10G EPON关键技术及产业发展现状1. 10G EPON论述在宽带接入高速发展的今天，无源光网络（PON）技术以其公认的高速率、长距离、多业务、低成本、易维护等特点，成为当前各运营商首选的接入模式。截至到2010年5月，国内PON发展规模已经接近5千万线。但是，随着用户需求的提高，特别是对带宽的不断追求，使得现有PON技术又面临新的挑战，当前主流建设模式FTTB+LAN提供的带宽为28Mbps，FTTH模式提供的带宽为1030Mbps。随着IPTV、HDTV、可视电话、视频监控等视频流业务以及在线游戏、互动等大流量宽带业务的开展与普及，用户接入带宽要求达到50100Mbps的能力，现有接入带宽将很快成为瓶颈；同时随着OLT接入能力的不断提升，其覆盖用户数量也会成倍增长，因此，速率的大幅提升成为当前的关注热点。而下一代10G EPON接入技术便成为最好的解决方案。10G EPON技术在设计上最大限度地继承了传统EPON的全部特点，其最大优势体现为可在保持现有ODN网络结构不变的情况下，实现EPON网络平滑升级到10G EPON网络，并且具备EPON/10G EPON混合组网能力。在技术标准方面，10G EPON标准IEEE 802.3av规范针对10G的MPCP协议（IEEE802.3）以及PMD层进行扩展，并推出了1G-EPON和10G-EPON并存的分层模型；维护管理方面，则继续沿用IEEE 802.3ah 相应OAM管理标准，同时增加符合IEEE 802.3av的管理规程。同时，10G EPON标准在光层参数定义上较为宽松，可以继承现有10G以太网的相关技术和管理手段。10G EPON的标准IEEE 802.3av规范从2006年开始起草制定，期间历经约20次会议研讨，完成所有关键技术研究及意见修订，其标准制订进程较为顺利，并于2009年9月颁布其正式规范，成为业内公认的下一代PON标准，此期间主要工作进展包括：2005年11月 国际以太网组织IEEE802.3成立了10G EPON工作组2006年03月 802.3avTF成立，确定10GEPON标准目标2007年09月 发布首个10G EPON标准草案2008年03月 D1.1 确定主要技术类型/参数2008年12月 D2.2 修订2009年04月 D3.2 终稿2009年09月 标准发布由于IEEE802.3ah标准已经十分成熟，且获得较大规模的实际部署，因此IEEE802.3av标准的核心有两点：1、扩大802.3ah标准的上下行带宽，达到10G速率；2、规定10G EPON具备很好的兼容性，通过1G/10G共存最大限度保护运营商投资。IEEE在10GEPON标准颁布后，迅速成立了P1904.1（SIEPON）工作组，致力于制订10GEPON系统层面的互联互通标准，这也是IEEE首次成立标准工作组来制订系统级技术标准。根据SIEPON工作组计划，标准将于2012年初正式颁布，在今年10月将完成标准初稿，在2011年8月就能够确定标准的最终稿，因此可以预计在明年底各个系统厂家设备将能够遵照标准实现互联互通。国内10GEPON的相关行业标准也在制订之中，包括：“接入网技术要求-10Gbit/s以太网无源光网络（10GEPON）”、“xPON光收发合一模块技术条件第4部分：用于10GEPON OLT/ONU 的光收发合一光模块”、“10G EPON OLT/ONU的单纤双向光组件”三项标准都已经完成初稿编写，进入了讨论和评审阶段。2. 10G EPON关键技术IEEE 802.3av的重点在物理链路层的变化，而协议层仍基于1G EPON的控制协议(MPCP)。仅对MPCP的发现、注册、测距，DBA动态带宽分配、10GFEC、 扩展OAM以及与1G速率的后向兼容性等做了相应改进。注册机制进行了升级以支持多速率操作。PCS层描述线路编码源自10G以太网，以64/66编码（效率97%）作为基线，替换EPON采用的8/10B编码（效率为80%），大大减少了开销，提高了数据传输效率。增加前向纠错(FEC)。FEC奇偶校验字节被周期性地添加至编码中，无论封包边界怎样，FEC操作都是强制性的。所选用的FEC编码是RS(255、223)，可增加光功率预算56dB，与1G EPON的RS(255，239)编码相比能力更强。10G EPON下行采用不同波长方式，上行采用双速率突发模式接收技术，通过TDMA机制协调1G和10G光节点共存。光模块方面，OLT模块利用波分集成技术，集成了1270nm/1310nm/1490nm/1577nm四个波长，其中1490nm和1577nm用于下行，分别传输连续 1.25G 和10.3125G信号，1310nm用于1.25G突发上行接收，1270nm用于10.3125G突发上行接收。从而实现在同一光配线网络下的共存与平滑改造。在光功率预算方面，10G-EPON目前规定了三种功率预算，即PR10/PRX10、PR20/PRX20和PR30/PRX30，功率预算如下表所示。目前10G-EPON的 功率预算最大可以支持20km传输距离和1：32分光比。除了IEEE 802.3av标准所制定的技术规范，10G EPON系统要求实现更高速率输送、更大容量交换以及更精细化的业务负载和调度能力，其系统设计必须满足超高速背板、百G高速上联、T容量交换等技术；因此包括如大功耗交换芯片的散热，高速信号完整性，大容量转发延时等问题也成为10G EPON的关键技术。动态带宽分配（DBA）机制：10G-EPON系统DBA机制与传统略有不同，新平台需调度1G和10G两个系统。下行方向DBA采用WDM技术传输，而上行方向由于两个系统的线路编码不同，需采用两种MAC栈结构，因而MAC客户端层需要两种不同的接口机制，也需要DBA机制做相应的改进。组播业务方面：随着10G EPON系统OLT接入的用户数量增加，且每用户带宽提高，由此导致同时访问多个频道的几率大大增加，对于PON芯片和交换芯片，则需要维护更多的组播条目数，同时对于用户快速响应的需求更是大大提高；另外，随着更多三层处理模块的参与，IGMP协议处理需要维护多个状态机，其对丢包和延迟会更加敏感。IGMP协议处理对整个系统的处理能力要求也进一步提高。为适应网络的可持续性发展，10G EPON系统要求全面支持IPV6全协议栈要求；其中包括ICMPv6、MLDv2/MLDv2 snooping、DHCPv6、RIPng基本功能、OSPFv3、BGP4+、IPv6 ACL、IPv6 QoS、IPv4/IPv6双栈、手工隧道、UDPv6、TCPv6对上层应用的支持以及Telnet/SNMP网管对IPv6的支持等要求，因此10G EPON系统对其功能的开发上还需要全面提升。3. 10G EPON技术产业链发展状况MAC芯片目前主流的EPON MAC芯片厂商都在积极参与10G EPON MAC芯片的研发，各芯片厂商已相继发布了基于FPGA（现场可编程门阵列）的解决方案，包括PMC-Sierra、Teknovus、Cortina、Opulan等都有具体的10G EPON芯片研发路线图。并先后推出了10GEPON非对称/对称演示样机；在ASIC芯片方面，业界将在2010年三季度推出 10G EPON的OLT/ONU ASIC芯片，预计届时业界将有多家OLT的ASIC芯片面世。 同时Freescale、Marvell也看好10G EPON市场前景，启动了ONU ASIC芯片计划，计划2010年提供产品。光模块在10G EPON的光模块研发方面，包括海信光电子、Source Photonics、Neophotonics、Superxon、WTD、Innolight等多个光模块厂商先后发布10G EPON对称/非对称光模块，在封装、指标、成本方面取得长足进步。其中海信推出的一体化的对称/非对称光模块，可集成1270/1310/1490/1577nm等4个波长的光收发模块，满足实现10G/ 10G，10G/1G混合模式，在光功率预算方面可达到PRX/PR30等级。另外包括三菱、APACOPTO、优博创等厂商也在积极参与10G EPON光模块的研发，预计光模块将在一年内满足商用要求，成本将会持续降低。突发模式收发器件：由于PON技术的上行数据流采用时分复用方式，因此突发模式收发器件是必须解决的关键技术。目前业界已经有川崎微电子和Vitesse可以提供10G EPON的突发模式收发器件。川崎微电子(Kawasaki microelectronics， K-Micro or KME)已经开发出使用于10G EPON OLT的突发模式SERDES测试晶片CTXL1。 此SERDES测试晶片CTXL1同时支持下行10G/上行10G对称/非对称模式。CTXL1的锁定时间小于100纳秒，使系统的效率得以较大提升。Vitesse半导体公司在2009年4月宣布了业界首款用于10G EPON的全套物理媒体相关(PMD)芯片组。该芯片组使用四个集成电路(IC)，解决了网络中发送和接收路径问题,提供高性能的连续模式解决方案。同时，该10G EPON芯片组符合IEEE802.3av/D3.0标准。10G EPON突发模式收发器件已取得全面突破，近期即可商用。运营商关注情况：随着10G EPON产业链的不断完善，各大运营商也开始密切关注10G EPON的进展，并积极开展测试和试点商用局的部署。其中包括：法国电信2009年7月启动10G EPON测试，11月测试完成，测试结果令人鼓舞；美国时代华纳（TWC），2009年9月启动10G EPON测试，计划今后平滑升级到10G EPON；NTT、 KT、中华电信、新电等近期都有测试10G EPON的计划。国内方面：中国电信2009年11月进行了第二轮10G EPON芯片级互通测试，主测对称系统，测试结果好于预期；并开通10G EPON商用试点；同时计划2010年下半年开始10G EPON设备测试；中国移动2009年7月开始10G EPON设备测试，并于2009年11月开通商用试点；中国联通2010年5月也正式启动10G EPON设备测试。