10G EPON关键技术及产业发展现状

责任编辑:匿名 (未验证) 2010/04/29 作者:彭磊
一、10G EPON论述
        在宽带接入高速发展的今天,无源光网络(PON)技术以其公认的高速率、长距离、多业务、低成本、易维护等特点,成为当前各运营商首选的接入模式。截至到2010年5月,国内PON发展规模已经接近5千万线。但是,随着用户需求的提高,特别是对带宽的不断追求,使得现有PON技术又面临新的挑战,当前主流建设模式FTTB+LAN提供的带宽为2~8Mbps,FTTH模式提供的带宽为10~30Mbps。随着IPTV、HDTV、可视电话、视频监控等视频流业务以及在线游戏、互动等大流量宽带业务的开展与普及,用户接入带宽要求达到50~100Mbps的能力,现有接入带宽将很快成为瓶颈;同时随着OLT接入能力的不断提升,其覆盖用户数量也会成倍增长,因此,速率的大幅提升成为当前的关注热点。而下一代10G EPON接入技术便成为最好的解决方案。
        10G EPON技术在设计上最大限度地继承了传统EPON的全部特点,其最大优势体现为可在保持现有ODN网络结构不变的情况下,实现EPON网络平滑升级到10G EPON网络,并且具备EPON/10G EPON混合组网能力。在技术标准方面,10G EPON标准IEEE 802.3av规范针对10G的MPCP协议(IEEE802.3)以及PMD层进行扩展,并推出了1G-EPON和10G-EPON并存的分层模型;维护管理方面,则继续沿用IEEE 802.3ah 相应OAM管理标准,同时增加符合IEEE 802.3av的管理规程。同时,10G EPON标准在光层参数定义上较为宽松,可以继承现有10G以太网的相关技术和管理手段。
        10G EPON的标准IEEE 802.3av规范从2006年开始起草制定,期间历经约20次会议研讨,完成所有关键技术研究及意见修订,其标准制订进程较为顺利,并于2009年9月颁布其正式规范,成为业内公认的下一代PON标准,此期间主要工作进展包括:
        2005年11月  国际以太网组织IEEE802.3成立了10G EPON工作组
        2006年03月  802.3avTF成立,确定10GEPON标准目标
        2007年09月  发布首个10G EPON标准草案
        2008年03月  D1.1 确定主要技术类型/参数
        2008年12月  D2.2 修订
        2009年04月  D3.2 终稿
        2009年09月  标准发布
        由于IEEE802.3ah标准已经十分成熟,且获得较大规模的实际部署,因此IEEE802.3av标准的核心有两点:1、扩大802.3ah标准的上下行带宽,达到10G速率;2、规定10G EPON具备很好的兼容性,通过1G/10G共存最大限度保护运营商投资。

二、10G EPON关键技术
        IEEE 802.3av的重点在物理链路层的变化,而协议层仍基于1G EPON的控制协议(MPCP)。仅对MPCP的发现、注册、测距,DBA动态带宽分配、10G FEC、 扩展OAM以及与1G 速率的后向兼容性等做了相应改进。注册机制进行了升级以支持多速率操作。PCS层描述线路编码源自10G以太网,以64/66编码(效率97%)作为基线,替换EPON采用的8/10B编码(效率为80%),大大减少了开销,提高了数据传输效率。
        增加前向纠错(FEC)。FEC奇偶校验字节被周期性地添加至编码中,无论封包边界怎样,FEC操作都是强制性的。所选用的FEC编码是RS(255、223),可增加光功率预算5~6dB,与1G EPON的RS(255,239)编码相比能力更强。
        10G EPON下行采用不同波长方式,上行采用双速率突发模式接收技术,通过TDMA机制协调1G和10G光节点共存。光模块方面,OLT模块利用波分集成技术,集成了1270nm/1310nm/1490nm/1577nm四个波长,其中1490nm和1577nm用于下行,分别传输连续 1.25G 和10.3125G信号,1310nm用于1.25G突发上行接收,1270nm用于10.3125G突发上行接收。从而实现在同一光配线网络下的共存与平滑改造。
        在光功率预算方面,10G-EPON目前规定了三种功率预算,即PR10/PRX10、PR20/PRX20和PR30/PRX30,功率预算如下表所示。目前10G-EPON的 功率预算最大可以支持20km传输距离和1:32分光比。
        除了IEEE 802.3av标准所制定的技术规范,10G EPON系统要求实现更高速率输送、更大容量交换以及更精细化的业务负载和调度能力,其系统设计必须满足超高速背板、百G高速上联、T容量交换等技术;因此包括如大功耗交换芯片的散热,高速信号完整性,大容量转发延时等问题也成为10G EPON的关键技术。
        动态带宽分配(DBA)机制: 10G-EPON系统DBA机制与传统略有不同,新平台需调度1G和10G两个系统。下行方向DBA采用WDM技术传输,而上行方向由于两个系统的线路编码不同,需采用两种MAC栈结构,因而MAC客户端层需要两种不同的接口机制,也需要DBA机制做相应的改进。
        组播业务方面:随着10G EPON系统OLT接入的用户数量增加,且每用户带宽提高,由此导致同时访问多个频道的几率大大增加,对于PON芯片和交换芯片,则需要维护更多的组播条目数,同时对于用户快速响应的需求更是大大提高;另外,随着更多三层处理模块的参与,IGMP协议处理需要维护多个状态机,其对丢包和延迟会更加敏感。IGMP协议处理对整个系统的处理能力要求也进一步提高。
        为适应网络的可持续性发展,10G EPON系统要求全面支持IPV6全协议栈要求;其中包括ICMPv6、MLDv2/MLDv2 snooping、DHCPv6、RIPng基本功能、OSPFv3、BGP4+、IPv6 ACL、IPv6 QoS、IPv4/IPv6双栈、手工隧道、UDPv6、TCPv6对上层应用的支持以及Telnet/SNMP网管对IPv6的支持等要求,因此10G EPON系统对其功能的开发上还需要全面提升。

三、10G EPON技术产业链发展状况
        MAC芯片
        目前主流的EPON MAC芯片厂商都在积极参与10G EPON MAC芯片的研发,各芯片厂商已相继发布了基于FPGA(现场可编程门阵列)的解决方案,包括PMC-Sierra、Teknovus、Cortina、Opulan等都有具体的10G EPON芯片研发路线图。并先后推出了10GEPON非对称/对称演示样机;在ASIC芯片方面,业界将在2010年三季度推出 10G EPON的OLT/ONU ASIC芯片,预计届时业界将有多家OLT的ASIC芯片面世。 同时Freescale、Marvell也看好10G EPON市场前景,启动了ONU ASIC芯片计划,计划2010年提供产品。
 
        光模块
        在10G EPON的光模块研发方面,包括海信光电子、Source Photonics、Neophotonics、Superxon、WTD、Innolight等多个光模块厂商先后发布10G EPON对称/非对称光模块,在封装、指标、成本方面取得长足进步。其中海信推出的一体化的对称/非对称光模块,可集成1270/1310/1490/1577nm等4个波长的光收发模块,满足实现10G/ 10G,10G/1G混合模式,在光功率预算方面可达到PRX/PR30等级。
另外包括三菱、APACOPTO、优博创等厂商也在积极参与10G EPON光模块的研发,预计光模块将在一年内满足商用要求,成本将会持续降低。
 
        突发模式收发器件
        由于PON技术的上行数据流采用时分复用方式,因此突发模式收发器件是必须解决的关键技术。目前业界已经有川崎微电子和Vitesse可以提供10G EPON的突发模式收发器件。
        川崎微电子(Kawasaki microelectronics, K-Micro or KME)已经开发出使用于10G EPON OLT的突发模式SERDES测试晶片CTXL1。 此SERDES测试晶片CTXL1同时支持下行10G/上行10G对称/非对称模式。CTXL1的锁定时间小于100纳秒,使系统的效率得以较大提升。
        Vitesse半导体公司在2009年4月宣布了业界首款用于10G EPON的全套物理媒体相关(PMD)芯片组。该芯片组使用四个集成电路(IC),解决了网络中发送和接收路径问题,提供高性能的连续模式解决方案。同时,该10G EPON芯片组符合IEEE802.3av/D3.0标准。10G EPON突发模式收发器件已取得全面突破,近期即可商用。
 
        运营商关注情况
        随着10G EPON产业链的不断完善,各大运营商也开始密切关注10G EPON的进展,并积极开展测试和试点商用局的部署。其中包括:
        法国电信2009年7月启动10G EPON测试,11月测试完成,测试结果令人鼓舞;
        美国时代华纳(TWC),2009年9月启动10G EPON测试,计划今后平滑升级到10G EPON
        NTT、 KT、中华电信、新电等近期都有测试10G EPON的计划。
        国内方面:
        中国电信2009年11月进行了第二轮10G EPON芯片级互通测试,主测对称系统,测试结果好于预期;同开通10G EPON商用试点;
        中国移动2009年7月开始10G EPON测试,并于2009年11月开通商用试点;
        中国联通也积极跟踪10G EPON进展,计划近期启动建设10G EPON试点。

四、烽火通信10G EPON解决方案
        2009年10月,烽火通信正式发布AN5516-01 型10G-EPON平台,提供10G高速率的EPON接入能力,该平台同时也是EPON/GPON混合平台,并能满足与现网完全兼容,实现平滑升级。烽火10G EPON平台其最大优势表现在全面支持10G/10G、10G/1G、1G-/1G三种速率模式运行,同时支持EPON/GPON/10GEPON的混插模式,并能为用户提供FTTH、FTTB多种建设场景,特别适合不同用户的高带宽业务、高密度用户接入的各种应用场景。
        ONU方面,烽火公司现有的AN5006-20型ONU以其1.25G速率接口已在现网中大量运行,配合10G EPON平台,支持10G速率的平滑提升,只需更换上联10G EPON接口,即可实现宽带提速,保持原有网络结构不变,保护投资,降低升级风险。同时,还计划陆续推出相应新款10G速率的ONU系列产品,满足运营商不同用户的需求。
        烽火通信凭借在FTTX领域深厚的技术积累和强大的市场基础,在国内占有超过1/3的份额,利用烽火现有E/GPON平台,按照不同用户对带宽要求的不同,逐步进行网络升级改造,实现10G与1G共存,稳步平滑提升网络性能,并能实现统一平台管理,ONU兼容等优势,其改造过程对现网影响小,可靠性高,同时最大程度保护运营商建设投资,使得10G EPON建设得以有步骤地顺利进行。

五、结束语
        综上所述,10G EPON产业链从技术标准、芯片光模块、运营商以及系统厂商等,都已做好了充分的准备,2010/2011年将正式开始进入商业化部署阶段,随着用户对接入带宽提出越来越高的要求,也作为EPON高端技术的进一步补充,10G EPON必将顺利步入良性发展阶段,正如今天EPON产业的成功一样,10G EPON也定能实现同样的社会价值和产业辉煌。

扩展阅读

  • 扫码关注微信公众号