要害詞　PON　EPON　GPON

　　1、引言

　　多年來，業界一直認為PON是接入網未來發展的方向，這一方面是由于它提供的帶寬可以滿足現在和未來各種寬帶業務的需要，因此在解決寬帶接入問題上被普遍看好;另一方面，無論在設備成本還是運維治理開銷方面，其費用也相對較低。PON的網絡結構非常簡單，其技術上的復雜性主要在于信號處理技術。在下行方向，局端設備/OLT發出的信號是廣播式發給所有的遠端用戶/ONU(單點發送，多點接收)，各用戶需要從中取出發給自己的數據。在上行方向，由于各用戶/ONU共享一根干路光纖(多點發送，單點接收)，就必須采用某種多址接入協議，如:TDMA(time division multiple access，時分多址訪問)協議，來避免發生信號沖突，實現多用戶對共享傳輸通道的訪問。

　　目前，有兩個頗為引人注目的PON標準已正式發布，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。

　　單獨從某一方面的對比結果來判定哪種技術會得到規模應用是不嚴謹的，因此，本文將從可用帶寬、技術成熟度、成本、多業務能力和安全性、QoS和OAM等方面對二者進行綜合的比較。

　　2、XPON概述

　　1987年英國電信公司的研究人員最早提出了PON的概念。1995年，FSAN聯盟成立，目的是要共同定義一個通用的PON標準。1998年，ITU-T以155Mbit/s ATM技術為基礎，發布了G.983系列APON(ATM PON)標準。同時各電信設備制造商也研發出了APON產品，目前在北美、日本和歐洲都有APON產品的實際應用。但在我國由于價格較高，又受到ATM推廣受阻的影響，所以APON在我國幾乎沒有什么應用。

　　2000年底，一些設備制造商成立了第一英里以太網聯盟(EFMA)，提出基于以太網的PON概念----EPON，并促成IEEE在2001年成立第一英里以太網(EFM)小組，開始正式研究包括1.25Gbit/s的EPON在內的EFM相關標準。EPON標準IEEE 802.3ah已于2004年6月正式頒布。我國在“十五”“863”計劃中也設立了吉比特EPON的相應課題。

　　2001年底，FSAN更新網頁把APON更名為BPON，即“寬帶PON”。實際上，在2001年1月左右EFMA提出EPON概念的同時，FSAN也開始進行1Gbit/s以上的PON-GPON標準的研究，2003年3月ITU-T頒布了描述GPON總體特性的G.984.1和ODN物理媒質相關(PMD)子層的G.984.2 GPON標準，2004年3月和6月發布了規范傳輸匯聚(TC)層的G.984.3和運行治理通信接口的G.984.4標準。

　　表1依據相關標準規范描述了BPON、EPON和GPON的主要特征。

　　表1　BPON、GPON和EPON的技術參數

　　                         BPON              GPON                         EPON
 
下行線路速率(Mbit/s)   155/622/1 244    1 244/2 488                    1 250
上行線路速率(Mbit/s)   155/622          155/622/1 244/2 488            1 250 
 線路編碼              NRZ              NRZ                            8B/10B 
 分路比                32               64-128                         32-64
最大傳輸距離(km)       20               60                             20
TDM支持能力            TDM over ATM     TDM over ATM或TDM over Packet  TDM over Ethernet

上行可用帶寬(Mbit/s)   500(在上行622Mbit/s  1 100(在上行1.244Gbit/s    760-860
(傳輸IP業務)            速率情況下)            速率情況下)

OAM                    有                有                               有
下行數據加密           攪動或AES加密    AES加密                        沒有定義

　　從應用情況來看，GPON由于技術實現復雜，成熟的商業產品還很少，目前還沒有規模的商用系統應用;BPON在歐美等ATM原有設備較多的國家和地區使用較多;EPON在亞洲地區，尤其是日本使用較多。值得注重的是，今年我國在武漢、杭州、北京、綿陽等許多城市已經開始大量使用EPON系統。

　　下面將對GPON和EPON這兩種PON技術和產品進行具體比較。

　　3、上行可用帶寬

　　從系統上行傳輸總帶寬中減去各種系統運行開銷就是上行可用帶寬。它與系統中包含的ONU數量、DBA(動態帶寬分配)算法的輪詢周期、承載業務的類型以及各業務所占比例等都有很大關系。

　　EPON和GPON都是寬帶接入技術，承載的業務以IP數據業務為主。

　　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有效數據，所以其有效上行傳輸總帶寬為1Gbit/s，即1000Mbit/s。

　　EPON上行的系統運行開銷及其占總帶寬的比例如下:

　　*用于突發接收的物理層開銷:約3.5%;

　　*以太網幀的封裝開銷:約7.4%;

　　*MPCP(多點控制協議)和OAM(運行治理維護)協議開銷: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上行的系統運行開銷及其占總帶寬的比例如下:

　　*用于突發接收的物理層開銷:約2.0%;

　　*GEM(GPON封裝方法)幀和以太網幀的封裝開銷:約5.8%;

　　*PLOAM(物理層運行治理維護)協議開銷:約2.1%;

　　*DBA算法剩余時隙引入額外的封裝開銷(GPON中答應分割幀，當剩余時隙不足以傳輸一個完整的以太網幀時，該以太網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)。

　　4.1　EPON

　　(1)標準

　　EPON的標準是IEEE802.3ah，標準中定義了EPON的物理層、MPCP(多點控制協議)、OAM(運行治理維護)等相關內容。IEEE制定EPON標準的基本原則是盡量在802.3體系結構內進行EPON的標準化工作，最小程度地擴充標準以太網的MAC協議。這就最大程度地繼續了以太網經過長期、大規模實踐檢驗積累下來的寶貴技術經驗。

　　(2)核心芯片和光收發模塊

　　目前可以提供EPON核心芯片的專業廠商有5-6家(不包括自主設計芯片的系統廠商)，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系統的大規模部署。

　　目前，EPON的核心芯片已發展到第三代SoC(system on chip)階段，集成了多端口標準以太網的MAC和PHY、SRAM、CPU以及PON專用的SerDes。以這種芯片為核心，只需增加少數的外圍器件(如模塊和接口電路)就可以構成一個完整的系統，某些廠商提供的ONU參考設計，面積只有手掌一半大小。

　　最近，我國大陸和臺灣省的芯片廠商也開始啟動了EPON芯片設計項目。

　　EPON光收發模塊的產業鏈已經完整并開始與EPON系統的發展互相推動，二者開始步入良性循環的軌道:ONU模塊的價格從最初的200美元以上下降到目前不足50美元，價格水平已經和普通的千兆以太網光模塊相當。模塊價格的下降反過來又帶動了EPON系統的規模部署速度，日本和韓國都已開始了大規模的EPON商業化應用。

　　EPON模塊的主流廠商也從日本和美國轉移到中國的臺灣和大陸。現在能夠提供EPON模塊的廠商已經有10-20家。

　　(3)系統

　　提供EPON系統的最初都是一些新興專業廠商，如Alloptic和Salira。現在傳統的主流電信大廠也開始進入該領域，如:富士通、UT斯達康和烽火，極大地帶動了EPON的產業化發展。

　　我國從EPON國際標準制訂一開始就把EPON列入國家的“863”重大項目，支持格林威爾等國內廠商對EPON的要害技術進行攻關，2004年初完成“863”項目的驗收，之后滾動投入二期資金支持優秀廠商進行EPON系統的商業化推廣。現在，能夠提供商用EPON系統的廠商近10家，從技術水平上看，因為幾乎同步開發，國內外廠商的差別很小。而價格方面，國內廠商占優。

　　4.2　GPON

　　(1)標準

　　GPON的標準是ITU-T G.984系列標準，規定了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TDM業務的支持，繼續采用125s固定幀結構，以保持8K定時延續。為了支持ATM等多協議，GPON定義了一種全新的封裝結構GEM(GPON encapsulation method)，可以把ATM和其它協議的數據混合封裝成幀。

　　GPON標準相當復雜，在已有技術基礎上，以可接受的成本實現完全符合標準要求的設備比較困難。

　　(2)核心芯片和光收發模塊

　　除GPON設備廠商自主設計的GPON芯片外，目前還沒有專業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作開發的模塊，還沒有專業的模塊廠商可以提供樣品，更談不上大規模量產。

　　GPON標準要求模塊指標支持三類ODN，但C類ODN受目前光模塊技術水平的限制，很難在經濟的成本下實現。

　　(3)系統

　　目前提供GPON系統的只有一兩家新興專業廠商，如Flex-Light，其生產供貨、技術支持和服務能力還有待提高，難以獨立支撐GPON的大規模部署。

　　與EPON相比，GPON的產業鏈還不完整。

　　5、成本

　　影響成本的因素是多方面的，比如:技術復雜度、規模產量以及市場應用規模。

　　從技術角度，EPON“進入門檻”很低，輕易吸引大批廠商加入EPON產業聯盟。EPON繼續了以太網“簡單即是美”的優良傳統，盡量只做最小的改動來提供增加的功能，這就使得傳統的以太網芯片廠商可以很輕易地進行EPON芯片設計，新的設計公司也能利用隨處可得的以太網相關IP core(具有知識產權的設計內核)來加入EPON芯片設計的陣營。目前EPON的第三代芯片的價格并不比前兩代芯片價格高(甚至還有下降的趨勢)，功能卻不可同日而語。GPON芯片功能比較復雜，需要全新設計封裝格式，沒有對這方面比較熟悉的傳統廠商，“技術門檻”較高，又會讓新興公司“望而卻步”。GPON芯片廠商數量太少，芯片價格也難以下降。在這方面，ATM就是一個前車之鑒。

　　在模塊方面，從技術角度來看，由于GPON的光模塊要滿足很高的突發同步指標(在1.244Gbit/s速率下，GPON標準規定突發同步物理層開銷只有12byte)，對模塊中的驅動和前后放大器芯片的要求很高;還要滿足三類ODN的功率預算，對ONU發射機功率和OLT接收機的靈敏度也有很高要求，只能采用DFB發射機和APD的接收機，而它們的成本幾乎是EPON模塊中使用的傳統FP發射機和PIN接收機的6倍(該數據來自光模塊廠商)!所以，GPON光模塊的成本顯然要高于EPON光模塊。

　　經過多年的發展，期間包括一場跟ATM的“戰爭”，以太網已成為數據網絡中的事實標準，以太網相關技術無疑具有良好的市場前景，現在和將來的新技術，都要提供對以太網的接口。和GPON相比，EPON的市場前景應該會更好一些。

　　無論從哪方面來看，現在EPON的成本肯定比GPON低，事實也正是如此。根據從日本市場獲得的數據，目前Yahoo BB部署的EPON系統，每用戶(或每線)設備成本(包括ONU和分攤的OLT成本)已降到了200美元。GPON還未見有大規模商用的市場報道，參考北美155Mbit/s APON系統的設備價格為每用戶300美元以上，再參考SDH的622Mbit/s系統對155Mbit/s系統的價格系數(約為2.5)，估計目前的GPON系統價格約為每用戶750美元，約是EPON價格的4倍!即便換算成單比特成本，GPON也是EPON的3倍!而且從長遠來來看，EPON的成本下降速度也會比GPON更快。所以無論現在還是將來，GPON在成本上將始終難以與EPON競爭。

　　6、多業務能力和安全性

　　目前對EPON多業務能力質疑最多的就是它傳輸傳統TDM業務的能力。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單一網段的TDM業務傳輸通道，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TDM業務的應用標準。就是在普通的以太網設備上，現在也可以使用各種標準的PWE3(pseudowire emulation edge to edge)設備提供跨網段、端到端的、透明的傳統點對點TDM通道。而且，隨著傳統TDM業務量所占比例的日趨減少，使用分組交換技術，把TDM業務收容到日益擴大的分組網絡中來，無疑將是一種更為經濟的手段。即使是現在部署的G/EPON系統，也會更看重其對各種以太網數據業務的支持能力。

　　對于IPTV、VoIP等IP/以太網基礎上的多業務，EPON更是可以很好地承載。

　　對模擬的CATV業務，EPON也可以采用和GPON一樣的方式承載:增加一個波長。(其實這屬于WDM技術，跟EPON和GPON本身無關)。

　　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無區別。

　　7、QoS和OAM

　　在QoS方面，EPON定義了8個優先級隊列，DBA算法也考慮了對不同優先級隊列的帶寬分配策略和公平性等問題。對于數據包中的IP優先級或以太網優先級可以很輕易地映射到這8個優先級隊列中，再通過DBA算法保證其傳輸的帶寬和時延，因此完全可以滿足不同業務的QoS要求。例如:對TDM業務，使用EPON的QoS機制，就可以保證其各項指標要求。

　　GPON中OLT檢測每個CONT-T的業務負荷，用于猜測/分析ONU的業務流情況和網絡的擁塞情況，根據網絡狀況給每個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要求的業務，GPON通過使用指針安排ONU用不同的傳輸方式來實現:調整其授權帶寬和授權周期來保證業務的帶寬和時延要求。

　　實際上，在如何保證業務的QoS方面，EPON和GPON的實現機理本質上是一樣的。

　　在OAM方面，EPON標準中定義了遠端故障指示、遠端環回控制和鏈路監視等基本的OAM功能，對于其它高級的OAM功能，則定義了豐富的廠商擴展機制，讓廠商在具體的設備實現中自主增強各種OAM功能。而且EPON標準還從便于開通維護的角度，定義了一套OAM能力的自動協商機制(與以太網端口的自動協商機制類似)，可以在無需人工參與的情況下，自動識別并配置0LT和ONU兩端的OAM能力。另外，比較有特色的是，EPON定義了一種PON端口的環回測試功能，把PON鏈路的性能測試功能嵌入到系統之中，可以在無需外部測試儀表的情況下，進行PON鏈路的性能檢測，大大方便了系統的開通和故障定位。

　　GPON中的OAM包括帶寬授權分配、DBA、鏈路監測、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。

　　8、總結

　　綜上所述，在OAM、QoS、多業務承載、安全性等方面，目前的EPON產品與GPON標準規范的相當，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，更早進入大規模商用的階段。

　　下一代網絡將是基于分組的網絡，目前以太網作為分組網絡的絕對主流承載平臺，已經是一個不爭的事實。將來用戶側的網絡接口肯定是一個以太網的接口，城域網上的以太網接口肯定也會隨處可見，使用以太網技術把兩側的以太網接口連接起來將會是一件很自然的事情。試想，光纖帶寬資源無限，是舍易求難，為提高一點傳輸效率而非要把兩側的以太網數據進行復雜的“背對背”GEM協議轉換，再在PON上傳輸?還是簡單地增加波長和速率，平滑地擴展網絡容量?以太網從10Mbit/s、100Mbit/s、1000Mbit/s到10Gbit/s的發展歷史可以告訴我們正確的選擇。