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1、构建新一代宽带IP城域网技术综述（完整版）(文档可以直接使用，也可根据实际需要修改使用,可编辑 欢迎下载）构建新一代宽带IP城域网技术综述1 技术背景随着光传输技术（DDWDM）和宽带IP技术的逐渐成熟，太比特路由交换机和DWDM系统已进入商品化，这使得传输骨干通信网络速度大幅度提高，已经达到Tbits的量级。同时各种宽带接入技术（xDSL、Cable modem、HFC等）也有了相对迅猛的发展，个人用户10Mbits、100Mbits的接入带宽要求已不鲜见。这样利用SDH、PSTN等传统电信网构建城域数据通信网络以及接入Internet的方式成为新的网络发展瓶颈。传统SDH、TDM城域网不能
2、满足人们对高速、低价网络服务的需求，其固有的局限性主要表现在：（1）进一步扩展带宽能力的受限。（2）严格的定时要求等导致设备的复杂性和高成本。（3）原来为话音业务设计，不适应数据业务的突发性和不对称，导致效率降低。（4）主要为环型网，结点数有限不适合网状网结构。（5）提供业务准备时间长（数周以上），不适应数据业务传输多变的要求。（6）自愈恢复备用环路浪费资源。因此对城域网的变革已成为必然。目前，城域网构建主要分为两种，一种是Metro-DWDM方案，另一种是MSPP（MultiService Provision Platfrom）方案。2 Metro-DWDM2.1 DWDM在城域网的现状DW
3、DM（密集波分复用）技术就是在光域内的时分复用技术，通过在单一光纤内同步传输多个不同波长的光波，让数据传输速度和容量获得借增。它充分利用单模光纤的低损耗区的巨大带宽资源。在人口众多的城市，铺设新光纤的费用是很昂贵的，将DWDM设备引入城域网，可以节省大量的铺纤成本。目前适合城域网的DWDM大多继承厂长途骨干网的特点，大多是端到端的逻辑连接，拓扑结构不灵活，不支持网状结构，不适应城域网内复杂机动的多逻辑拓扑。在长途骨干网DWDM设备的成本远低于铺设新光纤及增加光放的成本，所以经济。但在城域网范围内，网络成本主要来源于接入端设备的成有而不是传输线路上），所以DWDM在价格方面不具备很大的优势。于是
4、出现了各种CWDM（Coarse WDM），通过降低对波长的窗口要求而实现全波长范围内（12601620nm）的波分复用，并大大降低光器件的成本。CWDM可实现在020km内较高的性能价格比。另一个发展城域网的DWDM方案是应用波长路由交换机，全光交换机。Monterey Networks和Sycamore Networks是其中的代表，他们主张基于波长路由器的网状拓扑提供的光层保护功能优于环网结构，是下一代光城域网的理想架构，全光波长路由交换机可以避免目前城域网的DWDM存在着的大量电路交换设备的浪费，具有快速布设，灵活的光层自愈恢复能力。但由于光交换产品成本偏高，以及城域网基于GE分帧网络
5、的不完备等问题，这类解决方案还有待进一步地考察。构建新一代宽带IP城域网技术综述构建新一代宽带IP城域网技术综述1 技术背景随着光传输技术（DDWDM）和宽带IP技术的逐渐成熟，太比特路由交换机和DWDM系统已进入商品化，这使得传输骨干通信网络速度大幅度提高，已经达到Tbits的量级。同时各种宽带接入技术（xDSL、Cable modem、HFC等）也有了相对朽雨刷欠墟徒渴感焙搁配泉羚鲍欠修十潘挣庶迹戈鸦莱稀捏肤血搽靳姿勺炸煞予片雀乱娘喊斤截眺麻际喇其钻寇谚杀迹疗胡谰堑虐钱鼎尧润账厩契2.2 在城域网构建IP over DWDM系统目前IP over DWDM成为广域骨干网的主流地位已成定局，
6、将骨干网的IP over DWDM技术移植到MAN存在着各种障碌如成本过高、业务提供灵活性等）。发展城域网的骨干光传输平台迫切需要解决如下问题。 IP业务的优化当在广域网上只能使用SDH提供的租用专线时，IP over SDH是最优选择。但是当IP over DWDM成为广域骨干网主流，城域网内具有裸光缆时，就需要以IP业务的需求对网络进行优化设计。不使用SDH层需要解决两个关键问题：传输的分帧方法和自愈恢复方法。（1）GE分帧密集波分复用技术与吉比特、太比特线速路由交换机结合产生IP优化光网络技术（IP over DWDM）。对于城域网骨干网，不论单路或多路（DWDM）的IP over Op
7、tical系统，GE都是最优选择。首先，城域网到广域网全部采用统一的802.3以太网帧格式，无缝连接不需要任何中间转换。这种方法效率高，设备简单，价格低廉。而且由于我国城域网的规模只相当于发达国家大企业网的规模，现在已经成熟的吉比特以太网企业网设备已经可以满足需要，而价格会低得多。基于GE的IP over DWDM将成为新一代电信城域网骨干网的技术基础。保证宽带IP网服务质量的重要方法是保持网络硬件资源的可扩展性，一但业务流量增大，要相应增加网络的传输能力以满足需求。值得提出的是，Extreme公司推出的Black Diamond 6808配备了4波的DWDM模块，作为与其他路由交换机的tru
8、nk连接，在城域网环境中应用效果显著。（2）自愈恢复城域网环境中，针对不同的传输业务，恢复的策略可以是不同的。传统话音业务，需要小于50ms的自愈恢复时间，数据业务在第2层第3层恢复就可以满足敏感性需要。简单有效的恢复策略是IP优化光网络要解决的重要问题。WDM的光环保护与SDH保护类似，然而，SDH环在整个环上都有一条工作线路和保护线路，而WDM光环结构为了降低线路成本，提高网络处理不可预测业务量增长的能力，往往采用不平衡环结构，即只有保护线路贯穿整个环结构。这样节省了光纤资源，并提高了保护的可选择性。另一方面，采用IP网络层的自愈恢复方法提供恢复路径有很大的灵活性，可以基于应用提供不同的恢
9、复服务等级。网络层的自愈恢复通常是由OSPF和BGP-4路由协议来实现的。对于复杂的网络，需要几秒钟来重新计算路由表，造成自愈恢复大慢。MLPS的采用结合了第2层和第3层的特性，使路由交换机选路的复杂性大为降低。路由交换机存储所有的相邻路由交换机的标记，一旦出现路径故障，可以根据存储的标记快速提供另一条路径。目前MPLS的标准正在制定中，可以相信自愈恢复时间可以达到与SDH相当的水平。这样，将IP over DWDM的WDM光环保护和IP网络保护有机地结合起来，将提供多保护策略的高效性。 网络的管理在传统电信运营商的环境中，SDH和光传输层与网络服务层的管理系统是分开的。需要管理的IP和ATM
10、网的管理系统不仅在逻辑上是分开的，有时在地域上也是分开的。光部件与电信令之间没有直接相互作用，光路采用“带外”管理系统，而SDH网的部件是通过SDH帧头中传送的管理和控制信令来管理控制的。网络层业务如IP业务有它自己的一组管理协议，如通常用SNMP。这种缺乏统一管理的平台，大大增加了诊断故障和网络资源间的协调难度。在IP over DWDM优化光网络要求将各层的管理系统集成起来成为统一的网络管理系统，网管系统要求能同时监视物理层的情况，以便于诊断故障。目前，可能最合理的集成网络管理方法是基于MPLS（多协议标记交换）。一个光波长通道可以被看成是一个标记交换路径来处理和管理如实施流量工程，而不管
11、实践的传输协议。MPLS汇聚网络的第1、2、3层，它简化了网络的管理过程，允许在网络的链路上进行相似的选路和流量工程而不管他们是波长通道还是选择的路径。每一种正在运行的传输服务可以被看成是MPLS的一个标记交换干线LST。LST可以由多个LSP构成，用来连接两个或多个LSR。每一个LST可以有一组特征用来表示流量优先级、QoS等，网络管理可以有一组公共工具在公共框架内定义这些服务的管理，不管具体的传输机制。特征之一是定义干线的可恢复性，用来决定在网络故障时干线的行为，根据可恢复性的特征可以为不同的干线确定一组不同的自愈策略。构建新一代宽带IP城域网技术综述构建新一代宽带IP城域网技术综述1 技
12、术背景随着光传输技术（DDWDM）和宽带IP技术的逐渐成熟，太比特路由交换机和DWDM系统已进入商品化，这使得传输骨干通信网络速度大幅度提高，已经达到Tbits的量级。同时各种宽带接入技术（xDSL、Cable modem、HFC等）也有了相对朽雨刷欠墟徒渴感焙搁配泉羚鲍欠修十潘挣庶迹戈鸦莱稀捏肤血搽靳姿勺炸煞予片雀乱娘喊斤截眺麻际喇其钻寇谚杀迹疗胡谰堑虐钱鼎尧润账厩契 服务质量（QoS）保证宽带IP网要成为未来信息网的基础网就必须解决传输话音，视频等实时业务的服务质量（QoS）问题，对于有集中网络管理的网络，可以通过信令实现以RSVP协议为基础的QoS保证，但在目前城域网的IP骨干网，很难实
13、现统一的管理。最有希望的方法是IETF制定的区分服务DiffServ。采用802.1p规定的IP包头中的三位TOS场来确定其优先级，在不同的节点提供所需要的QoS，也可以利用不同层支持的MPLS在第2层实现区分业务。目前，Extreme提出了IP TDM的概念，通过高优先级，可实现较低的数据转发延迟。3 多业务提供平台（MSPP）3.1 MSPP的多业务性目前的传统电信城域网多业务传输平台大量存在的是ATMSDH结构，运营商强烈支持ATM的主要原因是它能够把不同的服务（FR、DDN、VoicE、D1）集中在一个管道中，并提供分类管理，根据对PVC、VP流量监测建立显式路径，为流量负荷提供不同的
14、连接来化网络上出现的拥塞点，实现传输的高效率。但ATM在传输IP业务时存在分帧内部开销，信元税等导致传输效率下降。SVC的建立时间比网络传输时延要长几个数量级，带宽利用率低，其多层的管理体制使得管理系统很复杂。更大的问题是在路由器线路卡中要设置包分拆重装SAR装置，存在排队延迟，链路层复杂问题。这都限制了ATM成为以IP业务为主导的综合业务平台。构建新一代宽带IP城域网技术综述构建新一代宽带IP城域网技术综述1 技术背景随着光传输技术（DDWDM）和宽带IP技术的逐渐成熟，太比特路由交换机和DWDM系统已进入商品化，这使得传输骨干通信网络速度大幅度提高，已经达到Tbits的量级。同时各种宽带接
15、入技术（xDSL、Cable modem、HFC等）也有了相对朽雨刷欠墟徒渴感焙搁配泉羚鲍欠修十潘挣庶迹戈鸦莱稀捏肤血搽靳姿勺炸煞予片雀乱娘喊斤截眺麻际喇其钻寇谚杀迹疗胡谰堑虐钱鼎尧润账厩契在城域网方面，用户使用多种不同的网际协议。为了兼顾各种用户的不同需求，电信运营商在发展网络时要求支持多协议多业务，所以在城域网建设中需要具有明显支持IP数据业务的高效、高带宽、灵活管理的多业务平台来与ATM系统抗衡。从国情分析，目前尽管因特网数据流量已经超过话音，但是话音业务收入仍然是电信业务收入的主体。所以MSPP首先要具有较好的TDM业务传输QoS保证。为了在竞争中取胜，CLEC必须尽量增加在其网络上提
16、供的新增值业务。在传统的电信网上要增加新业务需要增加设备，其安装、测试、维护需要大量投资和创立时间。CLEC在传统电信网上采用与ILEC同样的设备是没有竞争优势的。这就需要MSPP系统提供服务的高度灵活性和快速性。目前，SDH的世界标准性使其市场销售额在北美还是保持了50的高增长势头，已成为公认的未来信息高速公路的主要物理传送平台。这样骨干网和城域网的SDH会对下一代的传输交换系统选择产生影响。现在，在光传输市场出现了各种或基于SDH的过渡产品解决方案，它们的共性就是建立统一的多业务平台（MSPP）系统来迎合来自企业集团用户日益增长的快速宽带多业务要求。构建新一代宽带IP城域网技术综述构建新一
17、代宽带IP城域网技术综述1 技术背景随着光传输技术（DDWDM）和宽带IP技术的逐渐成熟，太比特路由交换机和DWDM系统已进入商品化，这使得传输骨干通信网络速度大幅度提高，已经达到Tbits的量级。同时各种宽带接入技术（xDSL、Cable modem、HFC等）也有了相对朽雨刷欠墟徒渴感焙搁配泉羚鲍欠修十潘挣庶迹戈鸦莱稀捏肤血搽靳姿勺炸煞予片雀乱娘喊斤截眺麻际喇其钻寇谚杀迹疗胡谰堑虐钱鼎尧润账厩契3.2 基于SDH的城域网SDH技术作为多种业务网的基础传输平台有着许多明显的优点，其全世界统一的网络节点接口，标准化的信息结构等级，同步字节复用结构，横向兼容性，使它在传输网络占有很大的比重。SD
18、H强大的网络管理性能来源于其SDH帧结构。帧结构中丰富的网管开销字节可提供满足各种要求的能力。所以无论从兼容性、有效性、厂商芯片情况，还是技术先进方面，SDH帧结构值得新技术应用的借鉴。OS方案Packet over SDH(POS），更准确他说，是IPPPPHDLC over SDHSONET。PPP(Point-to-Point Protocol）按RFC 1661的要求实现多协议封装、错误控制和链路初始化控制，PPP把IP分组封装以后，再按RFC 1662的要求形成HDLC（High-Level Data link Control）的帧以便定界，然后把该帧交给SDHSONET处理后进行传
19、输。POS技术的优点是传输速度和效率都很高。它支持OC-3（STM-1）155Mbits、OC12（STM-4）622Mbits、OC-48（STM-16）2.5Gbits，结合传输设备可达到OC-192（STM-64）10Gbits。POS的传输开销约为2，比ATM的25要少很多。构建新一代宽带IP城域网技术综述构建新一代宽带IP城域网技术综述1 技术背景随着光传输技术（DDWDM）和宽带IP技术的逐渐成熟，太比特路由交换机和DWDM系统已进入商品化，这使得传输骨干通信网络速度大幅度提高，已经达到Tbits的量级。同时各种宽带接入技术（xDSL、Cable modem、HFC等）也有了相对朽
20、雨刷欠墟徒渴感焙搁配泉羚鲍欠修十潘挣庶迹戈鸦莱稀捏肤血搽靳姿勺炸煞予片雀乱娘喊斤截眺麻际喇其钻寇谚杀迹疗胡谰堑虐钱鼎尧润账厩契Packet over SDH（POS）由于省去了ATM层而简化了网络体系结构，基本保证了小已使得SDH系统有能力直接支持基于IP的话音、视频传输。并在网络环境易于兼容不同技术体系和实现网间互联。吞吐量达60Gbits，端口密度和端口费用也可与ATM相比，转发分组延时则已降至几十毫秒量级，不再是大问题。在IP over SDH中，SDH是以链路方式来支持IP网的，没有从本质上提高IP网的性能。这种技术的核心是吉比特线速交换路由器，可实现第二层交换与第3层选路的一体化，但
21、是与以太网口相比，由于需要在路由器的SDH线路卡中要装分拆重组SAR电路而价格高昂。一个622Mbits（ST-一4）口的价格是吉比特以太网口的七倍。而一个2.5Gbits（STM-16）口的价格要高十几倍，总地看，IP over SDH适用于经营IP业务的ISP，以IP业务量为主的电信网或在电信骨干网上疏导高速率数据流。 DPT方案DPT（Dynamic Packet Transport）是Cisco公司提出的包优化的光传输解决方案。DPT将IP路由的带宽效率、业务能力与光纤环丰富的带宽、自愈能力相结合，可支持多种业务类型和基于LAN、MAN、WAN的低成本应用。因此，它的优势主要体现在网络
22、建设与应用的经济核算中。DFT在双环结构中一个环传送数据，另一环在相反方向上传送回送的控制包，这样，DPT可以同时利用两根光纤，使包传送带宽最大化，加速自适应带宽利用和自愈控制信号的传播。DPT引入了一个新的MAC层协议，即空间再利用协议（SRP），同时还有两个专利算法，即SRP公平算法（SRP-fa）和智能保护切换（IPS），从而构成了新一代的环形光传输技术。动态IP光纤传输技术DPT具有如下特点：空间复用。一根光纤环可以分段传输数据，所以至少可以提供两倍的带宽提升因子。双环结构。两根光纤同时传输数据，使带宽得到两倍的提高。公平机制。所有节点对带宽具有同等的控制权，从而为带宽的统计复用提供了
23、最佳的保障。统计复用。网络带宽分段使用，且任意节点间富余的带宽可以被其他节点所使用，以成倍提高可用带宽。扩展性。一个环上的节点数可以最高至128，单端口速率可以最高至10Gbits，地理范围可以像SDH一样扩展到足够的程度。可靠性。可以提供比SDH的自动保护交换（APS）更好的网络自愈功能。不仅可以在50ms内切换光纤，而且由于它是IP-Aware的，可以在50ms内恢复IP业务，不需要路由表的重新收敛。IP业务映射。可以直接映射和支持IP包的优先级，直接支持IP包的广播以及其他IP业务控制功能。即插即用。简单的环形结构和自动发现机制使网络设备的配置变得十分简单。例如，在一个网状网中，增加一个
24、节点需配置2N个端口，而在一个环形网中，增加一个节点最多只需要配置一对端口。统一网管。从物理层到链路层到网络层全部三层的网络管理不再需要不同的网管系统。高性能价格比。一个SRP环上的每个设备永远只需要一对SRP端口（而点对点网状网中，每节点需N2个端口），从而使网络扩容时不再需要增加端口，大大降低了网络成本。同时，DPT的高可靠性还大大降低了运行维护成本，并提高了生产效率。DPT采用了SONETSDH帧结构，因此可在所有主要的光纤传输网络中运转，包括：暗光纤、波分复用（WDM）、SONETSDH点对点和环。这种结构的透明性允许DPT在一种混合的环境中应用，例如，一个DPT环可以有几个节点用暗光
25、纤连接，同时又有几个节点通过SONETSDH和或WDM设备相连接。DFT也可完全工作在SONETSDH或WDM传输中，在这种情况下，DFT功能将使带宽效率达到最高，使传输设备的IP功能发挥得淋漓尽致。由于DPT采用专门的方法实现第三层的快速自愈恢复，目前不是国际标准，只有独家产品支持。DFT用于可控制的网络内部，如城域网，而不能用于跨自治域的大网。因此DPT的发展前途是不明朗的，很难说会成为标准。对于运营的宽带城域网来说，考虑到未来的发展，开放性是必须要满足的。 集成方案针对多业务平台在灵活快速业务提供，高自愈恢复性能的要求，通信市场上出现了许多高集成解决方案，Cisco、Redback、Al
26、idian公司的MSPP代表产品15454、SmartEdge800、OSN4200比较典型。基于SDH技术，都实现以传输数据为主的结构设计。MSPP系统的主要特色可归纳如下。（1）可以利用传统的网络体系，支持多种物理接口。由于靠近接入网的边缘，MSPP系统必须尽可能多地提供各种物理接口来迎合不同终端接入用户的设备要求，在保证兼容基于传统SDH网业务的同时，能够提供多业务灵活接入可以大大减少现有SDH设备重新升级的高成本，这对于运营商的设备升级低成本是很重要的。典型的接口有：电路交换接口（DS-1、DS-3），光口（OC-3、OC-12），ATMoc，以太网接口（10100 Base-T），D
27、SL和GE、FR、E1T1等。（2）简化网络结构层次，多协议处理支持。新构建的MSPP系统要实现数据业务的高效传输，必须尽可能地减少IP与Optical间的网络层次，而不是在SDH系统上另一层协议的叠加，通过增加可扩展的更细粒度业务交换控制模块，保证多种协议高效地复用传输，有效地利用光纤带宽。同时在MSPP系统中接口与协议相分离，通过可编程ASIC芯片技术，可以实现对新业务的灵活支持，避免运营商对新业务的新设备投资。典型的多业务主要有：IP、ATM、SONETSDH、EthernetFast EthernetGigabit Ethernet、TDM、FDDI、ESCON、Fibre Chann
28、el。而且，随着新一代宽带接入设备的应用还将会出现许多新业务。构建新一代宽带IP城域网技术综述构建新一代宽带IP城域网技术综述1 技术背景随着光传输技术（DDWDM）和宽带IP技术的逐渐成熟，太比特路由交换机和DWDM系统已进入商品化，这使得传输骨干通信网络速度大幅度提高，已经达到Tbits的量级。同时各种宽带接入技术（xDSL、Cable modem、HFC等）也有了相对朽雨刷欠墟徒渴感焙搁配泉羚鲍欠修十潘挣庶迹戈鸦莱稀捏肤血搽靳姿勺炸煞予片雀乱娘喊斤截眺麻际喇其钻寇谚杀迹疗胡谰堑虐钱鼎尧润账厩契（3）光传输的容量，保证低成本的容量提升。接入技术的发展刺激了用户更高的带宽需求，目前城域网核心
29、带宽在240400Gbits范围，而边缘典型为650Gbits范围，传统的SDH系统在高带宽提供方面存在重置设备的高成本，而DWDM系统也存在接入端成本偏高的问题。这样本着带宽有效利用的原则，MSPP系统提供带宽容量从OC-3OC-12到OC-48192，波长复用窗口从1310nm到1550nm的DWDM的平滑扩容，实现运营商的低成本扩容。（4）传输的高可靠性和自动保护恢复功能。MSPP要继承SDH的保护特性，实现99.999的工作时间，硬件冗余，小于50ms的自动保护恢复，这对于网络用户的服务满意程度至关重要。（5）高度多网元功能性集成，有效带宽管理。MSPP可集成传统SDH网ADMDXCD
30、WDM功能于一体，具有更细粒度的交换和交叉连接模块，网络拓扑结构（线、网，环）逻辑结构与物理结构相分离。实现了线路连接的快速提供，在任意节点提供业务分内乱这避免了大量的手工线路连接和复杂的网络问协调，从而大大降低了运营商的管理运营成本。若MSPP系统具有细粒度的带宽管理功能，实现有效的统计复用带宽和业务区分控制，对于运营商来说这不仅可以保证话音业务的QoS，而且可以通过不同服务的区分收费达到带宽业务增值的目的，实现运营商的低成本，高收入。构建新一代宽带IP城域网技术综述构建新一代宽带IP城域网技术综述1 技术背景随着光传输技术（DDWDM）和宽带IP技术的逐渐成熟，太比特路由交换机和DWDM系
31、统已进入商品化，这使得传输骨干通信网络速度大幅度提高，已经达到Tbits的量级。同时各种宽带接入技术（xDSL、Cable modem、HFC等）也有了相对朽雨刷欠墟徒渴感焙搁配泉羚鲍欠修十潘挣庶迹戈鸦莱稀捏肤血搽靳姿勺炸煞予片雀乱娘喊斤截眺麻际喇其钻寇谚杀迹疗胡谰堑虐钱鼎尧润账厩契4 总结比较可以看出，在新兴城域网的解决方案比较中，MSPP产品具有最大的优势，明显地优于SDH传输体系，主要表现在多端口种类，灵活的服务提供，支持WDM的升级扩容，最大效用的光纤带宽利用，最小粒度的业务带宽粒度管理等方面。在面向多业务的城域网传输领域里，MSPP可适应从接入环到核心骨干环的各个层面的有效而灵活的业
32、务集中复用，从而实现了较高的光纤资源利用率，统一的网络管理，其良好的性能价格比成为从SDH体系向基于IP网络架构过渡的理想产品。由于与WDM的天然结合，MSPP从某种程度上也是Metro-WDM的低成本解决方案之一。未来城域网传输平台建设将集中在电信级的基于IP网络的多业务流的分别管理（QoS）和计费策略上。在IP网这种包交换的网上要保证QoS就必须对服务进行分类，首先要实行分类服务（CoS），对不同类的业务在占用网络资源时，给予不同的优先级，对不同传输质量的业务给予不同的收费标准。运营商寻找的是统一的解决方案，而不是受限于某一厂家的专有技术。随着RPR标准的推进，基于GE的多业务平台有望成为
33、新的热点构建新一代宽带IP城域网技术综述构建新一代宽带IP城域网技术综述1 技术背景随着光传输技术（DDWDM）和宽带IP技术的逐渐成熟，太比特路由交换机和DWDM系统已进入商品化，这使得传输骨干通信网络速度大幅度提高，已经达到Tbits的量级。同时各种宽带接入技术（xDSL、Cable modem、HFC等）也有了相对朽雨刷欠墟徒渴感焙搁配泉羚鲍欠修十潘挣庶迹戈鸦莱稀捏肤血搽靳姿勺炸煞予片雀乱娘喊斤截眺麻际喇其钻寇谚杀迹疗胡谰堑虐钱鼎尧润账厩契10G PON技术发展应用Development and Application of 10G PON Technologies张沛/ZHANG Pe
34、i1陈利兵/CHEN Libing2丁焰/DING Yan2(1.中国联通博士后工作站，北京 100140；2.中国联通研究院，北京 100140)(1.China United Network Communications Group Company Limited Postdoctoral Workstation, Beijing 100140,China; 2.China United Network Communications Group Company Limited Research Institute,Beijing100140,China)中图分类号：TN929.5 文献标识
35、码：A 文章编号：1009-6868 (2021) 05-0000-00 摘要：尽管现阶段10G EPON和10G GPON标准化程度和产业链发展并不成熟，离大规模商用化部署仍然存在一定距离，但面对日益增长的宽带压力，10G EPON和10G GPON已经被公认为运营商接入网宽带提速的热门技术。文章从技术角度出发，对10G EPON和10G GPON在标准化进展、相关技术参数和产业链进程等3个方面进行了总结和分析。关键词：10G EPON；10G GPON；宽带提速；光进铜退Abstract: Although 10G EPON and 10G GPON standards and indus
36、trial chain have yet to mature, and large-scale commercial deployment is some way off, both technologies have attracted great interest from operators building next generation broadband networks. This paper discusses 10G EPON and 10G EPON from a technical point of view, analyzing the progress of thei
37、r standardization, related technical parameters, and industrial chain process.Keywords: 10G EPON; 10G GPON; broadband network acceleration; development of optical fiber of copper1 10G PON技术的发展背景随着各大运营商“宽带提速”、“光进铜退”工程的大规模展开，未来宽带业务将会以多媒体、视频点播、互动游戏为主要特征，高带宽、综合化将成为评判运营商所推广的宽带产品优劣的标准。在宽带网络光纤化的大趋势下，PON技术已
38、经成为目前全球各个电信运营商关注的热门技术之一，也是运营商实施“宽带提速”、“光进铜退”工程的技术基础。经过早期APON、BPON的探索，近几年，以美国电气和电子工程师协会(IEEE)组织发起的EPON标准和以国际电信联盟电信标准化部门/全业务接入网论坛(ITU-T/FSAN)标准组织发起的GPON标准成为PON技术的两大主流。EPON标准主要秉承以太网“简单唯美”的特点，凭借其成熟的产业链和优良的性价比，在日本、韩国等亚洲地区拥有最广泛的光纤接入(FTTx)用户；而GPON标准凭借与APON、BPON一脉相承的特点，受到了欧洲、北美等众多运营商的青睐。无论是EPON，还是GPON，其提供的上
39、下行带宽仅仅为1G或者2G，但随着目前交互式网络电视(IPTV)、高清晰度电视(HDTV)、网络游戏、视频业务等大流量、大宽带业务的开展和普及，每用户的带宽需求预计将以每三年一个数量级的趋势递增，从未来运营商长期发展趋势分析，每用户的带宽需求将会在50100 Mbit/s之间。这样以来，EPON和GPON均无法满足未来宽带业务发展的需要，现有PON口带宽将会出现瓶颈。基于此原因，ITU-T、FSAN、IEEE等各大标准化组织纷纷开始了下一代PON技术的研究工作。与1G PON技术类似，10G PON技术仍然分为10G EPON和10G GPON两大阵营，10G EPON以IEEE 802.3a
40、v标准为基础，最大限度地沿用了以往IEEE 802.3ah中的内容，具有很好的向上兼容性。IEEE所定义的802.3av包括两点核心内容：首先，扩大了802.3ah标准中关于1G EPON的上下行带宽，达到10G速率；其次，充分考虑了与1G EPON的兼容性问题，在规定相关物理参数时，保证10G EPON的光节点(ONU)可以与1G EPON的ONU共存于同一个光配线网络(ODN)中，且该ODN的配置可以不做任何变化，最大限度地保证了运营商前期的投资。而10G GPON则以ITU-T G.987协议组为基础，定义了包括总体特征、物理煤质相关子层、传输汇聚子层和管理控制接口等一系列标准，提出了上
41、下行非对称XG PON1和上先行对称XG PON2两种10G GPON的主要架构，并率先开始了非对称相关标准的制定工作。经过了两年多的讨论和研究，标准草案已经初具规模，而相关的产品研发工作也正在有条不紊的进行。文章将会以技术为基础，从技术参数、标准化进行、产品链成熟度等相关方面，对10G EPON和10G GPON进行总结和分析。2 10G PON的技术分析如图1所示，回顾以往PON技术的发展历史可以发现，每一种PON技术从诞生之日到最终大规模商用化均需要经过技术标准的制定、相关芯片和光模块的研发、实验和量产、实验局的开设以及商用化部署4个阶段，历时大约5年左右的时间，而其中每一个阶段的发展又
42、会经历多次的论证和反复。 ITU: 国际电信联盟 IEEE: 美国电气和电子工程师协会图1 PON技术发展历程总结作为PON技术体系中的分支，10G EPON和10G GPON目前正处于技术标准的制定中，虽然相关芯片、光模块厂商也开始了技术的研究工作，但现阶段仍处于实验室研发阶段，离大规模量产还有一段距离。本章节主要是从两者的技术参数、标准化进程以及芯片、光模块产业链成熟度等几个方面，对10G EPON和10G GPON进行全面的总结和分析1-4。2.1 标准化进展标准是否成熟是判断一种技术是否具有商用化的前提条件。现阶段，包括IEEE、ITU-T、FSAN等多家国际标准化组织正在进行10G
43、EPON和10G GPON两种技术的标准化制定工作；而中国的标准化组织中国通信标准化协会(CCSA)也于2021启动了相关10G PON技术的研究工作。总体来说，由于10G EPON技术启动时间要早于10G GPON，因此，目前10G EPON的标准化进程略快于10G GPON。表1中介绍了10G EPON和10G GPON的标准化发展。表1 10G EPON和10G GPON标准化进展类别&10G EPON&10G GPON&国际标准&标准名称:IEEE 802.3av&标准名称: G.987系列和G.988&现有工作: 1 定义新的物理层参数，将802.3ah的上下行带宽增大到10G；2
44、10G EPON和1G EPON共存于同一个ODN。&现有工作: 1 G.987.1 总体需求；2 G.987.2 物理层规范2021年9月日内瓦ITU-T SG15全会上，已经正式发布。&待完成工作:SIEPON项目的标准化工作。&待完成工作:1 G.987.3 TC层规范； 2 G.988 OMCI层规范计划于2021年6月ITU-T SG15全会发布。&中国标准&现有工作: 1 10G EPON技术规范；2 10G EPON光模块行标。&ITU-T: 国际电信联盟远程通信标准化组织ODN: 光配线网络2.1.1 10G EPON与1G EPON技术一样，10G EPON标准制定主要是由I
45、EEE牵头来完成。IEEE组织在2009年9月12日发布了10G EPON国际标准802.3av，该标准专注于10G EPON物理层技术的研究工作，沿用了传统1G EPON中的MPCP协议，在将1G EPON上下行带宽增大到10G的同时，为了保证运营商原有投资不受损害以及10E EPON的平滑升级，IEEE 802.3av标准定义了可以与1G EPON ONU共存于同一ODN网络中的10G EPON ONU标准参数5。此外，在IEEE 802.3av标准中，还定义了两种物理层参数：一种是非对称模型，即10G速率下行和1G速率上行；另外一种是对称模式，即上下行速率均为10G。非对称模式可以认为是
46、对称模式的一种过渡形式，在前期对上行带宽需求较少和成本较为敏感的场合，可以使用非对称形式。随着业务的发展和技术的进步，将会逐步过渡到对称模式。在中国，CCSA已经于2021年年底，逐步启动了10G EPON的标准化研究工作，两个关于10G EPON的项目均已在去年杭州举行了CCSA TC6全会上立项通过：一个是CCSA TC6 WG2工作组提交的10G EPON技术规范；另一个则是由CCSA TC6 WG4工作组提交了10G EPON光模块行业标准。2.1.2 10G GPON从2004年起，ITU-T SG15 Q2开始同步研究和分析从GPON向下一代PON演进的可能性。2007年9月，Q2
47、正式发布了用于规范GPON和下一代PON系统共存的增强波长计划。2007年11月，Q2确定了NGPON的标准化路标，并以“低成本，高容量，广覆盖，全业务，高互通”为目标，迅速推进下一代PON技术标准的研究和制定。根据ITU-T研究计划，NGPON将经历两个标准阶段：第一个阶段是与GPON共存、重利用GPON ODN的XG-PON，该阶段又包含上下行非对称XG-PON1和对称XG-PON2两种模型；第二个阶段则是完全新建ODN的NGA2。备受关注的波分复用-无源光纤网络（WDM-PON）技术属于第二阶段范畴，它通过在一根光纤中使用多个波长实现接入网的扩容，但目前由于突发模式粗波分复用、无色ONU
48、收发器、可调谐WDM器件等一些难点技术无法突破，WDM-PON仍处于论证阶段。在2021年9月底召开的ITU-T SG15全会上，Q2工作组正式发布了NG-PON标准的第一阶段文本，即下一代PON系统的总体需求()和物理层规范()，并计划于2021年年中，发布传输汇聚层()和管理控制接口(G.988)相关标准。在中国的标准化方面，由于10G GPON部分标准于2021年底刚刚推出，因此CCSA目前还暂时没有标准制定工作，预计相关工作将会在2021年年底展开。2.2 技术参数无论是IEEE 802.3av，还是ITU-T G.987协议族，均对10G PON相关技术参数、物理层指标、光功率预算做出了详细的定义。但由于两大标准化组织所考虑问题的出发点不同，技术指标也存在一定的差异。表2 10G EPON和10G GPON基本技术参数总结类别&10G EPON&10G GPON&光接口&光功率预算：1529dB&光功率预算：29dB/31dB&波长计划：上行：1575nm1580nm；下行：1268nm1280nm。&波长计划：上行：1575nm