10G PON技術的現狀、發展以及部署建議

發佈於 2019年02月26日 by

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隨着寬帶網絡光纖化改造工作的部署與實施，實現寬帶網絡光纖化的地區，網絡質量提升、故障率降低，用戶的使用好感度上升。目前，寬帶接入網絡的形成以FTTH為主，PON+LAN為輔的網絡格局，未來寬帶接入網如果統一採用PON技術進行組網，不僅可以提供優質的用戶體驗，同時能降低企業運營成本，提高經濟效益。接下來，本文將結合業務需求，對10G PON的技術發展及部署提出建議。

什麼是PON網絡

PON 網絡由OLT、ODN 和ONU 3部分組成。OLT設備在網絡拓撲結構中位於核心位置，向上接入多個業務網絡，向下通過ODN接入多個用戶的業務，是業務匯聚分發的重要節點。OLT同時實現對用戶端設備 ONU的控制、管理、測距等多項網絡管理功能。無論從所處的網絡位置還是所具有的網絡功能，OLT設備都是PON 網絡的核心。隨着互聯網接入、4K IPTV 視頻、智能家居業務、中小企業專線、IMS語音、移動回傳等越來越多業務承載在PON 網絡上，對帶寬的需求和管理的精細化程度不斷提高。PON 技術的發展和OLT設備的部署演進對寬帶接入網的發展起着至關重要的作用。

PON網絡現狀分析

（1）OLT設備部署

國內運營商的OLT設備基本從2006年開始部署，初期主要用於PON+DSL接入。2009年開始規模部署FTTH，至今已經經歷了10多年的時間。廠商的產品按照槽位帶寬、整機交換能力、對PON板卡的支持情況，分別有2~3代產品在現網運行。現網運行的廠家主推設備單槽位交換能力達到40G/槽位，並均支持10G EPON 和XG-PON1。

（2） PON技術部署

隨着10G PON技術逐漸商用，現網中OLT設備配置的 PON板卡類型分為 EPON、GPON、10G EPON 和 XG-PON 4 類，其中以EPON和GPON為主。

在中國電信和中國聯通對EPON標準完善工作的推動下，國內運營商EPON商用早於GPON約2~3年時間。2013 年之前的建設以EPON為主，之後由於GPON在帶寬方面的優勢，逐漸在OLT建設中佔據主導地位。從現網存量部署來看，中國聯通和中國移動的OLT設備以GPON 為主，中國電信則以EPON為主。

10G PON在 2015 年前後陸續開始建設。由於10G光模組價格始終居高不下，導致10G PON ONT的價格是現有EPON/GPON終端的5 倍左右。在目前普遍由運營商向客戶贈送終端的大環境下，同時業務需求基本在100Mbit/s以下，各大運營商對10G PON的部署應用均持謹慎態度。目前10G PON 的建設方式主要在10G PON+ LAN和FTTH 部署中應用。10G PON+ LAN主要是對現有的小區LAN網絡和PON+ LAN網絡進行改造。一方面解決接入用戶數高帶來的帶寬不足問題；另一方面由於多個用戶分攤了MDU中的光模組價格，整體造價與PON+LAN網絡相比增加不大，因此得到了規模應用，技術上10G PON 和 XG-PON 均有採用。10G PON FTTH 的建設主要為各運營商進行的千兆入戶試點，主要目的是對外宣傳以及對10G PON FTTH的產品進行驗證等。

10G PON技術發展

（1）10G PON技術發展路線

IEEE主導的EPON和ITU主導的GPON目前均演進至10G PON階段，後續規劃均為100G PON，在具體的演進路線上二者存在一定的差異，相應的演進路線見下圖。

（2）EPON技術演進

10G EPON對稱、非對稱技術標準和產品均已經完善，且在標準上具有不需要增加合波器就能與EPON終端共存於同一ODN網絡的優勢。2016年集中採購後OLT的10G PON光模組大幅降價，各運營商考慮到未來網絡的演進，在局端開始提前部署10G EPON，在客戶端仍採用EPON ONT來進行FTTH 建設。同時由於對稱模式光模組與非對稱方式光模組價格相差不大，並考慮到非對稱10G EPON上下行的帶寬比例為1∶10，為避免後續上行業務發展帶來的升級需求，運營商更加傾向於在OLT 側部署10G EPON對稱模式。EPON下一步將向100G PON技術演進。

（3）GPON技術演進

對於10G GPON的標準，非對稱的XG-PON技術標準和產品已經完善。固定波長對稱10G GPON標準 XGS-PON於2016 年2 月發布，由於該標準涉及的器件相對成熟，目前部分廠家的產品已經具備商用條件。可調波長的NGPON2（TWDMPON）標準已經完善，目前已有OLT產品在歐美實現商用，同時有相應的MDU產品用於企業專線市場。 NGPON2可調波長的光模組造價較高、實現難度大，在ITU 補充了對稱的固定波長10G標準（XGS-PON）之後，部分廠家認為NGPON2有可能被跳過，直接演進至4×25G 的100G PON 方案，並有可能和100G EPON標準實現融合。

短期內10G PON的ONT價格不會下降至現有EPON/GPON 的價格區間，因此必然面臨局端的10G PON和用戶側EPON/GPON終端共存的局面。由於GPON和XG- PON 終端要共存於同一ODN網絡，需要增加WDM1r 模塊，限制了XG-PON 在現網的部署。因此優勢廠家均有將GPON和XGPON 2種光模組和WDM1r封裝在一個光模組的 Combo PON方案。但 Combo PON方案的光模組只能採用XFP 封裝，單板只能實現8個PON口（常規方式為SFP+封裝，單板可以實現16個PON口），同時由於增加WDM1r 的插損，對光模組的發光功率要求更高。目前只能實現B+/N1的發光功率，短期內不能提供C+/N2a高功率模塊，限制了遠距離大分光比場景下的應用。

OLT設備的發展趨勢

OLT設備有以下2 個主要趨勢：一是對10G PON 板卡的支持，包括單槽交換容量和整機交換容量提升，以及上聯端口對10GE 等更大帶寬端口的支持等；其二是隨着各運營商整體網絡結構向SDN/NFV化演進，OLT設備自身面臨向SDN/NFV化演進的問題。

（1）現網設備對10G PON的支持

現網的設備通過升級主控板卡、電源等可以實現對10G PON板卡的支持。經過升級的設備，大多數現網設備還支持10G PON。因此現網OLT設備在配置10G PON板卡時，除設備本身的支持外，各商家還需要對網管與設備進行升級。

（2）向SDN/NFV化演進

SDN/NFV化可以共享接入資源，方便業務管理，實現多業務承載。通過SDN/NFV化，可實現以下功能：硬件資源獨立，VLAN 資源、MAC表、路由表、QoS隊列資源獨立；軟件特性獨立，特性功能可以配置的不一樣，差異化定製；管理分權分域，vOLT的配置管道隔離，包括業務發放、運維、告警、日誌等。

OLT 設備作為接入設備向SDN/NFV演進，主流觀點認為很難實現“白盒化”，主要實現網絡級管理和部分非實時控制功能的上移。初期主要實現網絡切片，即OLT的虛擬化，將一個OLT虛擬為多個OLT，目前已經可以實現基於板卡、PON端口、終端設備以及用戶端口（UNI）來劃分虛擬化OLT。後期逐步實現標準的南北向接口（Netconf/YAGN、OpenFlow），通過 SDN控制器實現控制和轉發分離。

SDN/NFV化主要應用場景模式為平安城市（視頻監控）、PON承載LSN業務、校園網、小站回傳、涉外賓館酒店等。

（3）下一代OLT產品

目前下一代光接入平臺，大多是基於現有產品實現向下一代100G接入和SDN 化的演進，且其OLT設備SDN化基本還在規劃階段，因此OLT短期內還不具備SDN化的條件。

10G PON技術現網部署及OLT演進建議

（1）10G PON技術部署

目前的寬帶建設以FTTH為主，但10G PON的建設仍以10G PON+LAN為主。先期部署FTTH的北上廣深等城市，已經開始面臨著原有FTTH網絡升級換代的需求。但由於10G PON ONT終端類型少、價格高等因素，短期內10G PON還主要部署在OLT側，終端側仍主要採用EPON/GPON終端增加對GE端口的支持，對少量用戶提供千兆入戶業務。未來隨着高帶寬用戶的普及，以及10G PON終端規模提升和價格下降，將逐步推動10G PON FTTH的規模應用。目前10G EPON在OLT側的規模部署替代EPON已經具備條件，XG（S）-PON在OLT的部署有待於Combo PON的成熟。由於受技術標準實現的約束，Combo PON的成本必然高於 10G EPON。另外簡化 XG- PON的標準，採用與10G EPON相同的波長策略從而在ODN網絡中去掉WDM1r，通過犧牲帶寬換取與GPON ONT的共存也是一條可行的道路，但需要推動XG-PON標準的修改。

對於現網中不支持10G PON 板卡的廠家的設備應逐步進行替換，採用用戶遷移至其他OLT、設備整體替換等方式逐步實現上述設備退網。

（2）相關技術部署建議

目前PON網絡已經承載了寬帶、語音、IPTV直播、 IPTV點播和專線等多種業務，同時PON網絡承載PON設備和家庭網關的網管信息，後續還可能承載移動的回傳和前傳等業務。隨着業務種類的增多，以及單 PON口下接入的用戶數量少（一般為十幾到幾十戶）的情況，決定了單PON口的流量具有突發性強、不確定性大的特點。原有按照業務模型計算流量的方式已不適應PON網絡的流量特點，建議PON網絡部署採用下面的技術策略，以增大網絡帶寬、提升用戶體驗。

①開展 IPTV業務的接入網絡全面部署二層組播，其中OLT部署IGMPProxy，ONU部署IGMP Snoop-ing，以降低PON端口帶寬佔用。

②寬帶接入網部署基於802.1p 的二層QoS技術，局部短時網絡擁塞時，優先保證高優先級業務的轉發。

③家庭網關和機頂盒內置軟探針，同時配合網絡流量監測分析系統（如華為uTraffic、中興BigDNA 等）實現業務層面和網絡層面的動態監控。

通過上述技術策略部署仍不能滿足帶寬需求的PON端口應採用調整用戶分布、降低分光比、升級10G PON等方式進行擴容調整。

（3）OLT上聯的調整

OLT設備的上聯根據流量需求，逐步從N×GE調整為N×10GE。同時根據OLT的分布情況，對於數量少、距離遠的用戶採用小容量OLT接入，並通過OLT的級聯和虛擬化實現對級聯OLT的統一管理。同時應逐步減少OLT上聯交換機的情況，多級級聯交換機會提高網絡複雜性和增大網絡時延。最後達到提高帶寬通量，提升用戶的視頻業務體驗的目的。