GPON崛起 10G GPON引领下一代接入网
现实：GPON崛起
目前，全球主流运营商都把“光进铜退”作为重要的发展战略，中国的运营商也逐渐的将投资重心转向光纤接入网，积极建设以宽带为特征的下一代网络。如何构建一个能提供多业务、大带宽、QoS保证的接入网呢？在各种光接入技术中，欧洲的Telecom Italia、北美的Verizon和中东的Etisalat等主流运营商都选择部署GPON。GPON缘何得到众多运营商的青睐呢？
GPON具备低成本和高带宽接入能力。通过共享的主干光纤和免维护的光分配网络，GPON能为运营商降低CAPEX和OPEX。GPON下行采用时分复用(TDM)技术，上行采用时分多址(TDMA)技术，可以提供2.5Gbps的下行速率和1.25Gbps的上行速率；同时，GPON能支持长达20公里的传输距离和1：64的分支比。
从业务接入的角度看，GPON不仅高效，而且具备数据、语音和视频等多业务接入能力。它采用GPON封装方法(GEM)来封装以太网、ATM和TDM的用户流量。其中，对以太网帧的封装使GPON能支持IP业务。GPON吸引运营商的另一个优点是，GPON不需要额外的IP层封装，GEM就能实现传统TDM业务、语音业务与GPON的连接。另外，GPON通过结合broadcast video overlay和IPTV来提供视频业务。基于上述优点，GPON在网络接入市场具有良好的应用前景。
目标：下一代接入网
统计数据表明，宽带接入需求每年正以约1.3倍的速度增长。目前，高清晰电视(HDTV)每个通道占用约10Mbps带宽，成为宽带接入网流量增长的主推手。将来，新业务应用会不断涌现，如家庭视频共享、在线网络游戏、远程互动教学、远程医疗、网络存储、以及三维电视等，这些将进一步推动带宽需求增长。
新兴多媒体业务的发展对用户带宽提出了新的要求，现有的GPON技术有可能成为发展的瓶颈。不少运营商开始考虑，怎么样的系统才能满足下一代接入网(NGA)的要求？
与现有的GPON相比，下一代接入网应具备更快、更多、更广的特点。更快指其下行链路至少达到10Gbps，而上行链路则取决于具体的应用和成本要求；更多指其支持的用户端设备(ONU/ONT)数量需远高于GPON支持的32个或64个；更广指其物理传输距离应远大于20公里。此外，为了降低成本和节省时间，必须重用现有的光分配网络。因为在GPON的建设中，运营商耗费了大量的投资部署室外光纤，而这些投资必须在约30年内摊销。因此，向后兼容也是GPON向下一代接入网平滑过渡的主要问题之一。标准铺路
ITU-T G.984系列标准对GPON作出了全面的定义，包括总体特性和基本架构(G.984.1)、物理媒质相关子层(G.984.2)、传输会聚层(G.984.3)和管理控制接口(G.984.4)。G.984.5和G.984.6还分别定义了enhanced band和reach extension。此外，OMCI Implementation Study Group(OISG)正在对OMCI模型进行最后的完善。
nFSAN与NGA
多业务接入网工作组(FSAN)的成员来自世界各国的运营商和设备制造商，负责开发宽带接入网解决方案和推动各种技术提案成为标准。FSAN从2001年开始研究GPON，并逐步制定了ITU-T G.984系列标准。目前，ITU-T已经颁布了GPON的主体标准，GPON产品也开始商用部署。
FSAN下属的NGA小组负责研究继GPON后的光纤接入系统，并着眼于下一代无源光网络(NGPON)的标准化工作。NGA小组将NGPON演变划分两个阶段：NGPON1和NGPON2。NGPON1是个中期的演进方案，即在兼容现有ODN的基础上，通过扩展GPON标准过渡到NGPON。NGPON2则是基于全新光网络的长期的演进方案，其目标是提供一个独立的下一代光网络接入方案，该方案不再受制于现有的GPON标准和光分配网络。
备受关注的WDM-PON技术属于NGPON2范畴；它通过在一根光纤中使用多个波长实现接入网的扩容。WDM-PON的真正商用还要突破一系列的关键技术要点，包括突发模式粗波分复用、无色ONU收发器、可调谐WDM、DWDM集成和低成本WDM光源等。
nXGPON1与XGPON2
XGPON1和XGPON2是NGPON1的两个主要备选架构。XGPON1是下行10Gbps/上行2.5Gbps的非对称系统；XGPON2是上下行10Gbps的对称系统。由于在目前的PON标准发展中，不对称系统XGPON1极可能追随ITU定义的GTC层发展，所以也称为10G GPON。对称系统XGPON2则会向IEEE 802.3av工作组制定的10G EPON标准靠拢。2008年6月，在ITU-T Study Group 15的组织下，IEEE和ITU举行联席会议，展开了下一代接入网标准的广泛讨论。这将有助于实现双方平衡，推动新标准的制定。
华为一直积极参与各种PON标准会议和PON互通性测试。华为在FSAN、ITU和IEEE会议上贡献了大量高价值的提案；此外，华为专家还担任了包括GPON主题标准的Editor、FSAN NGA白皮书部分章节的Editor和OISG主席等职务，与各方一道促进光接入网技术的发展。10G GPON趋势与挑战
10Gbps技术在中长途传输网络中已逐渐成熟，其经济性和高效性决定了10Gbps相关技术将延伸到10G GPON下行链路。但面对10Gbps突发模式接收机等技术难题，如何实现经济可靠的10Gbps的上行链路速率还有待探讨。
要实现从GPON到10G GPON的平滑过渡，二者的共存是网络演进必须考虑的问题。突发模式接收机是高速光接入的难点，10G GPON将面临这一挑战。此外，10G GPON还需要解决流量传输、ONU管理和业务模式等问题。
从运营商的需求和下一代光接入网的挑战出发，华为对10G GPON展开了深入细致的研究，其工作涉及10G GPON的各个方面。
10G GPON需要多高的上行链路速率？鉴于目前的技术还未能实现低成本的10Gbps 突发模式接收机，2.5Gbps上行成为一个经济可行的方案。采用2.5Gbps的上行链路，10G GPON不仅将现有GPON的上行通道扩容了两倍，还大大降低了突发模式接收机的设计难度，从而降低了接入成本。同时，2.5Gbps上行还可以有效满足用户的各种接入需求。
怎样才能实现与GPON的共存？10G GPON下行使用L波段，上行使用C波段或O波段。通过采用WDM/WDMA，10G GPON可以兼容目前部署的GPON。当然，为了支持比GPON更高的光分比和网络覆盖，则需要提高功率预算，Class C(30dB)或Class C++(33dB)都是可探讨的选择。
如何才能使突发模式接收机的设计更简单？一个可行的解决方案是将线路编码和接收机的设计结合起来。例如，将9b10b码作为10G GPON的上行链路编码。9b10b码在直流平衡、交流耦合和编码效率上都有显著的优势。此外，9b10b码与前向纠错结合，可以适配出不高于3.125Gbps的物理光学速率，实现在现有通信设备上传输，从而大大降低了10G GPON的系统成本。如何实现10G GPON的流量传输？最快的入手点是从GPON传输汇聚层(GTC)出发来设计10G GPON协议。考虑到10G GPON的新特性，有必要对现有GTC作相应的修改和扩展。例如，为了支持大于256个ONU/ONT，ONU-ID域需要扩展；为了支持更高的上行链路速率，有关动态带宽分配(DBA)的起始和终止时间域需要扩展；很多和ATM有关的部分需要废弃，包括Alen域等。另外，考虑到简化MAC设备的设计和匹配10Gbps的物理层，32比特对齐(字对齐)的组帧方案值得推广。该方案的思想是对10G GPON的上下行帧长度和GEM采用字对齐方法来扩展。主要的扩展对象包括ONU-ID、Port-ID、PLOAM消息、DBRu、GEM头和GEM负载等等。
最后，在10G GPON系统管理上可从三个层次入手。首先是通过OAM实现快速基本的底层管理，如动态带宽分配、前向纠错和PLOAM等；其次是采用诸如OMCI的带外(out-of-band)方式来管理ONU/ONT；第三个层次是借助于整个网络管理系统来实现带内(in-band)管理，包括SNMP、TR-69,和ACS系统等等。在业务模式方面，10G GPON可借鉴他山之石，如DSL论坛的业务模式文稿、VLAN标签技术等。
未来：发展与方向
FSAN的NGA白皮书计划于2009年初定稿。该白皮书将勾勒出NGA的备选架构、技术难点和基本设计。其内容涉及波长分配、功率预算、网络结构、协议框架、线路编码以及业务管理等。NGA白皮书最终会输入到ITU-T Q2/15，作为ITU NGA标准的基础文稿。ITU的NGA标准制定过程从2009年开始，预计到2010年结束并发布。
宽带光接入技术正深入到我们生活的方方面面，提高和改变着信息传送和分享的速度、效率、内容和模式。从现在的GPON到NGA是一个平滑渐进的上升过程，通信技术的创新和发展始终贯穿其中。10G GPON以其独特的经济高效方式满足了10Gbps传输、向后兼容和接入扩展等需求。华为致力于技术开发和预研创新，将全力联手各方推动宽带光接入的发展。
