PON：“最后一公里”？这题我会做

PON技术仍然在不断发展和完善，XG(S)-PON和GPON之间的兼容问题如何解决？5G时代，PON技术如何发挥自己的作用？

你可能不知道什么是“PON”(通常读作“胖”)，但你一定听说过“光纤入户”。

你可能不知道什么是“ONU”(通常读作“哦嗯优”)，但是你打开家里的弱电箱，一定能看到一个接着光纤的“小盒子”。

这个“小盒子”就是ONU(Optical Network Unit，光网络单元)，俗称“光猫”。

而今天的主角——“PON”(Passive Optical
Network，无源光网络)，则是实现光纤入户的关键，是网络和用户之间“最后一公里”的光纤传输技术。

什么是PON

每家每户的光纤，背后连接着一个庞大的网络，让我们沿着光纤，追源溯流，一起探索一下吧。

连接光猫的光纤来自弱电井里的分光器，可以将一路光信号以一定的比例分成多路。而进入分光器的光信号，则来自光线路终端OLT(Optical Line
Terminal)。

OLT、ONU以及两者之间的“传输通道”ODN(Optical Distribution Network，光分配网络)构成了PON网络。其中：

• OLT是运营商侧设备，负责为用户分配上层业务网络的数据。
• ONU是用户侧设备，负责接收OLT发送的数据，并直接为用户提供服务。

我们可以根据下图简单了解一下PON网络的架构。

PON核心技术

如果将PON网络看成一个公司，那么OLT相当于总部，ONU相当于各地办事处，分光器相当于驿站。我们先来看一下PON的三大核心技术——加密、测距和动态带宽分配。

(1) 加密

总部OLT需要向各地办事处ONU传递大量消息，但是不同办事处间的信息需要保密。此外，路上经常会碰到间谍(流氓ONU)搞破坏。为了确保信息不泄露，OLT会定期与ONU协商不同的密钥，保证信息安全。

(2) 测距

在全国范围内划分辖区，每个辖区内有若干个办事处，并且设有驿站(分光器)。各地办事处ONU到驿站的道路不同，花费的时间也不一样，为了避免各办事处的办事员在驿站撞车，产生不必要的冲突，需要提前了解了这些路程。所以，总部OLT会在ONU第一次注册时启动测距功能，计算出每个ONU的物理距离，并且根据ONU的物理距离指定合适的均衡延时参数。

(3) 动态带宽分配

为了更好地管理和指导办事处的工作，总部OLT需要及时收集办事处ONU上报的信息，并且越多越好。也就是说，各地办事处需要充足的时间汇报，同时还不能浪费时间。但是各地办事处ONU每次汇报的信息结合当地情况时多时少，重要性也不一样，所以总部OLT会根据各地的具体情况，动态调整他们的汇报时间和汇报顺序。

基于三大核心技术，PON在发展演进的过程中，产生了EPON、GPON、10G-EPON和XG(S) PON等技术。

两大家族

PON技术在演进的过程中，分成了两大家族——EPON(Ethernet PON)和GPON(Gigabit-capable
PON)，分别由两个不同的组织ITU-T(国际电信联盟电信标准分局)和IEEE(电气和电子工程师协会)提出。

EPON和GPON的区别主要在数据链路层，即数据封装成帧的方式不同。

• EPON采用以太网封装方式，适用于以太网业务。
• GPON采用GEM(GPON Encapsulation
  Mode，GPON封装模式)封装方式，技术相对复杂，可以承载更多的业务种类，包括以太网业务、ATM(Asynchronous Transfer
  Mode，异步传输模式)业务和TDM(Time-division multiplexing，时分复用)业务。

GPON拥有比EPON更高的带宽，覆盖范围更广，但实现起来也更复杂，成本更高。

传统的EPON和GPON技术能给用户提供百兆级别的速率。然而，随着4K/8K、AR/VR等大视频、云化业务的风起云涌，人们迫切需要更高级的PON技术。

EPON和GPON也开始技术升级，10G-EPON和XG(S) GPON逐渐取代EPON和GPON，开启了千兆光纤时代。

EPON→10G-EPON

先从EPON家族说起。

10G-EPON完美继承了EPON的工作机制：

• OLT以广播方式向ONU发送以太网数据，发起、控制测距过程，并记录测距信息。为ONU分配带宽，控制ONU发送数据的起始时间和窗口大小，通过OAM(Operation
  Administration and Maintenance，操作维护管理)协议对ONU进行管理。
• ONU选择接收OLT发送的广播数据，响应OLT发出的测距命令，缓存用户数据，在OLT分配的发送窗口中向上行方向发送数据。

10G-EPON最大限度沿用了EPON的协议，满足用户高带宽需求，支持语音、视频、以太网等多种业务，它的继承性主要体现在两个方面。

• 扩大EPON标准的上下行带宽，速率达到10Gbps。10G-EPON支持对称和非对称两种模式，对称模式即上下行带宽相同。实际使用时二选一，以适应不同客户的承载需求。

• 具有超强的兼容性，10G-EPON的ONU与EPON的ONU可以共存在一个光分配网络中。

10G-EPON下行波长独立，采用广播方式发送信息，ONU各取所需;上行波长重合，采用TDMA(Time division multiple
access，时分多址)方式，实现EPON ONU和10G EPON ONU共存，支持EPON向10G-EPON平滑演进。

用一张表格简单对比EPON和10G-EPON。

GPON→XG(S)-GPON

再来看看GPON家族。

XG(S)-PON包括XGS-PON和XG-PON，是一对师兄弟。

• 对称XGS-PON，上下行支持10G，满足以政企、基站承载等对称业务的承接需求。
• 非对称XG-PON，上下行支持2.5G/10G
  ，满足以家庭宽带为主的非对称业务需求。

对称XGS-PON完全兼容非对称XG-PON，在XGS-PON端口下可接入对称终端XGS-PON
ONU，也可接入非对称终端XG-PON ONU。 XG(S)-PON继承了GPON系统的工作机制：

• OLT以广播方式向ONU发送数据，发起、控制测距过程并记录测距信息。分配T-CONT(Transmission
  Container)上行带宽，通过OMCI(ONU Management and Control Interface)协议对ONU进行管理。
• ONU选择接收OLT发送的广播数据，响应OLT发出的测距命令。缓存用户数据，在OLT分配的T-CONT中向上行方向发送数据。

但是，XG(S)-PON在对GPON的兼容性上做得并不好。

GPON家族当初培养下一代时，重点考虑其承接能力、距离、安全等，对家族传承未考虑周全。

XG(S)- PON上下行波长与GPON的上下行波长有差异，XG(S)- PON需要借助外置合波器WDM1r才能兼容GPON终端，满足客户升级需求。
用一张表格简单对比GPON、XG-PON和XGS-PON。

结语

相比EPON和GPON，10G-EPON和XG(S)-PON在传输带宽、分光比、效率、安全等方面更能满足客户们日益增长的需求。

不过，PON家族从EPON、GPON发展到10G-EPON和XG(S)-PON并没有结束。PON技术仍然在不断发展和完善，XG(S)-PON和GPON之间的兼容问题如何解决?5G时代，PON技术如何发挥自己的作用？

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