PON：“最后一公里”这题我会做

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。

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。

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。

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？

本文来自微信公众号：中兴文档 （ID：ztedoc）