PON：我可以做“最后一英里”的问题

您可能不知道什么是“PON”（通常发音为“fat”），但您一定听说过“光纤到户”。

你可能不知道什么是“ONU”（通常发音为“Oh Um Excellent”），但当你打开家里的弱电箱时，你一定会看到一个连接光纤的“小箱子”。

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

今天的主角“PON”（Passive Optical Network，无源光网络）是实现光纤到户的关键，是网络与用户之间“最后一公里”的光纤传输技术。

家家户户的光纤背后都连接着一个庞大的网络。让我们沿着光纤追本溯源，一起探索。

与光猫相连的光纤来自弱电井中的光分路器，可将一个光信号按一定比例分成多个通道。进入分光器的光信号来自光线路终端OLT（OpticalLineTerminal）。

OLT、ONU和两者之间的“传输通道”ODN（Optical Distribution Network，光分布网络）构成了PON网络。在：

OLT是运营商侧设备，负责将上层业务网络的数据分发给用户。

ONU是用户侧设备，负责接收OLT发送的数据，直接为用户提供服务。

我们可以根据下图简要了解PON网络的架构。

如果把PON网络看成一个公司，那么OLT就相当于总部，ONU就相当于各地的办事处，光分路器就相当于车站。下面我们来看看PON的三大核心技术——加密、测距和动态带宽分配。

总部OLT需要向各局ONU传输大量信息，但不同局之间的信息需要保密。此外，在破坏的道路上经常会遇到间谍（流氓ONU）。为了保证信息不泄露，OLT会定期与ONU协商不同的密钥，以保证信息安全。

全国划分辖区，每个辖区有若干个办事处，并设有邮局（分光器）。每个局的ONU到邮局的路途不一样，所花的时间也不一样。为了避免各个办事处的文员在邮局撞车造成不必要的冲突，提前知道这些距离是很有必要的。

因此，总部OLT会在ONU首次注册时启动测距功能，计算各个ONU的物理距离，并根据ONU的物理距离指定合适的均衡延迟参数。

为了更好地管理和指导办公室的工作，总部OLT需要及时收集办公室ONU上报的信息，而且越多越好。换句话说，地方办公室需要有足够的时间来汇报，同时也不能浪费时间。但是，各个局的ONU上报的信息可能会根据当地的情况或多或少，重要程度也不尽相同。因此，总部OLT会根据各地的具体情况，动态调整上报时间和上报顺序。

基于三大核心技术，在PON的发展演进过程中，相继产生了EPON、GPON、10G-EPON、XG(S)PON等技术。

在演进过程中，PON技术分为两大家族——EPON（EthernetPON）和GPON（Gigabit-capablePON），分别由两个不同的组织ITU-T（国际电信联盟电信标准化分会）和IEEE（Electrical and Institute）组织电子工程师）。

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（GPONEncapsulationMode，GPON封装模式）封装方式，技术相对复杂，可以承载更多类型的业务，包括以太网业务、ATM（Asynchronous Transfer Mode，异步传输模式）业务和TDM（时分复用，时分复用）业务。

GPON比EPON具有更高的带宽和更广的覆盖范围，但实施起来更复杂，成本更高。

传统的EPON和GPON技术可以为用户提供100M的速率。然而，随着4K/8K、AR/VR、云化等大视频的兴起，人们迫切需要更先进的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，开启千兆光纤时代。

让我们从 EPON 系列开始。

10G-EPON完美继承了EPON的工作机制：

OLT向ONU广播以太网数据，发起和控制测距过程，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）协议对ONU进行管理。

ONU选择接收OLT发送的广播数据，响应OLT发送的测距命令，缓存用户数据，在OLT分配的发送窗口上行方向发送数据。

10G-EPON最大程度采用EPON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。它的传承主要体现在两个方面。

扩展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。对称模式是指上下行带宽相同。在实际使用中，两者任选其一即可满足不同客户的携带需求。

10G-EPON ONU和EPON ONU具有超强的兼容性，可以在一个光分布网络中共存。

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

用一张表格简单比较一下EPON和10G-EPON。

我们再来看看GPON家族。

XG(S)-PON包括XGS-PON和XG-PON，是一对兄弟。

对称的XGS-PON，支持10G上下行，满足政府、企业、基站承载等对称业务的承载需求。

非对称XG-PON支持2.5G/10G上下行，满足以家庭宽带为主的非对称业务需求。

对称 XGS-PON 与非对称 XG-PON 完全兼容。 XGS-PON端口可以连接对称终端XGS-PONONU，也可以连接非对称终端XG-PONONU。

XG(S)-PON继承了GPON系统的工作机制：

OLT通过广播向ONU发送数据，发起和控制测距过程，记录测距信息。分配T-CONT（Transmission Container）上行带宽，通过OMCI（ONUM Management and Control Interface）协议管理ONU。

ONU选择接收OLT发送的广播数据，响应OLT发送的测距命令。在OLT分配的T-CONT中缓存用户数据并向上行发送数据。

但是，XG(S)-PON在与GPON的兼容方面做得不好。

GPON家族在最初培养下一代时，主要关注的是承载能力、距离、安全等，并没有将家族传承考虑周全。

XG(S)-PON的上下行波长与GPON不同。 XG(S)-PON需要外接多路复用器WDM1r来兼容GPON终端，满足客户升级需求。

用一张表格简单比较一下GPON、XG-PON和XGS-PON。

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

但是，PON家族从EPON、GPON到10G-EPON、XG(S)-PON的发展并没有结束。 PON技术还在发展和完善中，如何解决XG(S)-PON与GPON的兼容问题？ 5G时代，PON技术如何发挥作用？

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