GEPON产品技术白皮书.docx
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GEPON产品技术白皮书
GEPON技术白皮书
（仅供内部使用）
GEPON产品技术白皮书
关键词：
FTTHFTTBFTTxGEPON技术白皮书Quidway6500
摘要：
本文献是关于GEPON技术的介绍说明型文档，目的在于说明GEPON是一个什么技术、解决了什么问题、可以在什么地方使用。
对于不同需要的读者，可以选择性的阅读其中的章节：
如果想了解GEPON技术一个大概，第一章就可以满足你要的要求；如果想了解GEPON中的技术细节，请阅读第三章；如果想了解华为的GEPON产品，请阅读第五章，如果想了解华为的组网解决方案，请从我们另外一个解决方案的文档中获取。
另外在本文献的第二章，我们给出了GEPON技术与其它常见的近似技术的区别，可以帮助你了解其它的近似技术的一个梗概，建立起一个概念性了解。
缩略语清单：
Abbreviations缩略语
Fullspelling英文全名
Chineseexplanation中文解释
EPON
EthernetPassiveOpticalNetwork
以太网无源光网络
GEPON
GigabitBitsEthernetPassiveOpticalNetwork
千兆以太网无源光网络
FTTH
FibreToHome
光纤到户
FTTB
FibreToBuilding
光纤到大楼
OLT
OpticalLineTerminal
光线路终端
ONU
OpticalNetworkUnit
光网络单元
FE
FastEthernet
快速以太网
FIB
ForwardingInformationBase
转发表；供IP模块查找路由使用
GE
GigabitEthernet
千兆以太网
GRE
GenericRoutingEncapsulation
通用路由封装
ITU-T
InternationalTelecommunicationUnion-TelecommunicationStandardizationSector
国际电信联盟-电信标准部
MAC
MediumAccessControl
介质访问控制
MIB
ManagementInformationBase
管理信息库
OAM
OperationandManagement
运行与管理（ATM中使用）
PPP
Point-to-PointProtocol
点到点协议；一种在点到点链路上传输多种协议（网络层协议）数据报文的链路层协议
QoS
QualityofService
服务质量；指报文传送的吞吐量、时延、时延抖动、丢失率等性能
RADIUS
RemoteAuthenticationDialInUserService
远程验证用户拨入服务
SNMP
SimpleNetworkManagementProtocol
简单网络管理协议
SONET/SDH
SynchronousOpticalNetwork/SynchronousDigitalHierarchy
同步光纤网/同步数字等级
VLAN
VirtualLAN
虚拟局域网
VPN
VirtualPrivateNetwork
虚拟专用网
VRP
VersatileRoutingPlatform
通用路由平台；华为数据通信产品的软件系统
1GEPON技术介绍
随着宽带业务的发展，人们越来越意识到网络的接入部分（最后1km）存在严重的带宽“瓶颈”。
接入部分两边目前都已跨入吉比特级以上的速率，如用户端广泛使用的PC其内部传送速率已达到32Gb/s，而作为接入部分的另一头，城域网或长途网的每波长速率也已达到2.5～10Gb/s，它们都比接入部分高出至少3个数量级。
随着三网合理的推行，突破接入网瓶颈变得越来越迫切，只有突破接入部分的带宽“瓶颈”，才能使整个网络有效发挥宽带的作用，真正推动各种业务的发展，给运营商带来经济效益和社会效益。
从技术上讲有三种方式突破接入网瓶颈，一是甚高速数字用户线路（VDSL）；二是基于无源光网（GEPON/GPON）的光纤到家（FTTH）。
三、高速无线接入
1.1PON技术发展
光纤接入从技术上可分为两大类：
有源光网络（AON，ActiveOpticalNetwork）和无源光网络（PON，PassiveOpticalNetwork）。
PON是一种纯介质网络，由于消除了局端与用户端之间的有源设备，它能避免外部设备的电磁干扰和雷电影响，减少线路和外部设备的故障率，提高系统可靠性，同时可节省维护成本，是电信维护部门长期期待的技术。
PON的业务透明性较好，原则上可适用于任何制式和速率的信号。
目前PON技术主要有APON/BPON、GPON；EPON（GEPON）等几种，其主要差异在于采用了不同的二层技术。
APON是上世纪90年代中期就被ITU和全业务接入网论坛（FSAN）标准化的PON技术，FSAN在2001年底又将APON更名为BPON，APON的最高速率为622Mbps，二层采用的是ATM封装和传送技术，因此存在带宽不足、技术复杂、价格高、承载IP业务效率低等问题，未能取得市场上的成功。
为更好适应IP业务，第一英里以太网联盟（EFMA）在2001年初提出了在二层用以太网取代ATM的EPON技术，IEEE802.3ah工作小组对其进行了标准化，EPON可以支持1.25Gbps对称速率，随着关光器件的进一步成熟，将来速率还能升级到10Gbps。
由于其将以太网技术与PON技术完美结合，因此成为了非常适合IP业务的宽带接入技术。
对于Gbit/s速率的EPON系统也常被称为GEPON。
EPON是几种最佳的技术和网络结构的结合。
EPON采用点到多点结构，无源光纤传输方式，在以太网上提供多种业务。
目前，IP/Ethernet应用占到整个局域网通信的95%以上，EPON由于使用上述经济而高效的结构，从而成为连接接入网最终用户的一种最有效的通信方法。
10Gbit/s以太主干和城域环的出现也将使EPON成为未来全光网中最佳的最后一公里的解决方案。
在一个EPON中，不需任何复杂的协议，光信号就能准确地传送到最终用户，来自最终用户的数据也能被集中传送到中心网络。
在物理层，EPON使用1000BASE的以太PHY，同时在PON的传输机制上，通过新增加的MAC控制命令来控制和优化各光网络单元（ONU）与光线路终端（OLT）之间突发性数据通信和实时的TDM通信，在协议的第二层，EPON采用成熟的全双工以太技术，使用TDM，由于ONU在自己的时隙内发送数据报，因此没有碰撞，不需CDMA/CD，从而充分利用带宽.另外，EPON通过在MAC层中实现802.1p来提供与APON类似的QoS。
在EFMA提出EPON概念的同时，FSAN又提出了GPON，FSAN与ITU对其进行了标准化，其技术特色是在二层采用ITU-T定义的GFP（通用成帧规程）对Ethernet、TDM、ATM等多种业务进行封装映射，能提供1.25和2.5Gb/s下行速率和所有标准的上行速率，并具有较强的OAM功能。
在高速率和支持多业务方面，GPON有优势，但技术的复杂和成本目前要高于EPON，产品的成熟性也逊于EPON。
光纤接入从90年代初就走上了舞台，总的说来是一种“说得多，做的少”的技术。
PON系统无疑是其中佼佼者，EPON与GPON，两种技术各有千秋，无论是EPON技术还是GPON技术，其应用在很大程度上决定于光纤接入成本的快速降低和业务需求，而价格则是最核心因素，ADSL的发展就充分证明了这一点。
实现全光纤的FTTH是宽带接入的发展方向。
FTTH的成功取决多方面因素，如设备价格及部署成本继续下降，有更多的宽带应用驱动用户产生更高的带宽需求，FTTH在与其它宽带接入技术（如ADSL2，VDSL，BWA等）的竞争中必须能显示出更充分的优势，此外电信市场的进一步开放以及政府强有力的政策与经济支持，对推动FTTH的发展也至关重要。
随着时间的推移，光纤光缆和光元器件成本在稳步下降，各种光电新技术的进步也为FTTH的实现创造了条件；IPTV等各种宽带新业务的需求会进一步刺激FTTH的发展；现有铜缆网运行维护负担的加重，也促使运营商更加青睐光纤网；来自新兴运营商等竞争对手的压力，有可能迫使传统电信运营商提前实施FTTH，以便确保在宽带领域的竞争优势。
因此有理由相信，FTTH应该有很广阔的发展前景。
FTTH/FTTP的应用，主要有如下模式：
一是新兴运营商在管道/光纤资源紧张的区域利用FTTB快速开展业务，如网吧一条街，小区接入等；二是部分驻地网运营商利用FTTB占领接入和用户驻地网市场，然后为基础业务运营商提供公共接入平台；三是政府或设备制造商推动的商用试验，主要为了实现“三网合一”的应用模式；四是主体运营商开展的FTTH试验及局部商用，建立FTTH示范小区建设。
五是作为新兴运营商展开业务竞争的切入手段；六是一些高档的应用场所（高档小区、写字楼）作为提升整体形象的方式。
1.2EPON的基本原理
与其它PON技术一样，GEPON技术采用点到多点的用户网络拓扑结构，利用光纤实现数据、语音和视频的全业务接入的目的。
但与以往基于ATM技术的APON/BPON相比，GEPON实现在用户接入网中传输以太帧，非常适合IP业务的传送。
此外，由于目前IP网络的普遍建设，基于以太网的技术的元器件结构比较简单，性能高且价格便宜，使得GEPON相比其它PON技术更容易大规模商用；而基于IP的各种业务的高速发展,以及下一代网络IP融合的趋势,使得GEPON可以适用的范围更广,并且符合未来网络的发展趋势，成为最重要的FTTH技术。
图1GEPON原理
GEPON的系统结构如图1所示。
一个典型的EthernetoverPON系统由OLT、ONU、POS组成。
OLT（OpticalLineTerminal）放在中心机房，ONU（OpticalNetworkUnit）放在网络接口单元附近或与其合为一体。
POS（PassiveOpticalSplitter）是无源光纤分支器，是一个连接OLT和ONU的无源设备，它的功能是分发下行数据并集中上行数据。
EPON中使用单芯光纤，在一根芯上转送上下行两个波（上行波长：
1330，下行波长：
1490，另外还可以在这个芯上叠加1550的包长，一帮用这个波长来传递模拟电视信号）。
OLT既是一个交换机或路由器，又是一个多业务提供平台，它提供面向无源光纤网络的光纤接口。
根据以太网向城域和广域发展的趋势，OLT上将提供多个Gbit／s和10Gbit／s的以太接口，支持WDM传输。
OLT还支持ATM、FR以及OC3／12／48／192等速率的SONET的连接。
如果需要支持传统的TDM话音，普通电话线（POTS）和其他类型的TDM通信（T1／E1）可以被复用连接到附接口，OLT除了提供网络集中和接入的功能外，还可以针对用户的QoS／SLA的不同要求进行带宽分配，网络安全和管理配置。
OLT根据需要可以配置多块OLC（OpticalLineCard），OLC与多个ONU通过POS连接，POS是一个简单设备，它不需要电源，可以置于相对宽松的环境中，一般一个POS的分线率为8、16、32、64、128，并可以多级连接。
在EPON中，OLT到ONU间的距离最大可达20km。
在下行方向，IP数据、语音、视频等多种业务由位于中心局的OLT，采用广播方式，通过ODN中的1：
N无源光分路器分配到PON上的所有ONU单元。
在上行方向，来自各个ONU的多种业务信息互不干扰地通过ODN中的1：
N无源光分路器耦合到同一根光纤，最终送到位于局端OLT接收端。
根据ONU在所处位置的不同，GEPON的应用模式又可分为FTTC（光纤到路边）、FTTB（光纤到大楼）、光纤到办公室（FTTO）和光纤到家（FTTH）等多种类型。
在FTTC结构中，ONU设置在路边或电线杆的分线盒边.从ONU到各个用户之间采用双绞线铜缆；传送宽带图象业务，则采用同轴电缆。
FTTC的主要特点之一是到用户家里面部分仍可采用现有的铜缆设施，可以推迟入户的光纤投资。
从目前来看,FTTC在提供2Mbit/s以下窄带业务时是OAN中最现实、最经济的方案，但如需提供窄带与宽带的综合业务,则这一结构不甚理想。
在FTTB结构中,ONU被直接放到楼内,光纤到大楼后可以采用ADSL、Cable、LAN，即FTTB+ADSL、FTTB+Cable和FTTB+LAN等方式接入用户家中。
FTTB与FTTC相比，光纤化程度进一步提高，因而更适用于高密度以及需提供窄带和宽带综合业务的用户区。
FTTO和FTTH结构均在路边设置无源光分路器，并将ONU移至用户的办公室或家中，是真正全透明的光纤网络，它们不受任何传输制式、带宽、波长和传输技术的约束，是光纤接入网络发展的理想模式和长远目标。
EPON的优点主要表现在：
（1）相对成本低，维护简单，容易扩展，易于升级。
EPON结构在传输途中不需电源，没有电子部件，因此容易铺设，基本不用维护，长期运营成本和管理成本的节省很大；EPON系统对局端资源占用很少，模块化程度高，系统初期投入低，扩展容易，投资回报率高；EPON系统是面向未来的技术，大多数EPON系统都是一个多业务平台，对于向全IP网络过渡是一个很好的选择。
（2）提供非常高的带宽。
EPON目前可以提供上下行对称的1.25Gb/s的带宽，并且随着以太技术的发展可以升级到10Gb/s。
（3）服务范围大。
EPON作为一种点到多点网络，以一种扇出的结构来节省CO的资源，服务大量用户。
（4）带宽分配灵活，服务有保证。
对带宽的分配和保证都有一套完整的体系。
EPON可以通过DBA（动态带宽算法）、DiffServ、PQ/WFQ、WRED等来实现对每个用户进行带宽分配，并保证每个用户的QoS。
1.3传输原理
GEPON与APON最大的区别是GEPON根据IEEE802.3协议，包长可变至1518字节传送数据，而APON根据ATM协议，按照固定长度53个字节包来传送数据，其中48个字节负荷，5个字节开销。
这种差别意味着APON运载IP协议的数据效率低且困难。
用APON传送IP业务，数据包被分成每48个字节一组，然后在每一组前附加上5个字节开销。
这个过程耗时且复杂，也给OLT和ONU增加了额外的成本。
此外，每一48个字节段就要浪费5个字节，造成沉重的开销，即所谓的ATM包的税头。
相反，以太网传送IP流量，相对于ATM开销急剧下降。
GEPON从OLT到多个ONU下行传输数据和从多个ONU到OLT上行数据传输是十分不同的。
所采取的不同的上行/下行技术分别如图2所示：
当OLT启动后，它会周期性的在本端口上广播允许接入的时隙等信息。
ONU上电后，根据OLT广播的允许接入信息，主动发起注册请求，OLT通过对ONU的认证（本过程可选），允许ONU接入，并给请求注册的ONU分配一个本OLT端口唯一的一个逻辑链路标识（LLID）。
图2下行传输原理
数据从OLT到多个ONU以广播式下行，根据IEEE802.3ah协议，每一个数据帧的帧头包含前面注册时分配的、特定ONU的逻辑链路标识（LLID），该标识表明本数据帧是给ONU（ONU1、ONU2、ONU3......ONUN）中的唯一一个。
另外，部分数据帧可以是给所有的ONU（广播式）或者特殊的一组ONU（组播），在光分路器处，流量分成独立的三组信号，每一组载有所有指定ONU的信号。
当数据信号到达ONU时，ONU根据LLID，在物理层上做判断，接收给它的包，摒弃那些给其它ONU的包。
举例，图2中，ONU1收到包1、2、3，但是它仅仅发送包1给终端用户1，摒弃包2和包3。
对于上行，采用时分复用技术（TDM）分时隙给ONU传输上行流量。
当ONU在注册时，OLT会根据系统的配置，给ONU分配特性的带宽，带宽对于PON层面来说，就是多少可以可以传输数据的基本时隙。
在一个OLT端口下面，所有的ONU、OLT端口之间时钟是严格同步的，每一个ONU只能够在OLT给他分配的时刻上面开始，用分配给它的时隙长度传输数据。
多个ONU的数据信号耦合到一根光纤时，各个ONU的上行包不会互相干扰。
对于安全性的考虑。
由于EPON网络，下行是采用广播方式传输数据，为了保障信息的安全，从几个方面进行保障：
一是，所有的ONU接入的时候，系统可以对ONU进行认证，认证信息，可以是ONU的一个唯一标识，只有通过认证的ONU，系统才允许其接入。
二是，对于给特定ONU的数据帧，其它的ONU在物理层上，也会收到数据后，在收到数据帧后，首先会比较LLID（处于数据帧的头部）是不是自己的，如果不是，就直接丢弃，数据不会上二层，这是在芯片层实现的功能，对于处于ONU的上层用户，如果想窃听到其它ONU的信息，除非自己去修改芯片的实现。
三是，对于每一对ONU与OLT之间，可以启用128位的AES加密。
四是，VLAN隔离。
通过VLAN方式，将不同的用户群、或者不同的业务限制在不同的VLAN，保障相互之间的信息隔离。
2GEPON与其它常用接入方式比较
2.1GEPON与ADSL的比较
近年来，全球宽带接入市场异常火爆，获得了飞速发展。
而在这火爆的宽带接入市场中，DSL的发展势头最为强劲，在国内外都占据主流地位。
在全球DSL市场蓬勃发展的大背景下，亚太地区DSL市场表现突出，其中中国的增长势头最为猛烈。
2．1技术发展趋势
（1）ADSL从第一代ADSL技术向新一代ADSL技术演进随着ADSL应用的不断推广和宽带业务需求的不断变化，基于G．992．1/G．992．2的ADSL技术（业界称为第一代ADSL技术），在业务开展、运维等方面都暴露出了一些难以克服的弱点。
例如：
第一代ADSL技术所支持的线路诊断和检测能力较弱，随着用户数的不断增多，如何实现用户终端的远程管理以及线路的自动测试，成为运营商十分头疼的事；单一的ATM传送模式难以适应网络IP化的趋势；较低的传输速率难以满足一些高带宽业务的开展，如流媒体业务。
ITU－T分别于2002年6月和2003年1月通过了ADSL2（G．992．3）和ADSL2＋（G．992．5）两个新一代ADSL技术标准。
ADSL2/2＋在第一代ADSL的基础上增加了一些新的特性，在性能、功能方面有较大改进，其突出特点和主要改进有：
扩大了覆盖范围和提高了数据速率，特别是ADSL2＋将频谱范围从1．104MHｚ扩展到2．208MHｚ，使下行速率提高（最高可达25MBit/S以上）；拓展了应用范围，ADSL2/2＋增加了PTM（分组传送模式），能够更加高效地传送日益增长的以太网和IP业务；增强了线路故障诊断和频谱控制能力，能很好地支持双端测试（DEＬT）功能，支持部分单端测试（SEＬT）功能；增加了速率适配能力，能在不影响业务的情况下动态调整速率以适应变化的线路条件；增加了节能特性，局端设备和用户端设备都能在业务量小或没有业务的情况下进入低功率模式或休眠状态；支持多线对速率捆绑，可以实现更高的数据速率。
值得指出的是，新一代ADSL技术虽然推出了ADSL2和ADSL2＋两个标准，但ADSL2标准只是为ADSL2＋标准的最终推出作铺垫和基础，新一代ADSL技术将是以ADSL2＋技术为主的形式得到推广和应用。
ADSL技术要完全实现从第一代ADSL技术向新一代ADSL技术的发展演进，还需要一个相对漫长的过程。
虽然全球设备商和运营商都倍加关注和期待新一代ADSL技术，但ADSL2/2＋标准自推出至今，芯片厂商推出的芯片只能支持标准规定的部分内容，完全支持标准的ADSL2/2＋芯片的推出还有待时日，尤其是ADSL2/2＋终端进展十分缓慢。
另外，不同厂商的终端与局端设备的兼容性与互操作性更是一个问题。
这些都是制约新一代ADSL技术规模应用的重要因素。
目前ADSL2＋技术仍处于少量试验和试用阶段：
一是开通更高的用户速率；二是通过ADSL2＋局端和普通ADSL终端实现长距离接入，解决第一代ADSL技术不能覆盖的用户接入问题。
（2）IP－DSLAM成为未来DSLAM的主要上行方式
随着宽带IP城域网的迅速发展，且为了缓解ATM资源紧张和扩容压力、降低网络总体建设成本、增强网络的扩展性，IP上行正逐渐成为一种主流的方式。
IP上行DSLAM的推行很好地解决了ATM资源不足的问题，但ATMPVC的终结使IPDSLAM面临着许多新的问题，尤其是IP上行DSLAM设备难以实现用户的惟一标识和定位，造成用户账号盗用、多个用户共用一个包月账号、非法用户难以定位等问题。
为此，IPDSLAM的推广使用必须解决好其带来的新问题，特别是IPDSLAM的用户惟一定位问题、IPDSLAM设备中不同用户端口的二次隔离问题。
另外，在目前业务发展情况下，为了满足不同的业务需求和组网需要，有时要求IPDSALM在提供IP上联接口的同时提供ATM上联接口，但从长远来看，IP网络肯定会代替ATM网络成为城域网主体。
2．2运行维护
随着第一代ADSL技术的大规模推广应用，接入网络的规模越来越大，迫切需要解决ADSL的运维问题。
目前主要通过以下两个方面来解决ADSL的运维问题：
一是实现ADSL用户终端的远程管理，二是实现ADSL系统的自动测试。
ADSL终端远程管理的关键技术主要有承载通道、封装协议和管理协议3个。
承载通道主要有EOC通道和ATMPVC两种；封装协议主要包括TCP/IP、HDLC和AAＬ5；管理协议主要有HTTP、SNMP和TEｌNET。
通过选择不同的承载通道、封装协议和管理协议，设备商主要提供了HTTPoverIPoverPVC、SNMPoverHDLCoverEOC和SNMPoverAAL5overPVC三种解决方案。
目前，ADSL终端远程管理标准还未最终界定，几乎没有厂商能提供完全满足终端远程管理最终目标要求的解决方案。
ADSL用户终端远程管理的完善还需要运营商和设备商共同努力。
目前，我国商用用户的宽带接入速率为512k～1MBit/S。
随着宽带业务的不断增多，特别是视频业务的开展，这样的速率已经不能满足需求，DSL正面临提速的压力。
近期内，2MBit/S将是比较理想的速率。
从理论上讲，目前用户的距离已经在2km以内（其中市内距离≤1km），DSLAM设备开通2MBit/S以上的下行速率没有问题，而且目前一些地方已经开通。
但是如果需要进一步满足IPTV（标清2M,高清4M）的需要，就面临困难。
ADSL利用传统的电话线的高频部分传送宽带数据，充分利用了固网运营商已有的铜线资源，对拥有固定电话的运营商来说，是发展宽带接入的一种必然选择。
目前在中国提供的ADSL业务主要为512Kbps到2Mbps的下行带宽，主要应用为公众上网。
然而随着各种新业务，尤其是视频业务的兴起，用户的带宽要求越来越高，新的宽带业务需求随之而起。
然而，ADSL的带宽严格受到传送距离的限制，较高的带宽只能在短距离实现。
而目前国内多数城市都是采用较大的端局覆盖半径，5、6公里左右甚至更远的用户，要普遍实现对用户较短距离的接入是很难实现的。
一种办法是增加端局的密度，但这会造成极大的设备、空间投入和运营开销，重新布线的开销也是巨大的。
另一种办法即是采用新的技术去满足对带宽和距离的同时需求，比如GEPON。
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