無源光網絡(PON)技術探討

摘要:寬帶業務數據流的增加，使得PON技術得到了越來越多的應用。介紹了PON技術的概念、組成、工作原理及特點，并且對APON、EPON和GPON技術進行了綜合分析比較。

關鍵詞:無源光網絡;APON;EPON;GPON

中圖分類號:TN929.1 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3198(2010)02-0256-02

1 引言

隨著互聯網的快速發展和個人電腦的普及，互聯網數據流量激增，傳統的銅纜接入方式顯然已經無法滿足通信業務量增長的需求。由于光纖具有傳輸頻帶寬、容量大、損耗低、抗干擾能力強、價格便宜等優點，非常適合作為高速、寬帶業務的傳輸媒體。而在各種光接入技術中，PON(無源光網絡)技術由于采用無源節點、敷設和運行維護成本低、對業務透明和易于升級等優點而備受關注。

2 PON系統的組成、各部分功能及工作原理

無源光網絡(PON)技術是最新發展的點到多點光纖接入技術，由于它采用光纖作為傳輸媒介，因此能提供無限的帶寬。而采用光分配網絡的方案，更增加了組網的靈活性，如組成數型、星型、總線型等拓撲結構(典型結構為樹型結構)，克服了局端到多用戶的點對點的連接方式所帶來的經濟成本和帶寬的浪費。特別是隨著光纖向用戶日益推進，其綜合優勢越來越明顯。

無源光網絡PON(Passive Optical Network)的定義: PON是一種應用于接入網，局端設備(OLT)與多個用戶端設備(ONU/ONT)之間通過無源的光纜、光分/合路器等組成的光分配網(ODN)連接的網絡。在OLT(光線路終端)和ONU(光網絡單元)之間的ODN (光分配網絡)沒有任何有源電子設備的光接入網。

無源光網絡的構成(附原理圖):

OLT(Optical Line Terminal)-光線路終端，OLT位于局端，它是一個多業務提供平臺，提供PON系統與核心數據、視頻和電話網絡間的接口。OLT可提供各種廣域網接口，可與數據通信系統、話音網關、IP等設備相連;還可提供吉比特以太網接口，OLT根據需要可配置多塊光線路卡。

ONU(Optical Network Unit)-光網絡單元，ONU提供用戶的數據、視頻和電話網絡與PON間的接口。ONU的主要功能是接收光信號并將其轉換為用戶需要的形式，如電話語音、E1、以太網信號等。

ODN(Optical Distribution Network)-光分配網，ODN (光分配網絡)即光耦合器能使在光纖中傳輸的光信號在特殊結構的耦合區發生耦合，進行光功率的再分配(既可進行分路，也可進行耦合)，構成各種分光比光纖網絡，因此又稱光功率分配器。

3 PON技術的優勢

相對成本低，維護簡單，容易擴展，易于升級。PON結構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省很大。

無源光網絡是純介質網絡，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使用。

PON系統對局端資源占用很少，系統初期投入低，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，并且隨著以太技術的發展可以升級到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絡，以一種星形的結構來節省資源，服務大量用戶。用戶共享局端設備和光纖的方式更是節省了用戶投資。

帶寬分配靈活，服務有保證。G/EPON系統對帶寬的分配和保證都有一套完整的體系。可以實現用戶級的SLA。

4 三種PON技術的比較

4.1 APON

APON技術的核心部分采用ATM技術。

利用ATM的集中和統計復用特性，提供從窄帶到寬帶等各種業務，不僅支持可變速率業務，也支持時延要求較小的業務，具有支持多業務多比特率的能力。

對稱速率(155.52Mbit/s)和非對稱速率(下行622.08Mbit/s，上行155.52Mbit/s)。

傳輸距離最大20KM。支持的光分路比在32-64之間。

APON技術具備綜合業務接入、QoS服務質量保證等獨有的特點;與有源光接入網和銅纜接入網相比，結構簡單、可靠和易維護，能提供相對高速的接入速率;由于標準化時間較早，已有成熟商用化產品等等優點。

當然APON技術也存在利用ATM信元造成的傳輸效率較低;帶寬受限;系統相對復雜、價格較貴;需要進行協議之間的轉換等缺點。

4.2 EPON

EPON是基于以太網的PON。是現階段的主流技術，在日本和韓國已有千萬量級的商用，我國各運營商已進行規模商用部署。

EPON可以支持1.25Gbps對稱速率，現在速率已升級到10Gbps。EPON下行幀周期為2ms。每幀開頭是長度為1字節的同步標識符，用于OLT與ONU之間的時鐘同步;隨后是長度不同的數據包。這些數據包按照IEEE802.3協議組成，每個數據包包括信頭、長度可變的信息凈荷和誤碼監測域三部分。每個ONU分配一個數據包。EPON上行幀周期也為2ms，每幀包含許多可變長度的時隙，每個ONU分配一個，用于向OLT發送上行數據。

4.3 GPON

GPON技術針對1Gbit/s以上的PON標準，除了對更高速率的支持外，還是一種更佳、支持全業務、效率更高的解決方案。

引入通用成幀協議(GFP) ，能將任何類型和任何速率的業務進行原有格式封裝后經由PON傳輸，而且GFP幀頭包含幀長度指示字節，可用于可變長度數據包的傳遞，大大提高了傳輸效率。因此能更簡單、通用、高效地支持全業務。

GPON提供1.244和2.488Gbit/s的下行速率和所有標準的上行速率。

傳輸距離可達20KM(邏輯60KM)。支持的光分路比在64-128之間。

對三種技術的詳細比較如表1所示。

上行可用帶寬(Mbit)500(在上行速率為622Mbit/s的情況下)760~8601100(在上行速率為1.244Gbit/s的情況下)

線路編碼NRZ8B/10BNRZ

優點

1.支持話音、視頻等實時業務;2.服務質量保證和服務等級保證;3.完善的操作維護管理系統。

1.以太網技術成熟、設備成本低;

2.靈活支持基于IP的綜合業務和多種服務質量管理;

3.設備價格低、通用性好。

1.承載快速以太網和T1/E1電路，不需要額外開銷，也不會增加復雜性;

2.支持VLAN交換和其它新的以太網業務;

3.綜合業務支持能力強，尤其是對TDM業務的支持與繼承。

缺點

1.帶寬擴展受限;

2.未規定視頻業務的標準，不能使不同廠家的網卡互通;

3.效率低、技術復雜、成本高，不適合向所有用戶推廣應用。

1.QoS問題和流量控制待解決，尤其是針對數據E1業務需求;

2.無法傳送高質量保證的實時性業務;

3.還缺乏電信級的網絡和業務管理。

1.成本較于EPON比較高;

2.在僅承載以太網業務時優勢不明顯。

成本高低較高

標準狀況ITU―T G.983.x，已完善IEEE 802.3ah，已基本制定完成ITU―U G.984.x，基本完善

升級容易程度困難一般一般

技術成熟度成熟成熟成熟

綜上所述，APON、EPON和GPON各有其優、缺點。

APON最成熟，但業務提供能力有限、性價比低，無法滿足長遠的發展，不建議大力發展，僅滿足某些特定區域的接入需求。

EPON/GEPON簡單、高速、成本低、用戶面廣，技術、產品相對GPON成熟，是中近期可以大力發展的無源技術。

GPON透明傳輸、高速高效、電信級服務，是發展的趨勢，但成本相對高，商業化程度低，是中遠期大力發展的無源技術。

GPON的市場定位與EPON不同，兩者相互補充的。

5 結語

PON作為一種接入網的發展方向，順應了目前Internet業務不斷增長的趨勢。由于EPON的低成本、高容量、易維護等特點，應當成為穩定、能平滑升級的接入網的首選解決方案。在今后有線電視網、電話網和數據網三網合一的時候，EPON接入網更具有得天獨厚的優勢。尤其是EPON技術基于以太網架構，順應當前網絡IP化發展趨勢，已經大規模的發展和應用。而GPON技術隨著標準的成熟和成本的降低，將會在未來的寬帶接入市場發揮更大的作用。