点对点光以太网技术的发展与应用

点对点光以太网技术的发展与应用

摘要

本文主要介绍了点对点光以太网技术的标准与产业发展状况，并对点对点光以太网技术与点对多点的PON技术做了详细比较，最后对点对点光以太网技术的应用前景进行了讨论。

光纤到户（FTTH）技术采用光纤作为传输媒质，具有传输容量大、传输质量高、可靠性高、传输距离长、抗电磁干扰等优点，是未来宽带固定接入的发展方向。FTTH的实现方式有两大类：点到点（point to point，P2P）有源光网络和点到多点（point to multi-point，P2MP）无源光网络（PON）。随着宽带业务的快速发展和FTTH的不断升温，FTTH网络中的点到点光以太网技术（以下简称P2P），尤其是单纤双向光以太网技术开始受到更多的关注。

1、P2P标准化与产业发展情况

P2P通常是指采用光信号的点到点传输方式，从局端或远端机房到每个用户都用一对或一根独立的光纤，局端和用户端各需要一个光收发器。传统的基于P2P的FTTH实现方式是采用“媒质转换器（MC）+传统以太网交换机”的组网方式，采用MC将电信号转换成光信号进行长距离传输。这种方案主要用于早期的FTTH小区接入和企业客户的专线接入，优点是对于目前已经普及的100 Mbit/s速率的以太网交换机而言，不必更换支持光纤传输的网卡，只需加上MC即可，从而可降低升级成本，如图1所示。

图1 MC+传统以太网交换机的拓扑结构

不过这种方式缺乏相关的国际标准，不同厂家的设备很难做到互通。此外由于MC与以太网交换机是分离的两个设备，不利于维护，而且由于每个用户占用一个以太网端口和一个MC，单位机框可以接入的用户数较低，在做园区接入时，必然采用多级汇聚的组网模式，这也相应地增加了故障点和维护难度，因此是一种过渡性的点对点FTTH方案。

近年来，单纤双向P2P系统开始受到越来越多的关注。单纤双向P2P系统可以节约一半的光纤消耗，节约系统建设成本，并可改善传统MC方式的P2P系统网管能力弱的问题。目前IEEE EFM工作组、ITU-T以及日本电信技术委员会分别推出了各自的相关标准。

IEEE 802.3ah于2004年9月定稿，目前标准号为IEEE 802.3-2005。该标准定义了速率100 Mbit/s、传输距离10 km和速率1000 Mbit/s、传输距离10 km两种新的P2P标准，采用WDM（波分复用）方式实现单纤双向传输，上、下行分别选用1310 nm和1550 nm。标准中引入了光接口的物理参数要求，同时定义了基于以太网的链路监控和环回测试的OAM（操作、维护和管理）功能，增强了网络的管理功能。

ITU-T G.985是ITU-T组织SG15制定的P2P系统标准，2003年3月发布，2005年修订了一版，内容包括P2P系统构架、ODN（光配线网）、物理参数信息及简单的OAM。不过目前此标准只定义了速率100 Mbit/s、传输距离10 km的标准，而且OAM部分也仅仅提及相关概念，并没有定义具体的消息帧。

TS-1000标准于2003年由日本电信技术委员会制定，它定义了3种距离的单模光纤双向传输方式：Class S（短距离）、Class A（中等距离）、Class B（长距离）。此外，还定义了一个12 byte的短帧用于OAM功能，以改善传统MC方式的P2P没有网络管理能力的问题。最新版本为第2版，于2004年1月发布。表1对这3种标准进行了比较分析。

表1 3种P2P标准技术的比较

可以看出3个标准当中，IEEE 802.3ah定义最为全面，不但规定了单纤双向和双纤双向两种模式，还给出了100 Mbit/s和1000 Mbit/s两种传输速率，此外定义的OAM PDU最多可以承载1496 byte净负荷，可支持更多的管理和维护信息。

TS-1000是日本为推进其本国FTTH的战略而量身定做的一个标准。本着简单实用的原则，标准中仅仅规定了100 Mbit/s单纤双向的应用模式，OAM定义也非常简单，而且没有考虑ONU侧多端口的情况下OAM的处理情况，实际扩展性较差，目前仅仅在日本国内有少量的应用。

G.985目前也只定义了100 Mbit/s单纤双向的应用模式，从标准的内容上分析，推测该标准的物理层接口规范与TS-1000同源同根，只不过做了一些细微的扩展和改动。OAM部分参考了IEEE 802.3ah的规定，但是仅仅提及相关的概念，并没有详细定义帧的格式，目前国内的厂家设备对此标准支持或计划支持的并不多见。

综合比较分析，已经推出的3个P2P标准中，IEEE 802.3ah标准规定全面，适用范围广，可扩展性较强，预计该标准将会成为点对点光以太网的主流标准。

从芯片供应商和设备厂商的反馈来看，对IEEE 802.3ah标准的认可度最高，目前相关的P2P光接口器件也已经成熟，供应商较多，成本也不高，市场上的相关光模块已能满足IEEE 802.3ah标准中相应的指标要求。

相对而言，国内外主流设备厂家对IEEE 802.ah支持的情况尚不理想，他们出于战略决策方面的考虑，投入的研发精力比较有限。根据调查，多数厂家符合802.3ah标准的P2P设备还处在开发阶段或者是样机阶段，可以提供商用P2P设备的厂商还很少，而且设备的核心功能基本采用FPGA（现场可编程门阵列）方案实现，成本过高；用户侧只支持以太网接口，提供单一的以太网接入业务，还不具备提供其他业务种类的能力；此外网管功能和OAM功能也有待进一步完善。

2、P2P技术特点与优势

作为FTTH的一种实现机制，P2P技术有以下特点。

（1）高带宽

可实现100 Mbit/s甚至1000 Mbit/s的双向高带宽接入，这种高带宽的特性使之可以支持互联网接入、视频接入和电话接入，并能够解决对带宽（特别是上行带宽）要求较高的业务（如“全球眼”、“新视通”等）接入问题。

（2）长距离

可支持10 km以上的传输距离。如果增大发送光功率，还可以进一步扩展传输距离。

（3）节约光纤资源

OLT到ONU之间采用WDM技术实现单纤双向传输，可有效地节约光纤资源。

（4）布放灵活

适合用户分布相对零散的场合，可以灵活布放。

此外，与点对多点的PON相比，P2P技术还具有如下优势。

（1）网络结构简单

由于用户独享OLT到ONT的光纤资源，可免去PON系统中复杂的带宽管理、测距、延时补偿、收发器功率及状态管理等过程，网络结构非常简单，实现时相对容易。

（2）安全性高

各用户之间彼此独立，安全性高，而PON必须通过复杂的安全策略来实现用户的安全隔离。

（3）端口利用率高

可根据用户数量的增加相应地增加端口模块，因此可以非常方便地实现扩容，设备端口利用率高。

3、P2P与PON的综合比较

由于P2P技术与PON技术在应用中的定位存在一定程度的重叠，所以这里把P2P与EPON、GPON这两种主流PON技术加以比较。

3.1 标准与设备成熟度

IEEE 802.3ah最有可能成为P2P的主流标准，但目前符合该标准的P2P设备尚不成熟，实现功能有限。此外，P2P设备在多业务的支持能力上与PON相比还有很大差距。

EPON标准同样来自IEEE 802.3ah，不同的是目前EPON技术已基本成熟，主要体现在EPON芯片和设备已经基本成熟，国内外有较多的厂家提供EPON设备，在中国电信集团的推动下，设备互通性也基本解决，另外在国外已经有了大规模应用，在国内也有小规模应用。

GPON由FSAN/ITU提出并标准化，形成ITU G.984.x的系列标准。目前用于GPON系统的光收发模块技术上已经基本成熟，但相关设备还不够成熟，多数设备在基本功能与性能、业务承载能力、网络管理能力、互通性、稳定性与可靠性等方面还存在不同程度的欠缺，还不具备规模商用的条件。

除了EPON技术外，P2P技术和GPON技术目前还均不成熟，但从各运营商和厂商对标准的推动力上看，GPON的优势更为明显，因此GPON设备也会比P2P设备更先一步成熟。

3.2 接入带宽和距离

P2P、EPON、GPON这3种技术同为光纤接入。

P2P采用8B/10B线路编码，目前支持单用户上下行对称100 Mbit/s的接入速率，未来可以支持上下行对称1 Gbit/s的接入速率，支持10 km、20 km和30 km 3种最大传输距离。支持的用户分支比为1:1，即用户独享带宽。

EPON也采用8B/10B线路编码，可以提供上下行对称1 Gbit/s的接入速率，支持10 km和20 km两种最大传输距离，多用户共享带宽，支持的用户分支比最高可达1:64。

GPON可以提供622 Mbit/s、1.25 Gbit/s和2.5 Gbit/s上下行对称速率或非对称速率。支持10 km和20 km两种最大传输距离，多用户共享带宽，支持的用户分支比可达1:64甚至1:128。

尽管P2P可以提供100 Mbit/s甚至1 Gbit/s的接入速率，然而受应用内容等方面的制约，目前普通用户的带宽需求还远没有达到100 Mbit/s，而且在用户分支比较低的情况下，EPON和GPON也可以提供接近P2P的接入速率，因此，单从接入带宽和接入距离方面来看，三者无明显优劣。不同的是与EPON、GPON相比，P2P的用户独享带宽，用户数据可以实现物理层的隔离，用户的独立性比较好，安全性相对更高，因此当用户对自身数据的安全性有很高的要求时，P2P技术是一种较好的选择。

3.3 工程建设成本

网络的工程建设费用主要分成两大部分：设备工程建设费用和线路工程建设费用。通用的计算公式如下：

工程建设费用=设备成本+线路成本+施工安装费用