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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
其中设备成本包括用户端的设备ONU和局端拥有的本地设备OLT的成本，对于PON还需包括分光器的成本；线路成本为光缆、光交接箱等成本之和；施工安装费用主要包括安装设备、线路铺设的人工费以及相关辅料的成本。对于光缆工程，通用的计算公式为：
安装施工费用=设备费用×10%+光缆费用×200%
由于GPON设备尚没有商业化，这里仅拿EPON和P2P做建设成本分析比较。目前EPON设备已经基本成熟，并有了一定规模的应用，价格与最初相比也有了较大幅度的下降。而P2P设备受限于成熟度及量产规模等问题，当前价格上还存在较大的下降空间。为进一步增强与EPON设备的可比性，这里P2P设备的评估价格是参考EPON同等量产规模进行换算得出的，相应参考价格如表2所示。
表2 EPON与P2P相比的成本分析参考价格
（1）EPON组网的工程建设成本
如图2所示，OLT位于局端机房，1:32路分光器位于小区机房，距OLT为2.5 km，与用户端的ONU距离为0.5 km。
图2 EPON组网模型
200个用户时，EPON组网共需要7个PON端口、7个1:32路分光器以及200个ONU。
10个用户时，EPON组网共需要1个PON端口、1个1：32路分光器以及10个ONU。
根据成本计算模型，表3给出了采用EPON技术实现FTTH的网络投资成本。在该模式下，每个用户最小保证的下行带宽是30 Mbit/s。
表3 EPON组网的投资成本
（2）点到点光以太网组网的工程建设成本
如图3所示，OLT位于局端机房，与用户端ONU通过多根光纤（长度为3 km）直连。
图3 P2P组网模型
200个用户时，P2P组网共需要200个OLT端口以及200个ONU。
10个用户时，P2P组网共需要10个OLT端口以及10个ONU。
投资成本如表4所示，在该模式下，每个用户保证的上/下行带宽可达100 Mbit/s。
表4 P2P光以太网组网的投资成本
需要指出的是，上面的数据未考虑小区机房成本和电源等配套扩容成本，结果可能与实际建网成本有所出入。
通过分析可见，对单个或少量用户的接入，由于EPON、GPON也要部署分光器和局端设备，因此P2P设备的每用户每兆带宽建设成本要比EPON、GPON低，但随着用户和网络规模的扩大，EPON、GPON的每用户每兆带宽建设成本逐渐下降，规模化之后EPON、GPON的成本优势非常明显，而P2P方案的每用户每兆带宽建设成本的变化基本不大。因此，P2P技术在用户密度低、用户发展规模较小的地区更具成本优势。
3.4 维护和管理
EPON、GPON的线路部分均使用光纤及无源光分配设备，故障点少，维护和管理相对简单。而P2P受自身技术的局限，局端设备的光口密度无法做到很高，因此需要管理的节点较多，维护和管理比较困难。
另外从扩容升级方面来看，P2P的升级工作远比EPON、GPON复杂。随着用户数目的增加，EPON、GPON在多数情况下，只需增加用户端光口即可；而P2P的扩容升级要同时增加主干路光纤、局端和用户端光口，不但对主干光纤消耗较多，而且受主干光纤数量的限制，出线率不高，扩容难度大大增加。因而在预计用户数发展缓慢的部分地区可以选择P2P技术，并规划出一定的用户数富裕度，以减少日后升级扩容的难度。
4、P2P的应用场景
尽管与GPON、EPON等P2MP系统相比，P2P系统需要消耗更多的主干光纤和更多的设备，同时还需要更多的供电系统和维护，成本相对更高，不过由于P2P架构具有用户带宽独享、收敛比小、组网方式更加灵活等先天性的特点，决定了P2P不会被PON完全取代。可以预计，随着P2P技术和设备的进一步成熟，P2P将作为FTTH的一种补充接入手段，在实际应用中与PON技术互补，充分发挥各自的优点。在P2P的产业链成熟后，可以部分地应用在FTTB/C，甚至是FTTH场景，以替代现有的以太网应用。替代的前提条件是P2P相对于PON而言具备一定的成本优势。
对EPON和GPON而言，在适当的分光比（EPON为1:32，GPON可为1:32或1:64）情况下，每个用户的下行平均保证带宽都可以达到30 Mbit/s，能够满足未来各种宽带业务包括高清晰IPTV业务对带宽的需求。
P2P能够满足高价值用户的高带宽需求，也能够提供充分的安全保障，主要面向住户分散、密度低的区域用户，或对保密性有严格要求的大客户以及其他一些高带宽高价值的商业客户。此外，当用户距离较远（10 km以上）时，每个用户需要的保证带宽比较大，如超过50 Mbit/s，也可以采用P2P的光纤接入技术。
总地来说，P2P目前的应用场景基本可以分成两类：一类是用于大客户和高端商业客户接入，另一类是用于低密度小区用户接入。
另外，P2P系统最大可支持30 km以上的传输距离，因此，也可以用于汇聚层业务的传输或者是通过ONU下挂DSLAM等设备解决“光进铜退”、POP点下移的问题。
目前P2P的相关标准和设备尚不完善，多业务支持能力、扩展的OAM等相关要求也没有涉及，芯片厂商、设备厂商包括运营商均在密切关注并不断寻求成熟的合作模式与运营模式，以完善FTTH的产业链结构，推动P2P技术的发展。
