PON：“最后一公里”這題我會做

2022-12-12 19:57:45|

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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”。

(資料圖片僅供參考)

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，一定能看到一個接著光纖的“小盒子”。

這個“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，可以將一路光信號以一定的比例分成多路。而進(jìn)入分光器的光信號，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 是運營商側(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、測距和動態(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)常會碰到間諜（流氓 ONU）搞破壞。為了確保信息不泄露，OLT 會定期與 ONU 協(xié)商不同的密鑰，保證信息安全。

測距

在全國范圍內(nèi)劃分轄區(qū)，每個轄區(qū)內(nèi)有若干個辦事處，并且設(shè)有驛站（分光器）。各地辦事處 ONU 到驛站的道路不同，花費的時間也不一樣，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 會在 ONU 第一次注冊時啟動測距功能，計算出每個 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參數(shù)。

動態(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 需要及時收集辦事處 ONU 上報的信息，并且越多越好。也就是說，各地辦事處需要充足的時間匯報，同時還不能浪費時間。但是各地辦事處 ONU 每次匯報的信息結(jié)合當(dāng)?shù)厍闆r時多時少，重要性也不一樣，所以總部 OLT 會根據(jù)各地的具體情況，動態(tài)調(diào)整他們的匯報時間和匯報順序。

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），分別由兩個不同的組織 ITU-T（國際電信聯(lián)盟電信標(biāo)準(zhǔn)分局）和 IEEE（電氣和電子工程師協(xié)會）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的 PON 技術(shù)。

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

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、控制測距過程，并記錄測距信息。為 ONU 分配帶寬，控制 ONU 發(fā)送數(shù)據(jù)的起始時間和窗口大小，通過 OAM（Operation Administration and Maintenance，操作維護(hù)管理）協(xié)議對 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 支持對稱和非對稱兩種模式，對稱模式即上下行帶寬相同。實際使用時二選一，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 可以共存在一個光分配網(wǎng)絡(luò)中。

10G-EPON 下行波長獨立，采用廣播方式發(fā)送信息，ONU 各取所需；上行波長重合，采用 TDMA（Time division multiple access，時分多址）方式，實現(xiàn) EPON ONU 和 10G EPON ONU 共存，支持 EPON 向 10G-EPON 平滑演進(jìn)。

用一張表格簡單對比 EPON 和 10G-EPON。

GPON→XG(S)-GPON

再來看看 GPON家族。

XG (S)-PON 包括 XGS-PON 和 XG-PON，是一對師兄弟。

對稱 XGS-PON，上下行支持 10G，滿足以政企、基站承載等對稱業(yè)務(wù)的承接需求。

非對稱 XG-PON，上下行支持 2.5G / 10G ，滿足以家庭寬帶為主的非對稱業(yè)務(wù)需求。

對稱 XGS-PON 完全兼容非對稱 XG-PON，在 XGS-PON 端口下可接入對稱終端 XGS-PON ONU，也可接入非對稱終端 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、控制測距過程并記錄測距信息。分配 T-CONT（Transmission Container）上行帶寬，通過 OMCI（ONU Management and Control Interface）協(xié)議對 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 GPON 的兼容性上做得并不好。

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

XG (S)- PON 上下行波長與 GPON 的上下行波長有差異，XG (S)- PON 需要借助外置合波器 WDM1r 才能兼容 GPON 終端，滿足客戶升級需求。

用一張表格簡單對比 GPON、XG-PON 和 XGS-PON。