寬帶PON系統測試、設備進(jìn)展和應用展望

1、寬帶PON技術(shù)

采用無(wú)源光分支器的寬帶PON技術(shù)，可以節省OLT（光線(xiàn)路終端）的光接口和光纖，系統擴展性好，便于維護管理，是光纖接入的主要實(shí)現方式。寬帶PON技術(shù)主要包括基于A(yíng)TM的BPON/APON（寬帶無(wú)源光網(wǎng)絡(luò )/ATM無(wú)源光網(wǎng)絡(luò )）技術(shù)、基于以太網(wǎng)的EPON（無(wú)源光纖以太網(wǎng)）技術(shù)和具有Gbit/s傳送能力的GPON（吉比特無(wú)源光網(wǎng)絡(luò )）技術(shù)。APON/BPON技術(shù)發(fā)展最早，但由于技術(shù)復雜、成本高、速率有限、IP業(yè)務(wù)映射效率低等原因，目前中國國內基本不再采用。EPON、GPON 技術(shù)是未來(lái)光纖接入的主要實(shí)現方式，受到業(yè)界的廣泛關(guān)注。

1.1　EPON技術(shù)

EPON技術(shù)基于IEEE 802.3ah 標準，采用8B/10B線(xiàn)路編碼，支持10 km、20 km兩種最大傳輸距離和雙向對稱(chēng)1 Gbit/s以太網(wǎng)速率，最大分光比可達32路，采用波分復用技術(shù)實(shí)現單纖雙向傳輸。IEEE 802.3ah在傳統以太網(wǎng)體系架構基礎上定義了一種擴展的802.3 MAC MPCP（多點(diǎn)控制協(xié)議）作為EPON數據鏈路層協(xié)議，實(shí)現點(diǎn)到多點(diǎn)PON中以太幀的時(shí)分多址接入。EPON系統利用以太網(wǎng)控制幀傳送多點(diǎn)控制拉信息，利用OAM（運營(yíng)、維護、管理）幀傳遞OAM信息，具有較強的OAM&P（運營(yíng)、維護、管理和配置）能力，可以實(shí)現對終端的遠程管理；利用PON系統具有的廣播功能實(shí)現單拷貝廣播（SCB），適合視頻組播業(yè)務(wù)的開(kāi)展。

與BPON、GPON技術(shù)相比，EPON協(xié)議簡(jiǎn)單，對光收發(fā)模塊的技術(shù)指標要求低，所以系統成本相對較低。由于成本較低、速率高、擴展性好、對數據業(yè)務(wù)的適配效率高，能夠以較低成本高效率地傳送IP業(yè)務(wù)，EPON成為目前光纖接入的主要實(shí)現技術(shù)之一。

目前EPON技術(shù)已基本成熟，從芯片到設備的產(chǎn)業(yè)鏈較為健全，國內外有較多的廠(chǎng)家提供EPON設備并獲得了較大規模的應用。

1.2　GPON技術(shù)

GPON技術(shù)基于ITU G.984.x系列標準，定義了新的TC（傳輸匯聚）子層，規定TC子層可采用GEM和ATM兩種封裝方式，GEM封裝方式采用ITU-T G.7041定義的GFP（通用成幀規程）實(shí)現多業(yè)務(wù)的映射封裝，使得多業(yè)務(wù)接入環(huán)境下的總傳輸效率高；ATM封裝方式主要是考慮對ATM業(yè)務(wù)的承載，不過(guò)由于A(yíng)TM技術(shù)的復雜性和實(shí)際網(wǎng)絡(luò )IP化趨勢，基本上不采用這種方式。GPON可以支持622 Mbit/s、1.25 Mbit/s和2.5 Gbit/s上下行對稱(chēng)或非對稱(chēng)速率,支持10 km和20 km兩種最大傳輸距離，支持的最大分光比可達64甚至128。GPON采用125 μs的幀長(cháng)及定時(shí)機制，能夠很好地承載TDM和語(yǔ)音業(yè)務(wù)，提供了豐富的OAM&P功能，具有良好的擴展性。

與EPON技術(shù)相比，GPON技術(shù)具有傳輸速率高、業(yè)務(wù)承載效率高、OAM功能和擴展能力強等特點(diǎn)，具有較好的發(fā)展前景。但GPON協(xié)議較復雜，成本較高，技術(shù)不夠成熟，尚無(wú)完整的商用芯片解決方案，目前主流設備廠(chǎng)商都是采用自主研發(fā)搭建FPGA（現場(chǎng)可編程門(mén)列陣）的方式實(shí)現GPON系統。

1.3　寬帶PON系統測試

與其他技術(shù)一樣，寬帶PON技術(shù)在使用前需要經(jīng)過(guò)嚴格測試，只有其功能、性能符合要求才可以規模應用。由于標準推出時(shí)間不長(cháng)，關(guān)于寬帶PON測試目前還沒(méi)有成熟的國際標準和國內行業(yè)標準。為了推進(jìn)技術(shù)的成熟和應用，中國國內的運營(yíng)商紛紛根據自己的業(yè)務(wù)需求，編制相關(guān)企業(yè)標準用于設備評估。如中國電信已經(jīng)制定了《中國電信EPON設備測試規范》和《中國電信GPON設備測試規范》，進(jìn)行了EPON和GPON設備的測試評估工作。

寬帶PON系統測試結構如圖1所示，PON系統由局端OLT、ODN（光分配網(wǎng)絡(luò )）和用戶(hù)端ONU（光網(wǎng)絡(luò )單元）組成，為單纖雙向系統。在下行方向（OLT到ONU），OLT發(fā)送的信號通過(guò)ODN到達各個(gè)ONU；在上行方向（ONU到OLT），各ONU在指定時(shí)間發(fā)送信號到OLT。ODN由光纖和無(wú)源光分路器等無(wú)源光器件組成，在OLT和ONU間提供光通道。

圖1　寬帶PON系統測試結構

寬帶PON系統測試主要是驗證其光口指標、功能、性能等是否滿(mǎn)足相關(guān)行業(yè)和企業(yè)技術(shù)標準要求，測試過(guò)程中用得最多的儀表是數據流量發(fā)生、分析儀，要求儀表能提供GE、FE接口，支持組播和路由協(xié)議功能。目前有很多儀表可以選擇，業(yè)界用得最多的儀表有Smartbit、AX4000、 Routetester等。

1.4　EPON系統測試

EPON系統測試主要包括以下幾個(gè)方面。

（1）光接口指標測試

光接口指標測試包括OLT和ONU測試兩部分，主要驗證被測試設備PON光口的平均發(fā)送光功率、工作波長(cháng)、消光比、光接收機靈敏度、眼圖、邊模抑制比、無(wú)輸入信號時(shí)的發(fā)射光功率、過(guò)載光功率等指標是否滿(mǎn)足相關(guān)行業(yè)標準。需要使用的測試儀表有光譜分析儀、光功率計、光示波器等。

（2）PON的基本功能

PON基本功能主要包括PON測距和PON加密。PON測距功能主要驗證OLT和ONU是否支持測距、支持的測距范圍和測距精度，需要使用一定長(cháng)度的光纖及驗證測試過(guò)程中業(yè)務(wù)流是否正常的數據流量發(fā)生、分析儀表，要求測距功能不影響業(yè)務(wù)的正常運行。PON加密功能主要驗證OLT到各個(gè)ONU下行方向數據的加密，要求只有符合加密規則的ONU才能接收屬于自己的數據流，且 采用加密功能時(shí)不影響業(yè)務(wù)性能。測試需要使用數據流量發(fā)生、分析儀驗證業(yè)務(wù)性能是否受影響。

（3）多點(diǎn)控制協(xié)議功能

MPCP定義了點(diǎn)到多點(diǎn)光網(wǎng)絡(luò )的MAC控制機制。MPCP功能在測試方面體現于OLT對ONU的認證功能，包括對單個(gè)ONU的認證、認證拒絕，對多個(gè)ONU的認證、認證拒絕及對特定ONU的強制解注冊功能。要求正確序列號（或 MAC地址）/密碼的ONU能正常注冊并收發(fā)數據，非法ONU注冊失敗、不能收發(fā)數據，且OLT可以強制去激活某個(gè)特定的ONU。測試需要使用數據流量發(fā)生、分析儀，以驗證正常注冊后的ONU是否能收發(fā)數據。

（4）動(dòng)態(tài)帶寬分配功能

DBA（動(dòng)態(tài)帶寬分配）功能主要驗證OLT到各ONU的動(dòng)態(tài)帶寬分配功能、帶寬控制精度。DBA功能是使EPON系統鏈路帶寬得到有效利用的保證，要求系統支持DBA功能且帶寬控制粒度不大于256 kbit/s。測試需要使用數據流量發(fā)生、分析儀以確保DBA功能的正常支持和帶寬控制粒度符合要求。

（5）傳輸能力

傳輸能力測試包括最大分路比、最大傳輸距離和以太吞吐量測試等內容。要求在10 km距離條件下，最大分路比不小于32，在20 km距離條件下，最大分路比不小于16；在32分路比情況下，傳輸距離大于10 km，在16分路比情況下，傳輸距離大于20 km。以太吞吐量測試是針對不同幀長(cháng)的數據包，測試無(wú)丟包情況下OLT到各ONU的以太流量之和，需要使用數據流量發(fā)生、分析儀產(chǎn)生流量進(jìn)行測試和驗證。

（6）TDM業(yè)務(wù)支持能力

TDM業(yè)務(wù)支持能力測試EPON系統提供TDM業(yè)務(wù)時(shí)的時(shí)延、抖動(dòng)和12 h誤碼率及提供TDM業(yè)務(wù)所需要的帶寬和承載效率。要求系統支持的E1業(yè)務(wù)時(shí)延小于1.5 ms，12 h無(wú)誤碼。測試需要SDH分析儀和流量發(fā)生儀以驗證其誤碼性能和TDM業(yè)務(wù)承載效率。

（7）組播功能

組播功能主要測試EPON系統所支持的IGMP（Internet組管理協(xié)議），包括組播復制、組播控制、組播管理和組播加入離開(kāi)時(shí)延等內容。需要使用支持組播測試功能的數據流量發(fā)生儀表以測試系統支持的組播協(xié)議、組播相關(guān)功能。

（8）2、3層功能

2層功能測試跟其他以太網(wǎng)設備的測試方法相同，主要包括VLAN（虛擬局域網(wǎng)）、VLAN Stacking（VLAN堆疊）、MAC地址學(xué)習、802.1p優(yōu)先級控制、廣播包抑制和組播包控制等功能。測試需要數據流量發(fā)生、分析儀表。

由于PON系統屬于接入設備，對其3層功能的要求不高，所以3層功能測試主要是驗證系統支持的一些簡(jiǎn)單功能，包括支持的路由協(xié)議，基于源IP、目的 IP、源TCP、目的TCP、源UDP、目的UDP、協(xié)議號的ACL（訪(fǎng)問(wèn)控制列表）功能和3層ToS控制功能等。測試需要使用支持路由協(xié)議和ToS QoS功能的流量發(fā)生儀表。

（9）OAM功能

EPON系統的OAM功能包括對OLT的配置、故障、性能和安全管理及OLT通過(guò)OAM方式對ONU的遠程管理功能。IEEE 802.3-2005定義了一些基本的OAM功能和一些擴展OAM功能，擴展功能沒(méi)有明確，需要進(jìn)行細化。為了滿(mǎn)足運營(yíng)需要，多數運營(yíng)商對這些擴展功能進(jìn)行了明確界定，形成了自己的企業(yè)標準。測試OAM功能需要網(wǎng)管系統和相關(guān)的遠程管理功能模塊。

（10）互通性測試

EPON互通目的是實(shí)現EPON終端的開(kāi)放性，終端的開(kāi)放有利于降低網(wǎng)絡(luò )建設和運維成本，是EPON技術(shù)規?；l(fā)展的保障。EPON互通性包括傳輸、業(yè)務(wù)和管理3個(gè)層面的互通，只有3個(gè)層面實(shí)現了互通，才能保證終端的完全開(kāi)放性。具體測試項主要包括驗證不同廠(chǎng)商的OLT和ONU能否完成注冊過(guò)程、實(shí)現正常的MPCP、DBA、OAM功能等。

1.5　GPON系統測試

GPON系統測試的主要測試項與EPON基本相同，包括光接口指標、PON基本功能、ONU認證、帶寬和流量控制（含DBA功能）、傳輸能力、組播功能、TDM業(yè)務(wù)能力、2層功能、3層功能、OAM功能和互通能力等方面。測試方案和所采用的儀表與EPON系統相同。

2、寬帶PON芯片和設備進(jìn)展

2.1　EPON芯片和設備進(jìn)展

EPON技術(shù)目前已基本成熟，從芯片到設備的產(chǎn)業(yè)鏈較為健全，商用芯片和設備均較多，成本不斷下降，在國外有幾百萬(wàn)線(xiàn)的規模商用，特別是在日本的NTT有上百萬(wàn)線(xiàn)的應用。規模生產(chǎn)EPON芯片的廠(chǎng)家主要有Passave（已被PMC收購）、Teknovus、格林威爾、Conexant和Immenstar。

中國國內的運營(yíng)商對EPON技術(shù)十分關(guān)注，特別是中國電信一直在積極推動(dòng)EPON技術(shù)的發(fā)展，在EPON技術(shù)研究、實(shí)驗驗證等方面做了很多工作：

●在技術(shù)研究和實(shí)驗測試的基礎上，制定了《中國電信EPON設備技術(shù)要 求》企業(yè)標準，正在負責制定中國《EPON互通性技術(shù)要求》行業(yè)標準；

●根據技術(shù)要求，自2005年以來(lái)針對上述主流芯片廠(chǎng)家進(jìn)行了兩輪互聯(lián)互通測試，基本實(shí)現了幾個(gè)主流EPON芯片廠(chǎng)商之間的互通，在改進(jìn)的MPCP注冊方法、三重攪動(dòng)、攪動(dòng)密鑰的更新與同步、擴展的OAM發(fā)現、DBA參數配置和Report幀格式、FEC等影響EPON互通的幾個(gè)主要方面都實(shí)現了互通；

●組建了基于EPON技術(shù)的FTTH試驗網(wǎng)，從現場(chǎng)試驗情況來(lái)看，EPON系統基本運行穩定，能夠滿(mǎn)足當前主要寬帶業(yè)務(wù)的發(fā)展要求。

不過(guò)，由于標準推出時(shí)間不長(cháng)，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)間短，EPON技術(shù)和設備還存在一些需要完善的地方：

●芯片互聯(lián)互通還存在數據丟包、吞吐量達不到1Gbit/s、協(xié)議細節需要完善等問(wèn)題，有待進(jìn)一步改進(jìn)；

●OAM能力不足，有待完善，特別是由于IEEE 802.3ah僅規范了鏈路監控、環(huán)回測試等簡(jiǎn)單的OAM功能，企業(yè)定義的擴展OAM功能還需要不斷完善，對ONU的遠程管理功能不足，還沒(méi)有足夠多的廠(chǎng)家支持TR-069協(xié)議；

●設備的穩定性和可靠性有待加強，在實(shí)驗測試和試驗中還存在設備運行不穩定的現象。

2.2　GPON芯片和設備進(jìn)展

由于GPON協(xié)議復雜且標準定稿較晚，目前技術(shù)不夠成熟，尚無(wú)完整的商用芯片解決方案，GPON設備也不多。

主流芯片廠(chǎng)商Broadlight、Freescale、Broadcom、Conexant、PMC、AMCC等都在進(jìn)行GPON ASIC芯片的開(kāi)發(fā)，其中AMCC和PMC兩個(gè)廠(chǎng)家同時(shí)生產(chǎn)EPON和GPON芯片。但目前尚無(wú)完整的商用芯片解決方案，Broadlight公司的芯片進(jìn)展最快， 2005年推出了用戶(hù)端ONT芯片，但局端OLT目前仍是FPGA產(chǎn)品，ASIC產(chǎn)品要2007年推出。Conexant也計劃近期推出ONT芯片，其 OLT芯片將在2006年第4季度或更晚的時(shí)間推出?，F有的ASIC（專(zhuān)用集成電路）產(chǎn)品的成熟性也有待驗證?？傮w來(lái)看，目前業(yè)界還沒(méi)有真正可商用的包括 OLT和ONU的完整的ASIC解決方案。

2004年，GPON的主體標準G.984.3推出后，只有Flexlight、 Optical Solutions兩家新興公司提供了GPON設備，Flexlight公司是最早推出GPON產(chǎn)品的廠(chǎng)商，其產(chǎn)品通過(guò)FPGA方式實(shí)現了核心功能， Optical Solutions公司推出的是基于A(yíng)TM封裝的GPON產(chǎn)品。2005年G.984.4標準定稿后，GPON標準完整體系形成，更多設備商開(kāi)始介入 GPON領(lǐng)域。由于歐美和亞洲運營(yíng)商對GPON技術(shù)的重視和推動(dòng)，特別是北美大型運營(yíng)商對GPON技術(shù)的明確選擇，許多設備廠(chǎng)商對GPON的前景非?？春?，開(kāi)始加緊GPON設備的開(kāi)發(fā)。由于OLT芯片開(kāi)發(fā)的滯后，設備商為了盡快推出相關(guān)產(chǎn)品，均采用自主研發(fā)搭建FPGA的方式實(shí)現GPON系統。目前，市場(chǎng)上有少數廠(chǎng)家能提供GPON設備，但其功能、性能和成熟度有待評估。中國國內運營(yíng)商對GPON技術(shù)也十分關(guān)注，部分運營(yíng)商正在進(jìn)行相關(guān)技術(shù)研究和設備評估測試工作，少數運營(yíng)商已將GPON設備用于組建網(wǎng)絡(luò )。

根據芯片廠(chǎng)商的相關(guān)開(kāi)發(fā)計劃，預計2006年底將出現OLT到ONU的完整ASIC解決方案。從DSLAM等設備規?；逃眠M(jìn)程來(lái)看，芯片推出到設備成熟商用至少需二三年時(shí)間，所以，預計GPON技術(shù)完全成熟并能夠大規模商用至少要到2008年以后。

3、寬帶PON應用展望

寬帶光纖接入具有傳輸容量大、傳輸距離遠、傳輸質(zhì)量高、可靠性好、維護成本低、抗電磁干擾和保密性強等優(yōu)點(diǎn)，是寬帶接入的發(fā)展方向。EPON、GPON技術(shù)由于成本相對較低、可擴展性好、維護管理能力強，是光纖接入的主要實(shí)現方式。EPON技術(shù)較成熟，成本在不斷下降，速率高、擴展性好、對數據業(yè)務(wù)的適配效率較高，是目前光纖接入的主要實(shí)現技術(shù)之一。GPON技術(shù)將在芯片商、設備商、運營(yíng)商的共同推動(dòng)下逐步發(fā)展成熟，很可能成為未來(lái)光纖接入的首選，但EPON和GPON的最終走向還得靠市場(chǎng)來(lái)抉擇。

光纖到戶(hù)（FTTH）是光纖接入的最終發(fā)展方向。但由于技術(shù)成熟度、成本、業(yè)務(wù)需求等原因，FTTH的大規模實(shí)現還需要經(jīng)歷較長(cháng)的時(shí)間，光纖接入將以FTTB+LAN、FTTN+ADSL2+、FTTN/B+VDSL2等方式長(cháng)期存在。寬帶PON將長(cháng)期與DSL（數字用戶(hù)線(xiàn)環(huán)路）、LAN（局域網(wǎng)）和其他接入方式互為補充，共同促進(jìn)發(fā)展。