APON工作原理

OLT(光線路終端)將到達(dá)各個ONU(光網(wǎng)絡(luò)單元)的下行業(yè)務(wù)組裝成幀，以廣播的方式發(fā)送到下行信道上，各個ONU收到所有的下行信元后，根據(jù)信元頭信息從中取出屬于自己的信元；在上行方向上，由OLT輪詢各個ONU，得到ONU的上行帶寬要求，OLT合理分配帶寬后，以上行授權(quán)的形式允許ONU發(fā)送上行信元，即只有收到有效上行授權(quán)的ONU才有權(quán)利在上行幀中占有指定的時隙。

實現(xiàn)APON的關(guān)鍵技術(shù)有多址和接入控制技術(shù)(在使用TDMA上行接入時包括測距、帶寬分配等)、突發(fā)信號的發(fā)送和接收技術(shù)、快速比特同步技術(shù)以及安全保密等方面的技術(shù)。

實用的PON系統(tǒng)主要是窄帶PON，由窄帶PON升級到寬帶的APON，終端設(shè)備和控制協(xié)議都需要進(jìn)行大幅度的改動，傳輸速率的提高對物理層設(shè)備和媒質(zhì)訪問控制(MAC)協(xié)議都有新的要求。只要寬帶PON的成本可以控制在窄帶PON的1.5倍以下，還是可以接受的。雖然寬帶PON的技術(shù)細(xì)節(jié)還需要在其實際的發(fā)展和使用中繼續(xù)研究和完善，但I(xiàn)TU-T在APON實用系統(tǒng)出現(xiàn)之前就確定了G.983建議，對APON進(jìn)行了規(guī)范，它進(jìn)入實用的步伐將會更加順利。

典型的APON系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為星型結(jié)構(gòu)，作為點(diǎn)到多點(diǎn)的典型應(yīng)用來說，更適合于面對將來進(jìn)行系統(tǒng)的升級和擴(kuò)容，同時加上光分配網(wǎng)的靈活性，使得系統(tǒng)支持更多的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如樹型、總線型等。憑借這一點(diǎn)，在實際中，針對用戶的分散和對于業(yè)務(wù)階段性實施的需求，運(yùn)營商可以通過APON系統(tǒng)一步到位，既滿足大用戶對于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的要求，又避免了重復(fù)投資和重復(fù)施工。APON系統(tǒng)靈活的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)體現(xiàn)了設(shè)備在擴(kuò)容和升級方面的靈活性。

在PON上實現(xiàn)基于ATM信元的傳輸，即APON(簡稱APON)技術(shù)。早在1995年“互聯(lián)網(wǎng)時代”之前，在人們還不知道IP最終會統(tǒng)治網(wǎng)絡(luò)第三層協(xié)議的時候，幾個全球最大的電信運(yùn)營商——日本電報電話公司(NTT)、英國電信(BT)、法國電信(France Telecom)等，就開始討論發(fā)展一種能支持話音、數(shù)據(jù)、視頻的接入網(wǎng)全業(yè)務(wù)解決方案。當(dāng)時有兩個符合邏輯的選擇：協(xié)議層采用ATM，物理層采用PON。

經(jīng)過以21個全球主要電信運(yùn)營商為主的FSAN(全業(yè)務(wù)接入網(wǎng))集團(tuán)的不懈努力，1998年10月通過了全業(yè)務(wù)接入網(wǎng)采用的APON格式標(biāo)準(zhǔn)——ITU-T G.983.1；2000年4月批準(zhǔn)其控制通道規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)ITU-T G.983.2；2001年又發(fā)布了關(guān)于波長分配的標(biāo)準(zhǔn)：ITU-T G.983.3，利用波長分配增加業(yè)務(wù)能力的寬帶光接入系統(tǒng)。

PON即無源光網(wǎng)絡(luò)（無源的光接入網(wǎng)），其光配線網(wǎng)（ODN）上的器件全部由無源器件（光纖、無源光分路器、波分復(fù)用器等）組成，不包含任何有源節(jié)點(diǎn)。

在PON中采用ATM信元的形式來傳輸信息的，稱為ATM—PON或簡稱APON。這種模式建立的是一個點(diǎn)到多點(diǎn)的系統(tǒng)，不僅可以利用光纖的巨大帶寬提供寬帶服務(wù)，還可以利用ATM進(jìn)行高效的帶寬業(yè)務(wù)管理。

EPON和APON最主要的區(qū)別表現(xiàn)在幀結(jié)構(gòu)上(EPON和APON的幀結(jié)構(gòu)格式、幀周期長度及打包方式全都不一樣)，而它們的主要技術(shù)差別是：EPON的數(shù)據(jù)傳輸是以可變長度的分組進(jìn)行，最長1,518字節(jié)；而APON數(shù)據(jù)主要是以53字節(jié)固定長度的ATM信元方式傳輸。

APON支持者聲稱，他們的系統(tǒng)具有固定長度的幀結(jié)構(gòu)，因而能更快、更有效地同步；而基于IP的EPON方案，則從不知道數(shù)據(jù)包有多長，必須硬性切斷，并按較小的長度重新分組。這是因為，按互聯(lián)網(wǎng)規(guī)定的IP包最大長度為65,535字節(jié)，而EPON協(xié)議規(guī)定的分組包最長為1,518字節(jié)。

與此對應(yīng)，EPON支持者爭辯說，用APON運(yùn)載IP業(yè)務(wù)很難且效率低。APON的分組包必需按每48字節(jié)一小段切割，而且每段得加上5字節(jié)的字頭，所以這種處理方式既費(fèi)時、復(fù)雜、浪費(fèi)帶寬，又增加了額外的成本。

到了本世紀(jì)初，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展和其他通訊技術(shù)發(fā)展，APON也暴露了帶寬比較低的弱點(diǎn)；在APON技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展了BPON技術(shù)，帶寬從155 M提升到622 M。BPON在北美等很多地區(qū)得到了部署。BPON經(jīng)過發(fā)展，又形成了GPON技術(shù)。GPON可以支持2.5 G下行，1.25 G上行。底層封裝技術(shù)擴(kuò)展支持GEM（General Encapsulation Method）封裝，同時兼容支持ATM封裝。但從各個廠家實現(xiàn)來看，基本上拋棄了ATM封裝。

APON技術(shù)作為實際部署手段已經(jīng)完成了它的歷史使命，但作為PON技術(shù)的鼻祖，核心技術(shù)思路依然應(yīng)用在各種PON技術(shù)中。

ITU-T G.983

APON (異步傳輸模式PON，ATM Passive Optical Network). 這是第一種被動式光網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，它基于ATM，主要用于商業(yè)應(yīng)用。

BPON (寬帶PON，Broadband Passive Optical Network) 這是一個基于APON的標(biāo)準(zhǔn).這個標(biāo)準(zhǔn)增加了對WDM，動態(tài)和高速上聯(lián)帶寬分配，和耐久性的支持。BPON也創(chuàng)立了一個管理接口標(biāo)準(zhǔn)OMCI, 在OLT和ONU/ONT之間的授權(quán)混合供應(yīng)商網(wǎng)絡(luò)

IEEE 802.3ah

EPON or GEPON (以太網(wǎng)絡(luò)PON Ethernet Passive Optical Network) 這是一個為使用以太網(wǎng)絡(luò)包數(shù)據(jù)的IEEE/EFM標(biāo)準(zhǔn)。802.3ah標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)在是IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)的一部分. 現(xiàn)在大約有一千五百萬正在使用的EPON端口。2008年，中國大力發(fā)展EPON技術(shù)。據(jù)估算，截止至2008年底，中國總共有200萬個EPON安裝用戶。

ITU-T G.984

GPON (千兆PON，Gigabit Passive Optical Network) 這是BPON標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展。GPON支持更高的速率，增強(qiáng)的安全性和可選擇的第二層協(xié)議(ATM, GEM, Ethernet). 在2008年中旬，弗萊森電訊已經(jīng)安裝了80萬條線. 英國電信(British Telecom)和美國電話電報公司(AT&T )正在進(jìn)行高級試驗。其他一些公司如獨(dú)立光網(wǎng)絡(luò)有限公司(Independent fiber networks LTD)正和服務(wù)提供商如See the Light合作提供更高速的GPON連接和光纖到戶(FTTH-fiber to the home).

IEEE P802.3av

10G-EPON (10千兆以太網(wǎng)PON)是一個IEEE專門工程為了達(dá)到10Gbit/s的速率, 向下兼容802.3ah標(biāo)準(zhǔn)的EPON. 10GigEPON將會使用分隔波長給10G和1G下行。802.3av 將會繼續(xù)使用單獨(dú)波長TDMA隔離為在10G和1G間的上行. 10G-EPON也會被WDM-PON兼容(依據(jù)WDM-PON的定義). 這使得使用多波長在兩個方向之間變?yōu)榭赡?

SCTE IPS910

RFoG (RFoverGlass)是一個SCTE的接口實踐分委員會標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用于有波長計劃兼容數(shù)據(jù)PON解決方案的點(diǎn)對多點(diǎn)(P2MP)操作，例如EPON,GEPON or 10GigEPON. RFoG 提供了一個光纖到戶PON(FTTH PON)就像不一定要選擇或者部署PON的MSOs架構(gòu)

無源光網(wǎng)絡(luò)(PON)，是指在OLT和ONU之間是光分配網(wǎng)絡(luò)(ODN)，沒有任何有源電子設(shè)備，它包括基于ATM的無源光網(wǎng)絡(luò)APON及基于IP的PON。

APON的業(yè)務(wù)開發(fā)是分階段實施的，初期主要是VP專線業(yè)務(wù)。相對普通專線業(yè)務(wù)，APON提供的VP專線業(yè)務(wù)設(shè)備成本低，體積小，省電、系統(tǒng)可靠穩(wěn)定、性能價格比有一定優(yōu)勢。第二步實現(xiàn)一次群和二次群電路仿真業(yè)務(wù)，提供企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)的連接和企業(yè)電話及數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。第三步實現(xiàn)以太網(wǎng)接口，提供互聯(lián)網(wǎng)上網(wǎng)業(yè)務(wù)和VLAN業(yè)務(wù)。以后再逐步擴(kuò)展至其它業(yè)務(wù)，成為名副其實的全業(yè)務(wù)接入網(wǎng)系統(tǒng)。

APON采用基于信元的傳輸系統(tǒng)，允許接入網(wǎng)中的多個用戶共享整個帶寬。這種統(tǒng)計復(fù)用的方式，能更加有效地利用網(wǎng)絡(luò)資源。APON能否大量應(yīng)用的一個重要因素是價格問題。第一代的實際APON產(chǎn)品的業(yè)務(wù)供給能力有限，成本過高，其市場前景由于ATM在全球范圍內(nèi)的受挫而不確定，但其技術(shù)優(yōu)勢是明顯的。特別是綜合考慮運(yùn)行維護(hù)成本，在新建地區(qū)，高度競爭的地區(qū)或需要替代舊銅纜系統(tǒng)的地區(qū)，此時敷設(shè)PON系統(tǒng)，無論是FTTC，還是FTTB方式都是一種有遠(yuǎn)見的選擇。在未來幾年能否將性能價格比改進(jìn)到市場能夠接受的水平是APON技術(shù)生存和發(fā)展的關(guān)鍵。

IPPON的上層是IP，這種方式可更加充分地利用網(wǎng)絡(luò)資源，容易實現(xiàn)系統(tǒng)帶寬的動態(tài)分配，簡化中間層的復(fù)雜設(shè)備?；赑ON的OAN不需要在外部站中安裝昂貴的有源電子設(shè)備，因此使服務(wù)提供商可以高性價比地向企業(yè)用戶提供所需的帶寬。

無源光網(wǎng)絡(luò)(PON)是一種純介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)，避免了外部設(shè)備的電磁干擾和雷電影響，減少了線路和外部設(shè)備的故障率，提高了系統(tǒng)可靠性，同時節(jié)省了維護(hù)成本，是電信維護(hù)部門長期期待的技術(shù)。無源光接入網(wǎng)的優(yōu)勢具體體現(xiàn)在以下幾方面:

(1)無源光網(wǎng)體積小，設(shè)備簡單，安裝維護(hù)費(fèi)用低，投資相對也較小。

(2)無源光設(shè)備組網(wǎng)靈活，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可支持樹型、星型、總線型、混合型、冗余型等網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

(3)安裝方便，它有室內(nèi)型和室外型。其室外型可直接掛在墻上，或放置于"H"桿上，無須租用或建造機(jī)房。而有源系統(tǒng)需進(jìn)行光電、電光轉(zhuǎn)換，設(shè)備制造費(fèi)用高，要使用專門的場地和機(jī)房，遠(yuǎn)端供電問題不好解決，日常維護(hù)工作量大。

(4)無源光網(wǎng)絡(luò)適用于點(diǎn)對多點(diǎn)通信，僅利用無源分光器實現(xiàn)光功率的分配。

(5)無源光網(wǎng)絡(luò)是純介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)，徹底避免了電磁干擾和雷電影響，極適合在自然條件惡劣的地區(qū)使用。

(6)從技術(shù)發(fā)展角度看，無源光網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容比較簡單，不涉及設(shè)備改造，只需設(shè)備軟件升級，硬件設(shè)備一次購買，長期使用，為光纖入戶奠定了基礎(chǔ)，使用戶投資得到保證。

光纖接入網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，是指傳輸線路和節(jié)點(diǎn)的幾何排列圖形，它表示了網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)的相互位置與相互連接的布局情況。網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對網(wǎng)絡(luò)功能、造價及可靠性等具有重要影響。其三種基本的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是:總線形、環(huán)形和星形，由此又可派生出總線-星形、雙星形、雙環(huán)形、總線-總線形等多種組合應(yīng)用形式，各有特點(diǎn)、相互補(bǔ)充。

1.總線形結(jié)構(gòu)

總線形結(jié)構(gòu)是以光纖作為公共總線(母線)、各用戶終端通過某種耦合器與總線直接連接所構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)屬串聯(lián)型結(jié)構(gòu)，特點(diǎn)是:共享主干光纖，節(jié)省線路投資，增刪節(jié)點(diǎn)容易，彼此干擾較小;但缺點(diǎn)是損耗累積，用戶接收機(jī)的動態(tài)范圍要求較高;對主干光纖的依賴性太強(qiáng)。

2.環(huán)形結(jié)構(gòu)

環(huán)形結(jié)構(gòu)是指所有節(jié)點(diǎn)共用一條光纖鏈路，光纖鏈路首尾相接自成封閉回路的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的突出優(yōu)點(diǎn)是可實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)自愈，即無需外界干預(yù)，網(wǎng)絡(luò)即可在較短的時間里從失效故障中恢復(fù)所傳業(yè)務(wù)。

3.星形結(jié)構(gòu)

星形結(jié)構(gòu)是各用戶終端通過一個位于中央節(jié)點(diǎn)(設(shè)在端局內(nèi))具有控制和交換功能的星形耦合器進(jìn)行信息交換，這種結(jié)構(gòu)屬于并聯(lián)形結(jié)構(gòu)。它不存在損耗累積的問題，易于實現(xiàn)升級和擴(kuò)容，各用戶之間相對獨(dú)立，業(yè)務(wù)適應(yīng)性強(qiáng)。但缺點(diǎn)是所需光纖代價較高，對中央節(jié)點(diǎn)的可靠性要求極高。星形結(jié)構(gòu)又分為單星形結(jié)構(gòu)、有源雙星形結(jié)構(gòu)及無源雙星形結(jié)構(gòu)三種。

(1)單星形結(jié)構(gòu):該結(jié)構(gòu)是用光纖將位于電信交換局的OLT與用戶直接相連，基本上都是點(diǎn)對點(diǎn)的連接，與現(xiàn)有銅纜接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)相似。每戶都有單獨(dú)的一對線，直接連到電信局，因此單星型可與原有的銅現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)兼容;用戶之間互相獨(dú)立，保密性好;升級和擴(kuò)容容易，只要兩端的設(shè)備更換就可以開通新業(yè)務(wù)，適應(yīng)性強(qiáng)。缺點(diǎn)是成本太高，每戶都需要單獨(dú)的一對光纖或一根光纖(雙向波分復(fù)用)，要通向千家萬戶，就需要上千芯的光纜，難于處理，而且每戶都需要專用的光源檢測器，相當(dāng)復(fù)雜。

(2)有源雙星形結(jié)構(gòu):它在中心局與用戶之間增加了一個有源接點(diǎn)。中心局與有源接點(diǎn)共用光纖，利用時分復(fù)用(TDM)或頻分復(fù)用(FDM)傳送較大容量的信息，到有源接點(diǎn)再換成較小容量的信息流，傳到千家萬戶。其優(yōu)點(diǎn)是靈活性較強(qiáng)，中心局有源接點(diǎn)間共用光纖，光纜芯數(shù)較少，降低了費(fèi)用。缺點(diǎn)是有源接點(diǎn)部分復(fù)雜，成本高，維護(hù)不方便;另外，如要引入寬帶新業(yè)務(wù)，將系統(tǒng)升級，則需將所有光電設(shè)備都更換，或采用波分復(fù)用疊加的方案，這比較困難。

(3)無源雙星形結(jié)構(gòu):這種結(jié)構(gòu)保持了有源雙星形結(jié)構(gòu)光纖共享的優(yōu)點(diǎn)，將有源接點(diǎn)換成了無源分路器，維護(hù)方便，可靠性高，成本較低。由于采取了一系列措施，保密性也很好，是一種較好的接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

根據(jù)光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)的位置，光纖接入方式可分為如下幾種:

FTTB(光纖到大樓);FTTC(光纖到路邊);FTTZ(光纖到小區(qū));FTTH(光纖到用戶);FTTO(光纖到辦公室);FTTF(光纖到樓層);FTTP(光纖到電桿);FTTN(光纖到鄰里);FTTD(光纖到門);FTTR(光纖到遠(yuǎn)端單元)。

其中最主要的是FTTB(光纖到大樓)、FTTC(光纖到路邊)、FTTH(光纖到用戶)三種形式。FTTC主要是為住宅用戶提供服務(wù)的，光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)設(shè)置在路邊，即用戶住宅附近，從ONU出來的電信號再傳送到各個用戶，一般用同軸電纜傳送視頻業(yè)務(wù)，用雙絞線傳送電話業(yè)務(wù)。FTTB的ONU設(shè)置在大樓內(nèi)的配線箱處，主要用于綜合大樓、遠(yuǎn)程醫(yī)療、遠(yuǎn)程教育、及大型娛樂場所，為大中型企事業(yè)單位及商業(yè)用戶服務(wù)，提供高速數(shù)據(jù)、電子商務(wù)、可視圖文等寬帶業(yè)務(wù)。FTTH是將ONU放置在用戶住宅內(nèi)，為家庭用戶提供各種綜合寬帶業(yè)務(wù)，F(xiàn)TTH是光纖接入網(wǎng)的最終目標(biāo)，但是每一用戶都需一對光纖和專用的ONU，因而成本昂貴，實現(xiàn)起來非常困難。

與其他接入技術(shù)相比，光纖接入網(wǎng)具有如下優(yōu)點(diǎn):

(1)光纖接入網(wǎng)能滿足用戶對各種業(yè)務(wù)的需求。人們對通信業(yè)務(wù)的需求越來越高，除了打電話、看電視以外，還希望有高速計算機(jī)通信、家庭購物、家庭銀行、遠(yuǎn)程教學(xué)、視頻點(diǎn)播(VOD)以及高清晰度電視(HDTV)等。這些業(yè)務(wù)用銅線或雙絞線是比較難實現(xiàn)的。

(2)光纖可以克服銅線電纜無法克服的一些限制因素。光纖損耗低、頻帶寬，解除了銅線徑小的限制。此外，光纖不受電磁干擾，保證了信號傳輸質(zhì)量，用光纜代替銅纜，可以解決城市地下通信管道擁擠的問題。

(3)光纖接入網(wǎng)的性能不斷提高，價格不斷下降，而銅纜的價格在不斷上漲。

(4)光纖接入網(wǎng)提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，有完善的監(jiān)控和管理系統(tǒng)，能適應(yīng)將來寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)的需要，打破"瓶頸"，使信息高速公路暢通無阻。

當(dāng)然，與其它接入網(wǎng)技術(shù)相比，光纖接入網(wǎng)也存在一定的劣勢。最大的問題是成本還比較高。尤其是光節(jié)點(diǎn)離用戶越近，每個用戶分?jǐn)偟慕尤朐O(shè)備成本就越高。另外，與無線接入網(wǎng)相比，光纖接入網(wǎng)還需要管道資源。這也是很多新興運(yùn)營商看好光纖接入技術(shù)，但又不得不選擇無線接入技術(shù)的原因。

影響光纖接入網(wǎng)發(fā)展的主要原因不是技術(shù)，而是成本，到目前為止，光纖接入網(wǎng)的成本仍然太高。但是采用光纖接入網(wǎng)是光纖通信發(fā)展的必然趨勢，盡管各國發(fā)展光纖接入網(wǎng)的步驟各不相同，但光纖到戶是公認(rèn)的接入網(wǎng)的發(fā)展目標(biāo)。

PON技術(shù)發(fā)展歷程

·上世紀(jì)90年代初提出PON概念

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

·1996年ITU-T頒布G.982 (PON標(biāo)準(zhǔn)建議)

·1998年ITU-T 頒布G.983(APON標(biāo)準(zhǔn)建議)

·2000年12月成立IEEE 802.3ah工作組，制定EPON標(biāo)準(zhǔn)建議

·2003年3月ITU-T頒布G.984(GPON標(biāo)準(zhǔn)建議)

·上世紀(jì)90年代末APON開始商用

·2003年6月 美國三大運(yùn)營商開始APON招標(biāo)

·2003年8月日本NTT開始EPON招標(biāo)

·2005年中國電信開始測試并部署EPON試驗網(wǎng)

·2010年8月3日，中國電信和中國移動已與阿爾卡特朗訊簽署框架協(xié)議,正式使用其無源光網(wǎng)絡(luò)(PON)解決方案作為下一代寬帶網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù),并于年內(nèi)開始在上海、江蘇、山東等多個省市展開項目建設(shè),以改進(jìn)提升目前的寬帶網(wǎng)絡(luò)。