PON技术介绍

PON技术介绍
一、什么是pon
无源光网络（PON）技术是一种点到多点的光纤接入技术，它由局侧的OLT（光线路终端）、用户侧的ONU（光网络单元）以及ODN（光分配网络）组成。

一般其下行采用TDM 广播方式、上行采用TDMA（时分多址接入）方式，而且可以灵活地组成树型、星型、总线型等拓扑结构（典型结构为树形结构）。

所谓“无源”，是指ODN中不含有任何有源电子器件及电子电源，全部由光分路器（Splitter）等无源器件组成，因此其管理维护的成本较低。

EPON的标准化工作主要由IEEE的802.3ah即EFM（EthernetFortheFirst Mile，第一英里以太网）工作组来完成，其制定EPON标准的基本原则是尽量在802.3体系结构内进行EPON 的标准化工作，工作重点放在EPON的MAC协议上，最小程度地扩充以太网MAC协议。

该标准目前还是草案，EFM计划在2004年正式发布EPON的相关标准。

我国目前正在积极进行EPON的标准化工作，通信行业标准《接入网技术要求－基于Ethernet的无源光网络（EPON）》正在制订中。

GPON是ITU提出的G比特级的无源光网络。

ITU在2003年正式通过并颁布了GPON标准系列中的三个标准：G.984.1、G.984.2和G.984.3。

由于GPON标准是ITU在APON标准之后推出的，因此G.984标准系列不可避免的沿用了G.983标准的很多思路。

GPON与EPON 都是千兆比特级的PON系统，与EPON力求简单的原则相比，GPON更注重多业务和QoS 保证，因此更受运营商的青睐。

但由于GPON标准复杂且开发较晚，技术尚不成熟，因此目前GPON产品还未到商品化阶段。

目前IEEE提出的EPON实现方案是：在与APON类似的结构和G．983的基础上，设法保留APON的物理层PON，而以Ethernet技术代替ATM技术作为数据链路层协议，构成一个可以提供更大带宽、更低成本和更强业务能力的新的结合体EPON。

而ITU提出的GPON 技术的主要目标是实现Gbit速率，并能支持多种业务，对所有业务最优化。

二、为什么选择PON技术
PON技术的引入是接入网络的又一次革命，该技术可以为用户提供30～100Mbit/s的带宽，接入距离可达10～20km。

它的主要优势表现在：
(1)用PON技术可以解决FTTH、FTTO等问题，为通信网络向全光网络演进提供必要条件；
(2)用PON技术可以提供“全业务”接入，充分满足视频娱乐和家庭办公所需的带宽需求；
(3)PON技术采用可级联的无源光分路器，不仅节约主干光缆，而且大大简化了网络结构，提高了网络健壮性；
(4)用PON技术的FTTH解决方案不仅具备光纤的高可靠性，而且非常适合广播/组播、视频/音频业务的开展。

三、PON技术部署策略
1.当前重点解决部分主干光缆资源紧张的问题
PON技术由于可采用1:32到1:64的无源分路器和单芯结构，同时可支持10km到20km 的传输距离，因此可以节约大量的主干光缆。

采用PON技术对主干光缆进行的改造如图1所示，针对网吧、企业上网等较为集中的区域，利用无源光分路器在光交接箱位置进行分级分光，可以在一条主干纤芯上为多个单位同时提供光纤专线接入。

2.利用PON技术对部分LAN小区网络进行优化
PON技术采用无源光分路器。

无源光分路器除了能对光纤接入起到汇聚作用之外，在网络的物理层面上还是一个透明的传输通道。

图2是PON技术在LAN小区网络改造中的部署。

左边的网络在改造前至少有三级结构(不包括局端交换机)，而右边采用无源光分路器替代小区内部的汇聚交换机，使得整个网络在拓扑逻辑上减少到两级(包括远端ONT设备，不包括局端交换机)，提高了网络质量。

3.对部分高档小区和别墅进行光纤入户试点
在FTTH尚未规模部署以前，通常可以考虑在部分高档小区和别墅小规模试点，试点目的除了对多业务模式进行探索之外，还要研究解决施工建设过程中碰到的问题，以提高网络的可管理、可维护性。

网络改造部署如图3所示。

四、PON设备的相关要求
由于GPON尚未有成熟产品，在近阶段主要以EPON为主，笔者通过测试认为EPON设备重点应满足以下要求。

1.设备应具备提供多个GE接口的能力。

2.应符合OLT和ONU之间的最大传输距离不小于10km，支持的最大分路比为1:64的要求。

EPON系统为单纤双向系统，上、下行应分别使用不同的波长，其中上行应使用1260nm～1360nm波长，下行应使用1490nm～1500nm波长。

3.设备提供的EPON接口在二层以上的特性应与其它接口一致，即具备相同的VLAN、QoS及其他二层功能，并具备三层网络能力。

4.必须具有动态带宽分配功能，最小带宽分配粒度必须不大于1Mbit/s。

5.加密功能，EPON系统采用标准的以太网帧结构，恶意用户很容易截获系统开销信息和其它用户的信息，存在安全隐患，因此应对用户信息进行加密。

加密算法可使用AES-128等。

6.光纤保护倒换功能，设备的EPON接口应具有光纤保护倒换机制。

光纤保护倒换可通过两种方式进行：自动倒换，即由故障发现触发，如信号丢失、帧丢失或信号劣化等；强制
倒换，由管理事件触发。

光纤保护倒换方式主要有两种：骨干光纤保护倒换和全保护倒换，分别如图4和图5所示。

7.EPON接口业务承载能力，设备应能承载IP业务、TDM业务(语音业务或数据专线业务)和VoIP业务。

8.EPON设备的网管应能对远程终端进行监控、配置、告警等管理，并能实现远程终端软件在线更新。

五、EPON技术由IEEE 802.3 EFM工作组进行标准化。

2004年6月，IEEE 802.3EFM工作组发布了EPON标准——IEEE 802.3ah(2005年并入IEEE 802.3-2005标准)。

在该标准中将以太网和PON技术相结合，在无源光网络体系架构的基础上，定义了一种新的、应用于EPON 系统的物理层(主要是光接口)规范和扩展的以太网数据链路层协议，以实现在点到多点的PON中以太网帧的TDM接入。

此外，EPON还定义了一种运行、维护和管理(OAM)机制，以实现必要的运行管理和维护功能。

在物理层，IEEE 802.3-2005规定采用单纤波分复用技术(下行1490 nm，上行1310 nm)实现单纤双向传输，同时定义了1000 BASE-PX-10 U/D和1000 BASE-PX-20 U/D两种PON光接口，分别支持10 km和20 km的最大距离传输。

在物理编码子层，EPON系统继承了吉比特以太网的原有标准，采用8B/10B线路编码和标准的上下行对称1 Gbit/s数据速率(线路速率为1.25 Gbit/s)。

在数据链路层，多点MAC控制协议(MPCP)的功能是在一个点到多点的EPON系统中实现点到点的仿真，支持点到多点网络中多个MAC客户层实体，并支持对额外MAC的控制功能。

图1示意了EPON协议参考模型及多点MAC控制协议的位置。

MPCP主要处理ONU的发现和注册，多个ONU之间上行传输资源的分配、动态带宽分配，统计复用的ONU本地拥塞状态的汇报等。

利用其下行广播的传输方式，EPON定义了广播LLID(LLID=0xFF)作为单拷贝广播(SCB)信道，用于高效传输下行视频广播/组播业务。

EPON还提供了一种可选的OAM功能，提供一种诸如远端故障指示和远端环回控制等管理链路的运行机制，用于管理、测试和诊断已激活OAM功能的链路。

此外，IEEE 802.3-2005还定义了特定的机构扩展机制，以实现对OAM功能的扩展，并用于其他链路层或高层应用的远程管理和控制。

相对于BPON和GPON，EPON协议简单，对光收发模块技术指标要求低，因此系统成本较低。

另外，它继承了以太网的可扩展性强、对IP数据业务适配效率高等优点，同时支持高速Internet接入、语音、IPTV、TDM专线甚至CATV等多种业务综合接入，并具有很好的QoS保证和组播业务支持能力，是目前建设高质量接入网的重要备选技术之一。

EPON技术现状
自EFMA(Ethernet First Mile Alliance，第一公里以太网联盟)在2004年6月发布EPON技术规范IEEE 802.3 ah以来，EPON技术得到快速发展，目前相关的芯片和设备均已基本成熟，并有较大规模的应用。

在日本，NTT、KDDI、YahooBB等运营商从2004年开始部署EPON，采用FTTH、FTTB/C+VDSL/ADSL2+等多种组网方式，为用户提供高带宽互联网接入业务。

目
前，日本市场上已经部署了超过500万线的EPON设备，而且每月新增的FTTH用户数已经超过了DSL用户。

目前，EPON技术已经成熟，主要体现在以下方面：经过各标准化组织、设备和芯片制造商、运营商的共同努力，EPON商用芯片和光模块已经成熟，在中国电信的主导下，已经实现了EPON芯片级和系统级的互通测试;EPON产业链也在进一步成熟，形成了良性的市场竞争格局，设备成本进一步下降，已达到规模商用水平。

EPON技术的应用
综合考虑EPON的技术特点、成熟度、投资成本、业务需求、市场竞争等多方面的因素，基于EPON的FTTx系统近期主要应用于以下场景。

公众客户综合接入
对于公众用户来说，可以采用FTTH和FTTB/C/Cab等应用模式。

大客户、商业客户综合接入
对于商业用户，可以根据业务需求和用户规模的不同，采取不同的实施模式，如FTTO、FTTB或FTTC。

“全球眼”等高带宽接入
“全球眼”等对带宽(特别是上行带宽)要求比较高的应用可以采用EPON作为接入手段，具体组网方式如图5所示。

PON替代了原来模拟组网方案中的二/三层交换机，同时还节省大量的光纤收发器，并且不需要视频光端机设备。

村村通接入
在光纤资源短缺的情况下，如村村通工程中，可采用多级分光且分光功率不等的光分路器方案，即在只有一芯或几芯光缆资源的情况下采用功率不等光分路器逐点汇聚。