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10G EPON和10G GPON标准的最新进展

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摘要：IEEE和ITU-T分别于2004年和2005年启动了下一代PON标准的研究。截至目前，10G EPON和10G GPON的主体标准或已正式发布、或基本定稿，这必将加快器件商与设备商推出商用产品的进程。本文介绍了10G EPON与10G GPON标准化的主要内容及最新进展。

1 引言

近年来，随着全球范围内宽带接入市场的快速发展以及全业务运营的开展，已有的PON技术标准在带宽需求、业务支撑能力以及接入节点设备和配套设备的性能提升等方面都面临新的升级需求。IEEE和ITU-T分别于2004年和2005年启动了下一代PON标准的研究。截至目前，10G EPON和10G GPON的主体标准或已正式发布、或基本定稿，这必将加快器件商与设备商推出商用产品的进程。本文将详细介绍10G EPON与10G GPON已有标准的主要内容及最新进展。

2 10G EPON标准化进展及主要内容

（1）10G EPON标准简介

从2005年开始，IEEE开始进行10G EPON技术的研究和标准化工作，并取得突破进展；2009年9月，标准正式发布（标准号为IEEE 802.3av）。IEEE 802.3av规定了10Gbit/s下行和1Gbit/s上行的非对称模式（10/1G BASE-PRX）和10Gbit/s上/下行对称模式（10G BASE-PR）两种速率模式。

为了实现10G EPON与1G EPON的兼容和网络的平滑演进，IEEE 802.3av标准在波长分配、多点控制机制方面都有专门的考虑，以保证10G EPON与1G EPON系统在同一ODN下的共存。10G EPON尽可能沿用了1G EPON的MAC和MPCP等协议，对MPCP协议做了少量的修改，并定义了新的PHY层。

（2）PHY层主要变化

●光功率预算

10G EPON标准规定了更高的链路光功率预算（Power Budget），除了定义了与EPON相同的20dB和24dB外，还根据实际组网的需要，定义了29dB的光信道插入损耗。10G EPON标准针对非对称和对称传输速率各定义了3类功率预算：

——非对称（10G/1G）：PRX10，PRX20，PRX30。
　　——对称（10G/10G）：PR10，PR20，PR30。

●波长划分

在波长规划方面，为了实现与1G EPON的兼容，10G EPON没有使用1G EPON系统所使用的1490nm的下行波长，同时考虑避开模拟视频波长（1550nm）和OTDR测试波长（1600~1650nm），IEEE 802.3av标准选择1577nm作为10Gbit/s下行信号的波长（波长范围1574~1580nm）。因此，在下行方向，10Gbit/s信号与1Gbit/s信号为WDM方式。而上行方向，1Gbit/s信号的波长是1310nm（1260~1360nm），IEEE 802.3av标准规定10Gbit/s信号的上行波长是1270nm（1260~1280nm），二者有重叠，因此不能采用WDM方式，只能采用双速率TDMA方式。10G EPON OLT可以同时发现10G/10G ONU，10G/1G ONU和1G/1G ONU三种ONU可以共存。

●新的PCS层

10G EPON采用64B/66B编码，效率为97%，与1G EPON的8B/10B（效率为80%）相比有了明显提升。10G EPON的FEC功能采用RS（255，223）编码，可增加光功率预算5～6dB，与1G EPON的RS（255，239）编码相比FEC能力更强。

（3）MPCP层主要变化

10G EPON系统需要支持非对称、对称传输速率并兼容现有EPON技术，需要对EPON 的MPCP协议（IEEE 802.3）进行扩展，增加了10Gbit/s能力的通告与协商机制。这样可以充分利用现有EPON的实现方案，极大地降低了芯片和设备成本。

●在发现GATE帧中增加Discovery Information字节来告知ONU OLT的能力，扩展下行GATE报文支持OLT给不同上行速率的ONU开不同的发现窗。

●在Register Request帧中增加Discovery Information字节来告知OLT ONU的能力。

（4）Churning功能

在EPON系统中，采用三重搅动（Triple Churning）的方法对OLT下行数据进行加密，提高下行数据的安全性。但是，现有的三重搅动方案应用在10G EPON系统中存在着电路实现复杂、加密安全性较低的问题。为解决上述问题，IEEE 802.3av定义了一种适用于10G EPON系统的Churning方案，提高了10G EPON下行数据的安全性。

10G EPON系统的搅动采用3个级联的搅动器，每个搅动器执行规定的单重搅动操作，每次搅动使用的搅动密钥完全不同。第一级搅动器采用的24bit的密钥为（X1～X8，P1～P16）1；第二级搅动器采用的24bit的密钥为（X1～X8，P1～P16）2；第三级搅动器采用的24bit的密钥为（X1～X8，P1～P16）3。搅动密钥是ONU由上行用户数据中提取的3个3字节数据分别与3个3字节随机数异或相加（Exclusive OR，XOR)的结果，具体参见图1。

图1 10G EPON的三重搅动

10G EPON系统的搅动密钥更新和同步过程与EPON系统相同。密钥更新周期应可配置，默认缺省值为10s。10G EPON系统中用于搅动的密钥交互消息包括新密钥请求帧（New_Key_Request）和新密钥通知帧（New_Churning_Key）两种类型。新密钥请求帧的消息格式与EPON系统相同。

3 10G GPON标准化进展及主要内容

（1）10G GPON标准简介

从2004年起，ITU-T SG15/Q2开始同步研究和分析从GPON向下一代PON（统称为NG PON）演进的可能性。2007年11月， Q2正式确定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Q2制定的工作计划，NGPON标准化遵循如图2所示路标。