性和基本架構(G.984.1)、物理媒質相關子層(G.984.2)、傳輸會聚層(G.984.3)和管理控制接口(G.984.4)。G.984.5和G.984.6還分別定義了enhanced band和reach extension。此外，OMCI Implementation Study Group(OISG)正在對OMCI模型進行最后的完善。
nFSAN與NGA
多業(yè)務接入網工作組(FSAN)的成員來自世界各國的運營商和設備制造商，負責開發(fā)寬帶接入網解決方案和推動各種技術提案成為標準。FSAN從2001年開始研究GPON，并逐步制定了ITU-T G.984系列標準。目前，ITU-T已經頒布了GPON的主體標準，GPON產品也開始商用部署。
FSAN下屬的NGA小組負責研究繼GPON后的光纖接入系統，并著眼于下一代無源光網絡(NGPON)的標準化工作。NGA小組將NGPON演變劃分兩個階段：NGPON1和NGPON2。NGPON1是個中期的演進方案，即在兼容現有ODN的基礎上，通過擴展GPON標準過渡到NGPON。NGPON2則是基于全新光網絡的長期的演進方案，其目標是提供一個獨立的下一代光網絡接入方案，該方案不再受制于現有的GPON標準和光分配網絡。
備受關注的WDM-PON技術屬于NGPON2范疇；它通過在一根光纖中使用多個波長實現接入網的擴容。WDM-PON的真正商用還要突破一系列的關鍵技術要點，包括突發(fā)模式粗波分復用、無色ONU收發(fā)器、可調諧WDM、DWDM集成和低成本WDM光源等。
nXGPON1與XGPON2
XGPON1和XGPON2是NGPON1的兩個主要備選架構。XGPON1是下行10Gbps/上行2.5Gbps的非對稱系統；XGPON2是上下行10Gbps的對稱系統。由于在目前的PON標準發(fā)展中，不對稱系統XGPON1極可能追隨ITU定義的GTC層發(fā)展，所以也稱為10G GPON。對稱系統XGPON2則會向IEEE 802.3av工作組制定的10G EPON標準靠攏。2008年6月，在ITU-T Study Group 15的組織下，IEEE和ITU舉行聯席會議，展開了下一代接入網標準的廣泛討論。這將有助于實現雙方平衡，推動新標準的制定。
華為一直積極參與各種PON標準會議和PON互通性測試。華為在FSAN、ITU和IEEE會議上貢獻了大量高價值的提案；此外，華為專家還擔任了包括GPON主題標準的Editor、FSAN NGA白皮書部分章節(jié)的Editor和OISG主席等職務，與各方一道促進光接入網技術的發(fā)展。
10G GPON趨勢與挑戰(zhàn)
10Gbps技術在中長途傳輸網絡中已逐漸成熟，其經濟性和高效性決定了10Gbps相關技術將延伸到10G GPON下行鏈路。但面對10Gbps突發(fā)模式接收機等技術難題，如何實現經濟可靠的10Gbps的上行鏈路速率還有待探討。
要實現從GPON到10G GPON的平滑過渡，二者的共存是網絡演進必須考慮的問題。突發(fā)模式接收機是高速光接入的難點，10G GPON將面臨這一挑戰(zhàn)。此外，10G GPON還需要解決流量傳輸、ONU管理和業(yè)務模式等問題。
從運營商的需求和下一代光接入網的挑戰(zhàn)出發(fā)，華為對10G GPON展開了深入細致的研究，其工作涉及10G GPON的各個方面。
10G GPON需要多高的上行鏈路速率？鑒于目前的技術還未能實現低成本的10Gbps 突發(fā)模式接收機，2.5Gbps上行成為一個經濟可行的方案。采用2.5Gbps的上行鏈路，10G GPON不僅將現有GPON的上行通道擴容了兩倍，還大大降低了突發(fā)模式接收機的設計難度，從而降低了接入成本。同時，2.5Gbps上行還可以有效滿足用戶的各種接入需求。
怎樣才能實現與GPON的共存？10G GPON下行使用L波段，上行使用C波段或O波段。通過采用WDM/WDMA，10G GPON可以兼容目前部署的GPON。當然，為了支持比GPON更高的光分比和網絡覆蓋，則需要提高功率預算，Class C(30dB)或Class C++(33dB)都是可探討的選擇。
如何才能使突發(fā)模式接收機的設計更簡單？一個可行的解決方案是將線路編碼和接收機的設計結合起來。例如，將9b10b碼作為10G GPON的上行鏈路編碼。9b10b碼在直流平衡、交流耦合和編碼效率上都有顯著的優(yōu)勢。此外，9b10b碼與前向糾錯結合，可以適配出不高于3.125Gbps的物理光學速率，實現在現有通信設備上傳輸，從而大大降低了10G GPON的系統成本。
如何實現10G GPON的流量傳輸？最快的入手點是從GPON傳輸匯聚層(GTC)出發(fā)來設計10G GPON協議。考慮到10G GPON的新特性，有必要對現有GTC作相應的修改和擴展。例如，為了支持大于256個ONU/ONT，ONU-ID域需要擴展；為了支持更高的上行鏈路速率，有關動態(tài)帶寬分配(DBA)的起始和終止時間域需要擴展；很多和ATM有關的部分需要廢棄，包括Alen域等。另外，考慮到簡化MAC設備的設計和匹配10Gbps的物理層，32比特對齊(字對齊)的組幀方案值得推廣。該方案的思想是對10G GPON的上下行幀長度和GEM采用字對齊方法來擴展。主要的擴展對象包括ONU-ID、Port-ID、PLOAM消息、DBRu、GEM頭和GEM負載等等。
最后，在10G GPON系統管理上可從三個層次入手。首先是通過OAM實現快速基本的底層管理，如動態(tài)帶寬分配、前向糾錯和PLOAM等；其次是采用諸如OMCI的帶外(out-of-band)方式來管理ONU/ONT；第三個層次是借助于整個網絡管理系統來實現帶內(in-band)管理，包括SNMP、TR-69,和ACS系統等等。在業(yè)務模式方面，10G GPON可借鑒他山之石，如DSL論壇的業(yè)務模式文稿、VLAN標簽技術等。
未來：發(fā)展與方向
FSAN的NGA白皮書計劃于2009年初定稿。該白皮書將勾勒出NGA的備選架構、技術難點和基本設計。其內容涉及波長分配、功率預算、網絡結構、協議框架、線路編碼以及業(yè)務管理等。NGA白皮書最終會輸入到ITU-T Q2/15，作為ITU NGA標準的基礎文稿。ITU的NGA標準制定過程從2009年開始，預計到2010年結束并發(fā)布。
寬帶光接入技術正深入到我們生活的方方面面，提高和改變著信息傳送和分享的速度、效率、內容和模式。從現在的GPON到NGA是一個平滑漸進的上升過程，通信技術的創(chuàng)新和發(fā)展始終貫穿其中。10G GPON以其獨特的經濟高效方式滿足了10Gbps傳輸、向后兼容和接入擴展等需求。華為致力于技術開發(fā)和預研創(chuàng)新，將全力聯手各方推動寬帶光接入的發(fā)展。
新聞來源：新浪科技