10G EPON技术综述

802.3av 规范采用 1:16（如单个 PON 上的 16 个 ONU 连接至一个 OLT 接口）或 1:32 的分光比作为光纤链路损耗预算的参考。实际上，如果其他光纤损耗（如光纤长度）有限，可以抵消拆分比翻倍情况下额外的 3dB 损耗，那么我们也可采用1:64或1:128这种更大的分光比。（注意，实际分光比限制取决于损耗预算和所需单位 ONU 带宽等光纤参数的组合。）
 
与 EPON 一样，10G EPON 上行突发时间的要求不是很严格，因此可使用现有的成品器件。
3.2.       信号格式与媒体存取控制 (MAC) 协议
3.2.1.        信号格式
下行信号实际上就是以太网帧与闲置字符组成的串流，这与点对点 10 Gbit/s 以太网信号基本相同，只是额外增加了前向纠错 (FEC) 编码。此外，上行信号实际上也与以太网信号流相同，只是如上所述采用了 TDMA 突发格式，其中也包含 FEC。
 
上行传输突发开始于同步模式，使 OLT 能将接收器同步于 ONU 的新突发，其中包括确定 FEC 码字调正、扰码器同步以及数据帧的开始。
 
前导码与起始帧分界符 (SFD) 的以太网正常值可针对 EPON 与 10G EPON 进行修改，例如，以传输 MAC 的 MODE 与 LLID 变量替代前导字节。LLID 是唯一识别 ONU MAC 的双八位组逻辑链路标示。
 
每个 ONU 都具备一个唯一的 LLID，可将 OLT 与 ONU 进行连接，满足单播流量。换言之，MAC 实例是用于仿真在 PON 上ONU 与 OLT的点对点连接。此外，OLT 还具备两个用作向 ONU 高效广播下行流量的单拷贝广播 (SCB) MAC 实例。例如，如果 OLT 必须与未注册的 ONU 通信，就要使用这种实例。在上行方向，仅需使用一个 SCB MAC 便可满足客户端注册需求。
 
多点控制协议 PDU (MPCPDU) 是基本的 802.3 MAC 控制帧，ONU 采用该协议提出带宽请求，而 OLT 采用其分配带宽。每个 MPCPDU 都包括 4 个字节的时戳与 40 字节的字段，可根据需要填满数据。此外，MPCPDU 信息还可用于发现与测距进程。MPCPDU 分层配置在数据接口下，优先级高于任何数据包，从而确保带宽请求与授权能及时发送。
3.2.2.        MAC 层控制协议
10G EPON MAC 层控制协议基于 EPON 的协议基础之上。其工作基础是，ONU 通知 OLT 上行带宽要求，而 OLT 则为ONU 的上行带宽进行调度和授权。
上行带宽授权的 GATE 信息
OLT 在下行 GATE MPCPDU 信息中为ONU授权带宽。门控(Gating)是一种控制 ONU 何时可以传输上行数据的功能，主要依靠与 OLT 定时器同步的本地 ONU 定时器。GATE 信息可根据 ONU 本地时钟的周期数指定ONU 上行启始时间和传输时长，从而同时兼顾了 ONU 激光开/关时间与上行同步模式时间。ONU 在本地时间等于 GATE 信息指定的启始时间时便会打开激光，并在所分配传输时间结束前终止传输。
 
OLT 向每个 ONU 定期发送 GATE 信息，以便报告其上行带宽需求。
 
GATE 信息能包含最多 4 个上行带宽授权信息（例如，对应于 ONU 的不同队列优先级），但每个 GATE 发送多个授权信息会使 OLT 带宽分配进程变得极其复杂。每个 GATE信息只发送一个授权信息可大幅优化分辨率，并加快上行带宽分配的响应，而且对下行开销带宽的影响甚微。特别对于每个流程的 DBA 而言，首选方案是让 OLT 向每个 ONU 在每个 GATE 信息中发送一个授权信息，以满足 ONU 的带宽要求，并让 ONU 决定在上行带宽授权中发送哪些数据。
 
上行带宽请求的 REPORT 信息
ONU 通过发送 REPORT MPCPDU 信息传送上行带宽要求。与 EPON 一样，10G EPON也支持 IEEE 802.1Q 定义的 8 个队列优先级。与 EPON 不同的是，10G EPON REPORT 的带宽值不包含突发开销或 FEC 开销。
 
即使没有等待传输的数据，每个 ONU 也会定期发送 REPORT 信息，以重设 OLT 的看门狗定时器，并避免网络中的注册失效。
3.3.       前向纠错 (FEC)
FEC 允许链路可以在接收器有更高的比特误差率下运行，从而有效提高光纤链路预算，可支持更长的链路距离或更高的分光率。由于在更高比特率下其日益显著的重要性，因而 FEC 是 10G EPON 所必需的。10G EPON FEC 在两方面有别于 EPON。首先，10G EPON 使用更强大的 RS（255，223），而非 EPON 指定可选的 RS（255，239）代码。其次，10G EPON FEC 没有采用以太网帧机制，而是采用了串流媒体数据的固定长度序列机制，将 FEC 同位字放入专门的 66B 模块中。下行信号是 FEC 码字的持续串流，包含了以太网帧以及所有数据包之间的信息（如 IPG 和 Ordered Set 数据）。上行传输也与此类似，只是上行突发的首个 FEC 码字与突发的开始一致，从而使 OLT FEC 解码器能够立即支持每次突发的码字同步。
3.4.       ONU 的发现与启动
为了使新 ONU显示在系统中，OLT 通过发送一个Discovery GATE 信息定期打开发现窗口（Discovery Window）。该 GATE 信息包括了 OLT 是否能接收 1Gbit/s 上行信号和／或 10Gbit/s 上行信号的信息，以及这个发现窗口是针对 ONU 的 1Gbit/s 还是 10Gbit/s 上行信号。
 
未注册的 ONU 通过发送包括 ONU 的 MAC 地址在内的 REGISTER_REQ 信息来响应Discovery GATE 信息。用冲突化解算法 (contention algorithm) 可尽量降低多个 ONU 试图在同一窗口期间注册而造成的冲突几率。
 
OLT 通过分配和捆绑一个 LLID 至 ONU 的 MAC 地址来回应 REGISTER_REQ，同时还可通过发送 REGISTER 信息通知ONU其 LLID 及其它所需参数。
 
注意，由于 ONU 在接收到 REGISTER 信息前并不知道其LLID ，因此 Discovery GATE、REGISTER_REQ 以及 REGISTER 信息均采用广播通道发送。ONU 接收到其 LLID 后，剩余 GATE 信息则采用单播通道发送。