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摘 要：随着近些年宽带接入业务的迅猛发展，以及高清视频业务的爆发式增长，单用户平均带宽成倍增长，原有基于GPON方式的FTTH网络已不能适应200 M或更高带宽，文章给出了需要向10G PON升级的解决方案，包括10G PON的基本技术以及在现有场景下升级的几种方案。
关键词：FTTH;GPON;10G PON
随着近些年宽带接入业务的迅猛发展，视频点播、高清直播、4K电视等光纤高带宽业务的出现，光纤接入（Fiber To The X，FTTx）在运营成本低，带宽高的优势使之脱颖而出，使得未来“最后一公里”的解决方案应运而生。而GPON技术，凭借其高带宽、高可操作性、高性价比的魅力，成为当前FTTH的首选方案。
1 GPON技术的发展情况
千兆位无源光网络（Gigabit—Capable Passive Optical Network，GPON）技术是基于ITU—TG.984.x标准的电信运营的宽带无源光综合接入标准，它同以太网无源光网络（（Ethernet Passive Optical Network，EPON）技术一样具有高带宽、高效率、大覆盖范围、用户接口丰富等众多优点，被大多数运营商视为實现接入网业务宽带化、综合化改造的理想技术。近两年来，为应对宽带大提速、提速用户感知等，运营商已开始对10G PON、10G EPON技术进行推广商用。
下一代GPON技术，即NGPON技术，包括两个标准阶段。（1）NGPON1阶段，包括XGPON1和XGPON2阶段。（2）NGPON2阶段，2004年，ITU_T的Q2组织开始研究和分析GPON的下一代演进。2007年11月，Q2正式确定XG—PON的标准化路线，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。2009年10月，Q2在SG15全会期间正式发布了XG—PON标准的第一阶段文本，即下一代PON系统的总体需求（ITU—T G.987.1）和物理层PMD规范（ITU—T G.987.2），GPON技术演进如图1所示。
2 10G PON技术的基本技术
那么为什么要用10G PON技术？10G GPON是在已有GPON技术标准上演进的增强下一代GPON技术，主要解决GPON网络的以下问题。（1）不断发展高带宽业务类型对带宽有着更高的要求，GPON技术不能提供足够的带宽来满足需求。（2）用户侧接入技术不断创新，用户接入带宽不断提升，GPON技术将成为带宽瓶颈。（3）分光比、传输距离，直接影响网络建设投资。10G PON和GPON技术主要规格差异如表1所示。
项目 10G GPON（G.987&G.988） GPON （G.984）
波长范围 下行：1 575～1 580 mm
上行：1 260～1 280 mm 下行：1 480～1 500 mm
上行：1 290～1 360 mm
中心波长 下行：1 577 mm
上行：1 270 mm 下行：1 490 mm
上行：1 310 mm
线路速率 下行：9.95 Gbit/s
上行：2.48 Gbit/s 下行：2.48 Gbit/s
上行：1.25 Gbit/s或2.485 Gbit/s
帧结构 XGEM GEM
XGEM帧是10G GPON技术中基本的业务承载单元，是最基本的封装结构。所有的业务都要封装在XGEM帧中进行传输，XGEM帧由帧头和数据静荷组成。
GEM Port和T—CONT将PON网络分为虚拟的连接，实现业务复用。GEM Port标识的是10G GPON系统中OLT和ONU之间的业务流的虚通道，类似于ATM中的VPI/VCI虚连接标识[1]。
T—CONT是10G GPON系统中上行业务流基本控制单元，主要起到上行方向承载业务的载体作用，所有的GEM Port都要映射到T—CONT中，由OLT通过DBA调度的方式进行数据上行，10G GPON系统业务复用原理如图2所示。
图2 10G GPON系统业务复用原理
3 10G PON技术的网络结构及工作原理
10G GPON同GPON网络结构一样，遵循标准PON网络的P2MP架构，10G GPON网络通过上、下行不同波长在同一个ODN网络上进行单纤双向数据传输[2]，图3为P2MP架构，图4为P2MP传输示意。
我们知道GPON技术的上下行是非对称结构，下行通过广播的方式发送数据，OLT通过广播的方式把数据广播到到所有的ONU上，不同的ONU有选择性的进行接，将其他不是自身相关的数据直接丢弃。在OLT上，数据流在业务处理单元中被封装到GEM Port中。OLT将封装到GEM Port中的数据广播给所有ONU。ONU接收到OLT发送的数据后，根据XGEM Port ID对数据流进行判断是进行处理还是进行丢弃。10G PON工作原理如图5所示。
上行通过TDMA的方式，ONU按照时隙进行数据传输，ONU在OLT许可的时隙内发送数据，这样就可以保证每个ONU按次序发送数据，避免了上行数据冲突。在ONU上，数据流被封装到相应的GEM Port中，然后映射到相应的T—CONT中。OLT根据T—CONT调度数据流按照时隙依次发送到OLT。OLT对GEM Port中数据流解封装后送入相应业务单元。
4 改造10G PON的建设方案 在运营商网络建设中，大体分为高价值新建小区、校园网新建、小区GPON FTTH改造、老旧小区LAN，DSL方式改造这4个场景来部署10G PON设备[3]，具体建设方案如下。
4.1 高价值新建小区
面向现网高端用户提供千兆接入需求的场景，建议上行采用双路由10GE链路，跳过汇聚交换机直连BRAS设备。从带宽能力和后续的可扩展性考虑，新建场景应考虑大容量10G PON设备，从建设和维护成本考虑，建议摒弃10G GPON和GPON的共存方案，ODN建设中分光比建议采用1∶64。10G GPON新建场景用户需使用10G PON ONT设备。
4.2 校园网新建
对于现网业务中，有提速需求但不适合改造成FTTH的场景，如校园，LAN小区等。如新建OLT建议采用10GE方式，如原有OLT改造，考虑投资问题则开通初期采取扩容GE方式，当上联链路总数超过4个千兆时建议直接升级到10GE链路，同时建议OLT设备跳过汇聚交换机直联BRAS设备，减少中间环节。如GPON和10G PON ONU共存，机房OLT侧需要增加WDM1r，如不共存则无需增加WDM1r，FTTB不建議采用共存方式建网，根据用户提速需求更换ONU。没有提速需求的用户可继续使用原有ONU。
4.3 小区GPON FTTH改造
面向现网E/G PON FTTH且未来千兆接入需求的提速改造场景，如新建OLT建议采用10GE方式，如原有OLT改造，考虑投资问题则开通初期采取扩容GE方式，当上行口总数超过4×GE时建议升级到10GE，OLT上联端口升级到10GE以后，建议OLT跳过汇聚交换机直联BRAS设备。GPON FTTH提速，如需要GPON和10G PON ONT共存，机房ODF侧需要增加WDM1r，如无需共存ODN无需改动，保持原有分光比不变，利旧原有分光器。对需要提速的用户选HN8245Q 10G PON ONT，不提速用户保持原有E/G PON ONT。
4.4 老旧小区LAN，DSL方式改造
针对传统的LAN小区可以采用10G PON+FTTB的方式，利旧原有光纤和五类线，上行接口建议采用10GE，同时建议OLT跳过汇聚交换机直联BRAS。从带宽能力和后续的可扩展性考虑上联端口，考虑按用户带宽1∶3～1∶6收敛，当单台OLT上行超过4个千兆时建议更换成10GE上联端口。ODN建设中分光比建议采用1∶8，根据用户具体需求考虑使用不同型号的ONU设备。
改造及部署方案大体分为4个步骤。
（1）整体规划，10G PON OLT的选型，如在原有OLT上改造，需要确认业务规划。新建场景直接上10GE，改造场景在原有的基础上扩容，单台OLT上行超过4GE时建议切换成10GE上行。
（2）软件及版本的升级。
（3）硬件改造，要充分考虑原有设备的利旧，从而达到节省投资的目的，比如利旧机柜、机框、槽位等。
（4）预配置，新建场景，按照规划预配置VLAN、业务流、流量模板、ONT相关的业务模板、线路模板、告警模板。组播相关配置、PPPoE+、DHCP 相关配置、安全特性相关配置、管理相关配置、路由相关配置等。改造场景，原槽PON口1∶1替换，只需要新增流量模板等，其他数据无需配置，非原槽位1∶1替换，则需要重新配置数据。
作者简介：刘铁力（1980— ），男，河北石家庄人，通信工程师，硕士;研究方向：通信技术的传输与接入。
[参考文献]
[1]常莹，吴红青.10G GPON系统中ONT端OMCI功能的设计与实现[J].电视技术，2013（1）：109-112.
[2]房超.10G GPON技术及相关标准研究[J].电信网技术，2011（10）：14-18.
[3]张磊.中小电信运营商10G GPON的演变[J].科技风，2018（33）：15-19.
Abstract：With the rapid development of broadband access services in recent years， and the explosive growth of high-definition video services， the average bandwidth of single users has doubled， and the original FTTH Network based on GPON can no longer adapt to 200 M or higher bandwidth. In this paper， the solutions that need to be upgraded to 10G PON are given， including the basic technology of 10G PON and several upgrading schemes in existing scenarios.
Key words：FTTH; GPON; 10G PON
关键词：FTTH;GPON;10G PON
随着近些年宽带接入业务的迅猛发展，视频点播、高清直播、4K电视等光纤高带宽业务的出现，光纤接入（Fiber To The X，FTTx）在运营成本低，带宽高的优势使之脱颖而出，使得未来“最后一公里”的解决方案应运而生。而GPON技术，凭借其高带宽、高可操作性、高性价比的魅力，成为当前FTTH的首选方案。
1 GPON技术的发展情况
千兆位无源光网络（Gigabit—Capable Passive Optical Network，GPON）技术是基于ITU—TG.984.x标准的电信运营的宽带无源光综合接入标准，它同以太网无源光网络（（Ethernet Passive Optical Network，EPON）技术一样具有高带宽、高效率、大覆盖范围、用户接口丰富等众多优点，被大多数运营商视为實现接入网业务宽带化、综合化改造的理想技术。近两年来，为应对宽带大提速、提速用户感知等，运营商已开始对10G PON、10G EPON技术进行推广商用。
下一代GPON技术，即NGPON技术，包括两个标准阶段。（1）NGPON1阶段，包括XGPON1和XGPON2阶段。（2）NGPON2阶段，2004年，ITU_T的Q2组织开始研究和分析GPON的下一代演进。2007年11月，Q2正式确定XG—PON的标准化路线，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。2009年10月，Q2在SG15全会期间正式发布了XG—PON标准的第一阶段文本，即下一代PON系统的总体需求（ITU—T G.987.1）和物理层PMD规范（ITU—T G.987.2），GPON技术演进如图1所示。
2 10G PON技术的基本技术
那么为什么要用10G PON技术？10G GPON是在已有GPON技术标准上演进的增强下一代GPON技术，主要解决GPON网络的以下问题。（1）不断发展高带宽业务类型对带宽有着更高的要求，GPON技术不能提供足够的带宽来满足需求。（2）用户侧接入技术不断创新，用户接入带宽不断提升，GPON技术将成为带宽瓶颈。（3）分光比、传输距离，直接影响网络建设投资。10G PON和GPON技术主要规格差异如表1所示。
项目 10G GPON（G.987&G.988） GPON （G.984）
波长范围 下行：1 575～1 580 mm
上行：1 260～1 280 mm 下行：1 480～1 500 mm
上行：1 290～1 360 mm
中心波长 下行：1 577 mm
上行：1 270 mm 下行：1 490 mm
上行：1 310 mm
线路速率 下行：9.95 Gbit/s
上行：2.48 Gbit/s 下行：2.48 Gbit/s
上行：1.25 Gbit/s或2.485 Gbit/s
帧结构 XGEM GEM
XGEM帧是10G GPON技术中基本的业务承载单元，是最基本的封装结构。所有的业务都要封装在XGEM帧中进行传输，XGEM帧由帧头和数据静荷组成。
GEM Port和T—CONT将PON网络分为虚拟的连接，实现业务复用。GEM Port标识的是10G GPON系统中OLT和ONU之间的业务流的虚通道，类似于ATM中的VPI/VCI虚连接标识[1]。
T—CONT是10G GPON系统中上行业务流基本控制单元，主要起到上行方向承载业务的载体作用，所有的GEM Port都要映射到T—CONT中，由OLT通过DBA调度的方式进行数据上行，10G GPON系统业务复用原理如图2所示。
图2 10G GPON系统业务复用原理
3 10G PON技术的网络结构及工作原理
10G GPON同GPON网络结构一样，遵循标准PON网络的P2MP架构，10G GPON网络通过上、下行不同波长在同一个ODN网络上进行单纤双向数据传输[2]，图3为P2MP架构，图4为P2MP传输示意。
我们知道GPON技术的上下行是非对称结构，下行通过广播的方式发送数据，OLT通过广播的方式把数据广播到到所有的ONU上，不同的ONU有选择性的进行接，将其他不是自身相关的数据直接丢弃。在OLT上，数据流在业务处理单元中被封装到GEM Port中。OLT将封装到GEM Port中的数据广播给所有ONU。ONU接收到OLT发送的数据后，根据XGEM Port ID对数据流进行判断是进行处理还是进行丢弃。10G PON工作原理如图5所示。
上行通过TDMA的方式，ONU按照时隙进行数据传输，ONU在OLT许可的时隙内发送数据，这样就可以保证每个ONU按次序发送数据，避免了上行数据冲突。在ONU上，数据流被封装到相应的GEM Port中，然后映射到相应的T—CONT中。OLT根据T—CONT调度数据流按照时隙依次发送到OLT。OLT对GEM Port中数据流解封装后送入相应业务单元。
4 改造10G PON的建设方案 在运营商网络建设中，大体分为高价值新建小区、校园网新建、小区GPON FTTH改造、老旧小区LAN，DSL方式改造这4个场景来部署10G PON设备[3]，具体建设方案如下。
4.1 高价值新建小区
面向现网高端用户提供千兆接入需求的场景，建议上行采用双路由10GE链路，跳过汇聚交换机直连BRAS设备。从带宽能力和后续的可扩展性考虑，新建场景应考虑大容量10G PON设备，从建设和维护成本考虑，建议摒弃10G GPON和GPON的共存方案，ODN建设中分光比建议采用1∶64。10G GPON新建场景用户需使用10G PON ONT设备。
4.2 校园网新建
对于现网业务中，有提速需求但不适合改造成FTTH的场景，如校园，LAN小区等。如新建OLT建议采用10GE方式，如原有OLT改造，考虑投资问题则开通初期采取扩容GE方式，当上联链路总数超过4个千兆时建议直接升级到10GE链路，同时建议OLT设备跳过汇聚交换机直联BRAS设备，减少中间环节。如GPON和10G PON ONU共存，机房OLT侧需要增加WDM1r，如不共存则无需增加WDM1r，FTTB不建議采用共存方式建网，根据用户提速需求更换ONU。没有提速需求的用户可继续使用原有ONU。
4.3 小区GPON FTTH改造
面向现网E/G PON FTTH且未来千兆接入需求的提速改造场景，如新建OLT建议采用10GE方式，如原有OLT改造，考虑投资问题则开通初期采取扩容GE方式，当上行口总数超过4×GE时建议升级到10GE，OLT上联端口升级到10GE以后，建议OLT跳过汇聚交换机直联BRAS设备。GPON FTTH提速，如需要GPON和10G PON ONT共存，机房ODF侧需要增加WDM1r，如无需共存ODN无需改动，保持原有分光比不变，利旧原有分光器。对需要提速的用户选HN8245Q 10G PON ONT，不提速用户保持原有E/G PON ONT。
4.4 老旧小区LAN，DSL方式改造
针对传统的LAN小区可以采用10G PON+FTTB的方式，利旧原有光纤和五类线，上行接口建议采用10GE，同时建议OLT跳过汇聚交换机直联BRAS。从带宽能力和后续的可扩展性考虑上联端口，考虑按用户带宽1∶3～1∶6收敛，当单台OLT上行超过4个千兆时建议更换成10GE上联端口。ODN建设中分光比建议采用1∶8，根据用户具体需求考虑使用不同型号的ONU设备。
改造及部署方案大体分为4个步骤。
（1）整体规划，10G PON OLT的选型，如在原有OLT上改造，需要确认业务规划。新建场景直接上10GE，改造场景在原有的基础上扩容，单台OLT上行超过4GE时建议切换成10GE上行。
（2）软件及版本的升级。
（3）硬件改造，要充分考虑原有设备的利旧，从而达到节省投资的目的，比如利旧机柜、机框、槽位等。
（4）预配置，新建场景，按照规划预配置VLAN、业务流、流量模板、ONT相关的业务模板、线路模板、告警模板。组播相关配置、PPPoE+、DHCP 相关配置、安全特性相关配置、管理相关配置、路由相关配置等。改造场景，原槽PON口1∶1替换，只需要新增流量模板等，其他数据无需配置，非原槽位1∶1替换，则需要重新配置数据。
作者简介：刘铁力（1980— ），男，河北石家庄人，通信工程师，硕士;研究方向：通信技术的传输与接入。
[参考文献]
[1]常莹，吴红青.10G GPON系统中ONT端OMCI功能的设计与实现[J].电视技术，2013（1）：109-112.
[2]房超.10G GPON技术及相关标准研究[J].电信网技术，2011（10）：14-18.
[3]张磊.中小电信运营商10G GPON的演变[J].科技风，2018（33）：15-19.
Abstract：With the rapid development of broadband access services in recent years， and the explosive growth of high-definition video services， the average bandwidth of single users has doubled， and the original FTTH Network based on GPON can no longer adapt to 200 M or higher bandwidth. In this paper， the solutions that need to be upgraded to 10G PON are given， including the basic technology of 10G PON and several upgrading schemes in existing scenarios.
Key words：FTTH; GPON; 10G PON