你可能不知道什么是“PON”(通常讀作“胖”)，但你一定聽說過“光纖入戶”。

你可能不知道什么是“ONU”(通常讀作“哦嗯優(yōu)”)，但是你打開家里的弱電箱，一定能看到一個接著光纖的“小盒子”。

這個“小盒子”就是ONU(Optical Network Unit，光網(wǎng)絡單元)，俗稱“光貓”。

而今天的主角——“PON”(Passive Optical Network，無源光網(wǎng)絡)，則是實現(xiàn)光纖入戶的關(guān)鍵，是網(wǎng)絡和用戶之間“最后一公里”的光纖傳輸技術(shù)。

什么是PON

每家每戶的光纖，背后連接著一個龐大的網(wǎng)絡，讓我們沿著光纖，追源溯流，一起探索一下吧。

連接光貓的光纖來自弱電井里的分光器，可以將一路光信號以一定的比例分成多路。而進入分光器的光信號，則來自光線路終端OLT(Optical Line Terminal)。

OLT、ONU以及兩者之間的“傳輸通道”O(jiān)DN(Optical Distribution Network，光分配網(wǎng)絡)構(gòu)成了PON網(wǎng)絡。其中：

• OLT是運營商側(cè)設備，負責為用戶分配上層業(yè)務網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)。
• ONU是用戶側(cè)設備，負責接收OLT發(fā)送的數(shù)據(jù)，并直接為用戶提供服務。

我們可以根據(jù)下圖簡單了解一下PON網(wǎng)絡的架構(gòu)。

PON核心技術(shù)

如果將PON網(wǎng)絡看成一個公司，那么OLT相當于總部，ONU相當于各地辦事處，分光器相當于驛站。我們先來看一下PON的三大核心技術(shù)——加密、測距和動態(tài)帶寬分配。

(1) 加密

總部OLT需要向各地辦事處ONU傳遞大量消息，但是不同辦事處間的信息需要保密。此外，路上經(jīng)常會碰到間諜(流氓ONU)搞破壞。為了確保信息不泄露，OLT會定期與ONU協(xié)商不同的密鑰，保證信息安全。

(2) 測距

在全國范圍內(nèi)劃分轄區(qū)，每個轄區(qū)內(nèi)有若干個辦事處，并且設有驛站(分光器)。各地辦事處ONU到驛站的道路不同，花費的時間也不一樣，為了避免各辦事處的辦事員在驛站撞車，產(chǎn)生不必要的沖突，需要提前了解了這些路程。所以，總部OLT會在ONU第一次注冊時啟動測距功能，計算出每個ONU的物理距離，并且根據(jù)ONU的物理距離指定合適的均衡延時參數(shù)。

(3) 動態(tài)帶寬分配

為了更好地管理和指導辦事處的工作，總部OLT需要及時收集辦事處ONU上報的信息，并且越多越好。也就是說，各地辦事處需要充足的時間匯報，同時還不能浪費時間。但是各地辦事處ONU每次匯報的信息結(jié)合當?shù)厍闆r時多時少，重要性也不一樣，所以總部OLT會根據(jù)各地的具體情況，動態(tài)調(diào)整他們的匯報時間和匯報順序。

基于三大核心技術(shù)，PON在發(fā)展演進的過程中，產(chǎn)生了EPON、GPON、10G-EPON和XG(S) PON等技術(shù)。

兩大家族

PON技術(shù)在演進的過程中，分成了兩大家族——EPON(Ethernet PON)和GPON(Gigabit-capable PON)，分別由兩個不同的組織ITU-T(國際電信聯(lián)盟電信標準分局)和IEEE(電氣和電子工程師協(xié)會)提出。

EPON和GPON的區(qū)別主要在數(shù)據(jù)鏈路層，即數(shù)據(jù)封裝成幀的方式不同。

• EPON采用以太網(wǎng)封裝方式，適用于以太網(wǎng)業(yè)務。
• GPON采用GEM(GPON Encapsulation Mode，GPON封裝模式)封裝方式，技術(shù)相對復雜，可以承載更多的業(yè)務種類，包括以太網(wǎng)業(yè)務、ATM(Asynchronous Transfer Mode，異步傳輸模式)業(yè)務和TDM(Time-division multiplexing，時分復用)業(yè)務。

GPON擁有比EPON更高的帶寬，覆蓋范圍更廣，但實現(xiàn)起來也更復雜，成本更高。

傳統(tǒng)的EPON和GPON技術(shù)能給用戶提供百兆級別的速率。然而，隨著4K/8K、AR/VR等大視頻、云化業(yè)務的風起云涌，人們迫切需要更高級的PON技術(shù)。

EPON和GPON也開始技術(shù)升級，10G-EPON和XG(S) GPON逐漸取代EPON和GPON，開啟了千兆光纖時代。

EPON→10G-EPON

先從EPON家族說起。

10G-EPON完美繼承了EPON的工作機制：

• OLT以廣播方式向ONU發(fā)送以太網(wǎng)數(shù)據(jù)，發(fā)起、控制測距過程，并記錄測距信息。為ONU分配帶寬，控制ONU發(fā)送數(shù)據(jù)的起始時間和窗口大小，通過OAM(Operation Administration and Maintenance，操作維護管理)協(xié)議對ONU進行管理。
• ONU選擇接收OLT發(fā)送的廣播數(shù)據(jù)，響應OLT發(fā)出的測距命令，緩存用戶數(shù)據(jù)，在OLT分配的發(fā)送窗口中向上行方向發(fā)送數(shù)據(jù)。

10G-EPON最大限度沿用了EPON的協(xié)議，滿足用戶高帶寬需求，支持語音、視頻、以太網(wǎng)等多種業(yè)務，它的繼承性主要體現(xiàn)在兩個方面。

• 擴大EPON標準的上下行帶寬，速率達到10Gbps。10G-EPON支持對稱和非對稱兩種模式，對稱模式即上下行帶寬相同。實際使用時二選一，以適應不同客戶的承載需求。

• 具有超強的兼容性，10G-EPON的ONU與EPON的ONU可以共存在一個光分配網(wǎng)絡中。

10G-EPON下行波長獨立，采用廣播方式發(fā)送信息，ONU各取所需;上行波長重合，采用TDMA(Time division multiple access，時分多址)方式，實現(xiàn)EPON ONU和10G EPON ONU共存，支持EPON向10G-EPON平滑演進。

用一張表格簡單對比EPON和10G-EPON。

GPON→XG(S)-GPON

再來看看GPON家族。

XG(S)-PON包括XGS-PON和XG-PON，是一對師兄弟。

• 對稱XGS-PON，上下行支持10G，滿足以政企、基站承載等對稱業(yè)務的承接需求。
• 非對稱XG-PON，上下行支持2.5G/10G ，滿足以家庭寬帶為主的非對稱業(yè)務需求。

對稱XGS-PON完全兼容非對稱XG-PON，在XGS-PON端口下可接入對稱終端XGS-PON ONU，也可接入非對稱終端XG-PON ONU。 XG(S)-PON繼承了GPON系統(tǒng)的工作機制：

• OLT以廣播方式向ONU發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)起、控制測距過程并記錄測距信息。分配T-CONT(Transmission Container)上行帶寬，通過OMCI(ONU Management and Control Interface)協(xié)議對ONU進行管理。
• ONU選擇接收OLT發(fā)送的廣播數(shù)據(jù)，響應OLT發(fā)出的測距命令。緩存用戶數(shù)據(jù)，在OLT分配的T-CONT中向上行方向發(fā)送數(shù)據(jù)。

但是，XG(S)-PON在對GPON的兼容性上做得并不好。

GPON家族當初培養(yǎng)下一代時，重點考慮其承接能力、距離、安全等，對家族傳承未考慮周全。

XG(S)- PON上下行波長與GPON的上下行波長有差異，XG(S)- PON需要借助外置合波器WDM1r才能兼容GPON終端，滿足客戶升級需求。 用一張表格簡單對比GPON、XG-PON和XGS-PON。

結(jié)語

相比EPON和GPON，10G-EPON和XG(S)-PON在傳輸帶寬、分光比、效率、安全等方面更能滿足客戶們?nèi)找嬖鲩L的需求。

不過，PON家族從EPON、GPON發(fā)展到10G-EPON和XG(S)-PON并沒有結(jié)束。PON技術(shù)仍然在不斷發(fā)展和完善，XG(S)-PON和GPON之間的兼容問題如何解決?5G時代，PON技術(shù)如何發(fā)揮自己的作用？

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