PON技術特性及其應用淺談

【摘要】 本文對PON技術做了簡單介紹，對比了EPON、GPON優點和缺點，并介紹了目前常見的三種應用方案，最后對PON系統發展趨勢做了探討。

【關鍵詞】 PON EPON GPON

目前應用于寬帶光纖接入網的技術主要有三種，它們分別是基于SDH的多業務傳送技術（MSTP）、多業務的無源光網絡技術（PON）和多業務點對點光端機（P2P或稱MC），前兩種技術在國內得到普遍應用，而PON技術作為理想的光纖化接入手段，被認為是實現FTTH的主要技術，具有非常大的發展潛力。

一、無源光網絡PON技術的特點

無源光網絡（PON）技術是一種點到多點的光纖接入技術，它由局側的OLT（光線路終端）、用戶側的ONU（光網絡單元）以及ODN（光分配網絡）組成。一般其下行采用TDM廣播方式、上行采用TDMA（時分多址接入）方式，而且可以靈活地組成樹型、星型、總線型等拓撲結構（典型結構為樹形結構）。所謂“無源”，是指ODN中不含有任何有源電子器件及電子電源，全部由光分路器（Splitter）等無源器件組成，因此其管理維護的成本較低。目前用于寬帶接入的無源光網絡PON技術主要有APON（ATM -PON）、EPON（Ethernet-PON）和GPON（Gigabit-PON）等幾種。

EPON是基于以太網的PON。用于接入網的以太網也稱“第1英里以太網”（EFM）。EFM的物理層既包括用于點到點（P2P）連接的光纖與銅線，也包括用于點到多點（P2MP）的EPON。為了便于網絡運行與故障修復，還包括了OAM機制。GPON又稱本色模式PON。這是因為GPON有兩大承諾：在PON上傳送多業務時保證高比特率和高效率，故GPON一開始就自下而上地重新考慮了PON的應用和要求，不再基于早先的APON標準，所以稱為本色模式PON。目前IEEE提出的EPON實現方案是：在與APON類似的結構和G.983的基礎上，設法保留APON的物理層PON，而以Ethernet技術代替ATM技術作為數據鏈路層協議，構成一個可以提供更大帶寬、更低成本和更強業務能力的新的結合體EPON。而ITU提出的GPON技術的主要目標是實現Gbit速率，并能支持多種業務，對所有業務最優化。

二、EPON和GPON產品比較

從技術角度看，GPON技術比較適合全業務運營和三網融合的應用類型。PON網絡具備一根光纖同時接入多個用戶的特征，從OLT到ONT之間的光纖分配網絡，包括饋線、配線和引入線及其相關的連接部件和無源設備部署成本最低。EPON和GPON作為光網絡接入的兩個主力成員，各有千秋，互有競爭，互有補充，互有借鑒，下面在各個方面對它們作個比較：對于速率而言，GPON優于EPON。分路比方面GPON提供多選擇性，但是成本上考慮優勢并不明顯。最大傳送距離而言兩者相同。

2.1 QOS 方面

EPON在MAC層Ethernet包頭增加了64字節的MPCP多點控制協議，MPCP通過消息、狀態機和定時器來控制訪問P2MP點到多點的拓撲結構，實現DBA動態帶寬分配。MPCP涉及的內容包括ONU發送時隙的分配、ONU的自動發現和加入、向高層報告擁塞情況以便動態分配帶寬。MPCP提供了對P2MP拓撲架構的基本支持，但是協議中并沒有對業務的優先級進行分類處理，所有的業務隨機的競爭著帶寬，GPON則擁有更加完善的DBA，具有優秀QoS服務能力。

GPON將業務帶寬分配方式分成4種類型，優先級從高到低分別是固定帶寬、保證帶寬、非保證帶寬和盡力而為帶寬。 DBA又定義了業務容器（traffic container，T-CONT）作為上行流量調度單位，每個T-CONT由Alloc-ID標識。每個T-CONT可包含一個或多個GEM Port-ID. T-CONT分為5種業務類型，不同類型的T-CONT具有不同的帶寬分配方式，可以滿足不同業務流對時延、抖動、丟包率等不同的QoS要求。T-CONT類型1的特點是固定帶寬固定時隙，對應固定帶寬分配，適合對時延敏感的業務，如話音業務；類型2的特點是固定帶寬但時隙不確定，對應保證帶寬分配，適合對抖動要求不高的固定帶寬業務，如視頻點播業務；類型3的特點是有最小帶寬保證又能夠動態共享富余帶寬，并有最大帶寬的約束，對應非保證帶寬分配，適合于有服務保證要求而又突發流量較大的業務，如下載業務；類型4的特點是盡力而為，無帶寬保證，適合于時延和抖動要求不高的業務，如WEB瀏覽業務；類型5是組合類型，在分配完保證和非保證帶寬后，額外的帶寬需求盡力而為進行分配。綜上所述，對于QOS而言，GPON優于EPON。

2.2 運營、維護 OAM

EPON 沒有對OAM進行過多的考慮，只是簡單的定義了對ONT遠端故障指示、環回和鏈路監測. 并且是可選支持。

GPON在物理層定義了PLOAM，高層定義了OMCI，在多個層面進行OAM管理. PLOAM用于實現數據加密、狀態檢測、誤碼監視等功能. OMCI信道協議用來管理高層定義的業務，包括ONU的功能參數集、T-CONT業務種類與數量、QoS參數，請求配置信息和性能統計，自動通知系統的運行事件，實現OLT對ONT的配置、故障診斷、性能和安全的管理。因此就運維而言， GPON優于EPON。

2.3 鏈路層封裝和多業務支持

EPON沿用了簡單的以太網數據格式，只是在以太網包頭增加了64字節的MPCP點到多點控制協議來實現EPON系統中的帶寬分配，帶寬輪訊，自動發現，測距等工作。對于數據業務以外的業務（如TDM同步業務）的支持沒有作過多研究，很多EPON廠家開發了一些非標準的產品來解決這個問題，但是都不理想， 很難滿足電信級的QoS要求。

GPON基于完全新的傳輸融合（TC）層，該子層能夠完成對高層多樣性業務的適配，定義了ATM封裝和GFP封裝（通用成幀協議），可以選擇二者之一進行業務封裝.鑒于目前ATM應用并不普及，于是一種只支持GFP封裝的GPON.lite設備應運而生，它把ATM從協議棧中去除以降低成本。GFP是一種通用的適用于多種業務的鏈路層規程， ITU定義為G.7041.GPON中對GFP作了少量的修改， 在GFP幀的頭部引入了Port ID，用于支持多端口復用；還引入了Frag分段指示以提高系統的有效帶寬.并且只支持面向變長數據的數據處理模式而不支持面向數據塊的數據透明處理模式。GPON具有強大的多業務承載能力。GPON的TC層本質上是同步的，使用了標準的8kHz（125μm）定長幀，這使GPON可以支持端到端的定時和其他準同步業務，特別是可以直接支持TDM業務，就是所謂的NativeTDM，GPON對TDM業務具備“天然”的支持。由此可見，對多業務的支持GPON的TC層要比EPON的MPCP強大。

三、P0N技術應用場景淺析

目前，寬帶用戶大致可以分為商業用戶、高端用戶、普通用戶，下面通過國內某電信運營商針對不同用戶群，采取的三種不同接入方的介紹，簡要分析PON技術應用場景。

應用場景一：商業用戶，基于EPON/GPON技術的F137B+DSLAM式。商業用戶主帶寬需求一般相對較高，業務需求以IP業務為主，輔以El語音專線或POTS業務，可以承受較高的資費，對系統的可用性和維護質量要求較高。通過EPON部署FTTB+DSLAM，在局端設置OLT設備、在樓宇內沒置ONU設備，雙絞線入戶，可以為客戶提供不同帶寬、不同業務類型（包括IP、E1、話音）的個性化服務。

應用場景二：高端用戶，基于GPON的FTTH。對于別墅區和高檔住宅小區，用戶對資費的承受能力較強，采用GPON直接實現FTTH，一步到位解決客戶對IP數據、視頻和話音的多種業務需求。光纖直接入戶，用戶接入設備ONU部署在戶或辦公室，OLT設置在局端，全程的接人均采用光纜。ONU將語音、數據業務傳送至局端OLT，OLT將語音、數據分別處理后，語音業務通過V5接口接人PSTN網，數據業務通過OLT接人IP網。

應用場景三：普通家庭用戶，基于EPON的FTTN+DSL。普通家庭客戶數量多，業務需求以IP為主，輔以P0 業務，帶寬需求一般，對成本和資費敏感。但隨著IPTV、視頻通信等高帶寬業務的陸續出現，將來的接人帶寬升級壓力較大。采用EPON+LAN（多FE端口的ONU）或EPON+DSL（內置DSLAM功能模塊）實現FTTB，在提供高帶寬的同時可大幅降低網絡建設成本，滿足普通家庭用戶對低資費高帶寬的要求。

通過以上三種解決方案不難看出，針對目前寬帶業務大發展剛剛起步的現狀，對于上網質量要求一般、資費敏感度高的普通個人用戶，采取低廉的EPON技術就可滿足用戶上網、低資費的需求；對于上網質量要求高、業務需求種類多、后續發展空間大的商業和高端用戶，采用價格較高的GPON技術一步到位。

參 考 文 獻

[1] 李姜. 接入網PON技術引入分析[J]. 信息通信技術. 2010（01）

[2] 蔣振根. PON網絡的規劃與設計[J]. 通信與信息技術. 2010（06）

[3] 胡濱. PON技術在寬帶IP城域網中的應用[J]. 信息通信. 2010（06）