EPON和GPON的区别

EPON和GPON的区别

 

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、PON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。

3.EPON

无源光网络（PON）的概念由来已久，它具有节省光纤资源、对网络协议透明的的特点，在光接入网中扮演着越来越重要的角色。同时，以太网 （Ethernet）技术经过二十年的发展，以其简便实用，价格低廉的特性，几乎已经完全统治了局域网，并在事实上被证明是承载IP数据包的最佳载体。随 着IP业务在城域和干线传输中所占的比例不断攀升，以太网也在通过传输速率、可管理性等方面的改进，逐渐向接入、城域甚至骨干网上渗透。而以太网与PON 的结合，便产生了以太网无源光网络（EPON）。它同时具备了以太网和PON的优点，正成为光接入网领域中的热门技术。
目前IPTV业务已逐渐成熟，各大电信运营商目前都在进行网络改造以便支持视频业务的开展，已经开展IPTV业务的哈尔滨网通在2005年中的6个月内时 间就发展了5万多电视用户，无疑给广电带来强大的竞争压力；广电总局于2006年3月CCBN会议上也提出了广电网络的未来出路就是“高清”和“交互”， 但由于高清电视业务受到各方面如节目源、网络等等的限制，目前难于大规模应用。所以在高清电视还没有出现之前，数字电视的关键业务将是互动电视. 从模拟到数字化的改造，实现广电的数字化整体平移，策略上应该首先进行互动电视的平移，并逐步实现全面数字化的转移。
众所周知，广电系统在视频业务、网络资源和用户资源方面有突出的优势，但是目前广电网络是一张单向的网络,而构建互动电视平台需要高带宽双向网络来支撑， 所以广电网从单向网改造为交互网已是迫在眉睫。在过去几年里面，一种是利用有线铜轴电缆上网的技术主要是CMTS+CM方案，国际标准为 DOCSIS1.0,1.1,2.0,现在最新的为DOCSIS3.0；另一种是采用以太网的方式解决。但由于上述两种方式存在着种种不足之处，在广电一 直未得到大规模的商用。
光纤作为传输高速率、大容量、多业务的最佳媒质，目前光缆的价格和寿命已经远优于电缆，并且设备的适应性和带宽扩展性更是电缆不可及，FTTX技术的成熟 和需求的增长为广电系统提供了新的发展契机，广电在光纤网络资源和入户线路资源方面占有很大优势，选择FTTX技术来发展双向网络已越来越多的被证实和采 用。
目前实现FTTX的最佳方案是EPON技术，EPON作为一种新兴的接入网技术，非常适合光纤接入网络（FTTB/FTTH）建设，同时EPON点到多点 的网络结构也类似广电网络结构； EPON网络不但可以独立组网，实现基于IP的数据、话音和视频业务，还可以通过WDM技术在同一个光网络中实现1550波长的有线节目传输；通过 EPON系统可以将HFC系统升级改造为一个全交换的网络平台，使HFC网络真正成为三网合一的网络。

3.GPON

英文“无源光网络”的缩写。而GPON(Gigabit-Capable PON) 最早由FSAN组织于2002年9月提出，ITU-T在此基础上于2003年3月完成了ITU-T G.984.1 和G.984.2的制定，2004年2月和6月完成了G.984.3的标准化。从而最终形成了GPON的标准族。 基于GPON技术的设备基本结构与已有的PON类似，也是由局端的 OLT(光线路终端)，用户端的ONT/ONU(光网络终端或称作光网络单元 )，连接前两种设备由单模光纤(SM fiber)和无源分光器(Splitter)组成的ODN(光分配网络)以及网管系统组成。

对于其他的PON标准而言，GPON标准提供了前所未有的高带宽，下行速率高达2.5Gbit/s，其非对称特性更能适应宽带数据业务市场。提供QoS的全业务保障，同时承载ATM信元和(或)GEM帧，有很好的提供服务等级、支持QoS保证和全业务接入的能力。承载GEM帧时，可以将TDM业务映射到GEM帧中，使用标准的 8kHz(125μs)帧能够直接支持TDM业务。作为电信级的技术标准，GPON还规定了在接入网层面上的保护机制和完整的OAM功能。

　　在GPON标准中，明确规定需要支持的业务类型包括数据业务(Ethernet 业务，包括IP业务和MPEG视频流)、PSTN业务(POTS，ISDN业务) 、专用线(T1，E1，DS3， E3和ATM业务)和视频业务( 数字视频)。GPON中的多业务映射到ATM 信元或GEM帧中进行传送，对各种业务类型都能提供相应的QoS保证。

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)。

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EPON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。

GPON和EPON的差异是什么？有什么区别？

目前，EPON和GPON是两个主要的PON标准，其中一个是由ITU/FSAN制定的Gigabit PON(GPON)(千兆bitPON)标准，另一个是由IEEE 802.3ah工作组制定的Ethernet PON(EPON)标准。GPON是原来ITU-T以155Mbit/s ATM技术为基础的APON(ATM PON)标准()APON后来更名为BPON(宽带PON)发展来的(G984.1,G984.2,G984.3)..千兆EPON又叫GEPON。EPON和GPON是两种标准，而不是EPON可以升级为GPON。

速率

EPON 提供固定上下行1.25 Gbps,采用8b/10b线路编码,实际速率为1Gbps

GPON支持多种速率等级，可以支持上下行不对称速率，下行2.5Gbps 或 1.25Gbps，上行1.25Gbps 或 622 Mbps，根据实际需求来决定上下行速率，选择相对应光模块,提高光器件速率价格比。

本项结论：GPON优于EPON

分路比

分路比即一个OLT端口(局端)带多少个ONU(用户端)

EPON 标准定义分路比1：32。

GPON标准定义分路比下列几种 1:32； 1:64；1:128

其实，技术上EPON系统也可以做到更高的分路比,如1：64，1:128，EPON的控制协议可以支持更多的ONU。分路比主要是受光模块性能指标的限制,大的分路比会造成光模块成本大幅度上升; 另外,PON插入损失15～18dB，大的分路比会降低传输距离; 过多的用户分享带宽也是大分路比的代价。

本项结论：GPON提供多选择性,但是成本上考虑优势并不明显

最大传送距离

GPON系统可支持的最大物理距离，当光分路比为1:16时，应支持20km的最大物理距离；当光分路比为1:32时，应支持10km的最大物理距离。

EPON与此相同

本项结论：相等

QOS (Quality of Service)

EPON在MAC层Ethernet包头增加了64字节的MPCP多点控制协议（multipointcontrolprotocol），MPCP通过消息、状态机和定时器来控制访问P2MP点到多点的拓扑结构,实现DBA动态带宽分配。MPCP涉及的内容包括ONU发送时隙的分配、ONU的自动发现和加入、向高层报告拥塞情况以便动态分配带宽。MPCP提供了对P2MP拓扑架构的基本支持,但是协议中并没有对业务的优先级进行分类处理,所有的业务随机的竞争着带宽

GPON则拥有更加完善的DBA,具有优秀QoS服务能力。 GPON将业务带宽分配方式分成4种类型，优先级从高到低分别是固定带宽（Fixed）、保证带宽（Assured）、非保证带宽（Non-Assured）和尽力而为带宽（BestEffort）. DBA又定义了业务容器（traffic container, T-CONT）作为上行流量调度单位, 每个T-CONT由Alloc-ID标识。每个T-CONT可包含一个或多个GEM Port-ID. T-CONT分为5种业务类型，不同类型的T-CONT具有不同的带宽分配方式，可以满足不同业务流对时延、抖动、丢包率等不同的QoS要求。T-CONT类型1的特点是固定带宽固定时隙，对应固定带宽（Fixed）分配,适合对时延敏感的业务，如话音业务；类型2的特点是固定带宽但时隙不确定，对应保证带宽（Assured）分配,适合对抖动要求不高的固定带宽业务，如视频点播业务；类型3的特点是有最小带宽保证又能够动态共享富余带宽，并有最大带宽的约束，对应非保证带宽（Non-Assured）分配,适合于有服务保证要求而又突发流量较大的业务，如下载业务；类型4的特点是尽力而为（BestEffort），无带宽保证，适合于时延和抖动要求不高的业务，如WEB浏览业务；类型5是组合类型，在分配完保证和非保证带宽后，额外的带宽需求尽力而为进行分配。

本项结论：GPON优于EPON

运营、维护 OAM

EPON 没有对OAM进行过多的考虑,只是简单的定义了对ONT远端故障指示、环回和链路监测. 并且是可选支持.

GPON在物理层定义了PLOAM（Physical Layer OAM）,高层定义了OMCI（ONT Management and Control Interface）,在多个层面进行OAM管理. PLOAM用于实现数据加密、状态检测、误码监视等功能. OMCI信道协议用来管理高层定义的业务，包括ONU的功能参数集、T-CONT业务种类与数量、QoS参数，请求配置信息和性能统计，自动通知系统的运行事件,实现OLT对ONT的配置、故障诊断、性能和安全的管理。

本项结论：GPON优于EPON

链路层封装和多业务支持

如下图所示，EPON沿用了简单的以太网数据格式,只是在以太网包头增加了64字节的MPCP点到多点控制协议来实现EPON系统中的带宽分配,带宽轮讯,自动发现,测距等工作。对于数据业务以外的业务（如TDM同步业务）的支持没有作过多研究，。很多EPON厂家开发了一些非标准的产品来解决这个问题，但是都不理想, 很难满足电信级的QoS要求。

GPON基于完全新的传输融合（TC）层，该子层能够完成对高层多样性业务的适配，如图二所示，定义了ATM封装和GFP封装（通用成帧协议），可以选择二者之一进行业务封装．鉴于目前ATM应用并不普及,于是一种只支持GFP封装的GPON.lite设备应运而生,它把ATM从协议栈中去除以降低成本。

GFP是一种通用的适用于多种业务的链路层规程, ITU定义为G.7041.GPON中对GFP作了少量的修改, 在GFP帧的头部引入了Port ID，用于支持多端口复用；还引入了Frag（Fragment）分段指示以提高系统的有效带宽.并且只支持面向变长数据的数据处理模式而不支持面向数据块的数据透明处理模式

GPON具有强大的多业务承载能力。GPON的TC层本质上是同步的，使用了标准的8kHz（125μm）定长帧，这使GPON可以支持端到端的定时和其他准同步业务，特别是可以直接支持TDM业务，就是所谓的NativeTDM，GPON对TDM业务具备“天然”的支持。

本项结论：对多业务的支持GPON的TC层要比EPON的MPCP强大

GPON与EPON协议栈比较

结语

EPON和GPON各有千秋，从性能指标上GPON要优于EPON,但是EPON拥有了时间和成本上的优势,GPON正在迎头赶上,展望未来的宽带接入市场也许并非谁替代谁, 应该是共存互补。对于带宽、多业务,QoS和安全性要求较高以及ATM技术作为骨干网的客户，GPON会更加适合。而对于成本敏感,QoS,安全性要求不高的客户群，EPON成为主导。

GPON的最大分光比为1:128，EPON只有1:32；

GPON的支持不固定上下行带宽，最大可达2.5G/1.25G，EPON只支持固定上下行带宽1.25G/1.25G；

GPON的逻辑传输距离可达60KM，EPON为20KM。

但是实际效果来讲，EPON和GPON相差不大，核心部分差不多都一样，GPON支持的业务更全面一点而已，而且现在EPON的成本要比GPON小得多，主要是GPON的光模块成本太高，只有等以后广泛应用了才能降得下来，目前是日韩在用EPON，欧美青睐GPON，国内而言，移动和电信是GPON,联通用EPON