PON技術(shù)原理和組成結(jié)構(gòu)

1. PON簡介

隨著以太網(wǎng)技術(shù)在城域網(wǎng)中的普及以及寬帶接入技術(shù)的發(fā)展，人們提出了速率高達1Gbit/s 以上的寬帶PON技術(shù)，主要包括EPON和GPON技術(shù),“E”是指 Ethernet，“G”是指吉比特級。

1987年英國電信公司的研究人員最早提出了 PON 的概念。1995 年，全業(yè)務網(wǎng)絡 聯(lián)盟 FSAN(Full Service Access Network)成立，旨在共同定義一個通用的 PON 標 準。1998 年，國際電信聯(lián)盟 ITU-T 工作組，以 155Mbps 的 ATM 技術(shù)為基礎(chǔ)，發(fā) 布了 G.983 系列 APON(ATM PON)標準。這種標準目前在北美、日本和歐洲應用 較多，在這些地區(qū)都有 APON 產(chǎn)品的實際應用。但在中國，ATM 本身的推廣并不 順利，所以 APON 在我國幾乎沒有什么應用。

2000年底，一些設備制造商成立了第一英里以太網(wǎng)聯(lián)盟(EFMA)，提出基于以太網(wǎng)的PON概念——EPON(Ethernet Passive Optical Network)。EFMA 還促成電氣電 子工程師協(xié)會(IEEE)在 2001 年成立第一英里以太網(wǎng)(EFM)小組，開始正式研究包 括 1.25Gbit/s 的 EPON 在內(nèi)的 EFM 相關(guān)標準。EPON 標準 IEEE 802.3ah 在 2004 年 6 月正式頒布。

2001年底，F(xiàn)SAN 更新網(wǎng)頁把 APON 更名為 BPON(Broadband PON)。實際上，在2001 年 1 月左右 EFMA 提出 EPON 概念的同時，F(xiàn)SAN 也已經(jīng)開始了帶寬在 1Gbps 以上的 PON，也就是Gigabit PON標準的研究。FSAN/ITU 推出 GPON 技術(shù)的最大原因是由于網(wǎng)絡 IP 化進程加速和 ATM 技術(shù)的逐步萎縮導致之前基于 ATM 技術(shù)的 APON/BPON 技術(shù)在商用化和實用化方面嚴重受阻，迫切需要一種高傳輸速率、適宜 IP 業(yè)務承載同時具有綜合業(yè)務接入能力的光接入技術(shù)出現(xiàn)。在這樣的背景下，F(xiàn)SAN/ITU 以 APON 標準為基本框架，重新設計了新的物理層傳輸速率和TC層，推出了新的 GPON技術(shù)和標準。2003 年 3 月 ITU-T 頒布了描述 GPON 總 體特性的 G.984.1 和 ODN 物理媒質(zhì)相關(guān)(PMD)子層的 G.984.2GPON 標準，2004 年 3 月和 6 月發(fā)布了規(guī)范傳輸匯聚(TC)層的 G.984.3 和運行管理通信接口的 G.984.4 標準。

2. PON組成

PON，Passive Optical Network，無源光網(wǎng)絡。如圖1，PON 由光線路終端（OLT）、光合／分路器（Spliter）和光網(wǎng)絡單元（ONU）組成，采用樹形拓撲結(jié)構(gòu)。OLT 放置在中心局端，分配和控制信道的連接，并有實時監(jiān)控、管理及維護功能。ONU 放置在用戶側(cè)，OLT 與 ONU 之間通過無源光合／分路器連接。

所謂無源，是指在 OLT(光線路終端)和 ONU(光網(wǎng)絡單元)之間的 ODN (光分配網(wǎng)絡)沒有任何有源電子設備。

圖 1. PON組成結(jié)構(gòu)

PON 使用波分復用（WDM）技術(shù)，同時處理雙向信號傳輸，上、下行信號分別用不同的波長，但在同一根光纖中傳送。OLT 到 ONU/ONT 的方向為下行方向， 反之為上行方向。下/下行方向分別采用 1490/1310nm。如圖2.所示。

圖 2. PON單纖雙向傳輸原理圖

3. PON拓撲結(jié)構(gòu)

PON 系統(tǒng)的組網(wǎng)方式如圖 3。有樹型拓撲、環(huán)型拓撲、總線型拓撲、樹型干冗余拓撲等4種，其中最常見的是樹形拓撲。

圖3. PON網(wǎng)路拓撲圖

4. PON優(yōu)勢

相對成本低，維護簡單，容易擴展，易于升級。PON 結(jié)構(gòu)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)省大。

無源光網(wǎng)絡是純介質(zhì)網(wǎng)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。

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。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(shù)的發(fā)展可以升級到 10Gb/s。GPON 則是高達 2.5Gb/s 的帶寬。

服務范圍大。PON 作為一種點到多點網(wǎng)絡，以一種扇出的結(jié)構(gòu)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。

帶寬分配靈活，服務有保證。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(xiàn)用戶級的 SLA。

5. EPON上下行工作原理

如圖 4，下行采用純廣播的方式：

OLT 為已注冊的 ONU 分配 標示號；

由各個 ONU 監(jiān)測到達幀的標示號，以決定是否接收該幀；

如果該幀所含的標示號和自己的標示號相同，則接收該幀；反之則丟棄。

圖4. EPON 下行工作原理

如圖 5，上行采用時分多址接入（TDMA）技術(shù)：

OLT 接收數(shù)據(jù)前比較標示號注冊列表；

每個 ONU 在由局方設備統(tǒng)一分配的時隙中發(fā)送數(shù)據(jù)幀；

分配的時隙補償了各個 ONU 距離的差距，避免了各個 ONU 之間的碰撞。

圖5. EPON上行工作原理

6. 應用示例 ：光纖到樓

FTTB+LAN(簡稱FTTB)：即Fiber to The Building（光纖到樓），是一種基于優(yōu)化光纖網(wǎng)絡技術(shù)的寬帶接入方式，我們稱為FTTB+LAN的寬帶接入網(wǎng)（簡稱FTTB）。它是利用數(shù)字寬帶技術(shù)，光纖直接到小區(qū)里，再通過雙絞線（超五類雙絞線或4對非屏蔽雙絞線）到各個用戶。FTTB提供最高上下行速率是10Mbps（獨享）,這是一種最合理、最實用、最經(jīng)濟有效的寬帶接入方法。傳統(tǒng)的“FTTB＋LAN”的模式基本上是基于點到點有源以太網(wǎng)光纖，這種模式光纖需求量大，光纖利用率低，組網(wǎng)不靈活，中間有過多的有源設備，而采用PON部署“FTTB+LAN”,不僅節(jié)約光纜資源，組網(wǎng)靈活，還為用戶提供語音接入業(yè)務。

1）傳統(tǒng)的以太網(wǎng)交換機接入模式：

圖6. 以太網(wǎng)交換機接入模式

FTTB+LAN傳統(tǒng)的以太網(wǎng)交換機接入模式，是采用點對點的接入模式，即從匯接局到每個小區(qū)需要獨立纖芯，同時小區(qū)內(nèi)安裝園區(qū)匯聚交換機，各樓道交換機通過小區(qū)光纜上聯(lián)至園區(qū)匯聚交換機。

2）PON網(wǎng)絡接入模式：

圖7. PON網(wǎng)絡接入模式

FTTB+LAN PON網(wǎng)絡接入模式，是采用一點對多點的接入模式，即多個小區(qū)至匯接局可共享1芯主干纖芯（接入到匯接局OLT設備同一PON口下）。在小區(qū)就近接入點（或就近光交接箱）安裝分光器，并通過小區(qū)光纜將各樓道的ONU設備接入網(wǎng)絡。

3） 兩種接入模式的比較：

傳統(tǒng)的以太網(wǎng)交換機接入模式需要在小區(qū)設置園區(qū)匯聚交換機，成本投資高，而采用PON網(wǎng)絡接入，只需在小區(qū)接入安裝分光器（分光比以接入的ONU數(shù)量而定），相比交換機接入模式成本投資低。

傳統(tǒng)的以太網(wǎng)交換機接入模式的樓道交換機很多情況是通過光電轉(zhuǎn)換器接入園區(qū)匯聚交換機，增加了故障點及維護成本。而采用PON網(wǎng)絡接入模式，各樓道安裝的是ONU，ONU設備直接可以接入光纖，增強了網(wǎng)絡安全和穩(wěn)定性。

傳統(tǒng)的以太網(wǎng)交換機接入模式只能為終端用戶提供寬帶上網(wǎng)業(yè)務，而采用PON網(wǎng)絡接入模式，不僅可以為終端用戶提供寬帶上網(wǎng)業(yè)務，而且還可以提供語音、IPTV等多種業(yè)務。

因此，采用PON網(wǎng)絡實現(xiàn)FTTB+LAN具有很大的優(yōu)勢。