[科普中國]-PON

PON是一種典型的無源光纖網(wǎng)絡(luò)，是指 (光配線網(wǎng)中) 不含有任何電子器件及電子電源，ODN全部由光分路器 (Splitter) 等無源器件組成，不需要貴重的有源電子設(shè)備。一個無源光網(wǎng)絡(luò)包括一個安裝于中心控制站的光線路終端 (OLT)，以及一批配套的安裝于用戶場所的光網(wǎng)絡(luò)單元 (ONUs) 。1

簡介當(dāng)下很多人都已習(xí)慣使用寬帶，支持寬帶發(fā)揮作用的重要技術(shù)便是PON，隨著寬帶的應(yīng)用，這種技術(shù)也被人們逐漸了解。PON用中文表示為無源光網(wǎng)絡(luò)，它由三部分構(gòu)成，分別是OLT、ONU及ODN, ODN主要功能是對光進(jìn)行調(diào)配，光纖及耦合器共同構(gòu)成了ODN。

無源光這種技術(shù)發(fā)揮功效的主要介質(zhì)便是無源光的各種元件，同時光纖也發(fā)揮了重要作用，所以就成本而言， 這種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的花費(fèi)較少，不僅如此，此種技術(shù)還有另外一個優(yōu)點(diǎn)，即可防止來自外部環(huán)境的各類干擾， 像電磁、雷電等等，因此在安全性方面，此種技術(shù)和有源技術(shù)相比具有一定的優(yōu)越性?，F(xiàn)階段的無源技術(shù)由多種技術(shù)結(jié)合而成，包括APON、GPON，同時EPON也是其中重要的技術(shù)之一，但這幾種技術(shù)的不同之處在于二層技術(shù)上的差異。2

PON系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由中心局的光線路終端(OLT: Optical Line Terminal)、包含無源光器件的光分配網(wǎng)(ODN: Optical Distribution Network)、用戶端的光網(wǎng)絡(luò)單元/光網(wǎng)絡(luò)終端(ONU/ONT Optical Network Unit / Optical Network Terminal)組成，其區(qū)別為ONT直接位于用戶端，而ONU與用戶之間還有其它網(wǎng)絡(luò)，如以太網(wǎng)) 以及網(wǎng)元管理系統(tǒng)(EMS)組成，通常采用點(diǎn)到多點(diǎn)的樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

PON網(wǎng)絡(luò)的突出優(yōu)點(diǎn)是消除了戶外的有源設(shè)備，所有的信號處理功能均在交換機(jī)和用戶宅內(nèi)設(shè)備完成。而且這種接入方式的前期投資小，大部分資金要推遲到用戶真正接入時才投入。它的傳輸距離比有源光纖接入系統(tǒng)的短，覆蓋的范圍較小，但它造價(jià)低，無須另設(shè)機(jī)房，維護(hù)容易。因此這種結(jié)構(gòu)可以經(jīng)濟(jì)地為居家用戶服務(wù)。

背景PON技術(shù)最早應(yīng)用于上世紀(jì)八十年代，到現(xiàn)在, 它的發(fā)展可謂是一波三折，制作此種設(shè)備的開發(fā)商及負(fù)責(zé)運(yùn)營此技術(shù)的運(yùn)營商在此期間提出的協(xié)議有很多，技術(shù)方面也不同程度地進(jìn)行了深入開發(fā)，從而使得此技術(shù)和市場需求形成了對接。無源網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)要求是在ATM基礎(chǔ)上形成的，之后ITU/FSAN對G.983進(jìn)行了定位，同時也就概念給出詳解，而這就是我們通常講的APON。3

從整個網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)來看，由于光纖的大量鋪設(shè)，DWDM等新技術(shù)的應(yīng)用使得主干網(wǎng)絡(luò)在幾年之內(nèi)已經(jīng)有了突破性的發(fā)展。同時由于以太網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)步，由其主導(dǎo)的局域網(wǎng)帶寬也從10M，100M到1G甚至10G。而目前大家關(guān)注，最需要突破的地方就在于連接網(wǎng)絡(luò)主干和局域網(wǎng)以及家庭用戶之間的一段，這就是常說的“最后一公里”，這是個瓶頸。必須打破這個瓶頸，才可能迎來網(wǎng)絡(luò)世界的新天地。這就好象在一個國家的公路系統(tǒng)，干線和各地區(qū)干道都已經(jīng)建成高等級的寬闊的公路，但通向家庭和商家的門口卻還是羊腸小道，這個公路網(wǎng)絡(luò)的效率無法有效地發(fā)揮。

APON經(jīng)過多年的發(fā)展，仍沒有真正進(jìn)入市場。主要原因是ATM協(xié)議復(fù)雜，相對于接入網(wǎng)市場來說設(shè)備還較昂貴。同時由于以太技術(shù)的高速發(fā)展，使得ATM技術(shù)完全退出了局域網(wǎng)。而千兆及10G標(biāo)準(zhǔn)的推出為以太技術(shù)走向主干打開了大門，因此如何把簡單經(jīng)濟(jì)的以太技術(shù)與PON的傳輸結(jié)構(gòu)結(jié)合起來，自2000年始引起技術(shù)界和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商的廣泛重視。同時，業(yè)界普遍認(rèn)為ATM PON的很多缺點(diǎn)，例如缺乏視頻傳輸能力、帶寬有限、系統(tǒng)復(fù)雜以及價(jià)格昂貴等等，在EPON中將不會存在。

光接入網(wǎng)演進(jìn)的首期目標(biāo)是FTTB(Fiber To The Building)和FTTC(Fiber To The Curb)系統(tǒng)，然后再發(fā)展到FTTH(Fiber To The Home)，通過一個簡單的平臺為用戶提供包括數(shù)據(jù)、視頻和語音在內(nèi)的全面服務(wù)。EPON可以提供比APON更高的帶寬和更全面的服務(wù)，成本卻很低，同時EPON的體系結(jié)構(gòu)也符合G.983標(biāo)準(zhǔn)的大多數(shù)要求。

標(biāo)準(zhǔn)ITU-T G.983

APON (異步傳輸模式PON，ATM Passive Optical Network). 這是第一種被動式光網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，它基于ATM，主要用于商業(yè)應(yīng)用。

BPON (寬帶PON，Broadband Passive Optical Network) 這是一個基于APON的標(biāo)準(zhǔn).這個標(biāo)準(zhǔn)增加了對WDM，動態(tài)和高速上聯(lián)帶寬分配，和耐久性的支持。BPON也創(chuàng)立了一個管理接口標(biāo)準(zhǔn)OMCI, 在OLT和ONU/ONT之間的授權(quán)混合供應(yīng)商網(wǎng)絡(luò)

IEEE 802.3ah

EPON or GEPON (以太網(wǎng)絡(luò)PON Ethernet Passive Optical Network) 這是一個為使用以太網(wǎng)絡(luò)包數(shù)據(jù)的IEEE/EFM標(biāo)準(zhǔn)。802.3ah標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)在是IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)的一部分. 現(xiàn)在大約有一千五百萬正在使用的EPON端口。2008年，中國大力發(fā)展EPON技術(shù)。據(jù)估算，截止至2008年底，中國總共有200萬個EPON安裝用戶。

ITU-T G.984

GPON (千兆PON，Gigabit Passive Optical Network) 這是BPON標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展。GPON支持更高的速率，增強(qiáng)的安全性和可選擇的第二層協(xié)議(ATM, GEM, Ethernet). 在2008年中旬，弗萊森電訊已經(jīng)安裝了80萬條線. 英國電信（British Telecom）和美國電話電報(bào)公司（AT&T ）正在進(jìn)行高級試驗(yàn)。其他一些公司如獨(dú)立光網(wǎng)絡(luò)有限公司（Independent fiber networks LTD）正和服務(wù)提供商如See the Light合作提供更高速的GPON連接和光纖到戶（FTTH-fiber to the home).

IEEE P802.3av

10G-EPON (10千兆以太網(wǎng)PON)是一個IEEE專門工程為了達(dá)到10Gbit/s的速率, 向下兼容802.3ah標(biāo)準(zhǔn)的EPON. 10GigEPON將會使用分隔波長給10G和1G下行。802.3av 將會繼續(xù)使用單獨(dú)波長TDMA隔離為在10G和1G間的上行. 10G-EPON也會被WDM-PON兼容（依據(jù)WDM-PON的定義). 這使得使用多波長在兩個方向之間變?yōu)榭赡?

SCTE IPS910

RFoG (RFoverGlass)是一個SCTE的接口實(shí)踐分委員會標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用于有波長計(jì)劃兼容數(shù)據(jù)PON解決方案的點(diǎn)對多點(diǎn)(P2MP)操作，例如EPON,GEPON or 10GigEPON. RFoG 提供了一個光纖到戶PON（FTTH PON）就像不一定要選擇或者部署PON的MSOs架構(gòu)

特征PON的復(fù)雜性在于信號處理技術(shù)。在下行方向上，交換機(jī)發(fā)出的信號是廣播式發(fā)給所有的用戶。在上行方向上，各ONU必須采用某種多址接入?yún)f(xié)議如時分多路訪問TDMA（Time Division Multiple Access）協(xié)議才能完成共享傳輸通道信息訪問。目前用于寬帶接入的PON技術(shù)主要有： EPON和GPON。

優(yōu)勢相對成本低1) 相對成本低，維護(hù)簡單，容易擴(kuò)展，易于升級。PON結(jié)構(gòu)在傳輸途中不需電源，沒有電子部件，因此容易鋪設(shè)，基本不用維護(hù)，長期運(yùn)營成本和管理成本的節(jié)省很大

純介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)2) 無源光網(wǎng)絡(luò)是純介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)，徹底避免了電磁干擾和雷電影響，極適合在自然條件惡劣的地區(qū)使用。

資源占用3) PON系統(tǒng)對局端資源占用很少，系統(tǒng)初期投入低，擴(kuò)展容易，投資回報(bào)率高

4) 提供非常高的帶寬。EPON目前可以提供上下行對稱的1.25Gb/s的帶寬，并且隨著以太技術(shù)的發(fā)展可以升級到10Gb/s。GPON則是高達(dá)2.5Gb/s的帶寬。

5) 服務(wù)范圍大。PON作為一種點(diǎn)到多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，以一種扇形的結(jié)構(gòu)來節(jié)省CO的資源，服務(wù)大量用戶。用戶共享局端設(shè)備和光纖的方式更是節(jié)省了用戶投資。

6) 帶寬分配靈活，服務(wù)質(zhì)量（QoS）有保證。G/EPON系統(tǒng)對帶寬的分配和保證都有一套完整的體系。可以實(shí)現(xiàn)用戶級的SLA。

技術(shù)發(fā)展目前廣泛使用的PON技術(shù)在現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)包括兩種主流技術(shù)：EPON和GPON。EPON上行和下行帶寬是1.25Gbit/s GPON帶寬為2.5Gbit/s的下游和上游的帶寬為1.25Gbit/s，大多數(shù)EPON/GPON只配置了以太網(wǎng)接口，可選的鍋和2M接口。4

技術(shù)現(xiàn)狀傳統(tǒng)的PON系統(tǒng)下行數(shù)據(jù)流采用廣播技術(shù)、上行數(shù)據(jù)流采用TDMA技術(shù)，以解決多用戶每個方向信號的復(fù)用問題。傳統(tǒng)PON技術(shù)采用WDM技術(shù)，在光纖上實(shí)現(xiàn)單纖雙向傳輸，解決2個方向信號的復(fù)用傳輸。PON一般由光線路終端(OLT)、分光器(ODU)、用戶終端(ONU)3個部分構(gòu)成。目前在現(xiàn)網(wǎng)中廣泛應(yīng)用的PON技術(shù)包括EPON和GPON 2種主流技術(shù)，EPON上下行帶寬均為1.25 Gbit/s，GPON下行帶寬為2.5 Gbit/s，上行帶寬為1.25 Gbit/s.

目前在實(shí)際的FTTx應(yīng)用場景中，大多數(shù)EPON/GPON只配置了以太接口，可選配置POTS和2M接口。但從技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求上，EPON/GPON均可實(shí)現(xiàn)IP業(yè)務(wù)和TDM業(yè)務(wù)等多業(yè)務(wù)接入，并可實(shí)現(xiàn)QoS分類。

EPON/GPON均可傳遞時鐘同步信號，可通過OLT的STM-1接口或GE接口，從外部線路中提取頻率同步信號，此時OLT需要支持同步以太網(wǎng);也可以在OLT設(shè)備上從外部BITS輸入時鐘信號，作為該P(yáng)ON的公共時鐘源，ONU與該時鐘源保持頻率同步。

標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展雖然10G EPON和PON尚未大規(guī)模商用，但10 Gbit/s以上速率的PON技術(shù)是近2年ITU-T和FSAN研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。XG-PON1的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)趨于成熟，XG-PON1之后的NG-PON2標(biāo)準(zhǔn)框架也已基本完成。向多波長擴(kuò)展是近期技術(shù)研究的重點(diǎn)，F(xiàn)SAN已經(jīng)明確TWDM-PON是未來NG-PON2的技術(shù)選擇，但在ITU-T SG15中規(guī)范多種技術(shù)的G.multi標(biāo)準(zhǔn)也已基本完成，這說明有關(guān)多波長擴(kuò)展的多個技術(shù)流派之爭遠(yuǎn)沒有結(jié)束。表1是ITU-T關(guān)于GPON、XG-PON1和NGPON2相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定和成熟情況。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

徐恒山 - 講師 - 西北農(nóng)林科技大學(xué)