10G EPON标准化进展及主要内容

sdanny

从2005年开始，IEEE开始进行10G EPON技术的研究和标准化工作，并取得突破进展；2009年9月，标准正式发布（标准号为IEEE 802.3av）。IEEE 802.3av规定了10Gbit/s下行和1Gbit/s上行的非对称模式（10/1G BASE-PRX）和10Gbit/s上/下行对称模式（10G BASE-PR）两种速率模式。

为了实现10G EPON与1G EPON的兼容和网络的平滑演进，IEEE 802.3av标准在波长分配、多点控制机制方面都有专门的考虑，以保证10G EPON与1G EPON系统在同一ODN下的共存。10G EPON尽可能沿用了1G EPON的MAC和MPCP等协议，对MPCP协议做了少量的修改，并定义了新的PHY层。

（2）PHY层主要变化

●波长划分

在波长规划方面，为了实现与1G EPON的兼容，10G EPON没有使用1G EPON系统所使用的1490nm的下行波长，同时考虑避开模拟视频波长（1550nm）和OTDR测试波长（1600~1650nm），IEEE 802.3av标准选择1577nm作为10Gbit/s下行信号的波长（波长范围1574~1580nm）。因此，在下行方向，10Gbit/s信号与1Gbit/s信号为WDM方式。而上行方向，1Gbit/s信号的波长是1310nm（1260~1360nm），IEEE 802.3av标准规定10Gbit/s信号的上行波长是1270nm（1260~1280nm），二者有重叠，因此不能采用WDM方式，只能采用双速率TDMA方式。10G EPON OLT可以同时发现10G/10G ONU，10G/1G ONU和1G/1G ONU三种ONU可以共存。

●新的PCS层

10G EPON采用64B/66B编码，效率为97%，与1G EPON的8B/10B（效率为80%）相比有了明显提升。10G EPON的FEC功能采用RS（255，223）编码，可增加光功率预算5～6dB，与1G EPON的RS（255，239）编码相比FEC能力更强。

（3）MPCP层主要变化

10G EPON系统需要支撑非对称、对称传输速率并兼容现有EPON技术，需要对EPON 的MPCP协议（IEEE 802.3）进行扩展，增加了10Gbit/s能力的通告与协商机制。这样可以充分利用现有EPON的实现方案，极大地降低了芯片和设备成本。

●在发现GATE帧中增加Discovery Information字节来告知ONU OLT的能力，扩展下行GATE报文支撑OLT给不同上行速率的ONU开不同的发现窗。

●在Register Request帧中增加Discovery Information字节来告知OLT ONU的能力。

（4）Churning功能

在EPON系统中，采用三重搅动（Triple Churning）的方法对OLT下行数据进行加密，提高下行数据的安全性。但是，现有的三重搅动方案应用在10G EPON系统中存在着电路实现复杂、加密安全性较低的问题。为解决上述问题，IEEE 802.3av定义了一种适用于10G EPON系统的Churning方案，提高了10G EPON下行数据的安全性。

10G EPON系统的搅动采用3个级联的搅动器，每个搅动器实行规定的单重搅动操作，每次搅动使用的搅动密钥完全不同。第一级搅动器采用的24bit的密钥为（X1～X8，P1～P16）1；第二级搅动器采用的24bit的密钥为（X1～X8，P1～P16）2；第三级搅动器采用的24bit的密钥为（X1～X8，P1～P16）3。搅动密钥是ONU由上行用户数据中提取的3个3字节数据分别与3个3字节随机数异或相加（Exclusive OR，XOR)的结果，具体参见图1。

图1  10G EPON的三重搅动

10G EPON系统的搅动密钥更新和同步过程与EPON系统相同。密钥更新周期应可配置，默认缺省值为10s。10G EPON系统中用于搅动的密钥交互消息包括新密钥请求帧（New_Key_Request）和新密钥通知帧（New_Churning_Key）两种类型。新密钥请求帧的消息格式与EPON系统相同。

10G EPON技术的四大关键点：第一，10G EPON定义了6种光功率预算，针对非对称模式的PRX10、PRX20和PRX30以及针对对称模式的PR10、PR20和PR30，这6种光功率预算模型基本上可以满足运营商网络建设的需要；第二，10G EPON技术在实现与传统1G EPON在多点控制协议层面(MPCP)前向兼容的基础上，还对原有消息类型进行了扩展，用于报告光缆终端设备(OLT)、ONU光模块的开关时间，以满足10G EPON系统的要求；第三，10G EPON采用了(255，223)的前向纠错(FEC)编码方式，该编码与用于1G EPON的FEC编码一脉相承，但其强大的编码增益可以支撑10G EPON光接收器更低的灵敏度；最后，10G EPON对上下行波长进行了重新规划，下行使用1268～1280 nm波长，上行则重用了原有1G EPON的1575～1580 nm波段，为了避免波长冲突，10G EPON上行只能使用时分多址(TDMA)的方式。