摘要:随着万物互联的发展、在政企业务大带宽的业务需求驱动下,下一代PON技术孕育而生,文章在对现有PON技术描述的基础上延展至下一代PON技术,并阐述了下一代PON技术(10GEPON、10G GPON)的特性和运用场景。
关键词:无源光网络;EPON;GPON;10G EPON;10G GPON;光接入网;
引言
作为中国电信集团基础建设的参与者,我们都知道目前主流的PON技术主要是EPON和GPON技术,也是目前中国电信对接公众客户和政企客户的主要方式,所以其重要性显而易见。在万物互联、信息爆炸的大时代下,高带宽、大带宽的业务需求将会爆发式的增长,政企客户、公众客户对大带宽的依赖也会变得越来明显,文章由此引入10G EPON和10G GPON的发展进程和实际运用。该文章的初衷旨在向同事或者客户阐述下一代PON技术的的特性和实际运用场景,作为设计和学习的参考。
1、PON网络简介
PON(Passive Optical Network:无源光纤网络), 是一种基于P2MP 拓扑的技术,所谓无源是指光配线网(ODN)中不含有任何电子器件及电子电源,ODN 全部由光分路器(Splitter)等无源器件组成, 不需要有源电子设备。
PON网络主要有线路终端设备(OLT Optical Line Terminal) ,用户侧的 ONU(OpticalNetwork Unit,光网络单元)和 ODN(OpticalDistribution Network,光配线网络)组成。
PON技术下行采用广播的方式,实现天然组播,终端设备ONU选择性接收数据,上行采用TDMA(时分复用方式)灵活区分不同的终端设备ONU数据。
2、PON系统网络架构
基于 PON 的光纤接入系统在整个网络中位置如图 2-1 所示。
图 2-1 PON 系统在整个网络中的位置
3、现网中的PON技术
目前运营商现网中主流的PON技术有EPON技术和GPON技术。EPON技术支持最大分光比为1:64,其线路速率上下行均为1250 M,支持可用的带宽为上行900M,下行950M。如果按照业务50%的并发率计算,按照最大分光比组网,每个用户能分到的可用下行带宽为30M; GPON技术支持最大分光比为1:128,其线路速率上行为1244M,下行速率为2488M,支持可用的带宽为上行1000M,下行2200M。如果按照业务50%的并发率计算,按照最大分光比组网,每个用户能分到的可用下行带宽为34M。
目前中国电信现网中主要采用GPON技术,分光以1:64为准,局部地区控制在1:32以内。
4、下一代PON网络技术
4.1、发展背景
从大的方面说,下一代互联网具有明显的“质量”特征。“大带宽”为量,是下一代互联网的基本特征,“低延时”和“少丢包”为质,是基于大视频和大连接业务发展方向而出现的定向特征。大数据时代、大带宽时代的到来对网络的“质量”特征提出了驱动力。从小的方面说,随着用户对高清IPTV、视频监控等高带宽业务需求的增长,各运营商逐渐意识到现有的EPON、GPON技术已经不能满足业务长期发展的需求,特别是在FTTB、FTTN场景。在大环境的驱使下光接入网在带宽、业务支撑能力以及接入点设备功能和性能方面都面临着升级需求,因此产业界相关组织和运营商相续提出了下一代PON技术的发展需求。
4.2、下一代PON网络技术特点
a) 、10Gbit/s 及以上的传输速率。上下行对称 10Gbit/s 或者下行 10Gbit/s 上行至少 1Gbit/s 的非对称系统,更先进的系统应该支撑 40Gbit/s 的下行速率。
b) 、更高的光功率预算和更大的分路比。下一代 PON 的最大光功率预算应大于 28dB,至少支持 1:64 的分光比。
c) 、兼容现有的 EPON/GPON 系统。下一代 PON 系统应该能够与现已大量部署的 EPON/GPON 系统共存,继承现有 EPON/GPON 的所有业务并确保用户向下一代 PON 网络迁移过程的平滑。
d) 、更强的组网能力。下一代 PON 要满足运营商包括 FTTH/O、
e) FTTB、FTTC、FTTN 等多种场景的组网需求,因此对其设备形态、业务管控、网络管理与维护等方面提出了更高的要求。
下一代 PON 技术将有TDM、WDM、TDM-WDM 混合、OFDM、OCDMA 等多种实现方式。其中 TDM 被普遍认为在 10Gbit/s 速率的系统上仍然具有比较强的成本和成熟度优势,而 WDM PON 和TDM-WDM 混合PON 被公认为40Gbit/s 速率 PON 系统的主流方案。基于现状可以预判到,PON 技术将从现在的 1G-PON 系统向 10G-PON 系统发展,进而向 40G-PON 系统或更高速率系统的方向发展。
4.3、下一代PON网络技术的标准
IEEE 和ITU 两大国际组织分别制定了 EPON 和 GPON 两套不同的标准。面对下一代互联网的发展,不同组织给出了不同的“下一代 PON”演进路线和相应的标准。
在IEEE的规划中,EPON 将以单波扩容至 10G 的方式演进到 10G-EPON 阶段,在此阶段 10G-EPON 可选择上下行对称(上行/下行:10G/10G)的模式,也可选择上下行非对称(上行/下行:1G/10G)的模式;10G-EPON 后继续以单波扩容至 25G 的方式演进到 NG-EPON 阶段,然后以多波合波的方式演进到 50G/100G-EPON 阶段。
10G EPON和EPON原理相同,下行方向于广播的形式存在,上行以时分复用的方式,在下行方向上,EPON 和 10G-EPON 的波长范围和标称波长均不重叠,可以以WDM的方式共存,在上行方向,EPON 和 10G-EPON 的波长范围重叠但标称波长不重叠。其中非对称模式下,10G-EPON 与EPON 同波长;对称模式下,10G-EPON 与EPON 采用双速率TDMA 方式共存。
在ITU的规划中,由于 GPON 标准本身具有对称和非对称两种模式,而实际应用中大多数运营商都选择了 GPON 的非对称模式。中国电信集团公司根据自身发展需求于 2017 年 3 月正式发布了《中国电信 XG-PON 设备技术要求》(Q/CT 2635-2017)的企业标准。在此标准中XG-PON 只支持一种速率模式,下行 9.95328Gbit/s ,上行2.48832Gbit/s。
XG-PON 标准是对 GPON 标准的拓展,其原理与 GPON 相同,在下行方向采用广播方式,在上行方向采用 TDMA 方式,主要在波长上有所区别,其上下行波长范围和标称波长均不重叠,所以可以以WDM的方式共存。其共存方式目前主要有两种,内置合波器和外置合波器两种方式。
10G EPON在非对称模式下,其线路速率上行1.25Gbit/s,下行10Gbit/s,其可用上行带宽0.71-0.86Gbit/s,下行可用带宽为8.73-9.16Gbit/s;对此模式下其线路速率上行、下行都为10Gbit/s,其可用上行带宽7.78-8.25Gbit/s,下行可用带宽为8.67-9.14Gbit/s;
XG-PON目前在 中国电信的企业标准里只支持非对称模式,上行2.5Gbit/s,下行10Gbit/s;
4.4、下一代PON网络技术的网络结构
与GPON 系统相同,XG-PON 系统通常由局侧的 OLT、用户侧的 ONU 和ODN 组成,采用点对多点的网络结构。ODN 由单模光纤和光分路器、光连接器等无源器件组成,为 OLT 和ONU 之间的物理连接提供光传输媒介,同理10G EPON系统和EPON系统也是相同的。
4.5、下一代PON网络技术的实际运用场景
考虑到中国电信现网中10G GPON 的运用比较受青睐,所以本小节只列举10G GPON 的实际运用场景。
目前中国电信主推10G GPON的业务升级。由于 XG-PON 系统与GPON 系统在上下行波长范围及标称波长上完全不重叠,因此两者可通过 WDM 方式共存,共存方式包括:外置合波和内置合波两种方式。外置合波采取在 OLT 设备和ODN 之间插入 WDM1r (1.5DB)器件的方式;内置合波采取在 OLT PON 口上应用GPON/XG-PON 双模光模块的方式,GPON/XG-PON 双模光模块是将 GPON 光收发器、XG-PON 光收发器和共存合波器集成在一个光模块上。
2018年中国电信股份有限公司云南公司逐渐开始下达关于网络升级至10G GPON的相关要求和投资。玉溪市属于云南省经济比较发达的市区城市,所以推进10GGPON的建设已是必然趋势。玉溪市红塔区沃尔玛商业广场是聚集商业、政企为一体化的时代广场,随着物联网络的时代到来,GPON接入政企客户已经不能满足客户对带宽的需求业务,所以本次玉溪电信公司要求厂家和设计院及相关单位进行了业务的升级。
本期设计理念遵循行业标准,原有机房华为MA5800X15设备背板支持对GPON进行10 GPON的升级,所以本期在原有设备上采用外置合波的方式进行。从下面图中可以看出,整体PON网络结构在原有的基础上保持结构不变,在局端OLT机柜配置WDM1R无源合波设备。本期于红塔区201局7楼机房华为MA5800X15设备同机柜下放置WDM1R设备,整体的ODN网络保持结构不变,中间涉及局部调纤。
WDM1R设备单块支持两路10GGPON/GPON接入,SC口为复用接口,最大支持16槽位。
GPON-10GPON系统图:
GPON-10GPON系统图
5、结语
在EPON和GPON技术逐步成熟并规模商用的基础上,产业界开始考虑下一代PON技术,以进一步提高光接入网的能力。下一代PON技术主要包括10G EPON和XG-PON。目前10GEPON和10G GPON技术进展非常迅速,产业链也已经基本成熟.并在现网中得到了试验,目前各省份已开始规模化建设,在建设的过程中,下一代PON技术对0LT系统架构也提出了一系列新的挑战,包括总线结构、业务控制和管理、交换能力、成本控制等方面,但我们始终相信未来的网络总是会带给我们不一样的体验。