關(guān)于光纖入戶中的“PON”你了解多少？

你可能不知道什么是“PON”（通常讀作“胖”），但你一定聽說過“光纖入戶”。

你可能不知道什么是“ONU”（通常讀作“哦嗯優(yōu)”），但是你打開家里的弱電箱，一定能看到一個(gè)接著光纖的“小盒子”。

這個(gè)“小盒子”就是ONU（Optical Network Unit，光網(wǎng)絡(luò)單元），俗稱“光貓”。

而今天的主角——“PON”（Passive Optical Network，無源光網(wǎng)絡(luò)），則是實(shí)現(xiàn)光纖入戶的關(guān)鍵，是網(wǎng)絡(luò)和用戶之間“最后一公里”的光纖傳輸技術(shù)。

什么是PON

每家每戶的光纖，背后連接著一個(gè)龐大的網(wǎng)絡(luò)，讓我們沿著光纖，追源溯流，一起探索一下吧。

連接光貓的光纖來自弱電井里的分光器，可以將一路光信號(hào)以一定的比例分成多路。而進(jìn)入分光器的光信號(hào)，則來自光線路終端OLT（Optical Line Terminal）。OLT、ONU以及兩者之間的“傳輸通道”O(jiān)DN（Optical Distribution Network，光分配網(wǎng)絡(luò)）構(gòu)成了PON網(wǎng)絡(luò)。其中：

OLT是運(yùn)營(yíng)商側(cè)設(shè)備，負(fù)責(zé)為用戶分配上層業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)。

ONU是用戶側(cè)設(shè)備，負(fù)責(zé)接收OLT發(fā)送的數(shù)據(jù)，并直接為用戶提供服務(wù)。

我們可以根據(jù)下圖簡(jiǎn)單了解一下PON網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)。

PON核心技術(shù)

如果將PON網(wǎng)絡(luò)看成一個(gè)公司，那么OLT相當(dāng)于總部，ONU相當(dāng)于各地辦事處，分光器相當(dāng)于驛站。我們先來看一下PON的三大核心技術(shù)——加密、測(cè)距和動(dòng)態(tài)帶寬分配。

加密

總部OLT需要向各地辦事處ONU傳遞大量消息，但是不同辦事處間的信息需要保密。此外，路上經(jīng)常會(huì)碰到間諜（流氓ONU）搞破壞。為了確保信息不泄露，OLT會(huì)定期與ONU協(xié)商不同的密鑰，保證信息安全。

測(cè)距在全國(guó)范圍內(nèi)劃分轄區(qū)，每個(gè)轄區(qū)內(nèi)有若干個(gè)辦事處，并且設(shè)有驛站（分光器）。各地辦事處ONU到驛站的道路不同，花費(fèi)的時(shí)間也不一樣，為了避免各辦事處的辦事員在驛站撞車，產(chǎn)生不必要的沖突，需要提前了解了這些路程。所以，總部OLT會(huì)在ONU第一次注冊(cè)時(shí)啟動(dòng)測(cè)距功能，計(jì)算出每個(gè)ONU的物理距離，并且根據(jù)ONU的物理距離指定合適的均衡延時(shí)參數(shù)。

動(dòng)態(tài)帶寬分配為了更好地管理和指導(dǎo)辦事處的工作，總部OLT需要及時(shí)收集辦事處ONU上報(bào)的信息，并且越多越好。也就是說，各地辦事處需要充足的時(shí)間匯報(bào)，同時(shí)還不能浪費(fèi)時(shí)間。但是各地辦事處ONU每次匯報(bào)的信息結(jié)合當(dāng)?shù)厍闆r時(shí)多時(shí)少，重要性也不一樣，所以總部OLT會(huì)根據(jù)各地的具體情況，動(dòng)態(tài)調(diào)整他們的匯報(bào)時(shí)間和匯報(bào)順序。

基于三大核心技術(shù)，PON在發(fā)展演進(jìn)的過程中，產(chǎn)生了EPON、GPON、10G-EPON和XG（S） PON等技術(shù)。

兩大家族

PON技術(shù)在演進(jìn)的過程中，分成了兩大家族——EPON（Ethernet PON）和GPON（Gigabit-capable PON），分別由兩個(gè)不同的組織ITU-T（國(guó)際電信聯(lián)盟電信標(biāo)準(zhǔn)分局）和IEEE（電氣和電子工程師協(xié)會(huì)）提出。

EPON和GPON的區(qū)別主要在數(shù)據(jù)鏈路層，即數(shù)據(jù)封裝成幀的方式不同。

EPON采用以太網(wǎng)封裝方式，適用于以太網(wǎng)業(yè)務(wù)。

GPON采用GEM（GPON Encapsulation Mode，GPON封裝模式）封裝方式，技術(shù)相對(duì)復(fù)雜，可以承載更多的業(yè)務(wù)種類，包括以太網(wǎng)業(yè)務(wù)、ATM（Asynchronous Transfer Mode，異步傳輸模式）業(yè)務(wù)和TDM（Time-division multiplexing，時(shí)分復(fù)用）業(yè)務(wù)。

GPON擁有比EPON更高的帶寬，覆蓋范圍更廣，但實(shí)現(xiàn)起來也更復(fù)雜，成本更高。

傳統(tǒng)的EPON和GPON技術(shù)能給用戶提供百兆級(jí)別的速率。然而，隨著4K/8K、AR/VR等大視頻、云化業(yè)務(wù)的風(fēng)起云涌，人們迫切需要更高級(jí)的PON技術(shù)。

EPON和GPON也開始技術(shù)升級(jí)，10G-EPON和XG（S） GPON逐漸取代EPON和GPON，開啟了千兆光纖時(shí)代。

EPON→10G-EPON

先從EPON家族說起。

10G-EPON完美繼承了EPON的工作機(jī)制：

OLT以廣播方式向ONU發(fā)送以太網(wǎng)數(shù)據(jù)，發(fā)起、控制測(cè)距過程，并記錄測(cè)距信息。為ONU分配帶寬，控制ONU發(fā)送數(shù)據(jù)的起始時(shí)間和窗口大小，通過OAM（Operation Administration and Maintenance，操作維護(hù)管理）協(xié)議對(duì)ONU進(jìn)行管理。

ONU選擇接收OLT發(fā)送的廣播數(shù)據(jù)，響應(yīng)OLT發(fā)出的測(cè)距命令，緩存用戶數(shù)據(jù)，在OLT分配的發(fā)送窗口中向上行方向發(fā)送數(shù)據(jù)。

10G-EPON最大限度沿用了EPON的協(xié)議，滿足用戶高帶寬需求，支持語音、視頻、以太網(wǎng)等多種業(yè)務(wù)，它的繼承性主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面。

擴(kuò)大EPON標(biāo)準(zhǔn)的上下行帶寬，速率達(dá)到10Gbps。10G-EPON支持非對(duì)稱和對(duì)稱兩種模式，對(duì)稱模式即上下行帶寬相同。實(shí)際使用時(shí)二選一，以適應(yīng)不同客戶的承載需求。

具有超強(qiáng)的兼容性，10G-EPON的ONU與EPON的ONU可以共存在一個(gè)光分配網(wǎng)絡(luò)中。

10G-EPON下行波長(zhǎng)獨(dú)立，采用廣播方式發(fā)送信息，ONU各取所需；上行波長(zhǎng)重合，采用TDMA（Time division multiple access，時(shí)分多址）方式，實(shí)現(xiàn)EPON ONU和10G EPON ONU共存，支持EPON向10G-EPON平滑演進(jìn)。 用一張表格簡(jiǎn)單對(duì)比EPON和10G-EPON。

GPON→XG（S）-GPON

再來看看GPON家族。

XG（S）-PON包括XG-PON和XGS-PON，是一對(duì)師兄弟。非對(duì)稱XG-PON，上下行支持2.5G/10G ，滿足以家庭寬帶為主的非對(duì)稱業(yè)務(wù)需求。對(duì)稱XGS-PON，上下行支持10G，滿足以政企、基站承載等對(duì)稱業(yè)務(wù)的承接需求。

對(duì)稱XGS-PON完全兼容非對(duì)稱XG-PON，在XGS-PON端口下可接入對(duì)稱終端XGS-PON ONU，也可接入非對(duì)稱終端XG-PON ONU。 XG（S）-PON繼承了GPON系統(tǒng)的工作機(jī)制：

OLT以廣播方式向ONU發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)起、控制測(cè)距過程并記錄測(cè)距信息。分配T-CONT（Transmission Container）上行帶寬，通過OMCI（ONU Management and Control Interface）協(xié)議對(duì)ONU進(jìn)行管理。

ONU選擇接收OLT發(fā)送的廣播數(shù)據(jù)，響應(yīng)OLT發(fā)出的測(cè)距命令。緩存用戶數(shù)據(jù)，在OLT分配的T-CONT中向上行方向發(fā)送數(shù)據(jù)。

但是，XG（S）-PON在對(duì)GPON的兼容性上做得并不好。

GPON家族當(dāng)初培養(yǎng)下一代時(shí)，重點(diǎn)考慮其承接能力、距離、安全等，對(duì)家族傳承未考慮周全。

XG（S）- PON上下行波長(zhǎng)與GPON的上下行波長(zhǎng)有差異，XG（S）- PON需要借助外置合波器WDM1r才能兼容GPON終端，滿足客戶升級(jí)需求。 用一張表格簡(jiǎn)單對(duì)比GPON、XG-PON和XGS-PON。

未完待續(xù)

相比EPON和GPON，10G-EPON和XG（S）-PON在傳輸帶寬、分光比、效率、安全等方面更能滿足客戶們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的需求。

不過，PON家族從EPON、GPON發(fā)展到10G-EPON和XG（S）-PON并沒有結(jié)束。NG-EPON和NG-PON2是什么？XG（S）-PON和GPON之間的兼容問題如何徹底解決？

編輯：jq