PON的简史

大家好，我是小枣君。

之前有不少同学问EPON、GPON、10G PON、XG-PON、NG-PON2到底是什么关系。今天通过这篇文章，我详细给大家介绍一下。

EPON和GPON

故事要从PON的起源开始说起。

上世纪80年代，计算机和多媒体技术崛起，越来越多的人开始拥有电脑，也开始接触网络（局域网或互联网）。于是，数据通信业务开始兴起，上网需求出现。

早期的时候，运营商能提供的上网服务，基本上都是通过电话线、双绞线（网线）、同轴电缆这样的铜制线缆。技术包括ADSL（非对称数字用户线路）和

ISDN专线 （综合业务数字网）等。

ADSL Modem

这些方式要么速率很慢，要么成本很高，并不能满足用户的需求。

于是，光纤作为一种新型通信介质，开始进入了人们的视野。

光纤维

自从1966年华裔科学家高锟先生通过一篇论文奠定了光纤通信理论基础之后，这项技术便进入了高速发展的阶段。光纤制造工艺不断成熟，产业链也日益成型。

到了80年代末，为了将光纤应用于宽带接入业务，陆续有厂商推出了自己的窄带PON技术。当时，这种技术速率很低，不超过2Mbps。而且，因为厂商们各自为战，所以一直没有形成统一的规范和标准。

1995年，包括BELLSOUTH、BT、France Telecom在内的7家网络运营商共同发起成立了全业务接入网联盟（FSAN） ，希望能提出一种统一的光接入网设备标准。

不久之后，1997年，根据FSAN的建议，ITU-T（国际电信联盟电信标准分局） 推出了APON技术体系，也就是G.983.1标准。

APON ，就是ATM PON。ATM可不是自动取款机，它是异步传输模式（Asynchronous Transfer Mode）的缩写。ATM的本质，就是一种传输协议。老一辈通信人肯定对ATM很熟悉，它曾经是IP协议的竞争对手，一度非常流行。

到了2001年，FSAN和ITU-T对APON规范进行了升级修订，顺便改了个名，叫做BPON（Broadband PON，宽带无源光网络） 。之所以改名，主要是他们不希望APON被人误解为只能提供ATM业务。

为了进一步提升PON的速率标准，2002年，FSAN启动了一项新的工作，对1Gbps以上的PON网络进行标准化。

2003年3月，在FSAN的建议基础上，ITU-T颁布G.984标准，也就是GPON（Gigabit-capable PON，千兆比特无源光网络） 。

就在FSAN和ITU-T干得热火朝天的同时，另一家标准化组织也没闲着，也开始捣鼓PON技术。它就是同样大名鼎鼎的IEEE（电气和电子工程师协会）。

IEEE是以太网（Ethernet）标准的制定者和大靠山。

IEEE在1998年发布了吉比特（Gigabit）以太网标准之后，就寻思着搞一个基于以太网的PON标准。

2000年，IEEE成立了EFM工作组，正式启动相关标准化工作。EFM工作组的全名很有趣，叫做第一英里以太网工作组（Ethernet for the First Mile） ，归属于制定以太网标准的IEEE 802.3组。

2004年4月，EFM工作组大功告成，正式推出了IEEE 802.3ah标准，也就是EPON（Ethernet PON，基于Ethernet以太网的PON） 。

随着时间推移，ATM在与IP的竞争中逐渐失势没落。APON（BPON）也因为成本、效率等原因被运营商们抛弃，退出了历史舞台。所以，APON（BPON）我就不多介绍了，大家也不需要了解太多。

我们重点看看当时已经成为行业主流的EPON和GPON。

EPON和GPON，是不同标准组织推出的不同技术体系。两者之间并没有升级演进或替代的关系，可以算是平行发展。

EPON和GPON，关键区别在二层（也就是数据链路层）。

EPON，在二层就是用以太网取代ATM。GPON呢，在二层采用的是全新定义的一种封装结构GEM（GPON Encapsulation Mode，GPON封装模式），对Ethernet、TDM、ATM等多种业务进行封装映射。

我们通过下面这张表格进行简单的对比：

总之，EPON和GPON各有优劣。简单来说，GPON带宽更大，带的用户更多，效率更高，但实现起来也更复杂，所以成本也更高。

从国内的市场份额来看，EPON当时在中国电信被普遍采用，而GPON更受中国联通和中国移动的欢迎。

10G-EPON和XGS-PON

EPON和GPON，都是1Gbps这个级别的PON。注意，这个1Gbps，并不是用户侧的速率。EPON和GPON只能给用户提供100Mbps的速率。

很显然，随着时代的发展，这个速率无法满足家庭和企业用户的需求。于是，PON开始向10Gbps级别的演进。

2006年，IEEE开始立项制定10Gbit/s速率的EPON系统标准，也就是后来的IEEE 802.3av，10G-EPON 。

在该标准中，10G EPON分为2个类型：一是非对称方式，即下行速率为10 Gbps，上行速率为1 Gbps；另一个是对称方式，即上下行速率均为10 Gbps。

ITU-T的GPON那边呢，也在演进。

2008年，ITU启动了下一代GPON标准的研究。2010年，XG-PON 标准诞生，也就是ITU-T G.987系列。

最开始的时候，XG-PON也有两种方式，一种是非对称方式XG-PON1，下行速率为10 Gbps，上行速率为2.5 Gbps；另一种是对称方式XG-PON2，上下行速率均为10 Gbps。

后来，2013年左右，因为XG-PON2这个对称方案难以实现，所以被建议取消。XG-PON1直接改名成为XG-PON。

再后来，2015年，对称方案又重启，采用了新名字，叫做XGS-PON （S代表symmetric，对称）。

2017年，ITU正式通过了G.9807 XGS-PON国际标准。

通过下面这个图，应该看得更明白：

值得一提的还有一个Combo-PON ，运营商也有集采过。

Combo-PON是通过三合一光模块，在内部集成了GPON光模块、10G PON光模块和WDM1r合波器。这样一来，不论用户侧接GPON ONT还是10G PON ONT，都可以正常工作，有利于升级过渡。

Combo-PON方案（图片来自中兴官网）

2010年之后，视频、游戏等互联网应用飞速发展，用户对网络带宽有强烈的需求。这进一步刺激了10G PON的产业链成熟。

2013年开始，国内运营商就对10G PON进行了规模集采和批量部署。最近几年，随着“千兆宽带”的推广和普及，10G PON的集采达到了巅峰。

针对10G PON，国内运营商的升级策略也有一些不同。主要是中国电信。电信因为此前EPON存量较大，所以升级替换不可避免地还是采用了10G EPON的方案，不过新建的基本上已经改用GPON。

从技术的角度来说，10G PON的升级替换其实也很方便，基本上可以在现有硬件架构的基础上直接升级。

OLT、ODN、ONU三大部分中，ODN（光分配网）几乎是完全不变的，反正也是无源的，就是一个管道，估计用几十年都没问题。局端设备OLT的话，原有GPON/EPON平台可以不变，只需要升级更换大容量的接口板就行。用户端ONU更换比较简单，根据用户需求（换宽带套餐的时候），逐步淘汰替换即可。

总而言之，10G PON的升级改造没有太大难度，然而用户体验提升明显，可以让用户多掏钱，岂不美哉？这也是目前运营商大力推广的原因之一。

PON的未来

对于标准组织来说，10G PON并不是PON技术的终点，25G/50G/100G PON早已经被提上了议事日程。

先看看FSAN和ITU-T这边。

XG-PON标准制定完成之后，FSAN就启动了NG-PON2的标准研究（NG-PON1就是前面的10G PON，包括10G GPON和10G EPON）。NG-PON2的关键需求主要为40G下行和40G/10G上行，实现20km传输距离和1:64分光。

当时，NG-PON2的主流备选技术方案包括高速TDMA-PON、TWDM PON、OFDM-PON和WDM-PON。经过分析和对比，2012年4月，FSAN确定采用TWDM PON 技术作为NG-PON2的实现方案，并启动制定G.989.x系列标准，最终于2015年完成。

TWDM PON采用4/8波长叠加方式，单波长10G TDM。

NG-PON2系统架构

再来看看IEEE方面。

2013年，IEEE开始启动NG-EPON 研究，成立了IEEE ICCOM对NG-EPON的市场需求、技术方案进行分析。2015年3月，IEEE发布了NG-EPON技术白皮书。2015年7月，开始启动100G-EPON标准制定，命名为IEEE 802.3ca。根据最新的信息，将可能于2020年8月份发布。

100G-EPON系统架构

同样画个图，方便大家看懂：

在10G TDM的基础上，ITU-T的专家们也在考虑进一步提升单波容量，考虑方向主要集中在25G、50G和100G。

这其中，25G与10G差别太小，而100G难度太大。所以，50G被普遍认为是一个比较合适的演进方向。

2018年2月，国内光接入网产业界成功推动了50G TDM-PON标准立项 ，标志着ITU-T在下一代PON标准研究领域迈出关键一步，也进一步明确了PON的未来技术演进路线（至少国内很明确了）。

不过，IEEE这边并没有接受单波50G PON的立项。他们在下一代PON技术路线的选择上，与ITU-T存在较大的分歧，且短时间内无法达成共识。

综上所述，10G PON能够提供每用户100M~1G带宽，而25G/50G/100G PON可以为用户提供1G~10Gbps带宽。宽带接入平台的大规模部署时间通常会间隔约7-8年。2016~2018年，我们进入的10G PON的大规模部署期。

也就是说，预计2025年，我们将会迎来5Gbps、10Gbps光纤接入宽带的规模部署。

PON流派的融合

除了研究下一代PON技术之外，行业还在密切关注一个很重要的问题，那就是ITU-T和IEEE这两个技术流派的融合。

自从EPON和GPON诞生以来，两个派系长期共存，这其实对产业来说是非常不利的。

一方面，给运营商和设备的技术决策带来困难（选择题难做），另一方面，也增加了产业链的成本（产业链企业需要在两条线进行投入）。

对于中国这样庞大的光接入网市场，PON技术派系的分化带来的影响就更大，资源浪费也更多。所以，中国运营商和产业链对于PON融合有很强烈的意愿，也做了很多推动工作。

在国内外产业界的积极推动之下，ITU-T和IEEE也有一些积极的“示好”，包括发表联合声明、组成工作组、建立联络函机制等。但是，真正想要实现最终的融合，目前来看，还需要很长时间。

好啦，今天关于PON的介绍就到这里。感谢大家的耐心阅读，我们下期再见！

通信小知识（PON技术）

一、概况

本期就来谈谈PON技术，了解什么是PON，PON的应用场景等。

二、什么是PON

业界一直认为无源光网络（PON）是接入网未来发展的方向。这一方面是由于它提供的带宽可以满足现在和未来各种宽带业务的需要，所以在解决宽带接入问题上被普遍看好；另一方面，无论在设备成本还是运维管理开销方面，其费用都相对较低。综合经济技术分析表明，PON是实现FTTB/FTTH的主要技术。

PON的基本结构：

PON是一种采用点到多点（P2MP）结构的单纤双向光接入网络。PON系统由局端的光线路终端（OLT）、光分配网络（ODN）和用户侧的光网络单元（ONU）组成，为单纤双向系统。在下行方向（OLT到ONU），OLT发送的信号通过ODN到达各个ONU。在上行方向（ONU到OLT），ONU发送的信号只会到达OLT，而不会到达其他ONU。为了避免数据冲突并提高网络效率，上行方向采用TDMA多址接入方式，并对各ONU的数据发送进行管理。ODN在OLT和ONU间提供光通道，如下图所示：

图1 PON的基本结构图图1 PON的基本结构图

OLT位于网络侧，放在中心局端，它可以是一个L2交换机或L3路由器，提供网络集中和接入，能完成光/电转换，带宽分配和控制各信道的连接，并有实时监控、管理及维护功能。ONU位于用户侧，实现各种电信号的处理与维护管理，提供用户侧接口。OLT与ONU之间通过无源光分路器连接，光分路器用于分发下行数据和集中上行数据。除了终端设备，PON系统中无需电器件，因此是无源的。

PON在单根光纤上采用下行1490nm/上行1310nm波长组合的波分复用技术（WDM），上行方向是点到点方式，下行方向是广播方式

让我们来了解下图1各个结构主要作用是什么：

OLT（光线路终端）

光线路终端（OLT）的作用是提供业务网络与ODN之间的光接口，提供各种手段来传递各种业务，OLT内部由核心层、业务层和公共层组成。业务层主要提供业务端口，支持多种业务；核心层提供交叉连接、复用、传输；公共层提供供电、维护管理功能。

ODN（光分配网）

光分配网（ODN）是OLT与ONU之间提供光传输手段，其主要功能是完成OLT与ONU之间的信息传输和分发作用，建立ONU与OLT之间的端到端的信息传送通道。

ODN的配置通常为点到多点方式，即多个ONU通过一个ODN与一个OLT相连，这样，多个ONU可以共享OLT到ODN之间的光传输媒质和OLT的光电设备。

ONU（光网络单元）

光网络单元（ONU）位于ODN和用户设备之间，提供用户与ODN之间的光接口和与用户侧的电接口，实现各种电信号的处理与维护管理。ONU内部由核心层、业务层和公共层组成，业务层主要指用户端口；核心层提供复用、光接口；公共层提供供电、维护管理。

三、PON的应用场景

我们常常口中所说的FTTB、FTTH是什么，让我们来聊一下吧。

FTTB技术

FTTB：即Fiber to The Building（光纤到楼），它是利用数字宽带技术，光纤直接到小区里，再通过双绞线（超五类双绞线或4对非屏蔽双绞线）到各个用户。如下图所示：

图2 FTTB接入示意图

有时候我们在小区里面，看到楼道间有个网络箱（中国电信、中国移动或者中国联通），里面装的就是ONU设备，有8口ONU、16口ONU和24口ONU，看小区用户数配置。从ONU设备出网线至用户侧。FTTB最高网速可达到100M。高档小区，网络箱都是放在弱电井。我记得2011年的时候，我在山西大同的时候，有一天晚上，突然网络断了，上不了网，等了一会我出去看，发现网络箱里面的ONU设备被人偷了，哈哈，顿时无语，可能偷的人认为这种设备是交换机吧（交换机值钱），ONU设备是不值钱的，哈哈。2. FTTH技术

光纤到户（Fibre (Fiber) To The Home，FTTH）是一种光纤通信的传输方法。具体说，FTTH是指将光网络单元( ONU）安装在住家用户或企业用户处，是光接入系列中除FTTD（光纤到桌面）外最靠近用户的光接入网应用类型。FTTH的显著技术特点是不但提供更大的带宽，而且增强了网络对数据格式、速率、波长和协议的透明性，放宽了对环境条件和供电等方面的要求，简化了维护和安装。FTTH接入下图所示：

图3 FTTH接入示意图

现主流FTTH均采用二级分光模式(1:8+1:8)，如图3，在4F、8F和13F各放置1个二级箱（里面装有二级分光器），当有用户的时候，从箱子里面拉出1条皮线光缆至用户的ONT设备。

FTTB是直接拉网线至用户，FTTH是拉光纤到用户，FTTH速度比FTTB速度快。

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