EPON与GPON的综合比较

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　　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　GPON

　　1、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。PON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 802.3ah工作组制定的Ethe.net 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 ATM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 Ethernet

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1000Mbit/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)。

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