EPON

技術概念

　　無源光網絡（PON）的概念由來已久，它具有節(jié)省光纖資源、對網絡協(xié)議透明的的特點，在光接入網中扮演著越來越重要的角色。EPON作為一種新型的光纖接入網技術，它采用點到多點結構、無源光纖傳輸，在以太網之上提供多種業(yè)務。以太網（Ethernet）技術經過二十年的發(fā)展，以其簡便實用，價格低廉的特性，幾乎已經完全統(tǒng)治了局域網，并在事實上被證明是承載IP數(shù)據(jù)包的最佳載體。隨著IP業(yè)務在城域和干線傳輸中所占的比例不斷攀升，以太網也在通過傳輸速率、可管理性等方面的改進，逐漸向接入、城域甚至骨干網上滲透。

　　而以太網與PON的結合，便產生了以太網無源光網絡（EPON）。EPON它在物理層采用了PON技術，在鏈路層使用以太網協(xié)議，利用PON的拓撲結構實現(xiàn)了以太網的接入。因此，它綜合了PON技術和以太網技術的優(yōu)點：低成本；高帶寬；擴展性強，靈活快速的服務重組；與現(xiàn)有以太網的兼容性；方便的管理等等，正成為光接入網領域中的熱門技術。

　　由于EPON的眾多優(yōu)點，它越來越受到人們的青睞，即將成為寬帶接入網一種最有效的通信方法。為了保證EPON網絡能夠穩(wěn)定、高效、準確的運行，為EPON提供一個有效的網絡管理系統(tǒng)顯得尤為重要。
 

各種PON技術的發(fā)展：

APON（ATM PON）

　　1995年提出，1996年由13家大型網絡運營商同它們的主要設備供應商組成了FSAN (Full Service Access Network)聯(lián)盟，155Mb/s的PON系統(tǒng)技術規(guī)范，ATM傳輸協(xié)議，ITU-T G.983系列標準；

BPON（Broadband PON）

　　2001年，APON標準后來得到了加強，可支持622Mb/s的傳輸速率，同時加上了動態(tài)帶寬分配、保護等功能，能提供以太網接入、視頻發(fā)送、高速租用線路等業(yè)務，寬帶的PON；

GPON（Gigabit PON）

　　FSAN聯(lián)盟進行1Gb/s以上速率的PON標準研究，希望提出一種方案，除了能運行在更高的速率外，還要在多業(yè)務、OAM&P、可擴縮性等方面較之其它的PON效率更高。這一研究使得Gigabit PON(GPON)出現(xiàn)。2003年1月，ITU-T批準確立了GPON標準G.984.1、G.984.2和G.984.3；

EPON（Ethernet PON）

　　2000年11月，IEEE成立了802.3 EFM(Ethernet in the First Mile)研究組，業(yè)界有21個網絡設備制造商發(fā)起成立了EFMA，實現(xiàn)Gb/s以太網點到多點的光傳送方案，所以又稱GEPON（GigabitEthernet PON）。EFM標準IEEE802.3ah；

　　EPON 就是一種新興的寬帶接入技術，它通過一個單一的光纖接入系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)、語音及視頻的綜合業(yè)務接入，并具有良好的經濟性。業(yè)內人士普遍認為，FTTH 是寬帶接入的最終解決方式，而EPON 也將成為一種主流寬帶接入技術。由于EPON網絡結構的特點，寬帶入戶的特殊優(yōu)越性，以及與計算機網絡天然的有機結合，使得全世界的專家都一致認為，無源光網絡是實現(xiàn)“三網合一”和解決信息高速公路“最后一公里”的最佳傳輸媒介。
 

EPON接入系統(tǒng)特點

　　局端（OLT）與用戶（ONU）之間僅有光纖、光分路器等光無源器件，無需租用機房、無需配備電源、無需有源設備維護人員，因此，可有效節(jié)省建設和運營維護成本；

　　EPON采用以太網的傳輸格式同時也是用戶局域網/駐地網的主流技術，二者具有天然的融合性，消除了復雜的傳輸協(xié)議轉換帶來的成本因素；

　　采用單纖波分復用技術（下行1490nm，上行1310nm），僅需一根主干光纖和一個OLT，傳輸距離可達20公里。在ONU側通過光分路器分送給最多32個用戶，因此可大大降低OLT和主干光纖的成本壓力；

　　上下行均為千兆速率，下行采用針對不同用戶加密廣播傳輸?shù)姆绞焦蚕韼挘闲欣脮r分復用（TDMA）共享帶寬。高速寬帶，充分滿足接入網客戶的帶寬需求，并可方便靈活的根據(jù)用戶需求的變化動態(tài)分配帶寬；

　　點對多點的結構，只需增加ONU數(shù)量和少量用戶側光纖即可方便地對系統(tǒng)進行擴容升級，充分保護運營商的投資；

　　EPON具有同時傳輸TDM、IP數(shù)據(jù)和視頻廣播的能力，其中TDM和IP數(shù)據(jù)采用IEEE 802.3以太網的格式進行傳輸，輔以電信級的網管系統(tǒng)，足以保證傳輸質量。通過擴展第三個波長（通常為1550nm）即可實現(xiàn)視頻業(yè)務廣播傳輸。

EPON與GPON的比較

　　隨著科學技術的不斷進步和社會日益的發(fā)展，互聯(lián)網逐漸走入尋常百姓家，寬帶的速度越來越成為人們娛樂與工作中常常出現(xiàn)的話題，從窄帶撥號到寬帶上網，再到光纖接入上網，寬帶網絡速度日益加快，如今PON技術逐漸走向前臺。目前，有兩個頗為引人注目的PON標準已正式發(fā)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。

上行可用帶寬

　　從系統(tǒng)上行傳輸總帶寬中減去各種系統(tǒng)運行開銷就是上行可用帶寬。它與系統(tǒng)中包含的ONU數(shù)量、DBA(動態(tài)帶寬分配)算法的輪詢周期、承載業(yè)務的類型以及各業(yè)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(yè)務以IP數(shù)據(jù)業(yè)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(yè)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(shù)據(jù)，所以其有效上行傳輸總帶寬為1Gbit/s，即1000Mbit/s。EPON上行的系統(tǒng)運行開銷及其占總帶寬的比例如下:用于突發(fā)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(xié)議)和OAM(運行管理維護)協(xié)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(tǒng)運行開銷及其占總帶寬的比例如下:用于突發(fā)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(物理層運行管理維護)協(xié)議開銷:約2.1%；DBA算法剩余時隙引入額外的封裝開銷(GPON中允許分割幀，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)。

技術成熟度

　　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(xié)議)、OAM(運行管理維護)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(xié)議。②核心芯片 目前可以提供EPON核心芯片的專業(yè)廠商有5-6家(不包括自主設計芯片的系統(tǒng)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(tǒng)的大規(guī)模部署。
GPON?、贅藴?GPON的標準是ITU-T G.984系列標準，規(guī)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(tǒng)TDM業(yè)務的支持，繼續(xù)采用125s固定幀結構，以保持8K定時延續(xù)。為了支持ATM等多協(xié)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(xié)議的數(shù)據(jù)混合封裝成幀。②核心芯片 除GPON設備廠商自主設計的GPON芯片外，目前還沒有專業(yè)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(xié)作開發(fā)的模塊，還沒有專業(yè)的模塊廠商可以提供樣品，更談不上大規(guī)模量產。

多業(yè)務能力和安全性

　　目前對EPON多業(yè)務能力質疑最多的就是它傳輸傳統(tǒng)TDM業(yè)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(yè)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(tǒng)TDM業(yè)務的應用標準。就是在普通的以太網設備上，現(xiàn)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(tǒng)點對點TDM通道。而且，隨著傳統(tǒng)TDM業(yè)務量所占比例的日趨減少，使用分組交換技術，把TDM業(yè)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。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(qū)別。
 

QoS

　　在QoS方面，EPON定義了8個優(yōu)先級隊列，DBA算法也考慮了對不同優(yōu)先級隊列的帶寬分配策略和公平性等問題。對于數(shù)據(jù)包中的IP優(yōu)先級或以太網優(yōu)先級可以很容易地映射到這8個優(yōu)先級隊列中，再通過DBA算法保證其傳輸?shù)膸捄蜁r延，因此完全可以滿足不同業(yè)務的QoS要求。GPON中OLT檢測每個CONT-T的業(yè)務負荷，用于預測/分析ONU的業(yè)務流情況和網絡的擁塞情況，根據(jù)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(yè)務，GPON通過使用指針安排ONU用不同的傳輸方式來實現(xiàn):調整其授權帶寬和授權周期來保證業(yè)務的帶寬和時延要求。實際上，在如何保證業(yè)務的QoS方面，EPON和GPON的實現(xiàn)機理本質上是一樣的。GPON中的OAM包括帶寬授權分配、DBA、鏈路監(jiān)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。

總結

　　綜上所述，在QoS、多業(yè)務承載、安全性等方面，目前的EPON產品與GPON標準規(guī)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(guī)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。