10G-EPON和10G-GPON标准的最新进展

摘要 IEEE 和 ITU T 分别于 2004 年和 2005 年启动了下一代 PON 标准的研究 截 至目前 10G EPON 和 10G GPON 的主体标准或已正式发布 或基本定稿 这必将加快 器件商与设备商推出商用产品的进程 本文介绍了 10G EPON 与 10G GPON 标准化的 主要内容及最新进展 1 引言 近年来 随着全球范围内宽带接入市场的快速发展以及全业务运营的开展 已有的 PON 技术标准在带宽需求 业务支撑能力以及接入节点设备和配套设备的性能提升等方面 都面临新的升级需求 IEEE 和 ITU T 分别于 2004 年和 2005 年启动了下一代 PON 标 准的研究 截至目前 10G EPON 和 10G GPON 的主体标准或已正式发布 或基本定稿 这必将加快器件商与设备商推出商用产品的进程 本文将详细介绍 10G EPON 与 10G GPON 已有标准的主要内容及最新进展 2 10G EPON 标准化进展及主要内容 1 10G EPON 标准简介 从 2005 年开始 IEEE 开始进行 10G EPON 技术的研究和标准化工作 并取得突破 进展 2009 年 9 月 标准正式发布 标准号为 IEEE 802 3av IEEE 802 3av 规定 了 10Gbit s 下行和 1Gbit s 上行的非对称模式 10 1G BASE PRX 和 10Gbit s 上 下行对称模式 10G BASE PR 两种速率模式 为了实现 10G EPON 与 1G EPON 的兼容和网络的平滑演进 IEEE 802 3av 标准在 波长分配 多点控制机制方面都有专门的考虑 以保证 10G EPON 与 1G EPON 系统在 同一 ODN 下的共存 10G EPON 尽可能沿用了 1G EPON 的 MAC 和 MPCP 等协议 对 MPCP 协议做了少量的修改 并定义了新的 PHY 层 2 PHY 层主要变化 光功率预算 10G EPON 标准规定了更高的链路光功率预算 Power Budget 除了定义了与 EPON 相同的 20dB 和 24dB 外 还根据实际组网的需要 定义了 29dB 的光信道插入损 耗 10G EPON 标准针对非对称和对称传输速率各定义了 3 类功率预算 非对称 10G 1G PRX10 PRX20 PRX30 对称 10G 10G PR10 PR20 PR30 波长划分 在波长规划方面 为了实现与 1G EPON 的兼容 10G EPON 没有使用 1G EPON 系 统所使用的 1490nm 的下行波长 同时考虑避开模拟视频波长 1550nm 和 OTDR 测 试波长 1600 1650nm IEEE 802 3av 标准选择 1577nm 作为 10Gbit s 下行信 号的波长 波长范围 1574 1580nm 因此 在下行方向 10Gbit s 信号与 1Gbit s 信号为 WDM 方式 而上行方向 1Gbit s 信号的波长是 1310nm 1260 1360nm IEEE 802 3av 标准规定 10Gbit s 信号的上行波长是 1270nm 1260 1280nm 二者有重叠 因此不能采用 WDM 方式 只能采用双速率 TDMA 方式 10G EPON OLT 可以同时发现 10G 10G ONU 10G 1G ONU 和 1G 1G ONU 三种 ONU 可以共存 新的 PCS 层 10G EPON 采用 64B 66B 编码 效率为 97 与 1G EPON 的 8B 10B 效率为 80 相比有了明显提升 10G EPON 的 FEC 功能采用 RS 255 223 编码 可增 加光功率预算 5 6dB 与 1G EPON 的 RS 255 239 编码相比 FEC 能力更强 3 MPCP 层主要变化 10G EPON 系统需要支持非对称 对称传输速率并兼容现有 EPON 技术 需要对 EPON 的 MPCP 协议 IEEE 802 3 进行扩展 增加了 10Gbit s 能力的通告与协商机 制 这样可以充分利用现有 EPON 的实现方案 极大地降低了芯片和设备成本 在发现 GATE 帧中增加 Discovery Information 字节来告知 ONU OLT 的能力 扩 展下行 GATE 报文支持 OLT 给不同上行速率的 ONU 开不同的发现窗 在 Register Request 帧中增加 Discovery Information 字节来告知 OLT ONU 的 能力 4 Churning 功能 在 EPON 系统中 采用三重搅动 Triple Churning 的方法对 OLT 下行数据进行加 密 提高下行数据的安全性 但是 现有的三重搅动方案应用在 10G EPON 系统中存在 着电路实现复杂 加密安全性较低的问题 为解决上述问题 IEEE 802 3av 定义了一种 适用于 10G EPON 系统的 Churning 方案 提高了 10G EPON 下行数据的安全性 10G EPON 系统的搅动采用 3 个级联的搅动器 每个搅动器执行规定的单重搅动操作 每次搅动使用的搅动密钥完全不同 第一级搅动器采用的 24bit 的密钥为 X1 X8 P1 P16 1 第二级搅动器采用的 24bit 的密钥为 X1 X8 P1 P16 2 第三级搅动器采用的 24bit 的密钥为 X1 X8 P1 P16 3 搅动密钥是 ONU 由 上行用户数据中提取的 3 个 3 字节数据分别与 3 个 3 字节随机数异或相加 Exclusive OR XOR 的结果 具体参见图 1 图 1 10G EPON 的三重搅动 10G EPON 系统的搅动密钥更新和同步过程与 EPON 系统相同 密钥更新周期应可配 置 默认缺省值为 10s 10G EPON 系统中用于搅动的密钥交互消息包括新密钥请求帧 New Key Request 和新密钥通知帧 New Churning Key 两种类型 新密钥请 求帧的消息格式与 EPON 系统相同 3 10G GPON 标准化进展及主要内容 1 10G GPON 标准简介 从 2004 年起 ITU T SG15 Q2 开始同步研究和分析从 GPON 向下一代 PON 统 称为 NG PON 演进的可能性 2007 年 11 月 Q2 正式确定 NGPON 的标准化路标 并以 低成本 高容量 广覆盖 全业务 高互通 为目标 迅速推进下一代 PON 技术标 准的研究和制定 根据 Q2 制定的工作计划 NGPON 标准化遵循如图 2 所示路标 图 2 NGPON 标准路标 如图 2 所示 NGPON 将经历两个标准阶段 一个是与 GPON 共存 重利用 GPON ODN 的 NG PON1 一个是完全新建 ODN 的 NGPON2 我们通常说的 10G GPON 属 于 NG PON1 阶段 标准号为 G 987 系列 又称为 XG PON 其中 非对称系统 上行 2 5Gbit s 下行 10Gbit s 称为 XG PON1 对称系统 上行 10Gbit s 下行 10Gbit s 称为 XG PON2 另外 ITU T 以 GPON OMCI 为基础进行扩展 形成新的 标准 G 988 G omci 核心概念是整合所有 OMCI 相关文档 作为 ITU T 研究光接入 系统的终端管理基础标准 目前 ITU T 只在 XG PON1 上取得实质性进展 NGPON1 中的 XG PON2 尚无明确的时间表 而对于 NGPON2 ITU T SG15 Q2 正在计划对 NGPON2 进行技术选型 目前可选的技术有波分 更高速 TDM OFDM 等 以确定 NGPON2 的工作方向 启动标准化工作 预计在 2015 年完成标准化 G 987 和 G 988 系列标准的进展如下 G 987 Definitions Abbreviations and Acronyms 于 2010 年 1 月发布 G 987 1 General Requirements 于 2010 年 1 月发布 G 987 2 Physical Media Dependent PMD Layer Specification 于 2010 年 1 月 发布 G 987 3 Transmission Convergence TC Layer Specification 于 2010 年 6 月通 过 尚未正式发布 G 988 ONU Management and Control Interface Specification OMCI 于 2010 年 6 月通过 尚未正式发布 2 XG PON1 PHY 层主要特性 XG PON1 相比 GPON 在物理层要求上有明显提升 具体参见表 1 表 1 XG PON1 的物理层特性 3 XG PON1 的波长规划 XG PON1 的下行信号波段为 1575 1580nm 室外应用时为 1575 1581nm 上行信号波段为 1260 1280nm 由于整网演进过程中不可避免的共存需求 XG PON1 ONU 需保留足够带宽用于现有 GPON 以及 CATV 信号 且应最大限度减少不同信号间串 扰带来的影响 图 3 所示为 NGPON 频谱规划 XG PON1 的工作波段称为 基础波段 其他系统信 号的带宽视为 增强波段 对实际系统而言 增强波段包括 GPON 信号和 CATV 信号 其 中 CATV 的信号波长与 ITU T G 983 3 中的定义保持一致 XG PON1 的工作波段与 增强波段之间通过保护频带隔离 为解决干扰信号的过问题 XGPON1 系统在终端上使 用波长阻塞滤波器 Wavelength Blocking Filter WBF 以获得较好的信号间隔离 度 图 3 NG PON 频谱规划 4 XG PON1 TC 层规范 G 987 3 草案概况 G 987 3 尚未正式发布 但基本内容已经讨论确定 主要包括如下方面 XGTC 层的各子层结构 业务适配子层的功能 包含 XGEM 帧封装 定界和数据帧分段 物理适配子层的功能 包含 FEC 和线路编码 XG PON 的嵌入式管理功能 包含上行时分多址接入和动态带宽分配 XG PON 的物理层 OAM 消息通道和功能 ONU 的注册激活流程定义 XG PON 安全功能的机制 XG PON 的告警机制和定义 XG PON1 TC 层共分业务适配子层 成帧子层和物理层适配子层 分层模型参见图 4 图 4 XG PON1 的 TC 层架构 业务适配子层主要涵盖了 XGEM 帧封装以及 XGEM ID 分配过滤等功能 支持数据单 元的分段重组和 XGEM 帧的定界功能 成帧子层包含 XGTC 帧 突发数据帧封装和解析 嵌入式 OAM 功能 PLAM 功能以及 Alloc ID 过滤等 物理适配子层从图 4 中看实现了 FEC 功能 线路编码以及突发数据开销功能 4 结束语 从已发布和即将发布的标准内容来看 10G EPON 和 10G GPON 都充分考虑了同一 ODN 下与原有 PON 系统的兼容 并对功率预算 波长分配和 T