EPON与GPON的综合比较.doc

1、EPON 与 GPON 的综合比较作者:BitsCN 整理 摘要 本文重点对两种主流 PON 技术(EPON 和 GPON)在可用带宽、技术成熟度、成本、多业务能力和安全性、QoS 和 OAM 等方面进行了综合比较和 分析。从目前已经商用的 EPON 和GPON 产品来看，二者功能和性能相当，但 EPON 成本更低，更具竞争优势。 关键词 PON EPON GPON1、引言多年来，业界一直认为 PON 是接入网未来发展的方向，这一方面是由于它提供的带宽可以满足现在和未来各种宽带业务的需要，因此在解决宽带接入问 题上被普遍看好;另一方面，无论在设备成本还是运维管理开销方面，其费用也相对较低。PO

2、N 的网络结构非常简单，其技术上的复杂性主要在于信号处理技术。 在下行方向，局端设备/OLT 发出的信号是广播式发给所有的远端用户/ONU(单点发送，多点接收)，各用户需要从中取出发给自己的数据。在上行方向，由 于各用户/ONU 共享一根干路光纤(多点发送，单点接收)，就必须采用某种多址接入协议，如:TDMA(time division multiple access，时分多址访问)协议，来避免发生信号冲突，实现多用户对共享传输通道的访问。目前，有两个颇为引人注目的 PON 标准已正式发布，其中一个是由 ITU/FSAN 制定的Gigabit PON(GPON)标准，另一个是由 IEEE 80

3、2.3ah 工作组制定的 Ethernet PON(EPON)标准。在 PON 技术已被毋庸置疑地认为是未来 FTTH 时代的终极解决方案之后，EPON 和 GPON谁将主导 FTTH 大潮已成为当前新的 争论热点。单独从某一方面的对比结果来判断哪种技术会得到规模应用是不严谨的，因此，本文将从可用带宽、技术成熟度、成本、多业务能力和安全性、QoS 和 OAM 等方面对二者进行综合的比较。2、xPON 概述1987 年英国电信公司的研究人员最早提出了 PON 的概念。1995 年，FSAN 联盟成立，目的是要共同定义一个通用的 PON 标准。1998 年，ITU-T 以 155Mbit/s AT

4、M 技术为基础，发布了 G.983 系列 APON(ATM PON)标准。同时各电信设备制造商也研发出了 APON 产品，目前在北美、日本和欧洲都有 APON 产品的实际应用。但在我国由于价格较高，又受到 ATM 推 广受阻的影响，所以 APON 在我国几乎没有什么应用。2000 年底，一些设备制造商成立了第一英里以太网联盟(EFMA)，提出基于以太网的 PON概念-EPON，并促成 IEEE 在 2001 年成立第一英里以太网(EFM)小组，开始正式研究包括1.25Gbit/s 的 EPON 在内的 EFM 相关标准。EPON 标准 IEEE 802.3ah 已于 2004 年 6 月正式颁

5、布。我国在“十五”“863”计划中也设立了吉比特 EPON 的相应课题。2001 年底，FSAN 更新网页把 APON 更名为 BPON，即“宽带 PON”。实际上，在 2001 年1 月左右 EFMA 提出 EPON 概念的同时， FSAN 也开始进行 1Gbit/s 以上的 PON-GPON 标准的研究，2003 年 3 月 ITU-T 颁布了描述 GPON 总体特性的 G.984.1 和 ODN 物理 媒质相关(PMD)子层的 G.984.2 GPON 标准，2004 年 3 月和 6 月发布了规范传输汇聚(TC)层的 G.984.3 和运行管理通信接口的 G.984.4 标准。表 1

6、依据相关标准规范描述了 BPON、EPON 和 GPON 的主要特征。表 1 BPON、GPON 和 EPON 的技术参数BPON GPON EPON 下行线路速率(Mbit/s) 155/622/1 244 1 244/2 488 1 250 上行线路速率(Mbit/s) 155/622 155/622/1 244/2 488 1 250 线路编码 NRZ NRZ 8B/10B 分路比 32 64-128 32-64 最大传输距离(km) 20 60 20 TDM 支持能力 TDM over ATM TDM over ATM 或 TDM over Packet TDM over Ethern

7、et上行可用带宽(Mbit/s) 500(在上行 622Mbit/s 1 100(在上行 1.244Gbit/s 760-860(传输 IP 业务) 速率情况下) 速率情况下) OAM 有 有 有 下行数据加密 搅动或 AES 加密 AES 加密 没有定义 从应用情况来看，GPON 由于技术实现复杂，成熟的商业产品还很少，目前还没有规模的商用系统应用;BPON 在欧美等 ATM 原有设备较多的国家 和地区使用较多;EPON 在亚洲地区，尤其是日本使用较多。值得注意的是，今年我国在武汉、杭州、北京、绵阳等许多城市已经开始大量使用 EPON 系统。下面将对 GPON 和 EPON 这两种 PON

8、技术和产品进行详细比较。3、上行可用带宽从系统上行传输总带宽中减去各种系统运行开销就是上行可用带宽。它与系统中包含的ONU 数量、DBA(动态带宽分配)算法的轮询周期、承载业务的类型以及各业务所占比例等都有很大关系。EPON 和 GPON 都是宽带接入技术，承载的业务以 IP 数据业务为主。下面将分别计算 EPON 和 GPON 在包含 32 个 ONU，轮询周期为 750s 的情况下，承载纯 IP业务时的上行可用带宽。EPON 的上行线路速率是 1.25Gbit/s，因为采用了 8B/1OB 线路编码，每 10bit 中有8bit 有效数据，所以其有效上行传输总带宽为 1Gbit/s，即 1

9、000Mbit/s。EPON 上行的系统运行开销及其占总带宽的比例如下:*用于突发接收的物理层开销:约 3.5%;*以太网帧的封装开销:约 7.4%;*MPCP(多点控制协议)和 OAM(运行管理维护)协议开销:约 2.9%;*DBA 算法造成的剩余时隙(即不足以传输一个完整以太网帧的时隙)浪费:约 0.6%;EPON 上行总开销为上述开销之和，约为 144Mbit/s，可用带宽约为 856Mbit/s(即1000Mbit/s-144Mbit/s)。上行线路速率为 1.244Gbit/s 的 GPON，采用 NRZ 编码，上行总带宽为 1.244Gbit/s，即1244Mbit/s。GPON

10、上行的系统运行开销及其占总带宽的比例如下:*用于突发接收的物理层开销:约 2.0%;*GEM(GPON 封装方法)帧和以太网帧的封装开销:约 5.8%;*PLOAM(物理层运行管理维护)协议开销:约 2.1%;*DBA 算法剩余时隙引入额外的封装开销(GPON 中允许分割帧，当剩余时隙不足以传输一个完整的以太网帧时，该以太网帧可以被分割成多个 GEM 帧传输，但每段分割的帧都要再额外增加一个新的 GEM 帧头):约 0.8%;GPON 上行总开销为上述开销之和，约为 133Mbit/s，可用带宽约为 1111Mbit/s(即1244Mbit/s-133Mbit/s)。4、技术成熟度 4.1 E

11、PON(1)标准EPON 的标准是 IEEE802.3ah，标准中定义了 EPON 的物理层、MPCP(多点控制协议)、OAM(运行管理维护)等相关内容。 IEEE 制定 EPON 标准的基本原则是尽量在 802.3 体系结构内进行 EPON 的标准化工作，最小程度地扩充标准以太网的 MAC 协议。这就最大程度地继承 了以太网经过长期、大规模实践检验积累下来的宝贵技术经验。(2)核心芯片和光收发模块目前可以提供 EPON 核心芯片的专业厂商有 5-6 家(不包括自主设计芯片的系统厂商)，在标准讨论的过程中，这些厂商就己开始芯片的设计和验 证，因此在 802.3ah 标准正式颁布时，他们大多都已

12、推出了第二代和标准完全兼容的芯片，可以迅速支持 EPON 系统的大规模部署。目前，EPON 的核心芯片已发展到第三代 SoC(system on chip)阶段，集成了多端口标准以太网的 MAC 和 PHY、SRAM、CPU 以及 PON 专用的 SerDes。以这种芯片为核心，只需增加少数的外围器件 (如模块和接口电路)就可以构成一个完整的系统，某些厂商提供的 ONU 参考设计，面积只有手掌一半大小。最近，我国大陆和台湾省的芯片厂商也开始启动了 EPON 芯片设计项目。EPON 光收发模块的产业链已经完整并开始与 EPON 系统的发展互相推动，二者开始步入良性循环的轨道:ONU 模块的价格从

13、最初的 200 美元以 上下降到目前不足 50 美元，价格水平已经和普通的千兆以太网光模块相当。模块价格的下降反过来又带动了 EPON 系统的规模部署速度，日本和韩国都已开始了 大规模的 EPON 商业化应用。EPON 模块的主流厂商也从日本和美国转移到中国的台湾和大陆。现在能够提供 EPON 模块的厂商已经有 10-20 家。(3)系统提供 EPON 系统的最初都是一些新兴专业厂商，如 Alloptic 和 Salira。现在传统的主流电信大厂也开始进入该领域，如:富士通、UT 斯达康和烽火，极大地带动了 EPON 的产业化发展。我国从 EPON 国际标准制订一开始就把 EPON 列入国家的

14、“863”重大项目，支持格林威尔等国内厂商对 EPON 的关键技术进行攻关，2004 年初完成“863”项目的验收，之后滚动投入二期资金支持优秀厂商进行 EPON 系统的商业化推广。现在，能够提供商用 EPON 系统的厂商近 10 家，从技术 水平上看，因为几乎同步开发，国内外厂商的差别很小。而价格方面，国内厂商占优。4.2 GPON(1)标准GPON 的标准是 ITU-T G.984 系列标准，规定了 GPON 的物理层、TC 层和OAM 相关功能。GPON 标准的制订考虑了对传统 TDM 业务的支持，继续采用 125s 固定帧结构，以保持 8K 定时延续。为了支持 ATM 等多协议，GPO

15、N 定义了 一种全新的封装结构 GEM(GPON encapsulation method)，可以把 ATM 和其它协议的数据混合封装成帧。GPON 标准相当复杂，在已有技术基础上，以可接受的成本实现完全符合标准要求的设备比较困难。(2)核心芯片和光收发模块除 GPON 设备厂商自主设计的 GPON 芯片外，目前还没有专业的芯片厂商推出商用 GPON 核心芯片。GPON 设备上使用的模块都是专用的自主或协作开发的模块，还没有专业的模块厂商可以提供样品，更谈不上大规模量产。GPON 标准要求模块指标支持三类 ODN，但 C 类 ODN 受目前光模块技术水平的限制，很难在经济的成本下实现。(3)系

16、统目前提供 GPON 系统的只有一两家新兴专业厂商，如 Flex-Light，其生产供货、技术支持和服务能力还有待提高，难以独立支撑 GPON 的大规模部署。与 EPON 相比，GPON 的产业链还不完整。5、成本影响成本的因素是多方面的，比如:技术复杂度、规模产量以及市场应用规模。从技术角度，EPON“进入门槛”很低，容易吸引大批厂商加入 EPON 产业联盟。EPON 继承了以太网“简单即是美”的优良传统，尽量只做最小 的改动来提供增加的功能，这就使得传统的以太网芯片厂商可以很容易地进行 EPON 芯片设计，新的设计公司也能利用随处可得的以太网相关 IP core(具有知识产权的设计内核)来

17、加入 EPON 芯片设计的阵营。目前 EPON 的第三代芯片的价格并不比前两代芯片价格高(甚至还有下降的趋势)，功能 却不可同日而语。GPON 芯片功能比较复杂，需要全新设计封装格式，没有对这方面比较熟悉的传统厂商，“技术门槛”较高，又会让新兴公司“望而却步”。 GPON 芯片厂商数量太少，芯片价格也难以下降。在这方面，ATM 就是一个前车之鉴。在模块方面，从技术角度来看，由于 GPON 的光模块要满足很高的突发同步指标(在 1.244Gbit/s 速率下，GPON 标准规定突发同步物理 层开销只有 12byte)，对模块中的驱动和前后放大器芯片的要求很高;还要满足三类 ODN 的功率预算，对

18、 ONU 发射机功率和 OLT 接收机的灵敏度也有很 高要求，只能采用 DFB 发射机和 APD 的接收机，而它们的成本几乎是 EPON 模块中使用的传统 FP 发射机和PIN 接收机的 6 倍(该数据来自光模块厂商)! 所以，GPON 光模块的成本显然要高于 EPON 光模块。另外，从产量规模角度看，EPON 系统厂商在标准制订的过程中就已经开发了早期的系统，开始进行小规模现场试验，一方面随着标准的演化及时跟进，另 一方面也为将来的大规模部署积累着相关的工程和服务经验。这样在标准颁布之时就早已做好了各方面的准备，一旦需求爆发，马上就可以开始大规模的部署。日本 Yahoo BB 之所以能在 E

19、PON 标准刚正式颁布不久即大规模采用 EPON 部署FTTH，就是因为 EPON 的工程技术成熟。这反过来又大大促进了 EPON 产业的发 展，仅其一家的采购规模就足以拉低 EPON 光模块的价格。EPON 模块价格已接近传统模块。而 GPON 目前的部署规模还很小，模块价格很难快速下降。 经过多年的发展，期间包括一场跟 ATM 的“战争”，以太网已成为数据网络中的事实标准，以太网相关技术无疑具有良好的市场前景，现在和将来的新技术，都要提供对以太网的接口。和 GPON 相比，EPON 的市场前景应该会更好一些。无论从哪方面来看，现在 EPON 的成本肯定比 GPON 低，事实也正是如此。根据

20、从日本市场获得的数据，目前 Yahoo BB 部署的 EPON 系统，每用户(或每线)设备成本(包括 ONU 和分摊的 OLT 成本)已降到了 200 美元。GPON 还未见有大规模商用的市场报道，参考北 美 155Mbit/s APON 系统的设备价格为每用户 300 美元以上，再参考 SDH 的 622Mbit/s 系统对 155Mbit/s 系统的价格系数(约为 2.5)，估计目前的 GPON 系统价格约为每用户 750 美元，约是 EPON 价格的 4 倍!即便换算成单比特成本，GPON 也是 EPON 的 3 倍!而且从长远来来看，EPON 的成本 下降速度也会比 GPON 更快。所

21、以无论现在还是将来，GPON 在成本上将始终难以与 EPON 竞争。6、多业务能力和安全性目前对 EPON 多业务能力质疑最多的就是它传输传统 TDM 业务的能力。且不说目前 EPON 设备厂商采用的各种 TDM over Ethernet 的专利技术提供了 EPON单一网段的 TDM 业务传输通道，从测试结果来看，其性能完全满足 1.5ms 时延等指标要求，完全符合传统 TDM 业务的应用标准。就是在普通的以太网设备上，现在也可以使用各种标准的 PWE3(pseudowire emulation edge to edge)设备提供跨网段、端到端的、透明的传统点对点 TDM 通道。而且，随着传

22、统 TDM 业务量所占比例的日趋减少，使用分组交换技术，把 TDM 业务收容 到日益扩大的分组网络中来，无疑将是一种更为经济的手段。即使是现在部署的 G/EPON 系统，也会更看重其对各种以太网数据业务的支持能力。对于 IPTV、VoIP 等 IP/以太网基础上的多业务，EPON 更是可以很好地承载。对模拟的 CATV 业务，EPON 也可以采用和 GPON 一样的方式承载:增加一个波长。(其实这属于 WDM 技术，跟 EPON 和 GPON 本身无关)。在安全性方面，EPON 也使用标准的基于 AES 的加密技术，其安全性和 GPON无区别。7、QoS 和 OAM在 QoS 方面，EPON

23、定义了 8 个优先级队列，DBA 算法也考虑了对不同优先级队列的带宽分配策略和公平性等问题。对于数据包中的 IP 优先级或 以太网优先级可以很容易地映射到这 8 个优先级队列中，再通过 DBA 算法保证其传输的带宽和时延，因此完全可以满足不同业务的 QoS 要求。例如:对 TDM 业 务，使用 EPON 的 QoS 机制，就可以保证其各项指标要求。GPON 中 OLT 检测每个 CONT-T 的业务负荷，用于预测/分析 ONU 的业务流情况和网络的拥塞情况，根据网络状况给每个 CONT-T 分配资 源，但并不涉及VP/VC 或 Port_ID 的 QoS。VP/VC 或 Port_ID 提供的

24、 QoS 保证由两端的 ATM/GEM client 的相应机制来完成。对于有不同 QoS 要求的业务，GPON 通过使用指针安排 ONU 用不同的传输方式来实现:调整其授权带宽和授权周期来保证业 务的带宽和时延要求。实际上，在如何保证业务的 QoS 方面，EPON 和 GPON 的实现机理本质上是一样的。在 OAM 方面，EPON 标准中定义了远端故障指示、远端环回控制和链路监视等基本的 OAM 功能，对于其它高级的 OAM 功能，则定义了丰富的厂商 扩展机制，让厂商在具体的设备实现中自主增强各种 OAM 功能。而且 EPON 标准还从便于开通维护的角度，定义了一套 OAM 能力的自动协商机

25、制(与以太网端 口的自动协商机制类似)，可以在无需人工参与的情况下，自动识别并配置 0LT 和 ONU 两端的 OAM 能力。另外，比较有特色的是，EPON 定义了一种 PON 端口的环回测试功能，把 PON 链路的性能测试功能嵌入到系统之中，可以在无需外部测试仪表的情况下，进行 PON 链路的性能检测，大大方便了系统的开通和故 障定位。GPON 中的 OAM 包括带宽授权分配、DBA、链路监测、保护倒换、密钥交换以及各种告警功能。从标准本身来看，GPON 标准中定义的 OAM 信息比 EPON 标准定义的丰富，不过从实际的设备来看，二者提供的功能并没有多少差异，目前的 EPON 设备也能提供

26、这些功能。8、总结综上所述，在 OAM、QoS、多业务承载、安全性等方面，目前的 EPON 产品与 GPON 标准规范的相当，但每单位带宽成本则要比 GPON 低得多，而且 EPON 的技术更成熟，更早被市场接受，更早进入大规模商用的阶段。下一代网络将是基于分组的网络，目前以太网作为分组网络的绝对主流承载平台，已经是一个不争的事实。将来用户侧的网络接口肯定是一个以太网的接 口，城域网上的以太网接口肯定也会随处可见，使用以太网技术把两侧的以太网接口连接起来将会是一件很自然的事情。试想，光纤带宽资源无限，是舍易求难，为 提高一点传输效率而非要把两侧的以太网数据进行复杂的“背对背”GEM 协议转换，再在 PON 上传输?还是简单地增加波长和速率，平滑地扩展网络容量?以太 网从 10Mbit/s、100Mbit/s、1000Mbit/s 到 10Gbit/s 的发展历史可以告诉我们正确的选择。