寬帶PON系統(tǒng)測(cè)試、設(shè)備進(jìn)展和應(yīng)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(jié)省OLT（光線路終端）的光接口和光纖，系統(tǒng)擴(kuò)展性好，便于維護(hù)管理，是光纖接入的主要實(shí)現(xiàn)方式。寬帶PON技術(shù)主要包括基于ATM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?zé)o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(fù)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(guó)國(guó)內(nèi)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(xiàn)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(biāo)準(zhǔn)，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(dá)32路，采用波分復(fù)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)單纖雙向傳輸。IEEE 802.3ah在傳統(tǒng)以太網(wǎng)體系架構(gòu)基礎(chǔ)上定義了一種擴(kuò)展的802.3 MAC MPCP（多點(diǎn)控制協(xié)議）作為EPON數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到多點(diǎn)PON中以太幀的時(shí)分多址接入。EPON系統(tǒng)利用以太網(wǎng)控制幀傳送多點(diǎn)控制拉信息，利用OAM（運(yùn)營(yíng)、維護(hù)、管理）幀傳遞OAM信息，具有較強(qiáng)的OAM&P（運(yùn)營(yíng)、維護(hù)、管理和配置）能力，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)終端的遠(yuǎn)程管理；利用PON系統(tǒng)具有的廣播功能實(shí)現(xiàn)單拷貝廣播（SCB），適合視頻組播業(yè)務(wù)的開展。

與BPON、GPON技術(shù)相比，EPON協(xié)議簡(jiǎn)單，對(duì)光收發(fā)模塊的技術(shù)指標(biāo)要求低，所以系統(tǒng)成本相對(duì)較低。由于成本較低、速率高、擴(kuò)展性好、對(duì)數(shù)據(jù)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(xiàn)技術(shù)之一。

目前EPON技術(shù)已基本成熟，從芯片到設(shè)備的產(chǎn)業(yè)鏈較為健全，國(guó)內(nèi)外有較多的廠家提供EPON設(shè)備并獲得了較大規(guī)模的應(yīng)用。

1.2　GPON技術(shù)

GPON技術(shù)基于ITU G.984.x系列標(biāo)準(zhǔn)，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(shí)現(xiàn)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(duì)ATM業(yè)務(wù)的承載，不過由于ATM技術(shù)的復(fù)雜性和實(shí)際網(wǎng)絡(luò)IP化趨勢(shì)，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(duì)稱或非對(duì)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(dá)64甚至128。GPON采用125 μs的幀長(zhǎng)及定時(shí)機(jī)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(kuò)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(kuò)展能力強(qiáng)等特點(diǎn)，具有較好的發(fā)展前景。但GPON協(xié)議較復(fù)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(shè)備廠商都是采用自主研發(fā)搭建FPGA（現(xiàn)場(chǎng)可編程門列陣）的方式實(shí)現(xiàn)GPON系統(tǒng)。

1.3　寬帶PON系統(tǒng)測(cè)試

與其他技術(shù)一樣，寬帶PON技術(shù)在使用前需要經(jīng)過嚴(yán)格測(cè)試，只有其功能、性能符合要求才可以規(guī)模應(yīng)用。由于標(biāo)準(zhǔn)推出時(shí)間不長(zhǎng)，關(guān)于寬帶PON測(cè)試目前還沒有成熟的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)內(nèi)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。為了推進(jìn)技術(shù)的成熟和應(yīng)用，中國(guó)國(guó)內(nèi)的運(yùn)營(yíng)商紛紛根據(jù)自己的業(yè)務(wù)需求，編制相關(guān)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)用于設(shè)備評(píng)估。如中國(guó)電信已經(jīng)制定了《中國(guó)電信EPON設(shè)備測(cè)試規(guī)范》和《中國(guó)電信GPON設(shè)備測(cè)試規(guī)范》，進(jìn)行了EPON和GPON設(shè)備的測(cè)試評(píng)估工作。

寬帶PON系統(tǒng)測(cè)試結(jié)構(gòu)如圖1所示，PON系統(tǒng)由局端OLT、ODN（光分配網(wǎng)絡(luò)）和用戶端ONU（光網(wǎng)絡(luò)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(hào)通過ODN到達(dá)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(hào)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(tǒng)測(cè)試結(jié)構(gòu)

寬帶PON系統(tǒng)測(cè)試主要是驗(yàn)證其光口指標(biāo)、功能、性能等是否滿足相關(guān)行業(yè)和企業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，測(cè)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(cè)試

EPON系統(tǒng)測(cè)試主要包括以下幾個(gè)方面。

（1）光接口指標(biāo)測(cè)試

光接口指標(biāo)測(cè)試包括OLT和ONU測(cè)試兩部分，主要驗(yàn)證被測(cè)試設(shè)備PON光口的平均發(fā)送光功率、工作波長(zhǎng)、消光比、光接收機(jī)靈敏度、眼圖、邊模抑制比、無(wú)輸入信號(hào)時(shí)的發(fā)射光功率、過載光功率等指標(biāo)是否滿足相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。需要使用的測(cè)試儀表有光譜分析儀、光功率計(jì)、光示波器等。

（2）PON的基本功能

PON基本功能主要包括PON測(cè)距和PON加密。PON測(cè)距功能主要驗(yàn)證OLT和ONU是否支持測(cè)距、支持的測(cè)距范圍和測(cè)距精度，需要使用一定長(zhǎng)度的光纖及驗(yàn)證測(cè)試過程中業(yè)務(wù)流是否正常的數(shù)據(jù)流量發(fā)生、分析儀表，要求測(cè)距功能不影響業(yè)務(wù)的正常運(yùn)行。PON加密功能主要驗(yàn)證OLT到各個(gè)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(shí)不影響業(yè)務(wù)性能。測(cè)試需要使用數(shù)據(jù)流量發(fā)生、分析儀驗(yàn)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(jī)制。MPCP功能在測(cè)試方面體現(xiàn)于OLT對(duì)ONU的認(rèn)證功能，包括對(duì)單個(gè)ONU的認(rèn)證、認(rèn)證拒絕，對(duì)多個(gè)ONU的認(rèn)證、認(rèn)證拒絕及對(duì)特定ONU的強(qiáng)制解注冊(cè)功能。要求正確序列號(hào)（或 MAC地址）/密碼的ONU能正常注冊(cè)并收發(fā)數(shù)據(jù)，非法ONU注冊(cè)失敗、不能收發(fā)數(shù)據(jù)，且OLT可以強(qiáng)制去激活某個(gè)特定的ONU。測(cè)試需要使用數(shù)據(jù)流量發(fā)生、分析儀，以驗(yàn)證正常注冊(cè)后的ONU是否能收發(fā)數(shù)據(jù)。

（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(yàn)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(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(cè)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(cè)試包括最大分路比、最大傳輸距離和以太吞吐量測(cè)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(cè)試是針對(duì)不同幀長(zhǎng)的數(shù)據(jù)包，測(cè)試無(wú)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(jìn)行測(cè)試和驗(yàn)證。

（6）TDM業(yè)務(wù)支持能力

TDM業(yè)務(wù)支持能力測(cè)試EPON系統(tǒng)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(tǒng)支持的E1業(yè)務(wù)時(shí)延小于1.5 ms，12 h無(wú)誤碼。測(cè)試需要SDH分析儀和流量發(fā)生儀以驗(yàn)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(cè)試EPON系統(tǒng)所支持的IGMP（Internet組管理協(xié)議），包括組播復(fù)制、組播控制、組播管理和組播加入離開時(shí)延等內(nèi)容。需要使用支持組播測(cè)試功能的數(shù)據(jù)流量發(fā)生儀表以測(cè)試系統(tǒng)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(cè)試跟其他以太網(wǎng)設(shè)備的測(cè)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(xí)、802.1p優(yōu)先級(jí)控制、廣播包抑制和組播包控制等功能。測(cè)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(shè)備，對(duì)其3層功能的要求不高，所以3層功能測(cè)試主要是驗(yàn)證系統(tǒng)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(hào)的ACL（訪問控制列表）功能和3層ToS控制功能等。測(cè)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(duì)OLT的配置、故障、性能和安全管理及OLT通過OAM方式對(duì)ONU的遠(yuǎn)程管理功能。IEEE 802.3-2005定義了一些基本的OAM功能和一些擴(kuò)展OAM功能，擴(kuò)展功能沒有明確，需要進(jìn)行細(xì)化。為了滿足運(yùn)營(yíng)需要，多數(shù)運(yùn)營(yíng)商對(duì)這些擴(kuò)展功能進(jìn)行了明確界定，形成了自己的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。測(cè)試OAM功能需要網(wǎng)管系統(tǒng)和相關(guān)的遠(yuǎn)程管理功能模塊。

（10）互通性測(cè)試

EPON互通目的是實(shí)現(xiàn)EPON終端的開放性，終端的開放有利于降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和運(yùn)維成本，是EPON技術(shù)規(guī)?；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(xiàn)了互通，才能保證終端的完全開放性。具體測(cè)試項(xiàng)主要包括驗(yàn)證不同廠商的OLT和ONU能否完成注冊(cè)過程、實(shí)現(xiàn)正常的MPCP、DBA、OAM功能等。

1.5　GPON系統(tǒng)測(cè)試

GPON系統(tǒng)測(cè)試的主要測(cè)試項(xiàng)與EPON基本相同，包括光接口指標(biāo)、PON基本功能、ONU認(rèn)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(cè)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(shè)備進(jìn)展

2.1　EPON芯片和設(shè)備進(jìn)展

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

中國(guó)國(guó)內(nèi)的運(yùn)營(yíng)商對(duì)EPON技術(shù)十分關(guān)注，特別是中國(guó)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(yàn)驗(yàn)證等方面做了很多工作：

●在技術(shù)研究和實(shí)驗(yàn)測(cè)試的基礎(chǔ)上，制定了《中國(guó)電信EPON設(shè)備技術(shù)要 求》企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，正在負(fù)責(zé)制定中國(guó)《EPON互通性技術(shù)要求》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；

●根據(jù)技術(shù)要求，自2005年以來(lái)針對(duì)上述主流芯片廠家進(jìn)行了兩輪互聯(lián)互通測(cè)試，基本實(shí)現(xiàn)了幾個(gè)主流EPON芯片廠商之間的互通，在改進(jìn)的MPCP注冊(cè)方法、三重?cái)噭?dòng)、攪動(dòng)密鑰的更新與同步、擴(kuò)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(gè)主要方面都實(shí)現(xiàn)了互通；

●組建了基于EPON技術(shù)的FTTH試驗(yàn)網(wǎng)，從現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況來(lái)看，EPON系統(tǒng)基本運(yùn)行穩(wěn)定，能夠滿足當(dāng)前主要寬帶業(yè)務(wù)的發(fā)展要求。

不過，由于標(biāo)準(zhǔn)推出時(shí)間不長(zhǎng)，產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間短，EPON技術(shù)和設(shè)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(dá)不到1Gbit/s、協(xié)議細(xì)節(jié)需要完善等問題，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(guī)范了鏈路監(jiān)控、環(huán)回測(cè)試等簡(jiǎn)單的OAM功能，企業(yè)定義的擴(kuò)展OAM功能還需要不斷完善，對(duì)ONU的遠(yuǎn)程管理功能不足，還沒有足夠多的廠家支持TR-069協(xié)議；

●設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性有待加強(qiáng)，在實(shí)驗(yàn)測(cè)試和試驗(yàn)中還存在設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)定的現(xiàn)象。

2.2　GPON芯片和設(shè)備進(jìn)展

由于GPON協(xié)議復(fù)雜且標(biāo)準(zhǔn)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(shè)備也不多。

主流芯片廠商Broadlight、Freescale、Broadcom、Conexant、PMC、AMCC等都在進(jìn)行GPON ASIC芯片的開發(fā)，其中AMCC和PMC兩個(gè)廠家同時(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(jì)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(xiàn)有的ASIC（專用集成電路）產(chǎn)品的成熟性也有待驗(yàn)證?？傮w來(lái)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(biāo)準(zhǔn)G.984.3推出后，只有Flexlight、 Optical Solutions兩家新興公司提供了GPON設(shè)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(shí)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(biāo)準(zhǔn)定稿后，GPON標(biāo)準(zhǔn)完整體系形成，更多設(shè)備商開始介入 GPON領(lǐng)域。由于歐美和亞洲運(yùn)營(yíng)商對(duì)GPON技術(shù)的重視和推動(dòng)，特別是北美大型運(yùn)營(yíng)商對(duì)GPON技術(shù)的明確選擇，許多設(shè)備廠商對(duì)GPON的前景非?？春?，開始加緊GPON設(shè)備的開發(fā)。由于OLT芯片開發(fā)的滯后，設(shè)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(xiàn)GPON系統(tǒng)。目前，市場(chǎng)上有少數(shù)廠家能提供GPON設(shè)備，但其功能、性能和成熟度有待評(píng)估。中國(guó)國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商對(duì)GPON技術(shù)也十分關(guān)注，部分運(yùn)營(yíng)商正在進(jìn)行相關(guān)技術(shù)研究和設(shè)備評(píng)估測(cè)試工作，少數(shù)運(yùn)營(yíng)商已將GPON設(shè)備用于組建網(wǎng)絡(luò)。

根據(jù)芯片廠商的相關(guān)開發(fā)計(jì)劃，預(yù)計(jì)2006年底將出現(xiàn)OLT到ONU的完整ASIC解決方案。從DSLAM等設(shè)備規(guī)?；逃眠M(jìn)程來(lái)看，芯片推出到設(shè)備成熟商用至少需二三年時(shí)間，所以，預(yù)計(jì)GPON技術(shù)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(yīng)用展望

寬帶光纖接入具有傳輸容量大、傳輸距離遠(yuǎn)、傳輸質(zhì)量高、可靠性好、維護(hù)成本低、抗電磁干擾和保密性強(qiáng)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(duì)較低、可擴(kuò)展性好、維護(hù)管理能力強(qiáng)，是光纖接入的主要實(shí)現(xiàn)方式。EPON技術(shù)較成熟，成本在不斷下降，速率高、擴(kuò)展性好、對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的適配效率較高，是目前光纖接入的主要實(shí)現(xiàn)技術(shù)之一。GPON技術(shù)將在芯片商、設(shè)備商、運(yùn)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（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，F(xiàn)TTH的大規(guī)模實(shí)現(xiàn)還需要經(jīng)歷較長(zhǎng)的時(shí)間，光纖接入將以FTTB+LAN、FTTN+ADSL2+、FTTN/B+VDSL2等方式長(zhǎng)期存在。寬帶PON將長(zhǎng)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(bǔ)充，共同促進(jìn)發(fā)展。