PON技术

EPON作为一种新的宽带接入技术，是一个全业务提供平台，能支持数据业务，也能支持语音和视频等实时性业务。

EPON的光路设计可以使用3个波长。如果不考虑支持CATV或者DWDM业务，一般使用两个波长。在使用3个波长时，上行波长为1310nm，下行波长为1490nm，另外增加一个1550nm波长，增加的1550nm波长用来直接传输模拟视频信号。因为，当前模拟视频信号仍然是广播电视业务的主导，估计要到2015年才能完全被数字视频业务所取代，所以，目前设计的EPON系统应该既支持数字视频业务又支持模拟视频业务。原有的1490nm仍然携带下行数据、数字视频和语音业务，1310nm传输上行用户语音信号、数字视频点播(VOD)和下载数据的请求信息。

语音信号对时延和抖动要求严格，而以太网不提供端到端的分组延时、分组丢失率和带宽控制能力，因此，EPON在叠加语音信号时如何保证服务质量是一个亟需解决的问题。

1.TDM业务

目前对EPON多业务能力质疑最多的就是它传输传统TDM业务的能力。

这里提及的TDM业务包括语音业务(POTS，Popular Old Telephone Service)和电路业务(T1/El，N´64kbit/s等租用线)两大类。

EPON系统承载数据专线业务(2048kbit/s或13´64kbit/s数据业务)时，推荐采用TDM over Ethernet方式。EPON系统承载语音业务时，可采用电路交换方式或VolP方式。

今后几年内，因电路业务的市场需求仍然很大，所以，要求EPON系统既要承载分组交换业务，又要承载电路交换业务，EFM对TDM如何在EPON上承载，如何保证TDM业务的质量，在技术上没有做具体规定，但必须兼容以太网帧格式。多业务EPON(MS-EPON)采用E1 Over Ethernet技术，在以太网帧上高效解决TDM业务的适配问题，使得EPON实现多业务传送与接入，同时，MS-EPON克服了OLT与ONU之间的共享带宽争用现象，向以太网用户提供可承诺的带宽保证。

Ethernet的封装方式使得EPON技术非常适于承载IP业务的同时也使其面临一个重大的难题-难以承载语音或电路方式数据等TDM业务。EPON是基于以太网的异步传送网络，它没有全网同步的高精度时钟，难以满足TDM业务的定时和同步要求。要解决TDM业务的定时同步问题同时又要保证TDM业务的QoS等技术难题不仅要在EPON系统自身设计上做改进，同时也需要采用一些特定的技术。

电路交换方式语音业务性能指标指出，当EPON系统采用电路交换方式承载语音业务时，应满足YDN 065-1997《邮电部电话交换设备总技术规范书》和YD/T 1128-2001《电话交换设备总技术规范(补充件1)》对纯电路交换语音质量的要求。因此，目前EPON对TDM业务存在如下几方面的问题。

① TDM业务的QoS保证:尽管TDM业务占用的带宽较小，但对延时、抖动、漂移、误码率等指标都有很高的要求。这就要求不仅在上行动态带宽分配时考虑如何减小TDM业务的传送延时和抖动，也必须在下行带宽控制策略中保证TDM业务对延时和抖动等的严格控制。

② TDM业务的定时与同步:TDM业务对定时和同步的要求特别严格。而EPON本质上是基于以太网技术的异步传送网络，没有全网同步的高精度电信时钟。以太网定义的时钟精度为±100´10而传统TDM业务要求的时钟精度为±50´10。此外，在提供全网同步的电信时钟的同时，还必须尽可能周期性地传送TDM数据，以满足其抖动和误码要求。

③ EPON的生存性:TDM业务还要求承载网络必须具有良好的生存性，在发生重大故障时，能在尽可能短的时间内实现业务的可靠倒换。由于EPON主要用于接入网建设，离用户距离较近，各种应用和使用环境复杂，很容易受城市建设等不可知因素的影响，造成链路中断等事故。因此，迫切要求EPON系统能提供经济高效的系统保护方案。

2.IP业务

EPON传输IP数据分组无需协议转换，效率高，非常适合用于数据业务。

VolP技术作为一项发展中的热门技术，近些年已实现了一定范围的规模应用，是IP网络承载语音业务的一个有效手段。在EPON系统中，同样可以通过增加某些VoIP设备或功能，实现传统电话业务的接入。利用VoIP技术，只要保证EPON语音业务上/下行的延时和抖动特性，其他功能都留给用户侧的综合接入设备(IAD，Integrated Access Device)和局端的接入网关设备处理，就可以实现语音业务的传输。此种方式实现起来相对简单，可以直接移植现有技术，但需要昂贵的局端接入网关设备，建网成本较高，且会受限于VoIP技术本身的缺陷。此外，也无法提供E1和N´64kbit/s数据业务的接入。

当EPON系统采用VoIP方式承载语音业务时，应满足以下VoIP方式语音业务的性能指标要求。

① 语音编码动态切换时间<60ms。

② 应具有80ms缓冲存储能力，以保证不发生语音断续和抖动。

③ 语音的客观评定:网络条件很好时，PSQM的平均值<1.5;网络条件较差时(丢包率=1%，抖动=20ms，时延=100ms)，PSQM的平均值<1.8;网络条件恶劣时(丢包率=5%，抖动=60ms，时延=400ms)，PSQM的平均值<2.0。

④ 语音的主观评定:网络条件很好时，MOS的平均值>4.0;网络条件较差时(丢包率=1%，抖动=20ms，时延=100ms)，MOS的平均值<3.5;网络条件恶劣时(丢包率=5%，抖动=60ms，时延=400ms)，MOS的平均值<3.0。

⑤ 编码率:G.711，编码率=64kbit/s。对于G.729a，要求编码率<18kbit/s。对于G.723.1，要求G.723.1(5.3)编码率<18kbit/s，G.723.1(6.3)编码率<15kbit/s。

⑥ 时延指标(环回时延):VoIP的时延包括编解码时延、收端输入缓冲时延和内部队列时延等。采用G.729a编码时，环回时延<150ms。采用G.723.1编码时，环回时延<200ms。

3.CATV业务

对模拟的CATV业务，EPON也可以采用和GPON一样的方式承载:增加一个波长(其实这属于WDM技术，跟EPON和GPON本身无关)。

PON技术是实现FTTx最佳宽带接入的方式，EPON是结合了以太网技术与PON技术而产生的一种新的光接入网技术，它可以用于传输语音、数据和视频业务，并且兼容未来的一些新业务，EPON将以其高带宽、高效率和易扩展等绝对优势成为全业务宽带光接入的主导技术。

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。

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。

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。

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。

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。