寬帶PON系統(tǒng)測試、設備進展和應用展望

1、寬帶PON技術

采用無源光分支器的寬帶PON技術，可以節(jié)省OLT（光線路終端）的光接口和光纖，系統(tǒng)擴展性好，便于維護管理，是光纖接入的主要實現(xiàn)方式。寬帶PON技術主要包括基于ATM的BPON/APON（寬帶無源光網(wǎng)絡/ATM無源光網(wǎng)絡）技術、基于以太網(wǎng)的EPON（無源光纖以太網(wǎng)）技術和具有Gbit/s傳送能力的GPON（吉比特無源光網(wǎng)絡）技術。APON/BPON技術發(fā)展最早，但由于技術復雜、成本高、速率有限、IP業(yè)務映射效率低等原因，目前中國國內(nèi)基本不再采用。EPON、GPON 技術是未來光纖接入的主要實現(xiàn)方式，受到業(yè)界的廣泛關注。

1.1　EPON技術

EPON技術基于IEEE 802.3ah 標準，采用8B/10B線路編碼，支持10 km、20 km兩種最大傳輸距離和雙向?qū)ΨQ1 Gbit/s以太網(wǎng)速率，最大分光比可達32路，采用波分復用技術實現(xiàn)單纖雙向傳輸。IEEE 802.3ah在傳統(tǒng)以太網(wǎng)體系架構基礎上定義了一種擴展的802.3 MAC MPCP（多點控制協(xié)議）作為EPON數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，實現(xiàn)點到多點PON中以太幀的時分多址接入。EPON系統(tǒng)利用以太網(wǎng)控制幀傳送多點控制拉信息，利用OAM（運營、維護、管理）幀傳遞OAM信息，具有較強的OAM&P（運營、維護、管理和配置）能力，可以實現(xiàn)對終端的遠程管理；利用PON系統(tǒng)具有的廣播功能實現(xiàn)單拷貝廣播（SCB），適合視頻組播業(yè)務的開展。

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

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

1.2　GPON技術

GPON技術基于ITU G.984.x系列標準，定義了新的TC（傳輸匯聚）子層，規(guī)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(guī)程）實現(xiàn)多業(yè)務的映射封裝，使得多業(yè)務接入環(huán)境下的總傳輸效率高；ATM封裝方式主要是考慮對ATM業(yè)務的承載，不過由于ATM技術的復雜性和實際網(wǎng)絡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上下行對稱或非對稱速率,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的幀長及定時機制，能夠很好地承載TDM和語音業(yè)務，提供了豐富的OAM&P功能，具有良好的擴展性。

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

1.3　寬帶PON系統(tǒng)測試

與其他技術一樣，寬帶PON技術在使用前需要經(jīng)過嚴格測試，只有其功能、性能符合要求才可以規(guī)模應用。由于標準推出時間不長，關于寬帶PON測試目前還沒有成熟的國際標準和國內(nèi)行業(yè)標準。為了推進技術的成熟和應用，中國國內(nèi)的運營商紛紛根據(jù)自己的業(yè)務需求，編制相關企業(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(guī)范》和《中國電信GPON設備測試規(guī)范》，進行了EPON和GPON設備的測試評估工作。

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

圖1　寬帶PON系統(tǒng)測試結(jié)構

寬帶PON系統(tǒng)測試主要是驗證其光口指標、功能、性能等是否滿足相關行業(yè)和企業(yè)技術標準要求，測試過程中用得最多的儀表是數(shù)據(jù)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(tǒng)測試

EPON系統(tǒng)測試主要包括以下幾個方面。

（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、消光比、光接收機靈敏度、眼圖、邊模抑制比、無輸入信號時的發(fā)射光功率、過載光功率等指標是否滿足相關行業(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，需要使用一定長度的光纖及驗證測試過程中業(yè)務流是否正常的數(shù)據(jù)流量發(fā)生、分析儀表，要求測距功能不影響業(yè)務的正常運行。PON加密功能主要驗證OLT到各個ONU下行方向數(shù)據(jù)的加密，要求只有符合加密規(guī)則的ONU才能接收屬于自己的數(shù)據(jù)流，且 采用加密功能時不影響業(yè)務性能。測試需要使用數(shù)據(jù)流量發(fā)生、分析儀驗證業(yè)務性能是否受影響。

（3）多點控制協(xié)議功能

MPCP定義了點到多點光網(wǎng)絡的MAC控制機制。MPCP功能在測試方面體現(xiàn)于OLT對ONU的認證功能，包括對單個ONU的認證、認證拒絕，對多個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(shù)據(jù)，非法ONU注冊失敗、不能收發(fā)數(shù)據(jù)，且OLT可以強制去激活某個特定的ONU。測試需要使用數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)。

（4）動態(tài)帶寬分配功能

DBA（動態(tài)帶寬分配）功能主要驗證OLT到各ONU的動態(tài)帶寬分配功能、帶寬控制精度。DBA功能是使EPON系統(tǒng)鏈路帶寬得到有效利用的保證，要求系統(tǒng)支持DBA功能且?guī)捒刂屏６炔淮笥?56 kbit/s。測試需要使用數(shù)據(jù)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(nèi)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的數(shù)據(jù)包，測試無丟包情況下OLT到各ONU的以太流量之和，需要使用數(shù)據(jù)流量發(fā)生、分析儀產(chǎn)生流量進行測試和驗證。

（6）TDM業(yè)務支持能力

TDM業(yè)務支持能力測試EPON系統(tǒng)提供TDM業(yè)務時的時延、抖動和12 h誤碼率及提供TDM業(yè)務所需要的帶寬和承載效率。要求系統(tǒng)支持的E1業(yè)務時延小于1.5 ms，12 h無誤碼。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)務承載效率。

（7）組播功能

組播功能主要測試EPON系統(tǒng)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時延等內(nèi)容。需要使用支持組播測試功能的數(shù)據(jù)流量發(fā)生儀表以測試系統(tǒng)支持的組播協(xié)議、組播相關功能。

（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(shù)據(jù)流量發(fā)生、分析儀表。

由于PON系統(tǒng)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(tǒng)支持的一些簡單功能，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（訪問控制列表）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(tǒng)的OAM功能包括對OLT的配置、故障、性能和安全管理及OLT通過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，擴展功能沒有明確，需要進行細化。為了滿足運營需要，多數(shù)運營商對這些擴展功能進行了明確界定，形成了自己的企業(yè)標準。測試OAM功能需要網(wǎng)管系統(tǒng)和相關的遠程管理功能模塊。

（10）互通性測試

EPON互通目的是實現(xiàn)EPON終端的開放性，終端的開放有利于降低網(wǎng)絡建設和運維成本，是EPON技術規(guī)?；l(fā)展的保障。EPON互通性包括傳輸、業(yè)務和管理3個層面的互通，只有3個層面實現(xiàn)了互通，才能保證終端的完全開放性。具體測試項主要包括驗證不同廠商的OLT和ONU能否完成注冊過程、實現(xiàn)正常的MPCP、DBA、OAM功能等。

1.5　GPON系統(tǒng)測試

GPON系統(tǒng)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(tǒng)相同。

2、寬帶PON芯片和設備進展

2.1　EPON芯片和設備進展

EPON技術目前已基本成熟，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，在國外有幾百萬線的規(guī)模商用，特別是在日本的NTT有上百萬線的應用。規(guī)模生產(chǎn)EPON芯片的廠家主要有Passave（已被PMC收購）、Teknovus、格林威爾、Conexant和Immenstar。

中國國內(nèi)的運營商對EPON技術十分關注，特別是中國電信一直在積極推動EPON技術的發(fā)展，在EPON技術研究、實驗驗證等方面做了很多工作：

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

●根據(jù)技術要求，自2005年以來針對上述主流芯片廠家進行了兩輪互聯(lián)互通測試，基本實現(xiàn)了幾個主流EPON芯片廠商之間的互通，在改進的MPCP注冊方法、三重攪動、攪動密鑰的更新與同步、擴展的OAM發(fā)現(xiàn)、DBA參數(shù)配置和Report幀格式、FEC等影響EPON互通的幾個主要方面都實現(xiàn)了互通；

●組建了基于EPON技術的FTTH試驗網(wǎng)，從現(xiàn)場試驗情況來看，EPON系統(tǒng)基本運行穩(wěn)定，能夠滿足當前主要寬帶業(yè)務的發(fā)展要求。

不過，由于標準推出時間不長，產(chǎn)品開發(fā)時間短，EPON技術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(shù)據(jù)丟包、吞吐量達不到1Gbit/s、協(xié)議細節(jié)需要完善等問題，有待進一步改進；

●OAM能力不足，有待完善，特別是由于IEEE 802.3ah僅規(guī)范了鏈路監(jiān)控、環(huán)回測試等簡單的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，還沒有足夠多的廠家支持TR-069協(xié)議；

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

2.2　GPON芯片和設備進展

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

主流芯片廠商Broadlight、Freescale、Broadcom、Conexant、PMC、AMCC等都在進行GPON ASIC芯片的開發(fā)，其中AMCC和PMC兩個廠家同時生產(chǎn)EPON和GPON芯片。但目前尚無完整的商用芯片解決方案，Broadlight公司的芯片進展最快， 2005年推出了用戶端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季度或更晚的時間推出?，F(xiàn)有的ASIC（專用集成電路）產(chǎn)品的成熟性也有待驗證。總體來看，目前業(yè)界還沒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，F(xiàn)lexlight公司是最早推出GPON產(chǎn)品的廠商，其產(chǎn)品通過FPGA方式實現(xiàn)了核心功能， Optical Solutions公司推出的是基于ATM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，更多設備商開始介入 GPON領域。由于歐美和亞洲運營商對GPON技術的重視和推動，特別是北美大型運營商對GPON技術的明確選擇，許多設備廠商對GPON的前景非?？春茫_始加緊GPON設備的開發(fā)。由于OLT芯片開發(fā)的滯后，設備商為了盡快推出相關產(chǎn)品，均采用自主研發(fā)搭建FPGA的方式實現(xiàn)GPON系統(tǒng)。目前，市場上有少數(shù)廠家能提供GPON設備，但其功能、性能和成熟度有待評估。中國國內(nèi)運營商對GPON技術也十分關注，部分運營商正在進行相關技術研究和設備評估測試工作，少數(shù)運營商已將GPON設備用于組建網(wǎng)絡。

根據(jù)芯片廠商的相關開發(fā)計劃，預計2006年底將出現(xiàn)OLT到ONU的完整ASIC解決方案。從DSLAM等設備規(guī)?；逃眠M程來看，芯片推出到設備成熟商用至少需二三年時間，所以，預計GPON技術完全成熟并能夠大規(guī)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，是寬帶接入的發(fā)展方向。EPON、GPON技術由于成本相對較低、可擴展性好、維護管理能力強，是光纖接入的主要實現(xiàn)方式。EPON技術較成熟，成本在不斷下降，速率高、擴展性好、對數(shù)據(jù)業(yè)務的適配效率較高，是目前光纖接入的主要實現(xiàn)技術之一。GPON技術將在芯片商、設備商、運營商的共同推動下逐步發(fā)展成熟，很可能成為未來光纖接入的首選，但EPON和GPON的最終走向還得靠市場來抉擇。

光纖到戶（FTTH）是光纖接入的最終發(fā)展方向。但由于技術成熟度、成本、業(yè)務需求等原因，F(xiàn)TTH的大規(guī)模實現(xiàn)還需要經(jīng)歷較長的時間，光纖接入將以FTTB+LAN、FTTN+ADSL2+、FTTN/B+VDSL2等方式長期存在。寬帶PON將長期與DSL（數(shù)字用戶線環(huán)路）、LAN（局域網(wǎng)）和其他接入方式互為補充，共同促進發(fā)展。