对比分析EPON及GPON的关键技术与建设优势

摘　要：文章介绍了EPON及GPON的特点、关键技术及建设优势，并对EPON及GPON技术进行了比较，为EPON及GPON的大规模建设提供参考。

关键词：EPON；GPON；关键技术；建设优势
一、EPON技术
(1)EPON技术特点
　　EPON技术主要采用单纤波分复用技术，下行利用1490nm波长，采用TDM广播方式进行传输，上行利用1310nm波长，采用TDMA方式进行传输。一套典型 EPON系统主要由OLT、ONU和 ODN等构成。OLT位于中心局，提供 EPON系统与服务提供商核心数据、视频和电话网络之间的接口。ONU 位于用户端，提供用户的数据、视频和电话网络与 EPON 之间的接口。可以灵活地组 成树型、星型、总线型等拓扑结构。所谓“无源”，是指 ODN 中不含有任何有源电子器件及电子电源，全部由光分路器等无源器件组成，因此其管理维护的成本较低，PON技术示意图如图1所示。

　　图1 PON技术示意图
　　ODN主要由一个或数个光分路器来连接OLT和ONU，它的功能是分发下行数据并集中上行数据。OLT既是一个交换机或路由器，又是一个多业务提供平台，提供 面向无源光纤网络的光纤接口。OLT除了提供网络集中和接入的功能外，还可以针对用户的QoS/SLA的不同要求进行带宽分配，网络安全和管理配置。Splitter是一个简单设备，它不需要电源，可以置于全天候的环境中，一般一个 Splitter的分线率为2、4或8，并可以多级连接。在 EPON中，OLT到ONU间的距离最大可达20km，如果使用光纤放大器(有源中继器)，距离还可以延长。
EPON中的ONU采用了技术成熟而又经济的以太网络协议，在中带宽和高带宽的 ONU中实现了成本低廉的以太网第二层或第三层交换功能。这种类型的ONU可以通过层叠来为多个最终用户提供相当高的共享带宽。因为都使用以太网协议，在通信的过程中，就 无需协议转换，而实现 ONU对用户数据的透明传送。当然，对于光纤到家(FTTH)的接入方式，ONU可以不需要交换功能，从而能在极低的成本下为终端用户分配所需的带宽。远程业务分配控制管理可以让运营商通过对用户不同时段的不同业务需求做出响应，这样可以提高用户满意度。运营商可以通过中心管理系统对 OLT、ONU 等所有网络单元设备进行管理，同时可以很灵活地根据用户的需要来动态分配带宽。EPON的技术特点主要表现在：①EPON网络可以在同一个平台上提供数据、语音和视频应用，能综合现有的语音、数据和视频应用，并能兼容未来的数字电视、VoIP和VOD等业务，实现扩展性强的综合业务接入；②由于无源光器件无需供电，无需建设专门的小区机房，加快建网速度，节省建网成本。无源光器件寿命长、可靠性高，也大大降低了长期的网络管理和维护的成本，EPON的无源和点到多点结构使得网络升级扩容更方便灵活；③利用单纤组网，采用波分复用技术就可以完成上下行数据的传输，可大量节省光纤和中心局端所需的激光器数目，可以充分利用现有网络资源；④EPON网络能够提供非常高的带宽，物理层编码方式采用SB/IOB码，能够提供上下行对称的1.25Gbit/s带宽，基本能适应现在及将来几年内用户对带宽的需求；⑤使用以太网技术，帧格式与现有的以太网相兼容，无需传输协议转换即可承载IP业务，实现ONU对用户数据的透明传送，大大简化了系统结构；⑥EPON提供了全新的OAM网络管理机制，在中心局可以实现对网络末端设备的统一管理，提高维护效率，降低运营成本。同时可以对每个用户的带宽实现集中分配，提供差异化服务。
(2)EPON的关键技术
　　EPON系统的设计主要在以太网模型的物理层和MAC层，其关键技术都在MAC 控制层上完成，即一般而言的PON传输层。传输汇聚层负责OLT和多个ONU之间在下行方向和上行方向以太网信元的正确传输，保证OLT和ONU的发送和接收机调准在正确的光功率电平上；并控制每个ONU的上行传输，避免上行以太网信元的碰撞。其包含如下几个主要关键技术：
　　①测距：EPON为点对多点拓扑结构，采用TDMA技术实现信息传送。各个ONU 与OLT之间的逻辑距离是不相等的。OLT需要有一套测距功能来测试每一个ONU 与OLT之间的逻辑距离，并据此来指挥ONU调整其信号发送延时，使不同距离的 ONU所发送的信号能在OLT处准确地复用在一起。目前采用比较成熟的数字计时技术的带内开窗测距法被大部分设备制造商所采纳；②带宽分配：上行方向信道中的传输是采用时分复用接入方式来共享光纤的，各个ONU收集来自用户的信息并以1.25Gbit/s以上的高速向OLT发送数据，不同的ONU发送的数据占用不同的时隙。随着各种宽带业务的发展，用户对带宽的需求肯定越来越大，如何根据不同用户的业务类型与业务特点合理分配信道带宽，使网络提供者以一套最有效的手段利用网络资源，是决定 EPON 系统性能的关键技术之一；③时钟提取：对于系统的高速率，快速同步是必须解决的核心问题。而其中ONU和OLT以及上下行比特码的时钟一致是其中的关键，目前一般都采用 PLL(锁相环从下行信号中提取时钟，利用帧同步字检测方式实现帧同步；④搅动：由于PON固有的组播特性，为了保证信息有起码的保密性，系统必须采用所谓搅动的保护措施。该措施介于传输系统扰码和高层编码之间，这种搅动功能实施 信息扰码并能为信息保密提供低水平的保护；⑤同步接收：EPON是一个网同步系统，需要实现OLT与ONU之间的快速同步。各个ONU与OLT都需要有一个同步接收的问题，否则一旦发生bit错位或者相位突变，数据接收错误不但影响到数据严重丢失，不断重传，还有可能导致网络拥塞和网络瘫痪。
(3)EPON的建设优势
　　基于FTTH/FTTB网络结构，EPON 系统可以带来多方面的好处。①由于EPON系统的ODN部分没有电子部件，无需电源供应，因此容易铺设，建设成本低。EPON系统对局端资源占用很少，模块化程度高，扩展容易，投资回报率高。同时大多数EPON系统都是一个多业务平台，对于向全IP网络过渡是一个很好的选择；②EPON目前可以提供上下行对称的 1.25Gbit/s 的带宽，并且随着以太网技术的发展可以升级到 10Gbit/s，能满足对于未来高宽带 Internet需求；③EPON作为一种点到多点网络，以一种扇出的结构既节省光纤的资源，同时这种共享带宽的网络结构能够提供灵活的带宽分配；④EPON可以通过在 OLT与ONU之间的单元开销，通过DiffServ来实现和保证不同用户的QoS。
二、GPON技术
(1)GPON技术特点
　　基于GPON技术的设备基本结构与已有的PON类似， 也是由局端的OLT，用户端的ONT/ONU，连接前两种设备由单模光纤和无源分光器组成的 ODN以及网管系统组成。对于其他的PON标准而言，GPON标准提供了前所未有的高带宽，下行速率高达2.5Gbit/s，其非对称特性更能适应宽带数据业务市场。提供QoS的全业务保障，同时承载ATM 信元和(或)GEM帧，有很好的提供服务等级、支持QoS保证和全业务接入的能力。承载 GEM帧时，可以将TDM业务映射到GEM帧中，使用标准的 8kHz(125μs)帧能够直接支持TDM业务。作为电信级的技术标准， GPON还规定了在接入网层面上的保护机制和完整的OAM功能。在GPON标准中，明确规定需要支持的业务类型包括数据业务(Ethernet业务，包括IP业务和MPEG视频流)、PSTN业务(POTS，ISDN业务) 、专用线(T1，E1，DS3， E3和ATM业务)和视频业务( 数字视频)。GPON中的多业务映射到ATM信元或GEM帧中进行传送，对各种业务类型都能提供相应的QoS保证。
(2)GPON 的关键技术
　　GPON技术具备向10G EPON技术和10G GPON技术演进的能力。自2007年以来，FSAN制定了分两步研究NG-PON技术的计划NGA1和NGA2。NGA1主要研究与GPON共存的下一代光接入技术；在充分考虑当前波长和未来波长的可持续演进能力方面，NGA1确定采用波分方式实现当前GPON和下一代10G GPON的演进，10G GPON的上下行波长与当前GPON的波长独立，并且和10G EPON的波长划分保持一致，下行中心波长为1577nm，上行为1270nm。因此采用波分复用技术WDM能够实现当前GPON与下一代的10G EPON和10G GPON的平滑演进。
(3)GPON的建设优势
　　从技术上看，GPON拥有更大带宽、更远传输距离、更高分路比，更加满足扁平化接入网建设需求；从产业链看，GPON的系统、芯片和光模块厂家规模及实力均超过EPON，所有大的系统厂家都支持GPON，7家芯片厂家支持GPON，只有3家支持EPON，并且GPON芯片厂家的规模和实力更强；从运营商选择来看，大部分运营商选择GPON；从成本来看，单用户接入成本GPON和EPON相当，单位带宽成本GPON较低；从技术演进来看，10GEPON规模商用至少需要3年时间，10GGPON的研究与开发已经提上日程。GPON因为速度更快、性价比更高，被不少人看好。
三、EPON技术与GPON 技术比较分析
　　
　　从上表可以看出 FTTH的EPON传输距离只有5－10KM，但GPON更可以达到20KM，可以大大节省接入点机房数量及机房配套设施需求，并且还可以满足真正意义“三网融合”的带宽需求。目前基于EPON的FTTB建网，在实现电话和互联网两项业务的情况下，每线用户的建设价格已经降到700元左右。这对于刚要跨入市场的GPON无疑是一个难以超越的界限。所以，目前运营GPON策略的基本思路是，先将GPON定位新建的高端FTTH/FTTO商业客户和住宅用户，为这些客户提供高速宽带接入、高清IPTV和家庭网关等新型业务，随着GPON每线建设价格的不断下降，将这些业务模式不断向中低端客户进行更大规模的推广。
参考文献：
[1] 中国电信光纤到户(FTTH)工程设计规范(暂行)[M].DXJS1021-2007.
[2] 中国电信光纤到户(FTTH)工程施工及验收规范(暂行)[M].DXJS1022-2007.