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EPON与GPON介绍与区别概述

 EPON介绍:

宽带业务的进一步发展,为运营商宽带提速创造了需求。您可能已经注意到,家中的电话线已经逐渐被光纤所取代。而EPON是一种实现光纤到户的重要技术。

EPON(Ethernet Passive Optical Network,以太网无源光网络),顾名思义,是基于以太网的PON技术。它采用点到多点结构、无源光纤传输,在以太网之上提供多种业务。EPON技术由IEEE802.3 EFM工作组进行标准化。2004年6月,IEEE802.3EFM工作组发布了EPON标准——IEEE802.3ah (2005年并入IEEE802.3-2005标准)。在该标准中将以太网和PON技术结合,在物理层采用PON技术,在数据链路层使用以太网协议,利用PON的拓扑结构实现以太网接入。因此,它综合了PON技术和以太网技术的优点:低成本、高带宽、扩展性强、与现有以太网兼容、方便管理等。

EPON技术基础:

无源光网络(PON)的概念由来已久,它具有节省光纤资源、对网络协议透明的特点,在光接入网中扮演着越来越重要的角色。同时,以太网(Ethernet)技术经过二十

 

                                             

 

 

EPON波分复用技术

年的发展,以其简便实用,价格低廉的特性,几乎已经完全统治了局域网,并在事实上被证明是承载IP数据包的最佳载体。随着IP业务在城域和干线传输中所占的比例不断攀升,以太网也在通过传输速率、可管理性等方面的改进,逐渐向接入、城域甚至骨干网上渗透。而以太网与PON的结合,便产生了以太网无源光网络(EPON)。它同时具备了以太网和PON的优点,正成为光接入网领域中的热门技术。

EPON媒质的性质是共享媒质和点到点网络的结合。在下行方向,拥有共享媒质的连接性,而在上行方向其行为特性就如同点到点网络。

下行方向:OLT发出的以太网数据报经过一个1:n的无源光分路器或几级分路器传送到每一个ONU。N的典型取值在4~64之间(由可用的光功率预算所限制)。这种行为特征与共享媒质网络相同。在下行方向,因为以太网具有广播特性,与EPON结构和匹配:OLT广播数据包,目的ONU有选择的提取。

上行方向:由于无源光合路器的方向特性,任何一个ONU发出的数据包只能到达OLT,而不能到达其他的ONU。EPON在上行方向上的行为特点与点到点网络相同。但是,不同于一个真正的点到点网络,在EPON中,所有的ONU都属于同一个冲突域――来自不同的ONU的数据包如果同时传输依然可能会冲突。因此在上行方向,EPON需要采用某种仲裁机制来避免数据冲突。

GPON介绍

GPON(Gigabit-Capable PON) 技术是基于ITU-TG.984.x标准的最新一代宽带无源光综合接入标准,具有高带宽,高效率,大覆盖范围,用户接口丰富等众多优点,被大多数运营商视为实现接入网业务宽带化,综合化改造的理想技术。GPON最早由FSAN组织于2002年9月提出,ITU-T在此基础上于2003年3月完成了ITU-T G.984.1 和G.984.2的制定,2004年2月和6月完成了G.984.3的标准化。从而最终形成了GPON的标准族。

GPON技术起源于1995年开始逐渐形成的ATMPON技术标准,PON是英文“无源光网络”的缩写。而GPON(Gigabit-Capable Passive Optical Network) 最早由FSAN组织于2002年9月提出,ITU-T在此基础上于2003年3月完成了ITU-T G.984.1 和G.984.2的制定,2004年2月和6月完成了G.984.3的标准化。从而最终形成了GPON的标准族。 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(光线路终端),用户端的ONT/ONU(光网络终端或称作光网络单元),连接前两种设备由单模光纤(SM fiber)和无源分光器(Splitter)组成的ODN(光分配网络)以及网管系统组成。

GPON特点

GPON的技术特点是在二层借鉴了ITU-T定义的GFP(Generic Framing Procedure,通用成帧规程)技术,扩展支持GEM(General Encapsulation Methods)封装格式,将任何类型和任何速率的业务经过重组后由PON传输,而且GFM帧头包含帧长度指示字节,可用于可变长度数据包的传递,提高了传输效率,因此能更简单、通用、高效地支持全业务。具体如下:

(1 ) 前所未有的高带宽。GPON 速率高达2 .5 Gbps, 能提供足够大的带宽以满足未 来网络日益增长的对高带宽的需求, 同时非对称特性更能适应宽带数据业务市场。

(2) QoS 保证的全业务接入。GPON 能够同时承载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。目前, ATM 承载话音、PDH、 Ethernet 等多业务的技术已经非常成熟; 使用GEM 承载各种用户业务的技术也得到大家的一致认可, 已经开始广泛应用和发展。GPON可以将任何类型和任何速率的业务进行原有格式封装后经由PON传输。那么GPON的数据封装具体是如何实现的呢?ONU从UNI(User Network Interface,用户网络接口)口接收到上行的ETH、TDM或者SDH数据,ONU把上行数据封装为GEM帧,发送给OLT。OLT把GEM帧解封装为ETH、TDM或者SDH数据,通过上联口发送出去。下行方向进行类似处理。

( 3) 很好地支持TDM 业务。TDM 业务映射到GEM 帧中, 由于GPON TC 帧帧长为 125 μs, 能够直接支持TDM 业务。TDM 业务也可映射到ATM 信元中, 也能提供有QoS 保证的实时传输。

(4 ) 简单、高效的适配封装。采用GEM 对多业务流实现简单、高效的适配封装。在 APON 中, 所有的多业务流( 话音、数据业务流) 都必需进行协议转化, 映射到ATM 信元 中传输。众所周知, 5 字节的ATM 头相对于48 字节的数据来说, 会带来超过10% 的带 宽损失, 特别对于长分组的数据包来说, 其打包过程复杂、效率非常低。而在EPON 中, 虽然直接承载以太网帧, 实现过程简单, 但仅考虑8B/ 10B 的线路编码就已经有20%的带 宽浪费, 加上对以太网帧的封装和开销, EPON 带宽利用率比GPON 低30%左右。同时, 在传输TDM 业务时, 需要将其通过协议转化映射到以太网帧中, 目前对此技术还没有规 定统一的标准。GPON 的GEM 提供了一种灵活的帧结构封装, 支持定长和不定长帧的 封装, 对多种业务实现通用映射, 不需要进行协议转换, 实现过程简单, 开销小, 协议封装 效率最高可达94% , 实现了带宽资源的充分利用。

(5) 强大的OAM 能力。针对以太网系统在网路管理和性能监测的不足, GPON 从 消费者需求和运营商运行维护管理的角度, 提供了3 种OAM 通道: 嵌入的OAM 通道、 PLOAM 和OMCI。它们承担不同的OAM 任务, 形成C/ M Plane( 控制/ 管理平面) , 平面 中的不同信息对各自的OAM 功能进行管理。GPON 还继承了G .983 中规定的OAM 相 关要求, 具有丰富的业务管理和电信级的网络监测能力。

(6 ) 技术相对复杂, 设备成本较高。GPON 承载有QoS 保障的多业务和强大的OAM 能力等优势很大程度上是以技术和设备的复杂性为代价换来的, 从而使得相关设备成本 较高。但随着GPON 技术的发展和大规模应用, GPON 设备的成本可能会有相应地 下降。

EPON与GPON区别概述

1 基本情况比较
PON主要分为APON/BPON(ATMPON/宽带PON)、EPON(以太网PON)和GPON(千兆比特PON)几种,其中,EPON由于非常适合IP业务的宽带接入,得到了更大程度的发展和商用,业界把千兆比特的EPON系统又称为GEPON;GPON在高速率和多业务支持(尤其是对TDM业务的支持)方面则有一定优势。EPON和GPON是当前业界重点关注的PON技术。几种主要的PON技术之间的比较见表1。

 

 

上述表格摘自《中国网通无源光网络(PON)技术应用指导意见》(2006年2月),应该讲是相对比较客观的一个基本比较。网通集团公司在这份文件中就指出,两种技术各擅胜场,有着不同的应用定位。

针对业界大多数未明就理的技术人员而言,对EPON和GPON的认识就不见得这么客观了。很多人普遍认为GPON的优势存在于下列几个方面:
1、 由于采用了GEM封装,GPON对TDM业务支持的QoS表现好,支持语音的效果也好;
2、 封装效率高,甚至高于EPON一倍;
3、 光层指标优于EPON。
下面我们就逐一分析一下这些情况。

2 如何看待EPON和GPON的光层参数

2.1 GPON的光层指标要求苛刻,但不等于GPON优于EPON
很多人直观地认为GPON的光层参数要好于EPON,比如:最远传输距离可达60km,最大光分路比可达1:128,支持A/B/C三类ODN等。

在ITU-T的G.984规范中,明确定义GPON有两种传输距离指标,一个是逻辑传输距离,最大可达60km,但是这个逻辑传输距离是按照常规的最小光纤衰耗来折算的,没有考虑ODN中分路器等引入的额外衰耗;另一个指标是物理传输距离,最大20km,这是指在考虑了ODN的衰耗之后实际可实现的传输距离。也就是说,GPON在传输距离方面,实际和EPON是一样的,并没有优势。

ITU-T G.984.1中明确指出:“GPON当前定义的最大分光比是1:64;但是考虑到器件技术的进步,未来必须考虑支持1:128的分光比。”另外,最大光分路比1:128这个指标仅仅并非所有GPON都能达到,更不是现有的器件技术可以实现的,这个在G.984中是明确指出的。

还有,支持A/B/C类ODN的说法似乎说明GPON的光层指标比较好一些。实际上,这是说明GPON对物理器件的选择更加苛刻,而不是说GPON技术本身更优。换句话说,EPON对物理器件要求相对宽松一些,更加易于实现,成本方面的优势也更加明显。

分析了这些,我们的中心思想是说GPON的光层指标要求相对比较苛刻,EPON的要求比较宽松,这并不等同于GPON的技术优于EPON,这是我们在这里力图澄清的第一个问题。对于实际应用来说,苛刻的参数要求会造成实现上的困难,并直接导致成本急剧上升。

2.2 各种PON的ODN建设趋同
这里还要指出,GPON能够支持ODN的两种保护方式,EPON也可以。两者在这个方面并无技术差异,均采用ITU-T G.983.5的标准。

于是我们发现,各种PON技术的实质性差异并不在于光层,而且有着类似甚至是趋同的光分配网(ODN)。探索符合中国国情的ODN建设模式是推进FTTH发展的一个现实问题。这是个涉及多个领域的复杂命题,需要长久的技术积累来逐步形成一套适合特定运营商的模式,EPON要面临这个问题,GPON也避不开。通过成熟的EPON技术尽早切入ODN规模建设模式的探索将是一个富有战略意义的举措。

3 GPON在TDM的支持上有优势,可惜家庭用户不需要

3.1 电信业务IP化正在成为现实
GPON的固定周期帧结构使其确实在承载TDM业务的时候可以较高的效率提供良好的质量保障。但是TDM业务不等同于语音业务,也不等同于视频业务。

众所周知,当前网络向下一代网络演进的一个重要标志就是分组化,软交换、IMS等技术逐步走向成熟,国内各个运营商也陆续出台了停止程控交换机建设的时间表。也就是说,今后的语音业务将不再需要汇集成为T1/E1甚至更高的TDM接口,而是直接在用户端使用IAD或者集中使用AMG转化为IP分组。这明确告诉我们,TDM语音将迅速走向消亡,分组语音正迅速占据主流的位置。

也有一些人认为,即便如此,接入侧采用TDM,然后再使用AMG集中进行分组转换可以更好地保障QoS。这种认识明显忽略了两个事实:首先,分组语音的QoS保障需要端到端的保障,接入网侧的QoS并不是问题的关键,分组语音的QoS更主要地受到互联网全程的影响;其次,采用AMG而不采用IAD或者SIP终端是为了经济形而考虑的。

另外,从视频业务的角度而言,IPTV是下一个阶段的发展方向。分组化的视频,而不是TDM化的视频将成为无可争议的主流。

3.2 什么样的客户需要TDM业务
对于最终的用户而言,比如居民用户、小型商业企业用户(SMB)均不会有TDM的需求,TDM业务仅对于部分大型商业企业客户有价值。

综上所述,TDM业务的支持能力对于FTTH(光纤到家庭)的应用而言,并无实际意义。即使个别用户需要这项业务,EPON已经可以通过一些技术来提供符合要求的TDM业务接口,满足实际应用的需求。故而,从实际应用价值的角度出发,TDM支持能力不应在EPON和GPON的比较当中占据重要的评价权重。

3.3 EPON系统可以提供有QoS保障的多业务承载
EPON系统可以提供1000M速率的接入能力,结合其物理分路指标,能够非常圆满地满足各种宽带业务组合的应用需求。随着技术的进步,EPON不但能够非常便捷地提供包括视频、语音、数据甚至数据专线在内的综合业务,而且能够有力地保障这些业务的QoS,这些在中国国内的大量FTTH工程中得到了反复的验证。今年三月,中国移动组织了XPON的摸底测试,从测试现场了解到的信息,他们认为现有测试数据表明GPON传输E1业务时的性能没有他们原先想象的好,相对EPON没有体现出太多优势。

4 封装效率是EPON和GPON的差距吗
业界对于GPON的封装效率比较津津乐道,有数据说是97%;与此同时则总是说EPON的封装效率低下,仅有不到50%。很多人乐于接受这个数据并加以传播,下面就这个问题简单地分析一番。
任何数据的有效性都有其前提。在引用上述数据的时候很少有人考虑前提到底是什么。这就至少让我们怀疑这个数据到底在什么情况下有效。从我们的分析结果来看,这种效率的比较应该是针对TDM业务封装的。在这种业务承载的时候,EPON需要采用复杂的封装技术来保障QoS,GPON则直接明了,两者差异很大。如果是其它业务呢,会不会有这个差别呢?对于以太网业务而言,EPON并未增加任何的开销封装(其LLID仅仅是替换了前导符的一部分,没有增加帧的长度),封装效率可谓100%。而对于GPON而言,封装过程中还需要增加GEM开销,会引起效率的下降。
上述分析说明,GPON的效率不是一定高于以太网的。应该将,在数据业务吞噬带宽的大环境之下,最佳的选择是提高以太网的封装效率,在这个方面EPON做到了无缝适配,GPON对TDM的封装效率优势在大多数情况下可谓“英雄无用武之地”。

5 EPON和GPON的成熟性比较
就成熟性而言,EPON毫无疑问占据了比较明显的优势,这已经是业界的共识了。

5.1 标准化
从信息产业部以及国内各个主要运营商对制定我国EPON标准的重视程度和速度来看,EPON技术在国内也已经得到了相当的认可。目前信息产业部将于今年发布我国关于EPON的第一部行业标准“接入网技术要求——基于以太网方式的无源光网络(EPON)”,关于EPON测试的行业标准的制定也已经进入了第二阶段(即对征求意见稿的反馈意见的讨论及修改征求意见稿的阶段)。中国电信已经在国内多处地方开展了EPON试点,在此基础上,召集了国内主要的EPON设备供应商共同起草了一份中国电信关于EPON的企业标准。规范了中国电信对EPON设备的技术要求。从这些关于EPON的标准的陆续制定和推出可以看出信息产业部和各大运营商对在国内采用EPON技术的坚定决心。

5.2 芯片和仪表的产业链

目前除了已知的Passave,Teknovus,Centillium等公司外,Immenstar等公司也将推出自己的EPON芯片。一些测试仪表厂家也都看好EPON市场,陆续推出EPON专用的测试仪表。如EXFO推出了PON专用的光功率计,以及OTDR。安捷伦新推出了N2X EPON性能分析系统。由此可见,一个成熟的EPON产业链已经逐渐形成。

相比之下,GPON在标准制定颁布后,迟迟没有厂家能够提供商用芯片,抑制了产品的研发、推广与应用。目前能够提供GPON产品的厂家或公司凤毛麟角(只有Flexlight宣称有支持GPON的产品推出),而且现有的GPON产品多是针对北美市场的需求,对中国市场没有做过深入调查,因此符合中国市场需求的GPON产品更是少之又少。

5.3 互通性
还有一些人认为GPON的互通性要好于EPON。这种认识是毫无根据的技术盲从。历史经验证明,任何一种技术的互通性都是经历了反复的磨合之后才能实现的,接入网的典型例子就是ADSL,还有Wi-Fi,其它领域的例子更是不胜枚举。当前阶段,EPON的互通性问题已经在解决之中,中国电信集团公司组织业内十多个EPON厂家的互通性测试工作正在上海研究院进行之中,其结果非常乐观。反之,GPON在没有成熟的芯片和设备的情况下,妄言互通性好于EPON是一种不负责任的态度。

6 成本问题是接入网技术选择的首要因素
EPON不但集成了无源光网络的低成本优势,而且与数据网络中占据绝对主导地位的以太网技术无缝融合,不论是当前的可实现成本还是未来的预期成本,都是各种PON技术中无可比拟的。当前,提供纯数据业务的EPON设备每线成本不足2000元,而且在继续快速下降。

相对而言,GPON的光层指标苛刻,仅仅是光器件成本就远远高于EPON。在同等或者相似的用量之下,GPON的成本将远远高于EPON。目前的测算结论,EPON的单线成本仅仅在GPON的三分之一左右。这对于接入网而言是极其重要的。

7 EPON和GPON技术定位的客观评价
上述的分析中,我们较多地下功夫来澄清业界对于GPON的一些近乎迷信的看法,比如光层指标、封装效率、TDM业务支持能力、互通性、成熟性、成本等。尽管这些分析大多得出的结论和大多数人的常规认识存在一定的差异,但是这并不是说烽火是一边倒的态度。

通过对上述问题的逐个剖析,我们看到GPON和EPON在技术上确实各擅胜场,两者在定位上是互补的关系,而不是替代的关系。EPON适合数据业务为主的居民用户接入,GPON在大客户接入的场合则有自己的优势。在推崇Any Thing Over IP的今天,EPON更适合于“光纤到户、三网合一”的应用场合。更能方便、透明的与用户家中的计算机、家庭网关、IPTV机顶盒等用户设备连接。由于IP技术的大规模应用,也方便大幅度降低电信运营商的网络建设成本。

 

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