10GEPON和10GGPON标准的最新进展

１０Ｇ ＥＰＯＮ 系统的搅动采用三个级联的搅动器，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。
（３）ＸＧ ＰＯＮ１ 的波长规划 ＸＧ－ＰＯＮ１ 的 下 行 信 号 波 段 为 １５７５￣１５８０ｎｍ （室 外 应 用 时 为 １５７５￣１５８１ｎｍ），上行信号波段为 １２６０￣１２８０ｎｍ。由于整网演进过程中 不可避免的共存需求，ＸＧ－ＰＯＮ１ ＯＮＵ 需保留足够带宽用于现有 ＧＰＯＮ 以及 ＣＡＴＶ 信号，且应最大限度减少不同信号间串扰带来的影响。
图３ 图 ３ 所示为 ＮＧＰＯＮ 频谱规划。ＸＧ－ＰＯＮ１ 的工作波段称为“基础波 段”，其他系统信号的带宽视为“增强波段”。对实际系统而言，增强波段 包括 ＧＰＯＮ 信号和 ＣＡＴＶ 信号。其中，ＣＡＴＶ 的信号波长与 ＩＴＵ－Ｔ Ｇ． ９８３．３ 中的定义保持一致。ＸＧ－ＰＯＮ１ 的工作波段与增强波段之间通过 保护频带隔离。为解决干扰信号的过问题，ＸＧＰＯＮ１ 系统在终端上使用 波长阻塞滤波器（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｂｌｏｃｋｉｎｇ Ｆｉｌｔｅｒ，ＷＢＦ），以获得较好的信号 间隔离度。 （４）ＸＧ ＰＯＮ１ ＴＣ 层规范（Ｇ．９８７．３）草案概况 Ｇ．９８７．３ 尚未正式发布，但基本内容已经讨论确定，主要包括如下 方面： ●ＸＧＴＣ 层的各子层结构。
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年 １ 月发布。 ●Ｇ．９８７．３ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ （ＴＣ） Ｌａｙｅｒ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ 于 ２０１０
年 ６ 月通过，尚未正式发布。 ●Ｇ．９８８ ＯＮＵ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ （ＯＭＣＩ）
于 ２０１０ 年 ６ 月通过，尚未正式发布。 （２）ＸＧ ＰＯＮ１ ＰＨＹ 层主要特性 ＸＧ－ＰＯＮ１ 相比 ＧＰＯＮ 在物理层要求上有明显提升，具体参见表 １。 表１
●业务适配子层的功能，包含 ＸＧＥＭ 帧封装、定界和数据帧分段。 ●物理适配子层的功能，包含 ＦＥＣ 和线路编码。 ●ＸＧ ＰＯＮ 的嵌入式管理功能，包含上行时分多址接入和动态带宽 分配。 ●ＸＧ ＰＯＮ 的物理层 ＯＡＭ 消息通道和功能。 ●ＯＮＵ 的注册激活流程定义。 ●ＸＧ ＰＯＮ 安全功能的机制。 ●ＸＧ ＰＯＮ 的告警机制和定义。 ＸＧ ＰＯＮ１ ＴＣ 层共分业务适配子层、成帧子层和物理层适配子层， 分层模型参见图 ４。
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 速率各定义了三类功率预算： —— —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。
图１ 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。
图４ 业务适配子层主要涵盖了 ＸＧＥＭ 帧封装以及 ＸＧＥＭ－ＩＤ 分配过滤 等功能，支持数据单元的分段重组和 ＸＧＥＭ 帧的定界功能；成帧子层包 含 ＸＧＴＣ 帧 ／ 突发数据帧封装和解析，嵌入式 ＯＡＭ 功能，ＰＬＡＭ 功能以 及 Ａｌｌｏｃ－ＩＤ 过滤等；物理适配子层从图 ４ 中看实现了 ＦＥＣ 功能、线路 编码以及突发数据开销功能。 ４．结束语 从已发布和即将发布的标准内容来看，１０Ｇ ＥＰＯＮ 和 １０Ｇ ＧＰＯＮ 都 充分考虑了同一 ＯＤＮ 下与原有 ＰＯＮ 系统的兼容，并对功率预算、波长 分配和 ＴＣ 层功能进行了相应的增强，并且都定义了非对称、对称两种 模式的系统，应该说两种技术的业务承载能力和应用场景是极其相似 的。但从标准化进程来看，１０Ｇ ＥＰＯＮ（对称、非对称模式）的发布时间约 早于 １０Ｇ ＧＰＯＮ（非对称模式，ＸＧ ＰＯＮ１）１ 年，而 ＸＧ ＰＯＮ２（对称模式） 的标准化尚无时间表。标准化的差距直接影响了芯片、光模块、设备的 成熟度，我们希望符合 １０Ｇ ＥＰＯＮ 与 ＸＧ ＰＯＮ１ 标准的设备能尽快成 熟，并且希望 ＩＴＵ－Ｔ 尽快明确 ＸＧ ＰＯＮ２ 的后续研究计划。
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10G EPON 和 10G 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。 ［关键词］10G EPON 10G GPON 光功率 波长划分