EPON

技術(shù)概念

　　無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）的概念由來已久，它具有節(jié)省光纖資源、對網(wǎng)絡(luò)協(xié)議透明的的特點(diǎn)，在光接入網(wǎng)中扮演著越來越重要的角色。EPON作為一種新型的光纖接入網(wǎng)技術(shù)，它采用點(diǎn)到多點(diǎn)結(jié)構(gòu)、無源光纖傳輸，在以太網(wǎng)之上提供多種業(yè)務(wù)。以太網(wǎng)（Ethernet）技術(shù)經(jīng)過二十年的發(fā)展，以其簡便實(shí)用，價(jià)格低廉的特性，幾乎已經(jīng)完全統(tǒng)治了局域網(wǎng)，并在事實(shí)上被證明是承載IP數(shù)據(jù)包的最佳載體。隨著IP業(yè)務(wù)在城域和干線傳輸中所占的比例不斷攀升，以太網(wǎng)也在通過傳輸速率、可管理性等方面的改進(jìn)，逐漸向接入、城域甚至骨干網(wǎng)上滲透。

　　而以太網(wǎng)與PON的結(jié)合，便產(chǎn)生了以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)（EPON）。EPON它在物理層采用了PON技術(shù)，在鏈路層使用以太網(wǎng)協(xié)議，利用PON的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了以太網(wǎng)的接入。因此，它綜合了PON技術(shù)和以太網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：低成本；高帶寬；擴(kuò)展性強(qiáng)，靈活快速的服務(wù)重組；與現(xiàn)有以太網(wǎng)的兼容性；方便的管理等等，正成為光接入網(wǎng)領(lǐng)域中的熱門技術(shù)。

　　由于EPON的眾多優(yōu)點(diǎn)，它越來越受到人們的青睞，即將成為寬帶接入網(wǎng)一種最有效的通信方法。為了保證EPON網(wǎng)絡(luò)能夠穩(wěn)定、高效、準(zhǔn)確的運(yùn)行，為EPON提供一個(gè)有效的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)顯得尤為重要。
 

各種PON技術(shù)的發(fā)展：

APON（ATM PON）

　　1995年提出，1996年由13家大型網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商同它們的主要設(shè)備供應(yīng)商組成了FSAN (Full Service Access Network)聯(lián)盟，155Mb/s的PON系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范，ATM傳輸協(xié)議，ITU-T G.983系列標(biāo)準(zhǔn)；

BPON（Broadband PON）

　　2001年，APON標(biāo)準(zhǔn)后來得到了加強(qiáng)，可支持622Mb/s的傳輸速率，同時(shí)加上了動態(tài)帶寬分配、保護(hù)等功能，能提供以太網(wǎng)接入、視頻發(fā)送、高速租用線路等業(yè)務(wù)，寬帶的PON；

GPON（Gigabit PON）

　　FSAN聯(lián)盟進(jìn)行1Gb/s以上速率的PON標(biāo)準(zhǔn)研究，希望提出一種方案，除了能運(yùn)行在更高的速率外，還要在多業(yè)務(wù)、OAM&P、可擴(kuò)縮性等方面較之其它的PON效率更高。這一研究使得Gigabit PON(GPON)出現(xiàn)。2003年1月，ITU-T批準(zhǔn)確立了GPON標(biāo)準(zhǔn)G.984.1、G.984.2和G.984.3；

EPON（Ethernet PON）

　　2000年11月，IEEE成立了802.3 EFM(Ethernet in the First Mile)研究組，業(yè)界有21個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造商發(fā)起成立了EFMA，實(shí)現(xiàn)Gb/s以太網(wǎng)點(diǎn)到多點(diǎn)的光傳送方案，所以又稱GEPON（GigabitEthernet PON）。EFM標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.3ah；

　　EPON 就是一種新興的寬帶接入技術(shù)，它通過一個(gè)單一的光纖接入系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、語音及視頻的綜合業(yè)務(wù)接入，并具有良好的經(jīng)濟(jì)性。業(yè)內(nèi)人士普遍認(rèn)為，FTTH 是寬帶接入的最終解決方式，而EPON 也將成為一種主流寬帶接入技術(shù)。由于EPON網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，寬帶入戶的特殊優(yōu)越性，以及與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)天然的有機(jī)結(jié)合，使得全世界的專家都一致認(rèn)為，無源光網(wǎng)絡(luò)是實(shí)現(xiàn)“三網(wǎng)合一”和解決信息高速公路“最后一公里”的最佳傳輸媒介。
 

EPON接入系統(tǒng)特點(diǎn)

　　局端（OLT）與用戶（ONU）之間僅有光纖、光分路器等光無源器件，無需租用機(jī)房、無需配備電源、無需有源設(shè)備維護(hù)人員，因此，可有效節(jié)省建設(shè)和運(yùn)營維護(hù)成本；

　　EPON采用以太網(wǎng)的傳輸格式同時(shí)也是用戶局域網(wǎng)/駐地網(wǎng)的主流技術(shù)，二者具有天然的融合性，消除了復(fù)雜的傳輸協(xié)議轉(zhuǎn)換帶來的成本因素；

　　采用單纖波分復(fù)用技術(shù)（下行1490nm，上行1310nm），僅需一根主干光纖和一個(gè)OLT，傳輸距離可達(dá)20公里。在ONU側(cè)通過光分路器分送給最多32個(gè)用戶，因此可大大降低OLT和主干光纖的成本壓力；

　　上下行均為千兆速率，下行采用針對不同用戶加密廣播傳輸?shù)姆绞焦蚕韼?，上行利用時(shí)分復(fù)用（TDMA）共享帶寬。高速寬帶，充分滿足接入網(wǎng)客戶的帶寬需求，并可方便靈活的根據(jù)用戶需求的變化動態(tài)分配帶寬；

　　點(diǎn)對多點(diǎn)的結(jié)構(gòu)，只需增加ONU數(shù)量和少量用戶側(cè)光纖即可方便地對系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)容升級，充分保護(hù)運(yùn)營商的投資；

　　EPON具有同時(shí)傳輸TDM、IP數(shù)據(jù)和視頻廣播的能力，其中TDM和IP數(shù)據(jù)采用IEEE 802.3以太網(wǎng)的格式進(jìn)行傳輸，輔以電信級的網(wǎng)管系統(tǒng)，足以保證傳輸質(zhì)量。通過擴(kuò)展第三個(gè)波長（通常為1550nm）即可實(shí)現(xiàn)視頻業(yè)務(wù)廣播傳輸。

EPON與GPON的比較

　　隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和社會日益的發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)逐漸走入尋常百姓家，寬帶的速度越來越成為人們娛樂與工作中常常出現(xiàn)的話題，從窄帶撥號到寬帶上網(wǎng)，再到光纖接入上網(wǎng)，寬帶網(wǎng)絡(luò)速度日益加快，如今PON技術(shù)逐漸走向前臺。目前，有兩個(gè)頗為引人注目的PON標(biāo)準(zhǔn)已正式發(fā)布，其中一個(gè)是由ITU/FSAN制定的Gigabit PON(GPON)標(biāo)準(zhǔn)，另一個(gè)是由IEEE 802.3ah工作組制定的Ethernet PON(EPON)標(biāo)準(zhǔn)。在PON技術(shù)已被毋庸置疑地認(rèn)為是未來FTTH時(shí)代的終極解決方案之后，EPON和GPON誰將主導(dǎo)FTTH大潮已成為當(dāng)前新的爭論熱點(diǎn)。

上行可用帶寬

　　從系統(tǒng)上行傳輸總帶寬中減去各種系統(tǒng)運(yùn)行開銷就是上行可用帶寬。它與系統(tǒng)中包含的ONU數(shù)量、DBA(動態(tài)帶寬分配)算法的輪詢周期、承載業(yè)務(wù)的類型以及各業(yè)務(wù)所占比例等都有很大關(guān)系。EPON和GPON都是寬帶接入技術(shù)，承載的業(yè)務(wù)以IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為主。下面將分別計(jì)算EPON和GPON在包含32個(gè)ONU，輪詢周期為750s的情況下，承載純IP業(yè)務(wù)時(shí)的上行可用帶寬。EPON的上行線路速率是1.25Gbit/s，因?yàn)椴捎昧?B/1OB線路編碼，每10bit中有8bit有效數(shù)據(jù)，所以其有效上行傳輸總帶寬為1Gbit/s，即1000Mbit/s。EPON上行的系統(tǒng)運(yùn)行開銷及其占總帶寬的比例如下:用于突發(fā)接收的物理層開銷:約3.5%；以太網(wǎng)幀的封裝開銷:約7.4%；MPCP(多點(diǎn)控制協(xié)議)和OAM(運(yùn)行管理維護(hù))協(xié)議開銷:約2.9%；DBA算法造成的剩余時(shí)隙(即不足以傳輸一個(gè)完整以太網(wǎng)幀的時(shí)隙)浪費(fèi):約0.6%；EPON上行總開銷為上述開銷之和，約為144Mbit/s，可用帶寬約為856Mbit/s(即1000Mbit/s-144Mbit/s)。上行線路速率為1.244Gbit/s的GPON，采用NRZ編碼，上行總帶寬為1.244Gbit/s，即1244Mbit/s。GPON上行的系統(tǒng)運(yùn)行開銷及其占總帶寬的比例如下:用于突發(fā)接收的物理層開銷:約2.0%；GEM(GPON封裝方法)幀和以太網(wǎng)幀的封裝開銷:約5.8%；PLOAM(物理層運(yùn)行管理維護(hù))協(xié)議開銷:約2.1%；DBA算法剩余時(shí)隙引入額外的封裝開銷(GPON中允許分割幀，當(dāng)剩余時(shí)隙不足以傳輸一個(gè)完整的以太網(wǎng)幀時(shí)，該以太網(wǎng)幀可以被分割成多個(gè)GEM幀傳輸，但每段分割的幀都要再額外增加一個(gè)新的GEM幀頭):約0.8%。GPON上行總開銷為上述開銷之和，約為133Mbit/s，可用帶寬約為1111Mbit/s(即1244Mbit/s-133Mbit/s)。

技術(shù)成熟度

　　EPON ①標(biāo)準(zhǔn) EPON的標(biāo)準(zhǔn)是IEEE802.3ah，標(biāo)準(zhǔn)中定義了EPON的物理層、MPCP(多點(diǎn)控制協(xié)議)、OAM(運(yùn)行管理維護(hù))等相關(guān)內(nèi)容。IEEE制定EPON標(biāo)準(zhǔn)的基本原則是盡量在802.3體系結(jié)構(gòu)內(nèi)進(jìn)行EPON的標(biāo)準(zhǔn)化工作，最小程度地?cái)U(kuò)充標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)的MAC協(xié)議。②核心芯片 目前可以提供EPON核心芯片的專業(yè)廠商有5-6家(不包括自主設(shè)計(jì)芯片的系統(tǒng)廠商)，在標(biāo)準(zhǔn)討論的過程中，這些廠商就己開始芯片的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證，因此在802.3ah標(biāo)準(zhǔn)正式頒布時(shí)，他們大多都已推出了第二代和標(biāo)準(zhǔn)完全兼容的芯片，可以迅速支持EPON系統(tǒng)的大規(guī)模部署。
GPON?、贅?biāo)準(zhǔn) GPON的標(biāo)準(zhǔn)是ITU-T G.984系列標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了GPON的物理層、TC層和OAM相關(guān)功能。GPON標(biāo)準(zhǔn)的制訂考慮了對傳統(tǒng)TDM業(yè)務(wù)的支持，繼續(xù)采用125s固定幀結(jié)構(gòu)，以保持8K定時(shí)延續(xù)。為了支持ATM等多協(xié)議，GPON定義了一種全新的封裝結(jié)構(gòu)GEM(GPON encapsulation method)，可以把ATM和其它協(xié)議的數(shù)據(jù)混合封裝成幀。②核心芯片 除GPON設(shè)備廠商自主設(shè)計(jì)的GPON芯片外，目前還沒有專業(yè)的芯片廠商推出商用GPON核心芯片。GPON設(shè)備上使用的模塊都是專用的自主或協(xié)作開發(fā)的模塊，還沒有專業(yè)的模塊廠商可以提供樣品，更談不上大規(guī)模量產(chǎn)。

多業(yè)務(wù)能力和安全性

　　目前對EPON多業(yè)務(wù)能力質(zhì)疑最多的就是它傳輸傳統(tǒng)TDM業(yè)務(wù)的能力。且不說目前EPON設(shè)備廠商采用的各種TDM over Ethernet的專利技術(shù)提供了EPON單一網(wǎng)段的TDM業(yè)務(wù)傳輸通道，從測試結(jié)果來看，其性能完全滿足1.5ms時(shí)延等指標(biāo)要求，完全符合傳統(tǒng)TDM業(yè)務(wù)的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。就是在普通的以太網(wǎng)設(shè)備上，現(xiàn)在也可以使用各種標(biāo)準(zhǔn)的PWE3(pseudowire emulation edge to edge)設(shè)備提供跨網(wǎng)段、端到端的、透明的傳統(tǒng)點(diǎn)對點(diǎn)TDM通道。而且，隨著傳統(tǒng)TDM業(yè)務(wù)量所占比例的日趨減少，使用分組交換技術(shù)，把TDM業(yè)務(wù)收容到日益擴(kuò)大的分組網(wǎng)絡(luò)中來，無疑將是一種更為經(jīng)濟(jì)的手段。在安全性方面，EPON也使用標(biāo)準(zhǔn)的基于AES的加密技術(shù)，其安全性和GPON無區(qū)別。
 

QoS

　　在QoS方面，EPON定義了8個(gè)優(yōu)先級隊(duì)列，DBA算法也考慮了對不同優(yōu)先級隊(duì)列的帶寬分配策略和公平性等問題。對于數(shù)據(jù)包中的IP優(yōu)先級或以太網(wǎng)優(yōu)先級可以很容易地映射到這8個(gè)優(yōu)先級隊(duì)列中，再通過DBA算法保證其傳輸?shù)膸捄蜁r(shí)延，因此完全可以滿足不同業(yè)務(wù)的QoS要求。GPON中OLT檢測每個(gè)CONT-T的業(yè)務(wù)負(fù)荷，用于預(yù)測/分析ONU的業(yè)務(wù)流情況和網(wǎng)絡(luò)的擁塞情況，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀況給每個(gè)CONT-T分配資源，但并不涉及VP/VC或Port_ID的QoS。VP/VC或Port_ID提供的QoS保證由兩端的ATM/GEM client的相應(yīng)機(jī)制來完成。對于有不同QoS要求的業(yè)務(wù)，GPON通過使用指針安排ONU用不同的傳輸方式來實(shí)現(xiàn):調(diào)整其授權(quán)帶寬和授權(quán)周期來保證業(yè)務(wù)的帶寬和時(shí)延要求。實(shí)際上，在如何保證業(yè)務(wù)的QoS方面，EPON和GPON的實(shí)現(xiàn)機(jī)理本質(zhì)上是一樣的。GPON中的OAM包括帶寬授權(quán)分配、DBA、鏈路監(jiān)測、保護(hù)倒換、密鑰交換以及各種告警功能。從標(biāo)準(zhǔn)本身來看，GPON標(biāo)準(zhǔn)中定義的OAM信息比EPON標(biāo)準(zhǔn)定義的豐富，不過從實(shí)際的設(shè)備來看，二者提供的功能并沒有多少差異，目前的EPON設(shè)備也能提供這些功能。

總結(jié)

　　綜上所述，在QoS、多業(yè)務(wù)承載、安全性等方面，目前的EPON產(chǎn)品與GPON標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的相當(dāng)，但每單位帶寬成本則要比GPON低得多，而且EPON的技術(shù)更成熟，更早被市場接受，更早進(jìn)入大規(guī)模商用的階段。下一代網(wǎng)絡(luò)將是基于分組的網(wǎng)絡(luò)，目前以太網(wǎng)作為分組網(wǎng)絡(luò)的絕對主流承載平臺，已經(jīng)是一個(gè)不爭的事實(shí)。將來用戶側(cè)的網(wǎng)絡(luò)接口肯定是一個(gè)以太網(wǎng)的接口，城域網(wǎng)上的以太網(wǎng)接口肯定也會隨處可見，使用以太網(wǎng)技術(shù)把兩側(cè)的以太網(wǎng)接口連接起來將會是一件很自然的事情。