PON補充

pon無源光纖網絡的英文縮寫，與有源光接入技術相比，PON由于消除了局端與用戶端之間的有源設備，從而使得維護簡單、可靠性高、成本低，而且能節(jié)約光纖資源，是未來FTTH的主要解決方案。隨著PON成本的逐步降低，不但在FTTB/FTTC場合PON有了一定的應用市場，而且利用PON來實現FTTH在日本等發(fā)達國家也取得了很大的進展。目前PON技術主要有APON、EPON 和GPON等幾種，其主要差異在于采用了不同的二層技術。

APON是上世紀90年代中期就被ITU和全業(yè)務接入網論壇(FSAN)標準化的PON技術，FSAN在2001年底又將APON更名為BPON，APON的最高速率為622Mbps，二層采用的是ATM封裝和傳送技術，因此存在帶寬不足、技術復雜、價格高、承載IP業(yè)務效率低等問題，未能取得市場上的成功。

為更好適應IP業(yè)務，第一英里以太網聯(lián)盟(EFMA)在2001年初提出了在二層用以太網取代ATM的EPON技術，IEEE 802.3ah工作小組對其進行了標準化，EPON可以支持1.25Gbps對稱速率，將來速率還能升級到10Gbps。EPON產品得到了更大程度的商用，由于其將以太網技術與PON技術完美結合，因此成為了非常適合IP業(yè)務的寬帶接入技術。對于Gbit/s速率的EPON系統(tǒng)也常被稱為GE-PON。

在EFMA提出EPON概念的同時，FSAN又提出了GPON，FSAN與ITU已對其進行了標準化，其技術特色是在二層采用ITU-T定義的GFP(通用成幀規(guī)程)對Ethernet、TDM、ATM等多種業(yè)務進行封裝映射，能提供1.25和2.5Gb/s下行速率和所有標準的上行速率，并具有強大OAM功能。在高速率和支持多業(yè)務方面，GPON有明顯優(yōu)勢，但成本目前要高于EPON，產品的成熟性也遜于EPON。

1、PON設備的網絡規(guī)劃- OLT的部署。xPON建設初期，宜采用集中設置，在傳輸匯聚節(jié)點設置OLT節(jié)點覆蓋一定區(qū)域內的零散用戶。在xPON應用成熟期，宜采用分散設置的原則，將OLT設置在條件較好的有線接入或無線接入點機房，逐步向接入網接入和無線接入點相統(tǒng)一進行過渡，充分實現基礎資源的綜合利用。采用大容量的OLT設備，充分利用光接入的距離優(yōu)勢，減少局所，降低維護成本。

2、PON設備的網絡規(guī)劃-分光器的部署。分光器分光:目前PON可以采取兩級分光方式來保證部署的靈活和端口的充分利用;當用戶滲透率提高時，將二級分光調整為一級分光;就目前接入PON網絡宜采用一級分光，盡量不超過兩級分光。用戶規(guī)模較小時，分光器應集中設置;用戶規(guī)模較大時，分光器可適當分散設置，以便盡量靠近用戶。分光器布放位置:分光器可以根據工程的實際情況布放在交接箱、小區(qū)機房、樓道和弱電井等地方。

3、PON設備的網絡規(guī)劃- ONU的部署。建設PON網絡實現接入網/FTTB時，宜盡量選用內置語音模塊的設備實現綜合業(yè)務接入。ONU應根據FTTx網絡的應用模式、業(yè)務需求進行設置。對于接入網應用，應盡量將ONU設置在用戶家里，避免安裝在門口或樓道內。對普通公眾用戶，可將ONU設置在用戶終端智能盒內提供保護，或者放置于桌面(采用光纖信息插座)。對于FTTB應用，可選擇將ONU設置在大樓樓道或豎井內機柜、室外光交接箱等不同位置集中放置。ONU原則上采用本地供電方式，盡量不采用遠端供電方式。為保證斷電時語音業(yè)務的正常開展，可以根據提供電池模塊提供備用電源。

4、PON設備的網絡規(guī)劃-網管。集中建設廠家網管，開放北向接口，便于接入傳輸綜合網管。

補充:PON 在環(huán)境里面代表顆粒有機氮。

1) 相對成本低，維護簡單，容易擴展，易于升級。PON結構在傳輸途中不需電源，沒有電子部件，因此容易鋪設，基本不用維護，長期運營成本和管理成本的節(jié)省很大

2) 無源光網絡是純介質網絡，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。

3) PON系統(tǒng)對局端資源占用很少，系統(tǒng)初期投入低，擴展容易，投資回報率高

4) 提供非常高的帶寬。EPON目前可以提供上下行對稱的1.25Gb/s的帶寬，并且隨著以太技術的發(fā)展可以升級到10Gb/s。GPON則是高達2.5Gb/s的帶寬。

5) 服務范圍大。PON作為一種點到多點網絡，以一種扇形的結構來節(jié)省CO的資源，服務大量用戶。用戶共享局端設備和光纖的方式更是節(jié)省了用戶投資。

6) 帶寬分配靈活，服務質量(QoS)有保證。G/EPON系統(tǒng)對帶寬的分配和保證都有一套完整的體系?？梢詫崿F用戶級的SLA。

PON技術現狀

傳統(tǒng)的PON系統(tǒng)下行數據流采用廣播技術、上行數據流采用TDMA技術，以解決多用戶每個方向信號的復用問題。傳統(tǒng)PON技術采用WDM技術，在光纖上實現單纖雙向傳輸，解決2個方向信號的復用傳輸。PON一般由光線路終端(OLT)、分光器(ODU)、用戶終端(ONU)3個部分構成。目前在現網中廣泛應用的PON技術包括EPON和GPON 2種主流技術，EPON上下行帶寬均為1.25 Gbit/s，GPON下行帶寬為2.5 Gbit/s，上行帶寬為1.25 Gbit/s.

目前在實際的FTTx應用場景中，大多數EPON/GPON只配置了以太接口，可選配置POTS和2M接口。但從技術標準要求上，EPON/GPON均可實現IP業(yè)務和TDM業(yè)務等多業(yè)務接入，并可實現QoS分類。

EPON/GPON均可傳遞時鐘同步信號，可通過OLT的STM-1接口或GE接口，從外部線路中提取頻率同步信號，此時OLT需要支持同步以太網;也可以在OLT設備上從外部BITS輸入時鐘信號，作為該PON的公共時鐘源，ONU與該時鐘源保持頻率同步。

PON技術標準的發(fā)展

雖然10G EPON和PON尚未大規(guī)模商用，但10 Gbit/s以上速率的PON技術是近2年ITU-T和FSAN研究的重點和熱點。XG-PON1的相關技術標準已經趨于成熟，XG-PON1之后的NG-PON2標準 框架也已基本完成。向多波長擴展是近期技術研究的重點，FSAN已經明確TWDM-PON是未來NG-PON2的技術選擇，但在ITU-T SG15中規(guī)范多種技術的G.multi標準也已基本完成，這說明有關多波長擴展的多個技術流派之爭遠沒有結束。表1是ITU-T關于GPON、XG-PON1和NGPON2相關標準的制定和成熟情況。

從整個網絡的結構來看，由于光纖的大量鋪設，DWDM等新技術的應用使得主干網絡在幾年之內已經有了突破性的發(fā)展。同時由于以太網技術的進步，由其主導的局域網帶寬也從10M, 100M到1G甚至10G。而目前大家關注，最需要突破的地方就在于連接網絡主干和局域網以及家庭用戶之間的一段，這就是常說的"最后一公里"，這是個瓶頸。必須打破這個瓶頸，才可能迎來網絡世界的新天地。這就好象在一個國家的公路系統(tǒng)，干線和各地區(qū)干道都已經建成高等級的寬闊的公路，但通向家庭和商家的門口卻還是羊腸小道，這個公路網絡的效率無法有效地發(fā)揮。

APON經過多年的發(fā)展，仍沒有真正進入市場。主要原因是ATM協(xié)議復雜，相對于接入網市場來說設備還較昂貴。同時由于以太技術的高速發(fā)展，使得ATM技術完全退出了局域網。而千兆及10G標準的推出為以太技術走向主干打開了大門，因此如何把簡單經濟的以太技術與PON的傳輸結構結合起來，自2000年始引起技術界和網絡運營商的廣泛重視。同時，業(yè)界普遍認為ATM PON的很多缺點，例如缺乏視頻傳輸能力、帶寬有限、系統(tǒng)復雜以及價格昂貴等等，在EPON中將不會存在。

光接入網演進的首期目標是FTTB(Fiber To The Building)和FTTC(Fiber To The Curb)系統(tǒng)，然后再發(fā)展到FTTH(Fiber To The Home)，通過一個簡單的平臺為用戶提供包括數據、視頻和語音在內的全面服務。EPON可以提供比APON更高的帶寬和更全面的服務，成本卻很低，同時EPON的體系結構也符合G.983標準的大多數要求。

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絡標準，它基于ATM，主要用于商業(yè)應用。

BPON (寬帶PON，Broadband Passive Optical Network) 這是一個基于APON的標準.這個標準增加了對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準OMCI, 在OLT和ONU/ONT之間的授權混合供應商網絡

IEEE 802.3ah

EPON or GEPON (以太網絡PON Ethernet Passive Optical Network) 這是一個為使用以太網絡包數據的IEEE/EFM標準。802.3ah標準現在是IEEE 802.3標準的一部分. 現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。據估算，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標準的發(fā)展。GPON支持更高的速率，增強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 )正在進行高級試驗。其他一些公司如獨立光網絡有限公司(Independent fiber networks LTD)正和服務提供商如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PON)是一個IEEE專門工程為了達到10Gbit/s的速率, 向下兼容802.3ah標準的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準，應用于有波長計劃兼容數據PON解決方案的點對多點(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

PON的復雜性在于信號處理技術 。在下行方向上，交換機發(fā)出的信號是廣播式發(fā)給所有的用戶。在上行方向上，各ONU必須采用某種多址接入協(xié)議如時分多路訪問TDMA(Time Division Multiple Access)協(xié)議才能完成共享傳輸通道信息訪問。目前用于寬帶接入的PON技術主要有: EPON和GPON。

光纖是如此的"便宜又好用"，因此FTTx(Fiber To The X，光纖接入)作為新一代寬帶解決方案被廣泛應用，為用戶提供高帶寬、全業(yè)務的接入平臺。而FTTH(Fiber To The Home，光纖到戶，將光纖直接接至用戶家)更是被稱為是最理想的業(yè)務透明網絡，是接入網發(fā)展的最終方式。

而FTTx是如何實現的呢?在多種方案中，點到多點(P2MP)的光纖接入方式PON(Passive Optical Network，無源光纖網絡)是最佳選擇。PON是一種應用于接入網，局端設備(OLT)與多個用戶端設備(ONU/ONT)之間通過無源的光纜、光分/合路器等組成的光分配網(ODN)連接的網絡。如右圖所示。

ONU和ONT都屬于用戶端設備，它們的區(qū)別在于ONT直接位于用戶端，而ONU與用戶之間還有其它網絡，如以太網。

"無源"的關鍵是在OLT和ONU之間的ODN是沒有任何有源電子設備的光接入網，正因為此"無源"特性，使得PON這種純介質網絡可以避免外部設備的電磁干擾和雷電影響，減少線路和外部設備故障率，提高了系統(tǒng)可靠性，同時減少了維護成本。

PON技術是從20世紀90年開始發(fā)展，ITU(國際電信聯(lián)盟)從APON(155 M)開始，發(fā)展BPON(622 M)，以及到GPON(2.5 G);同時在本世紀出，由于以太網技術的廣泛應用， IEEE也在以太網技術上發(fā)展了EPON技術。目前用于寬帶接入的PON技術主要有EPON和GPON，兩者采用不同標準。未來的發(fā)展是更高帶寬，比如EPON/GPON技術上發(fā)展了10 G EPON/10 G GPON，帶寬得到更高的提升。

1.PON的基本結構

PON是一種采用點到多點(P2MP)結構的單纖雙向光接入網絡。PON系統(tǒng)由局端的光線路終端(OLT)、光分配網絡(ODN)和用戶側的光網絡單元(ONU)組成，為單纖雙向系統(tǒng)。在下行方向(OLT到ONU)，OLT發(fā)送的信號通過ODN到達各個ONU。在上行方向(ONU到OLT)，ONU發(fā)送的信號只會到達OLT，而不會到達其他ONU。為了避免數據沖突并提高網絡效率，上行方向采用TDMA多址接入方式，并對各ONU的數據發(fā)送進行管理。ODN在OLT和ONU間提供光通道。PON的參考結構如圖1.11所示。

OLT位于網絡側，放在中心局端，它可以是一個L2交換機或L3路由器，提供網絡集中和接入，能完成光/電轉換，帶寬分配和控制各信道的連接，并有實時監(jiān)控、管理及維護功能。ONU位于用戶側，實現各種電信號的處理與維護管理，提供用戶側接口。OLT與ONU之間通過無源光分路器連接，光分路器用于分發(fā)下行數據和集中上行數據。除了終端設備，PON系統(tǒng)中無需電器件，因此是無源的。

PON在單根光纖上采用下行1490nm/上行1310nm波長組合的波分復用技術(WDM)，上行方向是點到點方式，下行方向是廣播方式。圖1.12表示了PON的基本結構。

在下行方向，OLT將數據分組以廣播的方式傳輸給所有的ONU，每個分組攜帶一個具有傳輸到目的地ONU標識符的信頭。當數據分組到達ONU時，由ONU的MAC層進行地址解析，提取出屬于自己的數據分組，丟棄其他的數據分組。

上行方向使用時分復用技術(TDM)，多個ONU的上行信息組成一個TDM信息流傳送到OLT。

2.光線路終端(OLT)

光線路終端(OLT)的作用是提供業(yè)務網絡與ODN之間的光接口，提供各種手段來傳遞各種業(yè)務，OLT內部由核心層、業(yè)務層和公共層組成。業(yè)務層主要提供業(yè)務端口，支持多種業(yè)務;核心層提供交叉連接、復用、傳輸;公共層提供供電、維護管理功能。

OLT的存在可以降低上層業(yè)務網絡對接入側設備之間的具體接口、承載手段、組網形式、設備管理等的緊耦合，并可以提供統(tǒng)一的光接入網的管理接口。

OLT核心功能包括:匯聚分發(fā)功能、DN適配功能。

OLT業(yè)務接口功能包括:業(yè)務端口功能、業(yè)務接口適配功能、接口信令處理、業(yè)務接口保護。

OLT公共功能主要包括OAM功能和供電功能。

從OLT發(fā)出的光功率主要消耗在如下幾處。

l 分路器:分路的數量越多損耗越大。

l 光纖:距離越長，損耗越大。

l ONU:數量越多，需要的OLT發(fā)射功率越大。為了保證每一個到達ONU的功率都高于接收靈敏度且有一定的余量，在設計時要根據實際的數量和地理分布進行預算。

3.光分配網

光分配網(ODN)是OLT與ONU之間提供光傳輸手段，其主要功能是完成OLT與ONU之間的信息傳輸和分發(fā)作用，建立ONU與OLT之間的端到端的信息傳送通道。

ODN的配置通常為點到多點方式，即多個ONU通過一個ODN與一個OLT相連，這樣，多個ONU可以共享OLT到ODN之間的光傳輸媒質和OLT的光電設備。

(1)ODN的組成

組成ODN的主要無源器件有:單模光纖和光纜、連接器、無源光分路器(OBD)、無源光衰減器、光纖接頭。

(2)ODN的拓撲結構

ODN網絡的拓撲結構通常是點到多點的結構，可分為星形、樹狀形、總線型和環(huán)形等。

(3)主備保護的設置

ODN網絡的主備保護設置主要是對其傳輸的光信號設置有主備兩個光傳輸波道，當主信道發(fā)生故障時則可自動轉換到備用信道來傳輸光信號，包括光纖、OLT、ONU和傳輸光纖的主備保護設置。主備傳輸光纖可以處于同一光纜中，也可以處于不同的光纜中，更可以將主備光纜安裝設置在不同的管道中，這樣其保護性能更好。

(4)ODN的光傳輸特性

ODN的設計特性應能保證可以提供任何目前可以預見到的業(yè)務，而無需較大的改動，這一要求對各種無源器件的特性存在較大影響。可能直接影響ODN光特性的要求如下。

l 光波長透明性:各種光無源器件不應影響傳輸光信號的透明性，對設計的光網絡要求的光信號所占用的波段應當能全透明地傳送，這樣為將來的WDM系統(tǒng)應用提供了基礎。

l 可逆性:將ODN網絡的輸出端和輸入端互換時，其ODN網絡的傳輸特性不應發(fā)生明顯的變化，即其傳輸帶寬和光損耗特性的變化應微乎其微。這樣可以簡化網絡的設計。

l 全網性能的一致性:ODN網絡對于傳輸的光信號應保持一致性，即ODN網絡的傳輸特性應當與整個OFSAN乃至整個通信網保持一致，其傳輸帶寬和光損耗特性應適合于整個OFSAN的要求。

(5)ODN的性能參數

決定整個系統(tǒng)光通道損耗性能的參數主要有如下3項。

l ODN光通道損耗:即最小發(fā)送功率和最高接收靈敏度的差。

l 最大容許通道損耗:即最大發(fā)送功率和最高接收靈敏度的差。

l 最小容許通道損耗:即最小發(fā)送功率和最低接收靈敏度(過載點)的差。

(6)ODN的反射

ODN的反射取決于構成ODN的各種器件的回損以及光通道上的任意反射點。一般來講，所有離散反射必須優(yōu)于?35dB，光纖接入的最大離散反射則應優(yōu)于?50dB。

4.光網絡單元(ONU)

光網絡單元(ONU)位于ODN和用戶設備之間，提供用戶與ODN之間的光接口和與用戶側的電接口，實現各種電信號的處理與維護管理。ONU內部由核心層、業(yè)務層和公共層組成，業(yè)務層主要指用戶端口;核心層提供復用、光接口;公共層提供供電、維護管理。

5.PON的應用模式

PON的業(yè)務透明性較好，原則上可適用于任何制式和速率信號。與點到點的有源光網絡相比，PON技術的主要特點在于維護簡單、成本較低(節(jié)省光纖和光接口)、傳輸帶寬較高和高性能價格比。這些特點會使其在很長時間內保持競爭優(yōu)勢，PON一直被視為接入網未來的發(fā)展方向。

PON最適合的應用是:接入網絡靠近客戶的末端的部分;ONU服務的客戶不強調必須要冗余或迂回保護;OLT可以設立在生存性能好的節(jié)點處(例如有迂回保護的節(jié)點)，用戶地理位置相對集中的地方。PON主要有3種應用模式。

(1)替代現有的二層匯聚網絡:PON可以替代現有的二層交換機和光纖收發(fā)器，將LAN的接入網引至IP城域網，如圖1.13所示。

(2)替代相關段落的接入光纜:PON系統(tǒng)可以替代現有的部分光纜和光交換設備，從而節(jié)省相關段落的接入光纜，如圖1.14所示。

(3)多業(yè)務接入方式(實現FTTH):PON系統(tǒng)可以提供滿足不同QoS要求的多業(yè)務、多速率接入，能適應用戶的多樣性和業(yè)務發(fā)展的不確定性的要求，如圖1.15所示。

為了提高網絡可靠性和生存性，可在PON系統(tǒng)中采用光纖保護倒換機制。光纖保護倒換機制可按兩種方式進行:①自動倒換，由故障發(fā)現觸發(fā);②強制倒換，由管理事件觸發(fā)。

光纖保護主要的有三種類型:主干光纖冗余保護、OLT PON口冗余保護、全保護，如圖1.16所示。

主干光纖冗余保護(圖1.16(a)):采用單個PON端口，在OLT PON口處內置1′2光開關;采用2∶N光分路器，由OLT檢測線路狀態(tài)，倒換由OLT完成，對ONU無特殊要求。

OLT PON口冗余保護(圖1.16(b)):備用的PON端口處于冷備用狀態(tài)，采用2∶N光分路器;由OLT檢測線路狀態(tài)，倒換由OLT完成，對ONU無特殊要求。

全保護(圖1.16(c)):主、備用的PON端口均處于工作狀態(tài);采用2個2∶N光分路器;在ONU PON口前內置光開關，由ONU檢測線路狀態(tài)并決定主用線路，倒換由ONU完成。

PON系統(tǒng)保護倒換機制可以支持被保護業(yè)務的自動返回或人工返回。對于自動返回方式，在消除造成倒換的故障后，經過一定的返回等待時間，被保護業(yè)務應自動返回到原來的工作路由，返回等待時間可以設置。

PON技術發(fā)展歷程

·上世紀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標準建議)

·1998年ITU-T 頒布G.983(APON標準建議)

·2000年12月成立IEEE 802.3ah工作組，制定EPON標準建議

·2003年3月ITU-T頒布G.984(GPON標準建議)

·上世紀90年代末APON開始商用

·2003年6月 美國三大運營商開始APON招標

·2003年8月日本NTT開始EPON招標

·2005年中國電信開始測試并部署EPON試驗網

·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絡(PON)解決方案作為下一代寬帶網的關鍵技術,并于年內開始在上海、江蘇、山東等多個省市展開項目建設,以改進提升目前的寬帶網絡。