PON技术发展

PON技术现状

传统的PON系统下行数据流采用广播技术、上行数据流采用TDMA技术，以解决多用户每个方向信号的复用问题。传统PON技术采用WDM技术，在光纤上实现单纤双向传输，解决2个方向信号的复用传输。PON一般由光线路终端(OLT)、分光器(ODU)、用户终端(ONU)3个部分构成。目前在现网中广泛应用的PON技术包括EPON和GPON 2种主流技术，EPON上下行带宽均为1.25 Gbit/s，GPON下行带宽为2.5 Gbit/s，上行带宽为1.25 Gbit/s.

目前在实际的FTTx应用场景中，大多数EPON/GPON只配置了以太接口，可选配置POTS和2M接口。但从技术标准要求上，EPON/GPON均可实现IP业务和TDM业务等多业务接入，并可实现QoS分类。

EPON/GPON均可传递时钟同步信号，可通过OLT的STM-1接口或GE接口，从外部线路中提取频率同步信号，此时OLT需要支持同步以太网;也可以在OLT设备上从外部BITS输入时钟信号，作为该PON的公共时钟源，ONU与该时钟源保持频率同步。

PON技术标准的发展

虽然10G EPON和PON尚未大规模商用，但10 Gbit/s以上速率的PON技术是近2年ITU-T和FSAN研究的重点和热点。XG-PON1的相关技术标准已经趋于成熟，XG-PON1之后的NG-PON2标准 框架也已基本完成。向多波长扩展是近期技术研究的重点，FSAN已经明确TWDM-PON是未来NG-PON2的技术选择，但在ITU-T SG15中规范多种技术的G.multi标准也已基本完成，这说明有关多波长扩展的多个技术流派之争远没有结束。表1是ITU-T关于GPON、XG-PON1和NGPON2相关标准的制定和成熟情况。

从整个网络的结构来看，由于光纤的大量铺设，DWDM等新技术的应用使得主干网络在几年之内已经有了突破性的发展。同时由于以太网技术的进步，由其主导的局域网带宽也从10M, 100M到1G甚至10G。而目前大家关注，最需要突破的地方就在于连接网络主干和局域网以及家庭用户之间的一段，这就是常说的"最后一公里"，这是个瓶颈。必须打破这个瓶颈，才可能迎来网络世界的新天地。这就好象在一个国家的公路系统，干线和各地区干道都已经建成高等级的宽阔的公路，但通向家庭和商家的门口却还是羊肠小道，这个公路网络的效率无法有效地发挥。

APON经过多年的发展，仍没有真正进入市场。主要原因是ATM协议复杂，相对于接入网市场来说设备还较昂贵。同时由于以太技术的高速发展，使得ATM技术完全退出了局域网。而千兆及10G标准的推出为以太技术走向主干打开了大门，因此如何把简单经济的以太技术与PON的传输结构结合起来，自2000年始引起技术界和网络运营商的广泛重视。同时，业界普遍认为ATM PON的很多缺点，例如缺乏视频传输能力、带宽有限、系统复杂以及价格昂贵等等，在EPON中将不会存在。

光接入网演进的首期目标是FTTB(Fiber To The Building)和FTTC(Fiber To The Curb)系统，然后再发展到FTTH(Fiber To The Home)，通过一个简单的平台为用户提供包括数据、视频和语音在内的全面服务。EPON可以提供比APON更高的带宽和更全面的服务，成本却很低，同时EPON的体系结构也符合G.983标准的大多数要求。

ITU-T G.983

APON (异步传输模式PON，ATM Passive Optical Network). 这是第一种被动式光网络标准，它基于ATM，主要用于商业应用。

BPON (宽带PON，Broadband Passive Optical Network) 这是一个基于APON的标准.这个标准增加了对WDM，动态和高速上联带宽分配，和耐久性的支持。BPON也创立了一个管理接口标准OMCI, 在OLT和ONU/ONT之间的授权混合供应商网络

IEEE 802.3ah

EPON or GEPON (以太网络PON Ethernet Passive Optical Network) 这是一个为使用以太网络包数据的IEEE/EFM标准。802.3ah标准现在是IEEE 802.3标准的一部分. 现在大约有一千五百万正在使用的EPON端口。2008年，中国大力发展EPON技术。据估算，截止至2008年底，中国总共有200万个EPON安装用户。

ITU-T G.984

GPON (千兆PON，Gigabit Passive Optical Network) 这是BPON标准的发展。GPON支持更高的速率，增强的安全性和可选择的第二层协议(ATM, GEM, Ethernet). 在2008年中旬，弗莱森电讯已经安装了80万条线. 英国电信(British Telecom)和美国电话电报公司(AT&T )正在进行高级试验。其他一些公司如独立光网络有限公司(Independent fiber networks LTD)正和服务提供商如See the Light合作提供更高速的GPON连接和光纤到户(FTTH-fiber to the home).

IEEE P802.3av

10G-EPON (10千兆以太网PON)是一个IEEE专门工程为了达到10Gbit/s的速率, 向下兼容802.3ah标准的EPON. 10GigEPON将会使用分隔波长给10G和1G下行。802.3av 将会继续使用单独波长TDMA隔离为在10G和1G间的上行. 10G-EPON也会被WDM-PON兼容(依据WDM-PON的定义). 这使得使用多波长在两个方向之间变为可能.

SCTE IPS910

RFoG (RFoverGlass)是一个SCTE的接口实践分委员会标准，应用于有波长计划兼容数据PON解决方案的点对多点(P2MP)操作，例如EPON,GEPON or 10GigEPON. RFoG 提供了一个光纤到户PON(FTTH PON)就像不一定要选择或者部署PON的MSOs架构

PON的复杂性在于信号处理技术 。在下行方向上，交换机发出的信号是广播式发给所有的用户。在上行方向上，各ONU必须采用某种多址接入协议如时分多路访问TDMA(Time Division Multiple Access)协议才能完成共享传输通道信息访问。目前用于宽带接入的PON技术主要有: EPON和GPON。

光纤是如此的"便宜又好用"，因此FTTx(Fiber To The X，光纤接入)作为新一代宽带解决方案被广泛应用，为用户提供高带宽、全业务的接入平台。而FTTH(Fiber To The Home，光纤到户，将光纤直接接至用户家)更是被称为是最理想的业务透明网络，是接入网发展的最终方式。

而FTTx是如何实现的呢?在多种方案中，点到多点(P2MP)的光纤接入方式PON(Passive Optical Network，无源光纤网络)是最佳选择。PON是一种应用于接入网，局端设备(OLT)与多个用户端设备(ONU/ONT)之间通过无源的光缆、光分/合路器等组成的光分配网(ODN)连接的网络。如右图所示。

ONU和ONT都属于用户端设备，它们的区别在于ONT直接位于用户端，而ONU与用户之间还有其它网络，如以太网。

"无源"的关键是在OLT和ONU之间的ODN是没有任何有源电子设备的光接入网，正因为此"无源"特性，使得PON这种纯介质网络可以避免外部设备的电磁干扰和雷电影响，减少线路和外部设备故障率，提高了系统可靠性，同时减少了维护成本。

PON技术是从20世纪90年开始发展，ITU(国际电信联盟)从APON(155 M)开始，发展BPON(622 M)，以及到GPON(2.5 G);同时在本世纪出，由于以太网技术的广泛应用， IEEE也在以太网技术上发展了EPON技术。目前用于宽带接入的PON技术主要有EPON和GPON，两者采用不同标准。未来的发展是更高带宽，比如EPON/GPON技术上发展了10 G EPON/10 G GPON，带宽得到更高的提升。

1) 相对成本低，维护简单，容易扩展，易于升级。PON结构在传输途中不需电源，没有电子部件，因此容易铺设，基本不用维护，长期运营成本和管理成本的节省很大

2) 无源光网络是纯介质网络，彻底避免了电磁干扰和雷电影响，极适合在自然条件恶劣的地区使用。

3) PON系统对局端资源占用很少，系统初期投入低，扩展容易，投资回报率高

4) 提供非常高的带宽。EPON目前可以提供上下行对称的1.25Gb/s的带宽，并且随着以太技术的发展可以升级到10Gb/s。GPON则是高达2.5Gb/s的带宽。

5) 服务范围大。PON作为一种点到多点网络，以一种扇形的结构来节省CO的资源，服务大量用户。用户共享局端设备和光纤的方式更是节省了用户投资。

6) 带宽分配灵活，服务质量(QoS)有保证。G/EPON系统对带宽的分配和保证都有一套完整的体系。可以实现用户级的SLA。

pon无源光纤网络的英文缩写，与有源光接入技术相比，PON由于消除了局端与用户端之间的有源设备，从而使得维护简单、可靠性高、成本低，而且能节约光纤资源，是未来FTTH的主要解决方案。随着PON成本的逐步降低，不但在FTTB/FTTC场合PON有了一定的应用市场，而且利用PON来实现FTTH在日本等发达国家也取得了很大的进展。目前PON技术主要有APON、EPON 和GPON等几种，其主要差异在于采用了不同的二层技术。

APON是上世纪90年代中期就被ITU和全业务接入网论坛(FSAN)标准化的PON技术，FSAN在2001年底又将APON更名为BPON，APON的最高速率为622Mbps，二层采用的是ATM封装和传送技术，因此存在带宽不足、技术复杂、价格高、承载IP业务效率低等问题，未能取得市场上的成功。

为更好适应IP业务，第一英里以太网联盟(EFMA)在2001年初提出了在二层用以太网取代ATM的EPON技术，IEEE 802.3ah工作小组对其进行了标准化，EPON可以支持1.25Gbps对称速率，将来速率还能升级到10Gbps。EPON产品得到了更大程度的商用，由于其将以太网技术与PON技术完美结合，因此成为了非常适合IP业务的宽带接入技术。对于Gbit/s速率的EPON系统也常被称为GE-PON。

在EFMA提出EPON概念的同时，FSAN又提出了GPON，FSAN与ITU已对其进行了标准化，其技术特色是在二层采用ITU-T定义的GFP(通用成帧规程)对Ethernet、TDM、ATM等多种业务进行封装映射，能提供1.25和2.5Gb/s下行速率和所有标准的上行速率，并具有强大OAM功能。在高速率和支持多业务方面，GPON有明显优势，但成本目前要高于EPON，产品的成熟性也逊于EPON。

1、PON设备的网络规划- OLT的部署。xPON建设初期，宜采用集中设置，在传输汇聚节点设置OLT节点覆盖一定区域内的零散用户。在xPON应用成熟期，宜采用分散设置的原则，将OLT设置在条件较好的有线接入或无线接入点机房，逐步向接入网接入和无线接入点相统一进行过渡，充分实现基础资源的综合利用。采用大容量的OLT设备，充分利用光接入的距离优势，减少局所，降低维护成本。

2、PON设备的网络规划-分光器的部署。分光器分光:目前PON可以采取两级分光方式来保证部署的灵活和端口的充分利用;当用户渗透率提高时，将二级分光调整为一级分光;就目前接入PON网络宜采用一级分光，尽量不超过两级分光。用户规模较小时，分光器应集中设置;用户规模较大时，分光器可适当分散设置，以便尽量靠近用户。分光器布放位置:分光器可以根据工程的实际情况布放在交接箱、小区机房、楼道和弱电井等地方。

3、PON设备的网络规划- ONU的部署。建设PON网络实现接入网/FTTB时，宜尽量选用内置语音模块的设备实现综合业务接入。ONU应根据FTTx网络的应用模式、业务需求进行设置。对于接入网应用，应尽量将ONU设置在用户家里，避免安装在门口或楼道内。对普通公众用户，可将ONU设置在用户终端智能盒内提供保护，或者放置于桌面(采用光纤信息插座)。对于FTTB应用，可选择将ONU设置在大楼楼道或竖井内机柜、室外光交接箱等不同位置集中放置。ONU原则上采用本地供电方式，尽量不采用远端供电方式。为保证断电时语音业务的正常开展，可以根据提供电池模块提供备用电源。

4、PON设备的网络规划-网管。集中建设厂家网管，开放北向接口，便于接入传输综合网管。

补充:PON 在环境里面代表颗粒有机氮。

1.PON的基本结构

PON是一种采用点到多点(P2MP)结构的单纤双向光接入网络。PON系统由局端的光线路终端(OLT)、光分配网络(ODN)和用户侧的光网络单元(ONU)组成，为单纤双向系统。在下行方向(OLT到ONU)，OLT发送的信号通过ODN到达各个ONU。在上行方向(ONU到OLT)，ONU发送的信号只会到达OLT，而不会到达其他ONU。为了避免数据冲突并提高网络效率，上行方向采用TDMA多址接入方式，并对各ONU的数据发送进行管理。ODN在OLT和ONU间提供光通道。PON的参考结构如图1.11所示。

OLT位于网络侧，放在中心局端，它可以是一个L2交换机或L3路由器，提供网络集中和接入，能完成光/电转换，带宽分配和控制各信道的连接，并有实时监控、管理及维护功能。ONU位于用户侧，实现各种电信号的处理与维护管理，提供用户侧接口。OLT与ONU之间通过无源光分路器连接，光分路器用于分发下行数据和集中上行数据。除了终端设备，PON系统中无需电器件，因此是无源的。

PON在单根光纤上采用下行1490nm/上行1310nm波长组合的波分复用技术(WDM)，上行方向是点到点方式，下行方向是广播方式。图1.12表示了PON的基本结构。

在下行方向，OLT将数据分组以广播的方式传输给所有的ONU，每个分组携带一个具有传输到目的地ONU标识符的信头。当数据分组到达ONU时，由ONU的MAC层进行地址解析，提取出属于自己的数据分组，丢弃其他的数据分组。

上行方向使用时分复用技术(TDM)，多个ONU的上行信息组成一个TDM信息流传送到OLT。

2.光线路终端(OLT)

光线路终端(OLT)的作用是提供业务网络与ODN之间的光接口，提供各种手段来传递各种业务，OLT内部由核心层、业务层和公共层组成。业务层主要提供业务端口，支持多种业务;核心层提供交叉连接、复用、传输;公共层提供供电、维护管理功能。

OLT的存在可以降低上层业务网络对接入侧设备之间的具体接口、承载手段、组网形式、设备管理等的紧耦合，并可以提供统一的光接入网的管理接口。

OLT核心功能包括:汇聚分发功能、DN适配功能。

OLT业务接口功能包括:业务端口功能、业务接口适配功能、接口信令处理、业务接口保护。

OLT公共功能主要包括OAM功能和供电功能。

从OLT发出的光功率主要消耗在如下几处。

l 分路器:分路的数量越多损耗越大。

l 光纤:距离越长，损耗越大。

l ONU:数量越多，需要的OLT发射功率越大。为了保证每一个到达ONU的功率都高于接收灵敏度且有一定的余量，在设计时要根据实际的数量和地理分布进行预算。

3.光分配网

光分配网(ODN)是OLT与ONU之间提供光传输手段，其主要功能是完成OLT与ONU之间的信息传输和分发作用，建立ONU与OLT之间的端到端的信息传送通道。

ODN的配置通常为点到多点方式，即多个ONU通过一个ODN与一个OLT相连，这样，多个ONU可以共享OLT到ODN之间的光传输媒质和OLT的光电设备。

(1)ODN的组成

组成ODN的主要无源器件有:单模光纤和光缆、连接器、无源光分路器(OBD)、无源光衰减器、光纤接头。

(2)ODN的拓扑结构

ODN网络的拓扑结构通常是点到多点的结构，可分为星形、树状形、总线型和环形等。

(3)主备保护的设置

ODN网络的主备保护设置主要是对其传输的光信号设置有主备两个光传输波道，当主信道发生故障时则可自动转换到备用信道来传输光信号，包括光纤、OLT、ONU和传输光纤的主备保护设置。主备传输光纤可以处于同一光缆中，也可以处于不同的光缆中，更可以将主备光缆安装设置在不同的管道中，这样其保护性能更好。

(4)ODN的光传输特性

ODN的设计特性应能保证可以提供任何目前可以预见到的业务，而无需较大的改动，这一要求对各种无源器件的特性存在较大影响。可能直接影响ODN光特性的要求如下。

l 光波长透明性:各种光无源器件不应影响传输光信号的透明性，对设计的光网络要求的光信号所占用的波段应当能全透明地传送，这样为将来的WDM系统应用提供了基础。

l 可逆性:将ODN网络的输出端和输入端互换时，其ODN网络的传输特性不应发生明显的变化，即其传输带宽和光损耗特性的变化应微乎其微。这样可以简化网络的设计。

l 全网性能的一致性:ODN网络对于传输的光信号应保持一致性，即ODN网络的传输特性应当与整个OFSAN乃至整个通信网保持一致，其传输带宽和光损耗特性应适合于整个OFSAN的要求。

(5)ODN的性能参数

决定整个系统光通道损耗性能的参数主要有如下3项。

l ODN光通道损耗:即最小发送功率和最高接收灵敏度的差。

l 最大容许通道损耗:即最大发送功率和最高接收灵敏度的差。

l 最小容许通道损耗:即最小发送功率和最低接收灵敏度(过载点)的差。

(6)ODN的反射

ODN的反射取决于构成ODN的各种器件的回损以及光通道上的任意反射点。一般来讲，所有离散反射必须优于−35dB，光纤接入的最大离散反射则应优于−50dB。

4.光网络单元(ONU)

光网络单元(ONU)位于ODN和用户设备之间，提供用户与ODN之间的光接口和与用户侧的电接口，实现各种电信号的处理与维护管理。ONU内部由核心层、业务层和公共层组成，业务层主要指用户端口;核心层提供复用、光接口;公共层提供供电、维护管理。

5.PON的应用模式

PON的业务透明性较好，原则上可适用于任何制式和速率信号。与点到点的有源光网络相比，PON技术的主要特点在于维护简单、成本较低(节省光纤和光接口)、传输带宽较高和高性能价格比。这些特点会使其在很长时间内保持竞争优势，PON一直被视为接入网未来的发展方向。

PON最适合的应用是:接入网络靠近客户的末端的部分;ONU服务的客户不强调必须要冗余或迂回保护;OLT可以设立在生存性能好的节点处(例如有迂回保护的节点)，用户地理位置相对集中的地方。PON主要有3种应用模式。

(1)替代现有的二层汇聚网络:PON可以替代现有的二层交换机和光纤收发器，将LAN的接入网引至IP城域网，如图1.13所示。

(2)替代相关段落的接入光缆:PON系统可以替代现有的部分光缆和光交换设备，从而节省相关段落的接入光缆，如图1.14所示。

(3)多业务接入方式(实现FTTH):PON系统可以提供满足不同QoS要求的多业务、多速率接入，能适应用户的多样性和业务发展的不确定性的要求，如图1.15所示。

为了提高网络可靠性和生存性，可在PON系统中采用光纤保护倒换机制。光纤保护倒换机制可按两种方式进行:①自动倒换，由故障发现触发;②强制倒换，由管理事件触发。

光纤保护主要的有三种类型:主干光纤冗余保护、OLT PON口冗余保护、全保护，如图1.16所示。

主干光纤冗余保护(图1.16(a)):采用单个PON端口，在OLT PON口处内置1´2光开关;采用2∶N光分路器，由OLT检测线路状态，倒换由OLT完成，对ONU无特殊要求。

OLT PON口冗余保护(图1.16(b)):备用的PON端口处于冷备用状态，采用2∶N光分路器;由OLT检测线路状态，倒换由OLT完成，对ONU无特殊要求。

全保护(图1.16(c)):主、备用的PON端口均处于工作状态;采用2个2∶N光分路器;在ONU PON口前内置光开关，由ONU检测线路状态并决定主用线路，倒换由ONU完成。

PON系统保护倒换机制可以支持被保护业务的自动返回或人工返回。对于自动返回方式，在消除造成倒换的故障后，经过一定的返回等待时间，被保护业务应自动返回到原来的工作路由，返回等待时间可以设置。

PON技术发展历程

·上世纪90年代初提出PON概念

·1995年成立FSAN(Full Service Access Networks)组织

·1996年ITU-T颁布G.982 (PON标准建议)

·1998年ITU-T 颁布G.983(APON标准建议)

·2000年12月成立IEEE 802.3ah工作组，制定EPON标准建议

·2003年3月ITU-T颁布G.984(GPON标准建议)

·上世纪90年代末APON开始商用

·2003年6月 美国三大运营商开始APON招标

·2003年8月日本NTT开始EPON招标

·2005年中国电信开始测试并部署EPON试验网

·2010年8月3日，中国电信和中国移动已与阿尔卡特朗讯签署框架协议,正式使用其无源光网络(PON)解决方案作为下一代宽带网的关键技术,并于年内开始在上海、江苏、山东等多个省市展开项目建设,以改进提升目前的宽带网络。