10G-EPON和10G-GPON标准的最新进展

1、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、或根本定稿,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开展以及全业务运营的开展,已有的 PON技术标准在带宽需求、 业务支撑水平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

2、准的研究. 截至目前, 10G EPON 和 10G GPON 的主体标准或已正式发布、或根本定稿,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110G 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； 2021 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

3、-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、多点限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

4、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16001650nm, IEEE 802.3av 标准选择1577nm 作为10Gbi

5、t/s 下行信号的波长波长范围 15741580nm .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 ( 12601360nm),IEEE802.3av 标准规定 10Gbit/s 信号的上行波长是 1270nm ( 12601280nm ),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

6、/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56dB,与1G EPON 的RS (255 , 239 )编码相比 FEC水平更强.( 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 水平的通告与协商机制.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本钱.

7、在发现 GATE 帧中增加 Discovery Information 字节来告知 ONU OLT 的水平,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.字节来告知 OLT ONU 的在 Register Request 帧中增加 Discovery Information 水平.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,提升低行数据的平安性.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、 加密平安性较低的问题. 为解决上述问题, I

8、EEE 802.3av 定义了一种适用 于 10G EPON 系统的 Churning 方案,提升了 10G EPON 下行数据的平安性.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(X1X8 , P1P16) 1 ；第二级搅动器采用的 24bit 的密钥为( X1X8, P1P16) 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

9、 OR , XOR)的结果,具 体参见图 1 .I iLi_iiqbi-ii|iuJVfvKok V|N-*|t：XORP 曲1I Lil, i ml>* |kiL» iid 人 1对4£： l>iiaI kite nI luli inluCn iatL ：ii|-i：IU I*K<A gJil- kkimti ti».XOfcriu uui|-i jKtf'i'fXI- 刘 PhPIf-HXl 2KtyHXl- ksri-i-ri .；|S i |2 ,l . ： |* r>itCnS |K|I|K|I LU.,. J |

10、汁 .；Liu i ：t -i>|皿耳|冲图110G 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_Churni ng_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110G 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

11、正式确定NGPON的标准化路标,并 以低本钱、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制定的工作方案,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

12、 称为XG-P0N2 ;另外,ITU-T 以GPON OMCI为根底进行扩展,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治理根底标准.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正在方案对 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2021年完成标准化.G.987和G.988系列标准的进展如下： G.987 Definiti

13、ons,Abbreviations , and Acronyms于 2021 年 1 月发布. G.987.1 Ge neral Requireme nts于 2021 年 1 月发布. G.987.2 Physical Media Dependent (PMD) Layer Specification于 2021 年 1 月发布. G.987.3 Tran smissio n Con verge nee (TC) Layer Specificatio n于 2021 年 6 月通过,尚未正式发布. G.988 ONU Man ageme nt and Control In terface S

14、pecificatio n (OMCI)于 2021 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的物理层特性皿Hot疋 |lTLk 1jAjVIUIJ-I -Li7|p?| A *. Mt1'.' IS 加 IMTtp. Iff!-户井匾 Kit眾用怦Ml計Winilr n rWDMIr MMQQ E在牌精超离谊噌创井直比讷腆濟 灌和OhrtALq-i 2晓萨】 f t： nnrtfi «iTCfflW慣怪岸蕾-J1關 卜打 r 制乂甩 H'lJi)

15、氓謁両ihkfr? MK/Flrt Mk/井趾tt：址 jam 12 怪一iJL -r. 1 12* AlAiUau企劭閻(kinj可 Fdfr 4i>(3) XG PON1 的波长规划XG-PON1 的下行信号波段为 15751580nm(室外应用时为 15751581 nm ),上行信号波段为12601280nm.由于整网演进过程中不可防止的共存需求,XG-PON1ONU需保存足够带宽用于现有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 根底波段,其他系统信号 的带宽视为 增强波段.对实际系统而言,增强

16、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.段中hi越龜I附 12*0 X (|部0 IMOt 1,1 suiMtJw llAW'I56U13 和图3 NG PON频谱规划4XG PON1 TC 层标准G.987.3 草案概况G.987.3 尚未正式发布,但根本内容已经讨论确定,主要包括如下方面: XGTC层的各

17、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的嵌入式治理功能,包含上行时分多址接入和动态带宽分配. XGPON的物理层OAM消息通道和功能. ONU的注册激活流程定义. XG PON平安功能的机制. 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 iVl I图4 XG P0N1 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