EPON

技術概念

　　無源光網(wǎng)絡（PON）的概念由來已久，它具有節(jié)省光纖資源、對網(wǎng)絡協(xié)議透明的的特點，在光接入網(wǎng)中扮演著越來越重要的角色。EPON作為一種新型的光纖接入網(wǎng)技術，它采用點到多點結構、無源光纖傳輸，在以太網(wǎng)之上提供多種業(yè)務。以太網(wǎng)（Ethernet）技術經(jīng)過二十年的發(fā)展，以其簡便實用，價格低廉的特性，幾乎已經(jīng)完全統(tǒng)治了局域網(wǎng)，并在事實上被證明是承載IP數(shù)據(jù)包的最佳載體。隨著IP業(yè)務在城域和干線傳輸中所占的比例不斷攀升，以太網(wǎng)也在通過傳輸速率、可管理性等方面的改進，逐漸向接入、城域甚至骨干網(wǎng)上滲透。

　　而以太網(wǎng)與PON的結合，便產(chǎn)生了以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡（EPON）。EPON它在物理層采用了PON技術，在鏈路層使用以太網(wǎng)協(xié)議，利用PON的拓撲結構實現(xiàn)了以太網(wǎng)的接入。因此，它綜合了PON技術和以太網(wǎng)技術的優(yōu)點：低成本；高帶寬；擴展性強，靈活快速的服務重組；與現(xiàn)有以太網(wǎng)的兼容性；方便的管理等等，正成為光接入網(wǎng)領域中的熱門技術。

　　由于EPON的眾多優(yōu)點，它越來越受到人們的青睞，即將成為寬帶接入網(wǎng)一種最有效的通信方法。為了保證EPON網(wǎng)絡能夠穩(wěn)定、高效、準確的運行，為EPON提供一個有效的網(wǎng)絡管理系統(tǒng)顯得尤為重要。
 

各種PON技術的發(fā)展：

APON（ATM PON）

　　1995年提出，1996年由13家大型網(wǎng)絡運營商同它們的主要設備供應商組成了FSAN (Full Service Access Network)聯(lián)盟，155Mb/s的PON系統(tǒng)技術規(guī)范，ATM傳輸協(xié)議，ITU-T G.983系列標準；

BPON（Broadband PON）

　　2001年，APON標準后來得到了加強，可支持622Mb/s的傳輸速率，同時加上了動態(tài)帶寬分配、保護等功能，能提供以太網(wǎng)接入、視頻發(fā)送、高速租用線路等業(yè)務，寬帶的PON；

GPON（Gigabit PON）

　　FSAN聯(lián)盟進行1Gb/s以上速率的PON標準研究，希望提出一種方案，除了能運行在更高的速率外，還要在多業(yè)務、OAM&P、可擴縮性等方面較之其它的PON效率更高。這一研究使得Gigabit PON(GPON)出現(xiàn)。2003年1月，ITU-T批準確立了GPON標準G.984.1、G.984.2和G.984.3；

EPON（Ethernet PON）

　　2000年11月，IEEE成立了802.3 EFM(Ethernet in the First Mile)研究組，業(yè)界有21個網(wǎng)絡設備制造商發(fā)起成立了EFMA，實現(xiàn)Gb/s以太網(wǎng)點到多點的光傳送方案，所以又稱GEPON（GigabitEthernet PON）。EFM標準IEEE802.3ah；

　　EPON 就是一種新興的寬帶接入技術，它通過一個單一的光纖接入系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)、語音及視頻的綜合業(yè)務接入，并具有良好的經(jīng)濟性。業(yè)內(nèi)人士普遍認為，FTTH 是寬帶接入的最終解決方式，而EPON 也將成為一種主流寬帶接入技術。由于EPON網(wǎng)絡結構的特點，寬帶入戶的特殊優(yōu)越性，以及與計算機網(wǎng)絡天然的有機結合，使得全世界的專家都一致認為，無源光網(wǎng)絡是實現(xiàn)“三網(wǎng)合一”和解決信息高速公路“最后一公里”的最佳傳輸媒介。
 

EPON接入系統(tǒng)特點

　　局端（OLT）與用戶（ONU）之間僅有光纖、光分路器等光無源器件，無需租用機房、無需配備電源、無需有源設備維護人員，因此，可有效節(jié)省建設和運營維護成本；

　　EPON采用以太網(wǎng)的傳輸格式同時也是用戶局域網(wǎng)/駐地網(wǎng)的主流技術，二者具有天然的融合性，消除了復雜的傳輸協(xié)議轉(zhuǎn)換帶來的成本因素；

　　采用單纖波分復用技術（下行1490nm，上行1310nm），僅需一根主干光纖和一個OLT，傳輸距離可達20公里。在ONU側通過光分路器分送給最多32個用戶，因此可大大降低OLT和主干光纖的成本壓力；

　　上下行均為千兆速率，下行采用針對不同用戶加密廣播傳輸?shù)姆绞焦蚕韼?，上行利用時分復用（TDMA）共享帶寬。高速寬帶，充分滿足接入網(wǎng)客戶的帶寬需求，并可方便靈活的根據(jù)用戶需求的變化動態(tài)分配帶寬；

　　點對多點的結構，只需增加ONU數(shù)量和少量用戶側光纖即可方便地對系統(tǒng)進行擴容升級，充分保護運營商的投資；

　　EPON具有同時傳輸TDM、IP數(shù)據(jù)和視頻廣播的能力，其中TDM和IP數(shù)據(jù)采用IEEE 802.3以太網(wǎng)的格式進行傳輸，輔以電信級的網(wǎng)管系統(tǒng)，足以保證傳輸質(zhì)量。通過擴展第三個波長（通常為1550nm）即可實現(xiàn)視頻業(yè)務廣播傳輸。

EPON與GPON的比較

　　隨著科學技術的不斷進步和社會日益的發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)逐漸走入尋常百姓家，寬帶的速度越來越成為人們娛樂與工作中常常出現(xiàn)的話題，從窄帶撥號到寬帶上網(wǎng)，再到光纖接入上網(wǎng)，寬帶網(wǎng)絡速度日益加快，如今PON技術逐漸走向前臺。目前，有兩個頗為引人注目的PON標準已正式發(fā)布，其中一個是由ITU/FSAN制定的Gigabit PON(GPON)標準，另一個是由IEEE 802.3ah工作組制定的Ethernet PON(EPON)標準。在PON技術已被毋庸置疑地認為是未來FTTH時代的終極解決方案之后，EPON和GPON誰將主導FTTH大潮已成為當前新的爭論熱點。

上行可用帶寬

　　從系統(tǒng)上行傳輸總帶寬中減去各種系統(tǒng)運行開銷就是上行可用帶寬。它與系統(tǒng)中包含的ONU數(shù)量、DBA(動態(tài)帶寬分配)算法的輪詢周期、承載業(yè)務的類型以及各業(yè)務所占比例等都有很大關系。EPON和GPON都是寬帶接入技術，承載的業(yè)務以IP數(shù)據(jù)業(yè)務為主。下面將分別計算EPON和GPON在包含32個ONU，輪詢周期為750s的情況下，承載純IP業(yè)務時的上行可用帶寬。EPON的上行線路速率是1.25Gbit/s，因為采用了8B/1OB線路編碼，每10bit中有8bit有效數(shù)據(jù)，所以其有效上行傳輸總帶寬為1Gbit/s，即1000Mbit/s。EPON上行的系統(tǒng)運行開銷及其占總帶寬的比例如下:用于突發(fā)接收的物理層開銷:約3.5%；以太網(wǎng)幀的封裝開銷:約7.4%；MPCP(多點控制協(xié)議)和OAM(運行管理維護)協(xié)議開銷:約2.9%；DBA算法造成的剩余時隙(即不足以傳輸一個完整以太網(wǎng)幀的時隙)浪費:約0.6%；EPON上行總開銷為上述開銷之和，約為144Mbit/s，可用帶寬約為856Mbit/s(即1000Mbit/s-144Mbit/s)。上行線路速率為1.244Gbit/s的GPON，采用NRZ編碼，上行總帶寬為1.244Gbit/s，即1244Mbit/s。GPON上行的系統(tǒng)運行開銷及其占總帶寬的比例如下:用于突發(fā)接收的物理層開銷:約2.0%；GEM(GPON封裝方法)幀和以太網(wǎng)幀的封裝開銷:約5.8%；PLOAM(物理層運行管理維護)協(xié)議開銷:約2.1%；DBA算法剩余時隙引入額外的封裝開銷(GPON中允許分割幀，當剩余時隙不足以傳輸一個完整的以太網(wǎng)幀時，該以太網(wǎng)幀可以被分割成多個GEM幀傳輸，但每段分割的幀都要再額外增加一個新的GEM幀頭):約0.8%。GPON上行總開銷為上述開銷之和，約為133Mbit/s，可用帶寬約為1111Mbit/s(即1244Mbit/s-133Mbit/s)。

技術成熟度

　　EPON ①標準 EPON的標準是IEEE802.3ah，標準中定義了EPON的物理層、MPCP(多點控制協(xié)議)、OAM(運行管理維護)等相關內(nèi)容。IEEE制定EPON標準的基本原則是盡量在802.3體系結構內(nèi)進行EPON的標準化工作，最小程度地擴充標準以太網(wǎng)的MAC協(xié)議。②核心芯片 目前可以提供EPON核心芯片的專業(yè)廠商有5-6家(不包括自主設計芯片的系統(tǒng)廠商)，在標準討論的過程中，這些廠商就己開始芯片的設計和驗證，因此在802.3ah標準正式頒布時，他們大多都已推出了第二代和標準完全兼容的芯片，可以迅速支持EPON系統(tǒng)的大規(guī)模部署。
GPON?、贅藴?GPON的標準是ITU-T G.984系列標準，規(guī)定了GPON的物理層、TC層和OAM相關功能。GPON標準的制訂考慮了對傳統(tǒng)TDM業(yè)務的支持，繼續(xù)采用125s固定幀結構，以保持8K定時延續(xù)。為了支持ATM等多協(xié)議，GPON定義了一種全新的封裝結構GEM(GPON encapsulation method)，可以把ATM和其它協(xié)議的數(shù)據(jù)混合封裝成幀。②核心芯片 除GPON設備廠商自主設計的GPON芯片外，目前還沒有專業(yè)的芯片廠商推出商用GPON核心芯片。GPON設備上使用的模塊都是專用的自主或協(xié)作開發(fā)的模塊，還沒有專業(yè)的模塊廠商可以提供樣品，更談不上大規(guī)模量產(chǎn)。

多業(yè)務能力和安全性

　　目前對EPON多業(yè)務能力質(zhì)疑最多的就是它傳輸傳統(tǒng)TDM業(yè)務的能力。且不說目前EPON設備廠商采用的各種TDM over Ethernet的專利技術提供了EPON單一網(wǎng)段的TDM業(yè)務傳輸通道，從測試結果來看，其性能完全滿足1.5ms時延等指標要求，完全符合傳統(tǒng)TDM業(yè)務的應用標準。就是在普通的以太網(wǎng)設備上，現(xiàn)在也可以使用各種標準的PWE3(pseudowire emulation edge to edge)設備提供跨網(wǎng)段、端到端的、透明的傳統(tǒng)點對點TDM通道。而且，隨著傳統(tǒng)TDM業(yè)務量所占比例的日趨減少，使用分組交換技術，把TDM業(yè)務收容到日益擴大的分組網(wǎng)絡中來，無疑將是一種更為經(jīng)濟的手段。在安全性方面，EPON也使用標準的基于AES的加密技術，其安全性和GPON無區(qū)別。
 

QoS

　　在QoS方面，EPON定義了8個優(yōu)先級隊列，DBA算法也考慮了對不同優(yōu)先級隊列的帶寬分配策略和公平性等問題。對于數(shù)據(jù)包中的IP優(yōu)先級或以太網(wǎng)優(yōu)先級可以很容易地映射到這8個優(yōu)先級隊列中，再通過DBA算法保證其傳輸?shù)膸捄蜁r延，因此完全可以滿足不同業(yè)務的QoS要求。GPON中OLT檢測每個CONT-T的業(yè)務負荷，用于預測/分析ONU的業(yè)務流情況和網(wǎng)絡的擁塞情況，根據(jù)網(wǎng)絡狀況給每個CONT-T分配資源，但并不涉及VP/VC或Port_ID的QoS。VP/VC或Port_ID提供的QoS保證由兩端的ATM/GEM client的相應機制來完成。對于有不同QoS要求的業(yè)務，GPON通過使用指針安排ONU用不同的傳輸方式來實現(xiàn):調(diào)整其授權帶寬和授權周期來保證業(yè)務的帶寬和時延要求。實際上，在如何保證業(yè)務的QoS方面，EPON和GPON的實現(xiàn)機理本質(zhì)上是一樣的。GPON中的OAM包括帶寬授權分配、DBA、鏈路監(jiān)測、保護倒換、密鑰交換以及各種告警功能。從標準本身來看，GPON標準中定義的OAM信息比EPON標準定義的豐富，不過從實際的設備來看，二者提供的功能并沒有多少差異，目前的EPON設備也能提供這些功能。

總結

　　綜上所述，在QoS、多業(yè)務承載、安全性等方面，目前的EPON產(chǎn)品與GPON標準規(guī)范的相當，但每單位帶寬成本則要比GPON低得多，而且EPON的技術更成熟，更早被市場接受，更早進入大規(guī)模商用的階段。下一代網(wǎng)絡將是基于分組的網(wǎng)絡，目前以太網(wǎng)作為分組網(wǎng)絡的絕對主流承載平臺，已經(jīng)是一個不爭的事實。將來用戶側的網(wǎng)絡接口肯定是一個以太網(wǎng)的接口，城域網(wǎng)上的以太網(wǎng)接口肯定也會隨處可見，使用以太網(wǎng)技術把兩側的以太網(wǎng)接口連接起來將會是一件很自然的事情。