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EPON与GPON的介绍及主要区别比较

什么是 PON?宽带接入技术风起云涌,注定成为一块硝烟永远不会散去的战场。目前国内占主流仍然是 ADSL 技术,不过越来越多的设备厂商及运营商已经把目光投向了光网络接入技术。

我是小PON,当我来到这个世上的时候,我是做为一个新事物出现的。有不少人喜欢我,也有人不中意我。现在我已经慢慢长大了。可是,我还有很多事情不明白。我不知道为什么大家都叫我小PON,我的爸爸妈妈是谁?他们都在哪里?我不知道,我有哪些兄弟姐妹?我甚至不知道,为什么会有我的出现,我不知道我该往哪里去?我也不知道,我长得什么模样?我独自在街上漫步目的地走着走着,这时候前面一位鹤发童颜的长者朝我走来,对我说:“你是小PON吗?”我说:“是的,我是小PON”长者接着说:“现在有很重要的事情要交给你,你到前面的一个叫“最后一公里”的地方就知道了。
    最后一公里村?重要的事情?…正想着,,我还有很多问题要问这位长者,抬头一看,怎么不见了。我四处寻找,也没有看到刚才那位长者。只有他说的话还留在我的耳边,最后一公里村?也没有别的事情可以做,我试着打听往最后一公里村的路怎么走。一路上遇到了很多人,他们都告诉我同一句话,说这件事很重要,我一定要去做。路上遇到两位叫WAN(骨干网)和MAN(城域网)的好心人,他们带我到了最后一公里村的入口(接入网)。整个 村子里,一片热闹的景象。
慢慢地我和村子里的人混熟了。
我想告诉大家的是这个村子里有三个小朋友的名字都和我很相近,分别属于两个家庭,而且他们的父母在村子里都是很有权威的人士。APON和GPON是兄弟俩,APON今年10岁(1995年生),也有人说他今年7岁,GPON今年4岁,他们的父亲叫ITU-T,母亲叫 FSAN(Full Service Access Network)。就在GPON出生的那一年(2001年),他们的父母把APON的名字改为 BPON了。另外还有一个叫EPON,他是2000年出生的,今年5岁,EPON的父亲叫IEEE,母亲叫EFM(Ethernet in the First Mile),EPON跟一个名叫Ethernet的关系密切,而Ethernet在村子里和村子外面的势力范围很宽,所以,EPON也因此很受欢迎。GPON虽然年龄最小,可是他的出生寄托这村子里很多人的愿望。BPON,EPON,和GPON他们最大的特点是,他们都有一套独特的方法来在帮助村子里的人们与外界互通信息。 正是因为他们这个特长,最后一公里村人们将来彼此之间互通信息就靠他们了。
虽说ITU-T,FSAN,IEEE,都是这里的权威人士,可是当年他们都有一段拜师学艺的经历。FSAN的师傅最多,大概有50多个,其中包括Verizon,Bellsouth,BT,France Telecom,Korea Telecom;Agere;OKI;Flexlight;Fujitsu;Hitachi; Infineon; Intel等等有名的高人。
    话题又回到我那三个同名的兄弟朋友。渐渐地,最后一公里村的人有什么信息要和村外的世界沟通时,都通过 B,E,GPON。这3PON神童各有个的神通。但他们都会把村里头各家需要传送的东西先集结到一个叫OLT(这是个本事大的东东)的地方,从那里再往外传。 PON兄弟还为每一家准备了一个很方便的盒子,取名叫ONU。每家只要有消息要和外面沟通,只有把信息放在ONU里,PON们会负责很频繁地依次定期来收集。慢慢地,小PON发现PON兄弟们会把从一定数量(16/32/64/128)的个ONU盒子里面收集起来的东西用专用的管道(称为Fiber)传送到一个集合点OLT那里,再由OLT统一按一定的规则送上往村外的一根管道。当然这种传送是双向的,外面的信息也可以通过这个网络由OLT传到每个ONU。 PON兄弟们在这中间放置一个Passive optical Splitter的装置负责分发和收集。他们的这一套方法的特点就是传送过程中间采用了这个Passive optical Splitter(无源光分支器),这样一个OLT就可以负责很多个ONU(点到多点),节省了OLT,也节省了管道 Fiber,而如果每一家的ONU都直接铺管道连到OLT的话,则需要很多个OLT(同样数量)(点到点)。更重要的是Passiveoptical Splitter不需要能量供给。
    后来,小PON慢慢知道,原来,B、E、GPON的本事都是从他们父母FSAN、ITU-T、IEEE等那里言传身教得来。FSAN、ITU-T、IEEE会不断地给他们的孩子一些秘笈。这些秘笈都有代号,ITU-T给BPON的秘笈代号是G。983;给GPON的秘笈代号是:G。984;IEEE给EPON的则是:802.3ah。而且这些秘笈在适当的时候会有新的版本。
    上面的B、G、EPON三个念的秘笈是有区别的。BPON没有改名字以前是叫APON,APON继承当年很负盛名的ATM的衣钵,但所谓曲高和寡,ATM的“曲谱”高深复杂,除了在几个叫北美、日本和欧洲的地方有实际的应用外,没有更多的发展。ITU-T未来让其适应更多的情况,改名为BPON,BPON适合更多的人们的需求,同样的系统可以做更多的事情。在这一点上,EPON则利用了其在最后一公里村剖有势力范围的 Ethernet,所以他的出现是和现状最相符的。但,有智者说现在符合不等于将来符合,人们的需求多了,EPON在满足多种需求方面的新的法则还没面世。那未雨绸缪,GPON则看到了这方面的未来,在更快速和更高效率(满足多种需求,适应多种业务)方面重点考虑,成为G.984,这也是很多人应用参与者 支持的。
    GPON,EPON,BPON三兄弟拿着秘籍专心练功,年纪虽小,但是却雄心勃勃,就是想成为最后一公里村子的老大,排挤出其他兄弟。争斗的最厉害的是GPON和EPON两弟兄,互相看不起,动不动就互相大骂,指责对方。BPON呢,最年长,但比较老实。兄弟GPON和 EPON没有把它放在眼里,因为BPON练的主要功力是ATM.ATM能同时接收语音,数据IP,以及视频业务,是个很不错的功夫。但是在传IP数据的时候,ATM太小心翼翼了一下,因此效率太低。要知道IP在村子里的人们的心中地位已经越来越重要,已经定下规则,谁不能更好的传送IP,谁就要被淘汰。而且ATM用起来也比较花钱,所以未来不被看好。但是呢,由于BPON比较踏实忠厚,虽然不出色但是比较全面,所以现在村子里的人们最多依赖的还是 BPON.BPON也大受鼓励,本来其最大的下行速度是622Mb/s,现在在其父亲ITU-T的鼓励下,最高速度也瞄准到125>Gb/s,想更好的为人们服务,不落后于其他兄弟。
    GPON和EPON却有些水火不容的意思了,毕竟不是同一个爸妈生的。GPON呢,自感出身优越,无所不能。先让我们看看GPON的功夫吧。它最大的秘诀在于它吸取了其亲兄弟BPON的教训。它在用ATM接活干的同时,还给自己暗中增加了另外的一门功夫,叫做 GEM(GPON psulationMethod).GPON基本上把自己的未来全部赌在GEM身上了。它打算以后把所有能揽到的业务全部用 GEM来做。GEM是什么东东呢?大家听说过SDH中比较流行的协议通用成帧协议GFP吧,GEM其是就是GFP的一个变种,被GPON稍稍改造了一下给拿过来用了。想一下SDH在承接语音以及TDM业务的本事,就知道GEM在接入语音业务有多大的优越性了,效率和性能非常好。GEM还可以用非常高的效率通过封装以太来封装IP数据。这是它洋洋得意的地方,又能传语音,又能传数据,还都能保持高效率,这几个PON兄弟哪能比得过它。这还不算,GPON决定在体力上也超过其他兄弟,在各个指标上都是No.1,例如最大下行速率支持上可以支持2.5Gbps,上行速率可以弹性分配,它还希望自己能一口气跑40km,支持64个 ONU.当然啦,各位看官要注意,这是GPON的理想了,如果他为此要多收费的话,村民们可就难买账了。看起来,GPON还真不错,不过GPON有时候也有挂羊头卖狗肉的伎俩,就是挂着GEM(或者GFP)卖ATM的意思了。这是为什么呢,GPON有ATM和GEM两个协议同时支持,ATM原本是用来支持原有 的ATM业务接口,但是GEM还没有发展成熟,所以GPON有时候就把数据业务推到ATM身上来做,这样做的话,GPON比起BPON就没有什么优越性了。不过村子里的人们没有那么容易看出GPON的伎俩了,GPON在其fans的纵容下,也就真真假假的这么揽活干,但是请相信GPON的本意是很好的了。
    再说EPON。EPON在某个角度上有点象BPON,就是一根筋,BPON想用ATM来做一切活,EPON就象用以太(Ethernet)来承揽一切业务.不过,Ethernet和IP的关系非常好,所以村民们认为EPON也是很有前途的,大大不同于ATM.EPON也为此大受感动,见了村民就Kiss,大力提倡KISS法则来吸引村民。KISS法则,就是Keep It Simple and Stupid.EPON坚信以后所有的业务,无论是语音,视频,还是数据,都会被IP来承载.所以做PON仔就要简简单单,没必要象GPON那么费劲心机。那么大家很好奇的想到,EPON传 IP自然是得天独厚,但是怎么传语音这种定时业务呢?这个在Ethernet网络中早有应对方法,把这归类为电路仿真业务(Circuit Emulation Service,CES)来传送.传视频呢,就要采用IPTV的方式来做。所有的解决方案,都是用Ethernet/IP来解决。至于性能如何,就要看村民对Ethernent/IP有多大的信心了。不是所有的村民都很有信心的,心里犯嘀咕:我打电话的时候,会不会邻居因为突然玩个网络游戏或者下个文件,就把我的电话给打断了呢。所以EPON的管理问题,QOS问题上都需要给村民以信心啊。EPON的很显著的优点是对器件要求低,而且是统一的 Ethernet平台,管理起来也简单,费用也低。因此,EPON的平易近人,费用也低廉。不过,EPON的fans可没有GPON的fans没有那么能说话。EPON面子上有个不好看的一点是其速率上。EPON的下行线速速率表面上是1.25Gbps,不过为了降低对基础器件的要求,它采取了 8B/10B编码,再加上其他开销,这个平易近人的代价,就使得它实际传送数据的速率在600-700Mbps左右。这样,GPON吹说自己的效率高的时候,扳着手指头算来算去,不知道怎么就算出自己的实际劳务价格要比EPON低,于是就开始嘲笑EPON了:原来你是Expensive PON啊。这一点,GPON的最早fans名为flexlight的,最为夸张,每隔几天就批判一把EPON,恨不得用口水把EPON淹死。不过,GPON的复杂的二层平台所引入的管理难度和费用,GPON对IP的处理方式,都是很难一下说清的,大家对这个叫嚣的GPON也是心存狐疑。村民们也就并不因此而就冷落EPON,而是时刻关注着EPON和GPON两兄弟的成长。所谓,路遥知马力,日久见胖(PON)心哪!
其实这三兄弟打闹归打闹,他们还是有共性的。例如,他们的核心器件技术比起其他光纤家族的兄弟而言,都有些特殊。例如,在无源器件上,他们需要单纤双向器件,BIDI,这样下行信号一般采用1490nm波长,上行信号采用1310波长,达到单纤传送两个方向信号的目 的。在有源器件上,则有个突发接受和发射的要求。
    因为从不同ONU到OLT的信号走的路程不同,所以OLT接受到的信号的幅度和定时变化非常大,所以ONU发射和 OLT接收都需要反应比较迅速。所以相应的芯片开发起来也有难度。不过,EPON和GPON两个兄弟各自动了些脑筋。EPON采用8B/10B编码,来降低恢复定时的难度。而GPON呢,要求ONU能进行功率控制,尽量使得到OLT信号的幅度变化不要那么大,也降低了对底层器件的要求。
    PON三兄弟还有一个共同的法宝,那就是'视频覆盖'(video overlay)技术。这是支持视频传送的一个方便的技术。就是在下行的线路上,再加一个1555nm波长的光,把数字或者模拟视频信息直接通过射频调制加到光波上。这样,能传送很大容量的视频信号,对网络的改动也很小,非常便捷。他们一旦用这个法宝,村子里的人们就统一叫他们VPON (videoPON)了。由于要区分三个波长,这种情况下,PON兄弟们就需要单向三向的器件技术来支持了(optical triplexer).Infineon作为PON的fans之一,在这方面做的不错。当然了,村子 里的人们最终是想把TV放到IP上传的,只要把TV通过mpeg2给IP化,PON兄弟就利用ATM,以太协议来支持,传送所谓的IPTV,这个时候,三兄弟就需要各显神通了。
    他们共同面临的一个敌人就是DSL家族。DSL家族成员众多,有ADSL,ADSL2,VDSL等一帮兄弟。他们不同于PON家族靠光纤吃饭,他们谋生的家伙是电话线。PON刚开始瞧不起DSL家族的,因为他们慢慢腾腾的。象ADSL下行速率只有1M-2Mb/s,上行速率就更低了。但是,出乎他们意外的是DSL受到了村子里的人们的普遍欢迎,PON却受到了冷落。DSL家族虽然先天不足,但是普遍好学,象VDSL可以到 6M-8Mbps多,来弥补不足。而且这对语音和数据业务的支持已经足够了.这是压制PON的主要原因。
    PON于是幻想着视频业务兴旺的一天,靠自己的宽带来击败DSL.因为即使利用mpeg2压缩,一个TV信道至少要占2Mbps的带宽,DSL就底气不那么足了。不过,DSL收费低廉,还有ADSL2,VDSL等的加盟,IPTV的业务开展开始还是靠DSL家族。PON只好做大后方,有时候还支持拟视频信息直接通过射频调制加到光波上。这样,能传送很大容量的视频信号,对网络的改动也很小,非常便捷。他们一旦用这个法宝,村子里的人们就统一叫他们VPON (videoPON)了。由于要区分三个波长,这种情况下,PON兄弟们就需要单向三向的器件技术来支持了 (optical triplexer).Infineon作为PON的fans之一,在这方面做的不错。当然了,村子里的人们最终是想把TV放到IP上传的,只要把TV通过mpeg2给IP化,PON兄弟就利用ATM,以太协议来支持,传送所谓的IPTV,这个时候,三兄弟就需要各显神通了。
    他们共同面临的一个敌人就是DSL家族。DSL家族成员众多,有ADSL,ADSL2,VDSL等一帮兄弟。他们不同于PON家族靠光纤吃饭,他们谋生的家伙是电话线。PON刚开始瞧不起DSL家族的,因为他们慢慢腾腾的。象ADSL下行速率只有1M-2Mb/s,上行速率就更低了。但是,出乎他们意外的是DSL受到了村子里的人们的普遍欢迎,PON却受到了冷落。DSL家族虽然先天不足,但是普遍好学,象VDSL可以到 6M-8Mbps多,来弥补不足。而且这对语音和数据业务的支持已经足够了.这是压制PON的主要原因。
    PON于是幻想着视频业务兴旺的一天,靠自己的宽带来击败DSL.因为即使利用mpeg2压缩,一个TV信道至少要占2Mbps的带宽,DSL就底气不那么足了。不过,DSL收费低廉,还有ADSL2,VDSL等的加盟,IPTV的业务开展开始还是靠DSL家族。PON只好做大后方,有时候还支持一下DSL,这是PON所没有想到的

铜价不断攀升,光缆价格不断下降,不断增长的 IPTV, 视频游戏业务对带宽的巨大需求推动着 FTTH 的发展。由光缆取代铜缆及有线同轴电缆,电话,有线电视,宽带数据三网合一的美好前景变的清晰起来。

图片 1

图一:PON 拓扑结构

PON(Passive Optical Network)无源光网络是实现 FTTH 光纤到户的主要技术, 提供点到多点的光纤接入,如图一所示,它由局侧的 OLT、用户侧的 ONU以及 ODN组成。一般其下行采用 TDM 广播方式、上行采用 TDMA方式,组成点到多点树形拓扑结构。 PON 作为光接入技术最大的亮点是“无源”,ODN 中不含有任何有源电子器件及电子 电源,全部由光分路器等无源器件组成,管理维护运营成本较低。

PON 发展史

PON 技术研究起源于 1995 年, 1998 年 10 月,ITU 通过了 FSAN 组织所倡导的基于ATM 的 PON 技术标准——G。983。也被称为 BPON ( Broadband PON)。 速率为 155 Mbps,可选择支持 622 Mbps 速率。

EFMA(Ethernet in the First Mile Alliance,第一英里以太网联盟)于 2000 年底提出了 Ethernet-PON的概念,传输速率达 1Gbps,链路层基于简单 的 Ethernet 封装。

GPON(Gigabit-Capable PON) 由 FSAN 组织于 2002 年 9 月提出,2003年3月 ITU 通过了 G。984。1 和 G。984。2 协议。G。984。1 对 GPON 接入系统的总体特性进行了规定;G。984。2 对 GPON 的 ODN(Optical Distribution Network )物理媒质相关子层进行了规定;2004年6月 ITU又通过了G。984。3,它对传输汇聚层的 相关要求进行了规定。

EPON 和GPON 产品比较

EPON 和 GPON 作为光网络接入的两个主力成员,各有千秋,互有竞争,互有补充,互有借鉴,下面在各个方面对它们作个比较:

速 率

EPON 提供固定上下行 1。25 Gbps,采用 8b/10b 线路编码,实际速率为 1Gbps。

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GPON 支持多种速率等级,可以支持上下行不对称速率,下行 2.5Gbps 或1.25Gbps,上行 1.25Gbps 或 622 Mbps,根据实际需求来决定上下行速率,选择相对应光模块,提高光器件速率价格比。

本项结论:GPON 优于EPON。

分路比

分路比即一个 OLT 端口带多少个 ONU 。

EPON 标准定义分路比 1:32。

GPON 标准定义分路比下列几种 1:32; 1:64;1:128

其实,技术上 EPON 系统也可以做到更高的分路比,如 1:64,1:128,EPON 的控制协议可以支持更多的 ONU。分路比主要是受光模块性能指标的限制,大的分路比会造成光模块成本大幅度上升; 另外,PON 插入损失 15~18dB,大的分路比会 降低传输距离; 过多的用户分享带宽也是大分路比的代价。

本项结论:GPON 提供多选择性,但是成本上考虑优势并不明显 最大传送距离GPON 系统可支持的最大物理距离,当光分路比为 1:16 时,应支持 20km 的最大物理距离;当光分路比为 1:32 时,应支持 10km 的最大物理距离。 EPON 与此相同,本项结论:相等。

QOS (Quality of Service)

EPON 在 MAC 层 Ethernet 包头增加了 64 字节的 MPCP 多点控制协议

(multipointcontrolprotocol),MPCP 通过消息、状态机和定时器来控制访问 P2MP 点到多点的拓扑结构,实现 DBA 动态带宽分配。MPCP 涉及的内容包括 ONU 发送时隙的分配、ONU 的自动发现和加入、向高层报告拥塞情况以便动态分配带 宽。MPCP 提供了对 P2MP 拓扑架构的基本支持,但是协议中并没有对业务的优先级进行分类处理,所有的业务随机的竞争着带宽,GPON 则拥有更加完善的 DBA,具有优秀 QoS 服务能力。

GPON 将业务带宽分配方 式分成 4 种类型,优先级从高到低分别是固定带宽、保证带宽 、非保证带宽(Non-Assured)和尽力而为带宽(BestEffort)。 DBA 又定义了业务容器(traffic container, T-CONT)作为上行流量调度单位, 每个 T-CONT由 Alloc-ID 标识。每个 T-CONT 可包含一个或多个 GEM Port-ID。 T-CONT 分为 5 种业务类型,不同类型的 T-CONT 具有不同的带宽分配方式,可以满足不同业务流对时延、抖动、丢包率等不同的 QoS 要求。T-CONT 类型 1 的特点是固定带宽固定时隙,对应固定带宽分配,适合对时延敏感的业务,如话音业务; 类型 2 的特点是固定带宽但时隙不确定,对应保证带宽分配,适合对抖动要求不高的固定带宽业务,如视频点播业务;类型 3 的特点是有最小带宽保 证又能够动态共享富余带宽,并有最大带宽的约束,对应非保证带宽(Non-Assured)分配,适合于有服务保证要求而又突发流量较大的业务,如下载业务;类型 4 的特点是尽力而为(BestEffort),无带宽保证,适合于时延和抖动要求不高的业务,如 WEB 浏览业务;类型 5 是组合类型,在分配完保证和非保证带宽后,额外的带宽需求尽力而为进行分配。

本项结论:GPON 优于 EPON

运营、维护 OAM

EPON 没有对 OAM 进行过多的考虑,只是简单的定义了对 ONT 远端故障指示、环回 和链路监测, 并且是可选支持。

GPON 在物理层定义了PLOAM(Physical Layer OAM),高层定义了 OMCI(ONT Management and Control Interface),在多个层面进行 OAM 管理。 PLOAM 用于 实现数据加密、状态检测、误码监视等功能。 OMCI信道协议用来管理高层定义 的业务,包括ONU的功能参数集、T-CONT业务种类与数量、QoS参数,请求配置信息和性能统计,自动通知系统的运行事件,实现OLT对ONT的配置、故障诊断、性能和安全的管理。

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本项结论:GPON 优于 EPON

链路层封装和多业务支持

如图二所示,EPON沿用了简单的以太网数据格式,只是在以太网包头增加了64字节的MPCP点到多点控制协议来实现EPON系统中的带宽分配,带宽轮讯,自动发 现,测距等工作。对于数据业务以外的业务(如 TDM 同步业务)的支持没有作过多研究,很多 EPON 厂家开发了一些非标准的产品来解决这个问题,但是都不理想, 很难满足电信级的 QoS 要求。

GPON 基于完全新的传输融合层,该子层能够完成对高层多样性业务的适 配,如图二所示,定义了 ATM 封装和 GFP 封装,可以选择二者 之一进行业务封装。鉴于目前 ATM 应用并不普及,于是一种只支持 GFP 封装的 GPON。lite 设备应运而生,它把 ATM 从协议栈中去除以降低成本。

GFP 是一种通用的适用于多种业务的链路层规程, ITU 定义为 G。7041。GPON 中对GFP作了少量的修改, 在 GFP 帧的头部引入了 Port ID,用于支持多端口复用; 还引入了 Frag分段指示以提高系统的有效带宽。并且只支持面向变长数据的数据处理模式而不支持面向数据块的数据透明处理模式,GPON 具有强大的多业务承载能力。GPON 的 TC 层本质上是同步的,使用了标准的8kHz定长帧,这使 GPON 可以支持端到端的定时和其他准同步业务, 特别是可以直接支持TDM业务,就是所谓的NativeTDM,GPON 对 TDM 业务具备“天然”的支持。

本项结论:对多业务的支持 GPON 的 TC 层要比 EPON 的 MPCP 强大。

图片 2

图二:GPON与EPON 协议栈比较

网络层次GPONEPON

L3ATMTDMIPTDMIP

L2ETHERNETETHERNET WITH MPCP

GFP

L1PON-PHYPON-PHY

结 语

EPON 和 GPON 各有千秋,从性能指标上 GPON 要优于 EPON,但是 EPON 拥有了时间和成本上的优势,GPON 正在迎头赶上,展望未来的宽带接入市场也许并非谁替代谁, 应该是共存互补。对于带宽、多业务,QoS 和安全性要求较高以及 ATM 技术 作为骨干网的客户,GPON 会更加适合。而对于成本敏感,QoS,安全性要求不高的客户群,EPON 成为主导。

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