有線網(wǎng)絡(luò)公司EPON技術(shù)路線的升級演變

唐飛

【摘要】根據(jù)國務(wù)院頒發(fā)的《“寬帶中國”戰(zhàn)略及實(shí)施方案》，到2020年，基本建成覆蓋城鄉(xiāng)、服務(wù)便捷、高速暢通、技術(shù)先進(jìn)的寬帶網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。固定寬帶用戶達(dá)到4億戶，家庭普及率達(dá)到70%，光纖網(wǎng)絡(luò)覆蓋城市家庭。到 2020 年城市和農(nóng)村家庭寬帶接入能力分別達(dá)到 50Mbps 和 12Mbps，發(fā)達(dá)城市部分家庭用戶可達(dá) 1 吉比特每秒（Gbps）。近年來在線點(diǎn)播、在線教育、IPTV以及互動游戲等業(yè)務(wù)，特別是4K視頻、虛擬現(xiàn)實(shí)等業(yè)務(wù)的蓬勃發(fā)展，原有的100M/200M接入帶寬已滿足不了用戶的業(yè)務(wù)需求，寬帶產(chǎn)業(yè)正步入千兆時代。原有的GPON/EPON接入也滿足不了用戶的業(yè)務(wù)需求，10G PON技術(shù)逐漸成為PON網(wǎng)絡(luò)的主流技術(shù)，國內(nèi)外各大運(yùn)營商正面臨著10G PON網(wǎng)絡(luò)升級改造的壓力和挑戰(zhàn)。

【關(guān)鍵詞】EPON 技術(shù);升級演變

中圖分類號：TN929? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.24.001

有線網(wǎng)絡(luò)公司接入網(wǎng)應(yīng)用的技術(shù)主要以CMTS、EPON、GPON為主;FTTH類升級主要有兩種技術(shù)：10G EPON 和10G GPON，本文主要以EPON如何向10G EPON、GPON升級過渡。

1.10G EPON 技術(shù)簡介

2009年IEEE發(fā)布了10G EPON標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.3av，最大化承接了EPON IEEE 802.3ah的內(nèi)容，為未來EPON網(wǎng)絡(luò)的高速發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。上行是通過TDMA（時分復(fù)用）的方式傳輸數(shù)據(jù)。10G EPON下行采用廣播方式，即OLT面向其下掛的所有ONU發(fā)送相同的數(shù)據(jù)。通過OLT將下行數(shù)據(jù)流封裝成為包含相應(yīng)ID的以太網(wǎng)報文。該報文經(jīng)過分光器，被分為幾組相同的廣播信號至每個ONU。ONU在接收到OLT發(fā)送過來的數(shù)據(jù)后，結(jié)合對應(yīng)的ID對數(shù)據(jù)流進(jìn)行判斷，確定是將數(shù)據(jù)處理還是丟棄。

2. EPON升級至10G EPON

EPON下行波長工作在1480-1550頻段，10GEPON下行波長工作在1575-1580頻段，兩者之間沒有波長重疊。但對于上行波長EPON工作在1260-1360頻段，而10GEPON工作在1260-1280頻段，兩者部分重疊，如圖1所示。

10G EPON按照速率分為兩類，分別為非對稱模式（下行速率為10Gbit/s，上行速率為1Gbit/s）和對稱模式（下行速率為10Gbit/s，上行速率為10Gbit/s）。10G EPON最大的特點(diǎn)是擴(kuò)大了EPON的上、下行的帶寬，同時支持最大分路比為1：256，在傳輸距離方面也有了很大提升，在1：256的分路比下，傳輸距離可以達(dá)到20km，而在1：128的分路比下，傳輸可以達(dá)到30km。

3. EPON 與 10G EPON 共存

第一，10G EPON定義了6種光功率預(yù)算，這6種光功率預(yù)算模型基本上可以滿足運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的需要;

第二，10G EPON技術(shù)在實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)1G EPON在多點(diǎn)控制協(xié)議層面（MPCP）前向兼容的基礎(chǔ)上，還對原有消息類型進(jìn)行了擴(kuò)展，用于報告光纜終端設(shè)備（OLT）、ONU光模塊的開關(guān)時間。

第三，10G EPON采用了（255，223）的前向糾錯（FEC）編碼方式，該編碼與用于1G EPON的FEC編碼一脈相承，但其強(qiáng)大的編碼增益可以支持10G EPON光接收器更低的靈敏度;最后，10G EPON對上下行波長進(jìn)行了重新規(guī)劃，下行使用1268～1280nm波長，上行則重用了原有1G EPON的1575～1580nm波段，為了避免波長沖突，10G EPON上行只能使用時分多址（TDMA）的方式。

由于10GEPON具有后向兼容特性，同一個10G PON口下可承載GE OUN又可承載10GE ONU，以1：64分光比組網(wǎng)，組網(wǎng)示意如圖5所示，10G PON用戶和1G PON用戶各為32戶。

基于EPON與10G EPON技術(shù)數(shù)據(jù)上行原理，可通過時分復(fù)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)兩者共用存在于同一ODN中。即需要對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行升級時，從ODF到用戶這一段光分配網(wǎng)不需要變動，只需將原ODF到EPON OLT的尾纖調(diào)換到10G EPON OLT口上即可。若某OLT下單一用戶需要升級，則同時必須更換為10G EPON ONU，如圖2所示。

對于上行帶寬，EPON的上行帶寬為1.25G，10G EPON的上行帶寬是10G，由于上行波長共用，且都采用TDMA方式傳輸，局端OLT會在同一個時域內(nèi)給 10G EPON ONU與EPON ONU分別分配時隙。在在戶數(shù)相同且所有ONU上行優(yōu)先級相同情況下，整個系統(tǒng)的上行速率為10/2+1.25/2=5.62G。這種情況下，系統(tǒng)帶寬由DBA調(diào)配如圖3所示。

對于下行數(shù)據(jù)，由于采用廣播方式，且EPON下行波長頻段（1480-1550）與10GEPON頻段（1575-1580）不同，系統(tǒng)具備同時發(fā)送兩個窗口的能力，因此PON口的總帶寬為EPON下行帶寬與10G EPON下行帶寬之和，即：10+1.25=11.25G。

4. EPON帶寬提升設(shè)計

有線網(wǎng)絡(luò)公司在初期的FTTH技術(shù)類選型中，絕大部分選擇了IEEE的EPON技術(shù)路線，沒有選擇ITU的GPON技術(shù)路線;一方面是成本來的決定性影響，擁有了時間和成本上的優(yōu)勢，另一方面也因ITU為電信運(yùn)營商所廣泛使用，導(dǎo)致廣電運(yùn)營商不愿意規(guī)?；瘧?yīng)用GPON技術(shù)路線。

4.1 指導(dǎo)思想

確定分階段逐步建設(shè)的原則：結(jié)合設(shè)備產(chǎn)業(yè)鏈的成熟度及業(yè)務(wù)需求，分階段逐步完成網(wǎng)絡(luò)升級改造，確保網(wǎng)絡(luò)能力滿足業(yè)務(wù)需求。充分挖掘現(xiàn)網(wǎng)價值：充分利用現(xiàn)網(wǎng)資源，最大限度挖潛現(xiàn)網(wǎng)價值，保護(hù)現(xiàn)網(wǎng)投資。

逐步增加10G EPON OLT的采購量，在此之前，須確保原OLT機(jī)框為EPON、10G EPON混插機(jī)框;若機(jī)框較老，應(yīng)立即著手將老舊機(jī)框拆除合并至鄉(xiāng)鎮(zhèn)級別的機(jī)房，市區(qū)機(jī)房嚴(yán)禁采用不支持EPON、10G EPON混插機(jī)框;同時，根據(jù)實(shí)際情況，酌情考慮機(jī)框支持GPON板卡;在保證先用EPON用戶的業(yè)務(wù)正常開展基礎(chǔ)上，對有更高帶寬需求的用戶，采用更新的10G EPON ONU進(jìn)行覆蓋;根據(jù)EPON ONU和10G EPON的產(chǎn)業(yè)發(fā)展，在兩種設(shè)備類型的成本差距不大的時候，須果斷切換至10G EPON ONU類型的設(shè)備采購;逐步完成用戶端的設(shè)備更迭。

4.2 分階段提升

4.2.1 現(xiàn)網(wǎng)用戶模型

業(yè)務(wù)用戶比率40%、并發(fā)比80%、流量占空比80%，考慮到后期互動電視帶寬需求較高、IP直播業(yè)務(wù)逐漸開展，考慮到寬帶業(yè)務(wù)一般也隨互動業(yè)務(wù)一起下至用戶，故設(shè)計并發(fā)及流量占空比均為80%規(guī)劃采用三步走方式，完成網(wǎng)絡(luò)改造升級。

4.2.2 現(xiàn)網(wǎng)結(jié)構(gòu)（達(dá)到戶均 50M 接入速率）

目前公司FTTH建設(shè)主以1：64分光方式為主，戶均上下行帶寬為900/64=14M，結(jié)合用戶比率、并發(fā)比、流量占空比等參數(shù)，14M戶均剛性帶寬可近似等效為55M戶均體驗帶寬。

第一步：降低分光比（達(dá)到戶均100M接入速率）;前期對于市區(qū)熱點(diǎn)區(qū)域，直接將1：64的分光減少至1：32。這樣可在不更改接入設(shè)備的前提下，將戶均帶寬提升至100M;在用戶業(yè)務(wù)開通比率不高的情況下，戶均的帶寬體驗將會更優(yōu);

降低分光比（達(dá)到戶均200M接入速率）;前期對于市區(qū)熱點(diǎn)區(qū)域，在PON口承載用戶數(shù)滿負(fù)荷且戶均帶寬均為100M情況下，當(dāng)某個PON口下具有較高帶寬需求（帶寬需求量大于200M）的用戶數(shù)超過一定數(shù)量時，考慮到10GEPON產(chǎn)品性價逐步升高，為降低整體成本，通過降低分光比方式提升帶寬。

具體操作如下：將原有1：64分光分裂為兩個1：16分光，占用兩個GE PON口?；诖朔N方式擴(kuò)容，在不考慮用戶優(yōu)先級情況下可使戶均帶寬提升一倍，且無需變更用戶終端，戶均接入速率200M以上的水平。

第二步：部分升級10G EPON設(shè)備（達(dá)到戶均500M以上的接入速率）;當(dāng)500M用戶需求達(dá)到一定數(shù)量時，綜合考慮建設(shè)及維護(hù)成本，不宜通過降低分光比，必須通過引入10G EPON 實(shí)現(xiàn)千兆接入能力。同一個PON口下，當(dāng)超過2個用戶同時使用200M帶寬時，則可通過10GEPON技術(shù)實(shí)現(xiàn)升級。

具體操作如下：保障原有1：32分光方式ODN模式不變的情況下，將上行光纖由GE PON口割接到10G EPON口，考慮到10G EPON技術(shù)向下兼容，因此只需要將有200M需求用戶的ONU更換為10G ONU即可。同時為了確保部分用戶帶寬升級不會對PON口下其他用戶造成影響，在全部更換10G ONU前，不調(diào)整原有ODN分光比。如圖5。

第三步：整體升級10G EPON設(shè)備（全面達(dá)到千兆入戶速率）;業(yè)務(wù)進(jìn)一步發(fā)展，伴隨著VR、超4K電視等大帶寬業(yè)務(wù)的成熟及大規(guī)模商用，用戶對帶寬的需求進(jìn)一提升，當(dāng)一個10GE PON口下10GE ONU數(shù)量超過50-60%時，為了節(jié)約10GE PON口，提升設(shè)備使用效率，考慮到10G EPON產(chǎn)業(yè)鏈早已成熟，相比于GEPON設(shè)備性價比很高，可將該10GE PON口下所有ONU全部升級成為10GE ONU。如圖5.

5. EPON至GPON更換設(shè)計

5.1 局端設(shè)備的準(zhǔn)備

確保原先EPON的機(jī)框可平滑引入GPON設(shè)備，這是實(shí)現(xiàn)EPON和GPON同框混插的前提。GPON板卡的引入對現(xiàn)網(wǎng)EPON OLT應(yīng)沒有任何影響，主控板、上行板、背板等所有板件不需要替換。系統(tǒng)對EPON和GPON板卡的位置沒有槽位限制的特殊要求，無論是哪種PON板都可以放置在插框的任意業(yè)務(wù)槽位。

5.2 終端設(shè)備的準(zhǔn)備

采購的ONU設(shè)備應(yīng)盡量選擇可支持EPON和GPON雙模自適應(yīng)。ONU上線時，根據(jù)OLT發(fā)送的消息，判斷局端設(shè)備是GPON還是EPON，并根據(jù)局端類型，工作于相應(yīng)模式。需要說明，ONU支持雙模自適應(yīng)有利于增強(qiáng)PON系統(tǒng)的易用性、降低運(yùn)維難度、節(jié)約運(yùn)維費(fèi)用，但不是EPON和GPON混合組網(wǎng)的必要條件。只支持EPON上行或GPON上行的ONT可以在混合場景下正常使用，但需要通過人工來確保與局端PON端口的對應(yīng)關(guān)系，EPON上行的ONU只能與EPON端口對接應(yīng)用，而只支持GPON上行的ONU也只能與OLT上的GPON端口正常對接。

當(dāng)終端側(cè)逐步替換成支持EPON＼GPON雙模式后，根據(jù)規(guī)劃設(shè)計需要，將接入的OLT一次性切換至GPON，從而完成整個EPON更換至GPON的技術(shù)路線替換?？筛鶕?jù)實(shí)際情況，一次性切割至10G GPON，整體切換的原則同EPON升級的指導(dǎo)原則。

6. 結(jié)束語

幾個不容忽略的問題必須考慮。用戶的寬帶業(yè)務(wù)不可一味進(jìn)行促銷放大，必須嚴(yán)格貼近實(shí)際業(yè)務(wù)要求進(jìn)行部署及宣傳;用戶的互動點(diǎn)播開通率須嚴(yán)格監(jiān)控;因IP直播的碼率越來越大，IP直播中高清平均碼率可至10M，4K頻道的碼率更是達(dá)到25M。因為組播改造只能在OLT側(cè)終結(jié)，從OLT至ONU可認(rèn)為是單播轉(zhuǎn)發(fā)，IP直播的流量將搶占寬帶流量。因此在現(xiàn)網(wǎng)結(jié)構(gòu)下及第一步改造后，應(yīng)嚴(yán)格跟蹤用戶開通率及業(yè)務(wù)的訂購情況。在實(shí)際應(yīng)用中，考慮到維護(hù)管理的便利，建議EPON和GPON板卡歸類集中放置為宜。

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