摘 要 G-PON是遵從于ITU-T G.984.x標準的寬帶無源光網絡接入技術。憑借其高帶寬、高效率、多業務統一支持、良好的互通性和可管理性等諸多優點，它正被越來越多的主流運營商所青睞，并被視為FTTx（特別是FTTH）的理想解決方案。
然而，隨著PON網絡規模應用的蓬勃發展和全業務運營的快速展開，在保護現有投資的同時，人們對PON系統在帶寬需求、業務支撐能力、接入節點設備和配套設備性能等方面都漸漸提出了更高期望。由此，G-PON如何向下一代系統演進，備受業界矚目。
在全球各大運營商以及包括華為在內的主流設備商等的踴躍參與、共同努力和積極貢獻之下，FSAN/ITU-T于2010年6月完成了NG-PON的相關標準工作。在業界翹盼之下，可由G-PON平滑演進而成的10G-PON系統終于揭開了神秘面紗，正式進入了人們的視線。
1、引言
完成G-PON技術標準之后，FSAN/ITU-T即以“低成本、高容量、廣覆蓋、全業務、高互通”為演進目標，迅速鋪開下一代PON的技術標準工作。
從運營的角度來看，“超寬帶、可共存”被認為是G-PON繼續演進的第一原則：一方面，運營商要實施以增加營業收入為目的從而拓展新業務的戰略目標，以引發帶寬消耗的強勁增長；另一方面，運營商顧慮到PON系統整體的巨大投資、漫長的回報周期（PON ODN和終端投資是整網投資中的關鍵部分），盡全力保護其ODN投資，最大化用戶終端價值。
鑒于此，FSAN/ITU將G-PON之后的下一代系統定義為一個與G-PON共存并能由原G-PON平滑升級而成的新系統，著眼于研究和制定出既能兼顧現有G-PON ODN敷設和繼承現有G-PON協議基本機制，又能全面提升系統容量和協議效率的“后G-PON時代”標準：這就是本文所描述的10G-PON標準系列——基于共存的平滑演進和全面提升。
2、10G-PON基本形態 – 通過WDM堆疊與G-PON輕松共存
如前所述，考慮到對運營商已布放光纖系統的充分保護，10G-PON的ODN必須完全沿用G-PON的網絡拓撲，重利用現有G-PON網絡已投放的光纖、分路器等：首先保障與G-PON的共存，進一步通過在OLT側增加支持10G的接口板并替換ONT/ONU以完成從G-PON向10G-PON的平滑演進。
為實現與G-PON在同一ODN上的共存，10G-PON采用了不同于G-PON的上/下行波長規劃，借此通過波分堆疊的方式（通過在局端放置WDM1r器件，結合終端前置或嵌入的WBF器件，在上/下行方向分別對多個工作信號進行合波/分波）實現10G-PON和G-PON的兼容。如圖 1所示：
圖 1 10G-PON和G-PON通過WDM1r共存的網絡配置
在共存基礎上，10G-PON進一步提供了平滑演進的實現：升級時，運營商可選擇僅對本ODN上的部分用戶設備逐批次升級或將全部用戶設備一次性更換為下一代設備。兩種升級方式的不同之處在于G-PON與10G-PON系統共同存在的時間長短。為實現從G-PON到10G-PON的升級，所有ONU以及OLT須嚴格遵循ITU-T G.984.5amd1（擴展波段）所規范的波長計劃。
3、10G-PON物理層 - 整體擴容
業界對“后G-PON時代”系統的最基本需求是要提供比G-PON更高的數據傳輸速率。因此，10G-PON的標準規格是下行10G，上行2.5G，上下行平均帶寬比G-PON分別提升4倍和2倍。除此之外，相比于G-PON，10G-PON在分支比、光功率預算以及傳輸距離等物理規格方面也均有明顯提升，如圖 2所示。
圖 2 G-PON與10G-PON的物理層規格對比
4、10G-PON傳輸匯聚層 – 沿用基本機制，功能強化，效率提升
TC層是TDM PON系統的核心構成部分。通過三大關鍵技術點（成幀、動態帶寬分配和激活），它全面保障了多點接入的有效實現。10G-PON的TC層盡量沿用了原G-PON TC層的基本機制，并以此為基礎進行了必要的改良和充分的完善。
為適配10G速率以及方便芯片實現和提升處理效率，10G-PON對成幀結構進行了較多細節改進，使數據分片更少拼接，更易對齊；DBA基本機制保持不變，分配靈活度進一步提升；激活過程與G-PON保持一致；物理層管理消息系統進一步簡化，健壯性等有所增強。并且，隨著運營商需求的逐步明確，相比于G-PON，10G-PON在安全和節能方面都有明顯擴充。
安全性方面，10G-PON不僅在TC層激活過程中就完成了對終端設備的認證，同時也完善了正常工作狀態下的密鑰切換流程，并提升了密鑰切換流程的健壯性。除此之外，10G-PON還提供了上行加密、下行組播加密等新的可選的額外安全保障機制。
節能歷來是個爭議話題。在G-PON時期，ITU-T開發了G.sup45（即G-PON節能白皮書）作為PON節能指導資料。該白皮書以由不同程度的節能模式構成的ONU節能狀態機為核心描述了芯片級節能技術。隨著世界范圍內節能呼聲的漸漸高漲，以G-PON節能白皮書為藍本再加以篩選和改善，10G-PON選擇了“假寐”（doze mode）和“周期性睡眠”（cyclic sleep）兩種作為標準的節能模式。其中，假寐模式為必選實現，周期性睡眠為可選實現；兩者的區別在于，前者僅關閉了ONU的發射機，而后者則同時關閉了發射機和接收機，是更深層次的睡眠技術。
5、OMCI – 協議普適化，天然可互通
OMCI是ITU-T TDM PON系統中的設備和業務的管理和配置協議。它是一種帶外管理協議（即，協議報文承載在有別于普通數據的特定GEM連接中）。經由專門的OMCC通道，OLT通過模型化方式對ONU進行管理和配置。OLT與ONU之間通過交互MIB（Management information base，管理信息庫）信息來建立和維護OMCI模型。OMCI的管理配置內容包括對ONU設備的配置管理、故障管理、性能管理和安全管理。
從協議層次來講，OMCI處于ITU-T TDM PON協議棧的最高層，受具體底層技術變化的影響最小，可繼承性最強。從管理項及其配置方式來看，10G-PON與G-PON沒有區分，甚至上溯到A/B-PON時代，OMCI的管理和配置內容也都基本一致。因此，ITU-T提出了Generic OMCI概念，即認為其TDM PON系列最終只需要一個普遍適用的OMCI標準。這個概念一經提出立即獲得了業界的廣泛認可和支持。“通用OMCI標準”的ITU-T標準編號為G.988，表示著它獨立于特定的PON系統之外。G.988幾乎完全采用了原G.984.4的內容，弱化了與底層技術特征強相關的個別描述，進行了少量內容增減和文字修訂，使之更加普適化。
在OMCI互通方面， FSAN于2008年初成立了OISG（OMCI implementation study group，OMCI實現研究小組），專門研討和制定G.984.4 OMCI互通技術規范。該協議規范了OMCC通道建立、ONU設備上線后的MIB刷新、MIB/告警同步、軟件版本升級、2層業務配置、組播配置以及QoS管理等。ITU-T分別于2008年12月和2009年10月發布了該技術規范的第一版和第二版，其標準編號為G.impl984.4，又稱OMCI實現指南。此后，FSAN以此為互通指南藍本寫作互通測試用例，在2009年以及2010年上半年總共進行了3次互通測試。在2010年上半年互通測試完成后，FSAN認為G-PON互通性良好，隨即開始啟動10G-PON的互通測試活動計劃。
可以預見的是，在10G-PON時代，G.OMCI得益于與G.984.4的全面后向兼容，幾乎可以直接采用G.impl984.4作為其互通規范，因此，這就意味著10G-PON天然具備了繼承自G-PON的良好的設備和業務管理和配置層的互通性。
6、10G-GPON標準主體完成 - 業界齊努力，華為貢獻多
上述各個10G-PON主體技術已先后在ITU-T SG15 Q2落地。
2009年10月，ITU-T SG15通過了10G-PON的總體需求(G.987.1)和物理層規范(G.987.2)，這兩個規范于2010年3月正式對外公示，正式開啟了NG-PON標準時代的大門。隨后，2010年6月的ITU-T SG15全會表決并通過了10G-PON傳輸匯聚層(G.987.3)和通用OMCI標準（G.988）兩個文本，近期內也即將正式公示，這標志著10GGPON標準主體的初步完成。由G.987系列以及G.988所規范的10G-PON技術充分體現出FSAN/ITU-T對后G-PON時代的PON系統在共存、升級和功能/性能拓展方面的期望，是脫胎于G-PON并且基于純TDM 技術的PON的高級形態。
10G-GPON主體標準的制定過程得到了業界主流運營商（包括AT&T、NTT、法國電信、意大利電信、葡萄牙電信、德國電信、西班牙電信、Verizon、英國電信、中國電信、中國移動、中國聯通等）和主要的設備廠商、芯片廠商、光模塊廠商積極推動和大力支持。
ITU-T SG15主席在ITU-T全會后提到，在整個10G GPON標準制定的進程中，很多廠家給他留下了深刻的印象，特別是華為在這一過程中體現出了重要的推動力和組織力，做出了較大貢獻。華為不僅是最積極最權威的技術建議貢獻者，也是FSAN 10G-GPON白皮書的主要編輯之一，并且擔負著ITU-T SG15 Q2的大會報告人和GPON/10G GPON標準編輯的重要責任；不僅主導編寫了FSAN白皮書和標準本身（G.987和G.988系列），而且在中國兩次成功主辦了FSAN/Q2會議。他希望通過華為這樣的表率作用，使越來越多的廠家意識到國際標準工作的重要意義，使他們能更加踴躍加入FSAN/ITU-T，與國際標準制定工作親密接觸，從而共同推動接入技術標準的進一步發展。