1. PON簡(jiǎn)介

隨著以太網(wǎng)技術(shù)在城域網(wǎng)中的普及以及寬帶接入技術(shù)的發(fā)展，人們提出了速率高達(dá)1Gbit/s 以上的寬帶PON技術(shù)，主要包括EPON和GPON技術(shù),“E”是指 Ethernet，“G”是指吉比特級(jí)。

1987年英國(guó)電信公司的研究人員最早提出了 PON 的概念。1995 年，全業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò) 聯(lián)盟 FSAN(Full Service Access Network)成立，旨在共同定義一個(gè)通用的 PON 標(biāo) 準(zhǔn)。1998 年，國(guó)際電信聯(lián)盟 ITU-T 工作組，以 155Mbps 的 ATM 技術(shù)為基礎(chǔ)，發(fā) 布了 G.983 系列 APON(ATM PON)標(biāo)準(zhǔn)。這種標(biāo)準(zhǔn)目前在北美、日本和歐洲應(yīng)用 較多，在這些地區(qū)都有 APON 產(chǎn)品的實(shí)際應(yīng)用。但在中國(guó)，ATM 本身的推廣并不 順利，所以 APON 在我國(guó)幾乎沒(méi)有什么應(yīng)用。

2000年底，一些設(shè)備制造商成立了第一英里以太網(wǎng)聯(lián)盟(EFMA)，提出基于以太網(wǎng)的PON概念——EPON(Ethernet Passive Optical Network)。EFMA 還促成電氣電 子工程師協(xié)會(huì)(IEEE)在 2001 年成立第一英里以太網(wǎng)(EFM)小組，開(kāi)始正式研究包 括 1.25Gbit/s 的 EPON 在內(nèi)的 EFM 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。EPON 標(biāo)準(zhǔn) IEEE 802.3ah 在 2004 年 6 月正式頒布。

2001年底，F(xiàn)SAN 更新網(wǎng)頁(yè)把 APON 更名為 BPON(Broadband PON)。實(shí)際上，在2001 年 1 月左右 EFMA 提出 EPON 概念的同時(shí)，F(xiàn)SAN 也已經(jīng)開(kāi)始了帶寬在 1Gbps 以上的 PON，也就是Gigabit PON標(biāo)準(zhǔn)的研究。FSAN/ITU 推出 GPON 技術(shù)的最大原因是由于網(wǎng)絡(luò) IP 化進(jìn)程加速和 ATM 技術(shù)的逐步萎縮導(dǎo)致之前基于 ATM 技術(shù)的 APON/BPON 技術(shù)在商用化和實(shí)用化方面嚴(yán)重受阻，迫切需要一種高傳輸速率、適宜 IP 業(yè)務(wù)承載同時(shí)具有綜合業(yè)務(wù)接入能力的光接入技術(shù)出現(xiàn)。在這樣的背景下，F(xiàn)SAN/ITU 以 APON 標(biāo)準(zhǔn)為基本框架，重新設(shè)計(jì)了新的物理層傳輸速率和TC層，推出了新的 GPON技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)。2003 年 3 月 ITU-T 頒布了描述 GPON 總 體特性的 G.984.1 和 ODN 物理媒質(zhì)相關(guān)(PMD)子層的 G.984.2GPON 標(biāo)準(zhǔn)，2004 年 3 月和 6 月發(fā)布了規(guī)范傳輸匯聚(TC)層的 G.984.3 和運(yùn)行管理通信接口的 G.984.4 標(biāo)準(zhǔn)。

2. PON組成

PON，Passive Optical Network，無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)。如圖1，PON 由光線路終端（OLT）、光合／分路器（Spliter）和光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）組成，采用樹(shù)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。OLT 放置在中心局端，分配和控制信道的連接，并有實(shí)時(shí)監(jiān)控、管理及維護(hù)功能。ONU 放置在用戶側(cè)，OLT 與 ONU 之間通過(guò)無(wú)源光合／分路器連接。

所謂無(wú)源，是指在 OLT(光線路終端)和 ONU(光網(wǎng)絡(luò)單元)之間的 ODN (光分配網(wǎng)絡(luò))沒(méi)有任何有源電子設(shè)備。

圖 1. PON組成結(jié)構(gòu)

PON 使用波分復(fù)用（WDM）技術(shù)，同時(shí)處理雙向信號(hào)傳輸，上、下行信號(hào)分別用不同的波長(zhǎng)，但在同一根光纖中傳送。OLT 到 ONU/ONT 的方向?yàn)橄滦蟹较颍?反之為上行方向。下/下行方向分別采用 1490/1310nm。如圖2.所示。

圖 2. PON單纖雙向傳輸原理圖

3. PON拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

PON 系統(tǒng)的組網(wǎng)方式如圖 3。有樹(shù)型拓?fù)?、環(huán)型拓?fù)?、總線型拓?fù)?、?shù)型干冗余拓?fù)涞?種，其中最常見(jiàn)的是樹(shù)形拓?fù)洹?/p>

圖3. PON網(wǎng)路拓?fù)鋱D

4. PON優(yōu)勢(shì)

相對(duì)成本低，維護(hù)簡(jiǎn)單，容易擴(kuò)展，易于升級(jí)。PON 結(jié)構(gòu)在傳輸途中不需電源，沒(méi)有電子部件，因此容易鋪設(shè)，基本不用維護(hù)，長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)成本和管理成本的節(jié)省大。

無(wú)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。

PON 系統(tǒng)對(duì)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。提供非常高的帶寬。EPON 目前可以提供上下行對(duì)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(jí)到 10Gb/s。GPON 則是高達(dá) 2.5Gb/s 的帶寬。

服務(wù)范圍大。PON 作為一種點(diǎn)到多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，以一種扇出的結(jié)構(gòu)來(lái)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。

帶寬分配靈活，服務(wù)有保證。G/EPON 系統(tǒng)對(duì)帶寬的分配和保證都有一套完整的體系?？梢詫?shí)現(xiàn)用戶級(jí)的 SLA。

5. EPON上下行工作原理

如圖 4，下行采用純廣播的方式：

OLT 為已注冊(cè)的 ONU 分配 標(biāo)示號(hào)；

由各個(gè) ONU 監(jiān)測(cè)到達(dá)幀的標(biāo)示號(hào)，以決定是否接收該幀；

如果該幀所含的標(biāo)示號(hào)和自己的標(biāo)示號(hào)相同，則接收該幀；反之則丟棄。

圖4. EPON 下行工作原理

如圖 5，上行采用時(shí)分多址接入（TDMA）技術(shù)：

OLT 接收數(shù)據(jù)前比較標(biāo)示號(hào)注冊(cè)列表；

每個(gè) ONU 在由局方設(shè)備統(tǒng)一分配的時(shí)隙中發(fā)送數(shù)據(jù)幀；

分配的時(shí)隙補(bǔ)償了各個(gè) ONU 距離的差距，避免了各個(gè) ONU 之間的碰撞。

圖5. EPON上行工作原理

6. 應(yīng)用示例 ：光纖到樓

FTTB+LAN(簡(jiǎn)稱FTTB)：即Fiber to The Building（光纖到樓），是一種基于優(yōu)化光纖網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的寬帶接入方式，我們稱為FTTB+LAN的寬帶接入網(wǎng)（簡(jiǎn)稱FTTB）。它是利用數(shù)字寬帶技術(shù)，光纖直接到小區(qū)里，再通過(guò)雙絞線（超五類雙絞線或4對(duì)非屏蔽雙絞線）到各個(gè)用戶。FTTB提供最高上下行速率是10Mbps（獨(dú)享）,這是一種最合理、最實(shí)用、最經(jīng)濟(jì)有效的寬帶接入方法。傳統(tǒng)的“FTTB＋LAN”的模式基本上是基于點(diǎn)到點(diǎn)有源以太網(wǎng)光纖，這種模式光纖需求量大，光纖利用率低，組網(wǎng)不靈活，中間有過(guò)多的有源設(shè)備，而采用PON部署“FTTB+LAN”,不僅節(jié)約光纜資源，組網(wǎng)靈活，還為用戶提供語(yǔ)音接入業(yè)務(wù)。

1）傳統(tǒng)的以太網(wǎng)交換機(jī)接入模式：

圖6. 以太網(wǎng)交換機(jī)接入模式

FTTB+LAN傳統(tǒng)的以太網(wǎng)交換機(jī)接入模式，是采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的接入模式，即從匯接局到每個(gè)小區(qū)需要獨(dú)立纖芯，同時(shí)小區(qū)內(nèi)安裝園區(qū)匯聚交換機(jī)，各樓道交換機(jī)通過(guò)小區(qū)光纜上聯(lián)至園區(qū)匯聚交換機(jī)。

2）PON網(wǎng)絡(luò)接入模式：

圖7. PON網(wǎng)絡(luò)接入模式

FTTB+LAN PON網(wǎng)絡(luò)接入模式，是采用一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的接入模式，即多個(gè)小區(qū)至匯接局可共享1芯主干纖芯（接入到匯接局OLT設(shè)備同一PON口下）。在小區(qū)就近接入點(diǎn)（或就近光交接箱）安裝分光器，并通過(guò)小區(qū)光纜將各樓道的ONU設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)。

3） 兩種接入模式的比較：

傳統(tǒng)的以太網(wǎng)交換機(jī)接入模式需要在小區(qū)設(shè)置園區(qū)匯聚交換機(jī)，成本投資高，而采用PON網(wǎng)絡(luò)接入，只需在小區(qū)接入安裝分光器（分光比以接入的ONU數(shù)量而定），相比交換機(jī)接入模式成本投資低。

傳統(tǒng)的以太網(wǎng)交換機(jī)接入模式的樓道交換機(jī)很多情況是通過(guò)光電轉(zhuǎn)換器接入園區(qū)匯聚交換機(jī)，增加了故障點(diǎn)及維護(hù)成本。而采用PON網(wǎng)絡(luò)接入模式，各樓道安裝的是ONU，ONU設(shè)備直接可以接入光纖，增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)安全和穩(wěn)定性。

傳統(tǒng)的以太網(wǎng)交換機(jī)接入模式只能為終端用戶提供寬帶上網(wǎng)業(yè)務(wù)，而采用PON網(wǎng)絡(luò)接入模式，不僅可以為終端用戶提供寬帶上網(wǎng)業(yè)務(wù)，而且還可以提供語(yǔ)音、IPTV等多種業(yè)務(wù)。

因此，采用PON網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)FTTB+LAN具有很大的優(yōu)勢(shì)。