PON（无源光纤网络）

简介

PON技术是一点到多点的光纤接入技术，它由局侧的OLT、用户侧的ONU ，以及ODN组成。所谓“无源”是指在ODN中不含有任何有源电子器件及电子电源，全部都由光分路器等无源器件组成。 

PON

PON是一种纯介质网络，避免了外部设备的电磁干扰和雷电影响，减少了线路和外部设备的故障率，提高了系统可靠性，同时节省了维护成本，是通信行业长期期待的技术。同有源系统比较，PON具有节省光缆资源、带宽资源共享，节省机房投资，设备安全性高，建网速度快，综合建网成本低等优点。 

无源光这种技术发挥功效的主要介质便是无源光的各种元件，同时光纤也发挥了重要作用，所以就成本而言， 这种网络技术的花费较少，不仅如此，此种技术还有另外一个优点，即可防止来自外部环境的各类干扰， 像电磁、雷电等等，因此在安全性方面，此种技术和有源技术相比具有一定的优越性。现阶段的无源技术由多种技术结合而成，包括APON、GPON，同时EPON也是其中重要的技术之一，但这几种技术的不同之处在于二层技术上的差异。

发展历程

PON（无源光网络）是一种点到多点的无源光纤接入技术，起源于20世纪90年代。从窄带PON技术发展到现在的各种宽带PON技术，PON技术的发展经历了多个阶段。 

窄带PON技术是最早被提出的PON技术，仅能提供业务接入速率在2Mbit/s以下的POTS或者ISDN等窄带业务。由于各厂商先有窄带PON产品，后有标准规范，而且各厂商规范不统一，厂商间无法达成一致，因此至今仍没有对窄带PON技术形成统一完整的标准。标准的不统一带来的是不能形成器件的大规模生产，以至于价格居高不下。由于接入业务类型单一并且速率过低，远远不能满足当前互联网发展的需要，窄带PON技术已经基本退出历史舞台，被宽带PON技术所替代，仅在少数农村边远地区有所应用。 

APON技术是20世纪90年代中期开发完成的，当时ATM被视为能够提供各种类型通信的唯一协议，而PON是最经济的宽带光纤解决方案，因此，将数据链路层ATM技术与物理层PON技术相结合的APON是当时的最佳组合。APON系统由于技术协议成熟完备，因此产品的标准化和成熟度也比较高，设备性能和功能在PON系列产品中是最好的。但随着ATM协议的逐渐退出，同时APON的产品价格仍显偏贵，使得APON无法得到广泛应用。 

随着Ethernet技术的高速发展，把简单经济的Ethernet技术与PON的传输结构结合起来的EthernetoverPON概念开始引起技术界和网络运营商的广泛重视。与基于ATM协议的APON相比，EPON最大的优越性在于允许设备制造商运营商放弃复杂昂贵的ATM和SONET器件，消除WAN/LAN连接中ATM和IP之间的协议转换，从而使网络大为简化，成本降低。同时，以Ethernet技术为核心的EPON还有许多其他优点，包括协议成熟，技术简单，易于扩展，面向用户等，非常适合目前IP业务量飞速发展的应用环境。随着10G以太网技术的成熟，EPON系统的传输的速率将会由目前的1000Mbit/s增加至10Gbit/s。 

在APON技术应用严重受挫后，FSAN（全业务接入网联盟）在2001年提出了GPON的概念。在FSAN以及ITU—T的努力下，GPON成为光接入网一种全新的解决方案——不但提供高速的比特率，而且支持各种接入服务，特别是非常有效地支持原有格式的数据分组和TDM流。 

WDM—PON被认为是未来PON技术的发展方向，它在PON技术中引入了WDM技术，通过使用多个波长信道来增加系统容量，具有支持大量ONU的能力。WDM—PON由于各用户独享波长，因此不需要复杂的MAC协议来进行上行带宽的调度处理，在协议上比较简单。但由于WDM—PON的系统性能和容量过分依赖光器件的性能，因此技术发展受到光器件和光传输技术发展程度的限制。

结构

PON由光线路终端（OLT）、光配线网（ODN）及光网络单元（ONU）三部分组成。如图1。OLT位于本地交换局或远端，为ODN提供网络接口并与一个或多个ODN相连，其功能是为ONU所需业务提供必要的传输方式；ODN位于ONU和OLT之间，全部由无源器件构成，具有无源分配功能；ONU位于用户侧，提供用户侧接口并与ODN相连，一般在大楼或者用户家中，用于实现光接入网的用户接入。

网络结构图中基本功能块有：光线路终端（OLT）（局端）、光配线网（ODN）、光网络单元（ONU）（远端）及适配设备（AF）。主要参考点包括光发送参考点S、光接收参考点R、业务节点间参考点T以及AF与ONU之间的参考点a。接口包括网络管理接口G3以及用户与网络间接口UNI。

特点

1.无源光网络为纯介质网，网络对业务透明传输，带宽不受限制，易于升级扩容，有利于未来新业务的接入，便于向宽带PON网（ATM PON）过渡，APON网可为用户提供多媒体传输平台或引入波分复用（WDM）技术扩展业务。

2.PON网一般采用星形/树形分支结构，便于构建灵活的光传输网络，用户可共享光纤和OLT光收发设备，经济性好，适应性强，系统可靠性高。

3.网络外部现场没有有源电子设备，因而基本不需要维护，设备无需特制的机箱，减少了雷电危害和电磁干扰，提高了网络的可靠性。由于采用了无源的光功率分配器，使功率降低，因此适合短距离使用（一般在20公里内）。

4.可灵活配置接入1至16个E1，并可增加V24/V28或V11接口。

5.需要时可配置光链路备份、2Mbit/s电接口备份，进行综合保护。

6.下行方向的传输过程是：OLT送至ONU的信息通过时分复用（TDM）的方式组成复帧在光纤中传输，再通过无源光分路器以广播式送至每个ONU。ONU接收到下行信号后取出属于自己的那部分信息；上行方向的传输过程是：ONU至OLT的上行信号主要采用时分多址（TDMA）、或码分多址（CDMA）、波分多址（WDMA）及空分多址（SDMA）等多址接入方式。由于各ONU与OLT的距离不同，因此要对ONU进行测距以防止各ONU的上行信号的碰撞。但本系统具有复杂准确的测距功能和先进的远端光功率控制能力。

7.功能完善的网管系统能对一个或多个系统进行集中监视管理。直观的图形化界面网络管理系统可完成：配置管理（设备清单、方框图、创建链路等）；故障管理（查看告警信息、重新配置等）；性能管理（传输质量的测量、性能描述等）；安全管理（接入等级的管理、口令等）。

8.复接2Mbit/s和V24/V28或V11接口信号。两种时钟源同步：外同步时钟信号和OLT的2Mbit/s输入信号。在无外部时钟源时，使用局端OLT的内部振荡器时钟源。

主流技术

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。

应用

PON系统是一个开放的透明支线网传输平台，任何厂家的基于2Mbit/s、G .703接口的任何业务，均能在网上传输分配。

在城市接入网中，连接商业用户及住宅用户的业务复用设备，包括：交换机远端模块、V5接口的接入网用户设备（ONU）、PABX中继、租用线复用器、LAN网关等，用于FTTC、FTTB、FTTZ光纤支线工程。可以构成具有独立、集中网管的基站光纤传输网。由于基站所需2Mbit/s数量较少，点多容量小，基站分散，因此，PON网是最佳的选择。

在专业通信网中，PON完成一点对多点的光纤支线延伸。根据石油系统各气田的具体情况，对于生产井相对密集的气田采用PON结合多业务复用设备，可实现生产数据、语音、图像传输等多种业务，能达到高效、可靠、低成本的效果。

技术特点

目前广泛使用的PON技术在现有的网络包括两种主流技术：EPON和GPON。EPON上行和下行带宽是1.25Gbit/s GPON带宽为2.5Gbit/s的下游和上游的带宽为1.25Gbit/s，大多数EPON/GPON只配置了以太网接口，可选POTS和2M接口。 

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。 

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。 

优势

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。