淺談PON技術與標準的最新發展

陳亦新 章學成

摘要：PON（無源光網絡）是指（光配線網中）不含有任何電子器件及電子電源，ODN全部由光分路器（Splitter）等無源器件組成。通過這一技術提供的帶寬可以滿足現在和未來各種寬帶業務的需要，無論在設備成本還是運維管理開銷方面，其費用都相對較低，本文通過對PON基本結構，PON技術種類的描述，闡述了無源光網絡（PON）的原理以及應用場景，最后，總結了PON技術的發展趨勢，PON將成為城域網接入層未來發展的方向。

關鍵詞：PON;通信;網絡

一、PON的基本結構

PON網絡是利用點對多點（P2MP）技術結構的單光纖雙向光接入網絡。 PON系統由用戶側的光分布網（ODN），局端的光線路終端（OLT）和光網絡單元（ONU）組成。 下行方向上（OLT到ONU），OLT發送的光信號通過ODN達到每個ONU，而在上行方向（從ONU到OLT），ONU發送的光信號通過ODN繼續發送給OLT，而不會發送給其他ONU[1]。PON網絡的結構圖如圖1所示。

（一）光線路終端（OLT）

光線路終端（OLT）的作用是在寬帶接入BRAS或SR服務和ONU之間提供光路匯聚，并在這段網絡中傳輸各種服務數據。OLT由公共層，核心層和服務層和組成。公共層主要為設備提供電源和維護管理等功能。服務層主要為設備提供服務端口以及支持多種服務而核心層則為設備提供交叉連接，復用和傳輸功能;

（二）光分配網

光分配網絡（ODN）提供ONU和OLT之間的數據傳輸。它的主要功能是給OLT和ONU之間提供信息傳輸服務，并在OLT和ONU之間建立端到端的信息傳輸通道。

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。

（三）光網絡單元（ONU）

光網絡單元（ONU）是位于ODN和用戶之間的設備，為用戶提供電接口并且在ODN和用戶之間提供數據傳輸，實現光電信號的轉換與數據管理。ONU內部由核心層、業務層和公共層組成，公共層主要為設備提供電源和維護管理等功能。服務層主要為設備提供服務端口以及支持多種服務而核心層則為設備提供復用和傳輸功能;

二、PON技術種類

（一）EPON

EPON技術是基于以太網技術的寬帶接入技術平臺。它使用PON的網絡結構來完成網絡的接入。它在數據鏈路層的關鍵技術主要包括：ONU的即插即用問題，上行通道的多路訪問控制協議（MPCP），協議兼容性問題以及OLT的測距和延遲補償協議。

EPON融合了PON和以太數據產品的優點，形成了許多獨有的優勢。EPON系統能夠提供高達1Gbit/s的上下行帶寬，可以滿足未來相當長時期內的用戶需要。EPON采用復用技術，支持更多的用戶，每個用戶可以享受到更大的帶寬。EPON系統不采用昂貴的ATM設備和SONET設備，能與現有的以太網相兼容，大大簡化了系統結構，成本低，易于升級。由于無源光器件有很長的壽命，戶外線路的維護費用大為減少。與此同時，標準的以太網接口可以利用現有的價格低廉的以太網設備，也節約了成本。PON結構本身決定了網絡的可升級性比較強，只要更換終端設備，就可以使網絡升級到10Gbit/s或者更高速率。EPON不僅能綜合現有的有線電視、數據和語音業務，還能兼容未來業務如數字電視、VoIP、電視會議和VOD等，實現綜合業務接入。

（二）GPON

GPON為千兆無源光網絡或稱為吉比特無源光網絡，GPON技術是基于ITU-TG.984.x標準的最新一代寬帶無源光綜合接入標準，具有高帶寬、高效率、大覆蓋范圍、用戶接口豐富等眾多優點，被大多數運營商視為實現接入網業務寬帶化，綜合化改造的理想技術。[2]

相對于EPON而言，GPON和EPON的主要區別在于采用完全不同的標準。在應用上，GPON比EPON帶寬更大，它的業務承載更高效、分光能力更強，可以傳輸更大帶寬業務，實現更多用戶接入，更注重多業務和QoS保證，但實現更復雜，這樣就是導致其成本相對EPON也較高，但隨著GPON技術的大規模部署，GPON和EPON成本差異在逐步縮小。

三、PON技術的發展趨勢

10GPON在系統結構上仍然延續GPON的典型形拓撲結構，它由支持10G速率的光線路終端（OLT）、光網絡單元（ONU）和光分配網絡（ODN）組成。在上行方向，采用TDMA方式，使多個ONU共享干線信道容量和信道資源上行數據的傳輸都由OLT統一控制。各ONU由10GPON的拓撲結構按照OLT所分配的時隙傳輸用戶數據。不同的ONU所用的時隙不同。所以各ONU所產生的上行數據不會發生沖突。在下行方向，OLT以廣播方式將由數據包組成的幀經由無源光分支器發送到各個ONU。[3]每個ONU收到全部的數據流.然后根據ONU的媒體訪問控制地址取出特定的數據包。

10GPON作為下一代PON技術。既能滿足不斷出現的高帶寬網絡應用業務的需求，又能以較少的成本實現10Gb/s帶寬的接入。是下一代接入網技術的發展趨勢。本文研究了10GPON的關鍵技術，提出了一新的上下行對稱10GPON與GPON混合系統的實現方案。它利用現有光器件在原來基礎上進行溫和升級就得到10Gb/s的上行速率。還兼容現有的GPON系統，實現平滑演進，因此具有成本優勢和實用性。為10GPON最終成為接入網提供了參考。一方面.隨著GPON在世界市場占有率超過EPON，希望下一代PON技術能夠兼容已部署的GPON：另一方面，隨著用戶寬帶業務的不斷增加，相信10GPON將成為下一代PON技術的主流。

參考文獻：

[1]論I-PON技術方案與有線電視網絡發展機遇[J]. 全國昱.? 廣播電視網絡. 2020（01）

[2]10G萬兆I-PON與2.5G GPON兩種FTTH光纖網絡架構的性能與成本分析[J]. 李力.? 有線電視技術. 2017（08）

[3]利用萬兆I-PON技術承載OTT TV互聯網電視業務[J]. 張立杰，張學軍，歐陽捷，張黎明，張海峰，李力，秦幸堅.? 廣播電視信息. 2018（10）