从GPON到10GPON:平滑演进 全面升级
1 引言
完成GPON技术标准之后，FSAN/ITU-T即以“低成本、高容量、广覆盖、全业务、高互通”为演进目标，迅速铺开下一代PON的技术标准工作。
从运营的角度来看，“超宽带、可共存”被认为是GPON继续演进的第一原则：一方面，运营商要实施以增加营业收入为目的从而拓展新业务的战略目标，以引发带宽消耗的强劲增长；另一方面，运营商顾虑到PON系统整体的巨大投资、漫长的回报周期（PON ODN和终端投资是整网投资中的关键部分），尽全力保护其ODN投资，最大化用户终端价值。
鉴于此，FSAN/ITU将GPON之后的下一代系统定义为一个与GPON共存并能由原GPON平滑升级而成的新系统，着眼于研究和制定出既能兼顾现有GPON ODN敷设和继承现有GPON协议基本机制，又能全面提升系统容量和协议效率的“后GPON时代”标准：这就是本文所描述的10GPON标准系列——基于共存的平滑演进和全面提升。
2 10GPON基本形态——通过WDM堆叠与GPON轻松共存
如前所述，考虑到对运营商已布放光纤系统的充分保护，10GPON的ODN必须完全沿用GPON的网络拓扑，重利用现有GPON网络已投放的光纤、分路器等：首先保障与GPON的共存，进一步通过在OLT侧增加支持10G的接口板并替换ONT/ONU以完成从GPON向10GPON的平滑演进。
为实现与GPON在同一ODN上的共存，10GPON采用了不同于GPON的上/下行波长规划，借此通过波分堆叠的方式（通过在局端放置WDM1r器件，结合终端前置或嵌入的WBF器件，在上/下行方向分别对多个工作信号进行合波/分波）实现10GPON和GPON的兼容（见图1）。
图1 10GPON和GPON通过WDM1r共存的网络配置
在共存基础上，10GPON进一步提供了平滑演进的实现：升级时，运营商可选择仅对本ODN上的部分用户设备逐批次升级或将全部用户设备一次性更换为下一代设备。两种升级方式的不同之处在于GPON与10GPON系统共同存在的时间长短。为实现从GPON到10GPON的升级，所有ONU以及OLT须严格遵循ITU-T G.984.5amd1（扩展波段）所规范的波长计划。
3 10GPON物理层——整体扩容
业界对“后GPON时代”系统的最基本需求是要提供比GPON更高的数据传输速率。因此，10GPON的标准规格是下行10G，上行2.5G，上/下行平均带宽比GPON分别提升4倍和2倍。此外，相比于GPON，10GPON在分支比、光功率预算以及传输距离等物理规格方面也均有明显提升（见图2）。
图2 GPON与10GPON的物理层规格对比
4 10GPON传输汇聚层——沿用基本机制，功能强化，效率提升
TC层是TDM PON系统的核心构成部分。通过三大关键技术点（成帧、动态带宽分配和激活），全面保障了多点接入的有效实现。10GPON的TC层尽量沿用了原GPON TC层的基本机制，并以此为基础进行了必要的改良和充分的完善。
为适配10G速率以及方便芯片实现和提升处理效率，10GPON对成帧结构进行了较多细节改进，使数据分片更少拼接，更易对齐；DBA基本机制保持不变，分配灵活度进一步提升；激活过程与GPON保持一致；物理层管理消息系统进一步简化，健壮性等有所增强。并且，随着运营商需求的逐步明确，相比于GPON，10GPON在安全和节能方面都有明显扩充。
安全性方面，10GPON不仅在TC层激活过程中就完成了对终端设备的认证，同时也完善了正常工作状态下的密钥切换流程，并提升了密钥切换流程的健壮性。此外，10GPON还提供了上行加密、下行组播加密等新的可选的额外安全保障机制。
