浅谈PON技术的发展前景与应用

1、.浅谈PON技术的发展前景与应用摘要：在PON技术还未正式商用前，各电信运营商宽带接入方式主要为LAN和DSL,DSL接入方式市场占用率较高,虽然当时可以满足人们对宽带的需求,但其对互联网电视、视频类节目等新业务的支持能力却严重受限。大带宽的接入需求将成为宽带发展的方向。在接入网技术的选择上, 各电信运营商比较青睐于VDSL和FTTX技术，其中VDSL是利用电话线开通高速宽带业务，由于其成本相对较底，提速存在局限性，只能作为一种过渡性方案，为用户提供差异化服务。但随着互联网电视、网络视频会议、在线大型网游和HDTV等新业务的出现，用户对带宽需求也越来越高,与此同时，随着光缆、PON网络设备成本

2、的下降以及PON技术的不断成熟,使得FTTX应用技术成为高速宽带接入网发展的方向。当今接入网技术中，EPON和GPON为PON技术中的两大主流技术，这两项技术各有优劣，但基于市场需求、成本以及技术成熟度等因素EPON已广泛应用于FTTX领域。而GPON市场将成为EPON的补充市场，GPON将成为EPON的升级技术。本文将着重阐述PON技术在当今接入市场上的优势及未来的发展前景和应用。关健词：无源光网络,PON,DSL一、 引言随着互联网的快速发展，推动了诸如互联网电视、网络视频会议、在线大型网游和HDTV等高带宽业务不断涌现，人们对网络的依赖和高带宽的需求将日益明显。在高速带宽需求下，传统的铜

3、缆接入技术（如VDSL）已无法满足需求，而VDSL技术虽然可达到很高的带宽，但其开通高速宽带业务受距离的约束，离VDSL设备越近速率越高。因为成本的原因电信运营商利用前期铜缆资源采用XDSL接入技术已接入了大量用户，因此如何发挥好前期的铜缆资源，成为确定目前宽带接入最佳解决方案的前提。采用PON技术将OLT节点逐渐下沉到业务密集区，接入层由铜缆网逐渐向光接入网（FTTX）演进是现阶段接入网发展的方向和最佳选择。二、 PON技术的发展1.什么是PONPON（无源光网络）是一种全新的点到多点的光纤接入技术，它由光节点OLT（光线路终端）、用户侧终端设备ONU（光网络单元）和ODN（光分配网络）组成

4、，光分配网络全程采用无源光器件。图1为PON的一般网络结构。PON的主要特点是户外的所有设备都采用无源光器件，所有信号处理、数据交换都在OLT和ONU设备内完成。这种接入方式前期只需投入少量资金，待有用户接入需求时才正式投入资金，因此该种接入方式投资回报率高，陪受运营商们亲睐。PON的复杂性在于信号处理技术。下行方向：OLT以广播的方式向所有ONU发送信息，ONU只需接收自己请求的信息，其它的信息全部拒绝接收。上行方向：采用TDMA（时分多址）的方式，任何一个时刻只允许有一个ONU发送上行信号，各ONU发送的上行信号按时间先后顺序排列好通过光分路耦合进一根共用光纤，以时分复用方式复合成一个连续

5、的数据流最终传输至OLT设备。2.PON的几种形式当前PON技术主要存在以下三种形式：APON、EPON和GPON 。1)APONAPON是FSAN（Full Service Access Network）于20世纪90年代中期开发完成的。以ATM作为网络协议，PON作为网络平台。APON接入网的分层结构APON分为传输媒质层和通道层。传输媒质层又包括传输会聚子层和物理媒质子层。.传输媒质层a) 线路比特速率G.983.1建议规定：APON的数字信号比特率为8kHz的整数倍，标称线路速率包括以下三种：1、下行和上行均为155.52Mbit/s的对称速率；2、下行为622.08Mbit/s、上行

6、为155.52Mbit/s的非对称速率；3、下行和上行均为622.08Mbit/s的对称速率。b) 物理媒质与波长分配光缆是接入网中最主要的传输媒质，而PON设备的传输距离较短，最长为20km，因此G.983.1规定PON中的ODN（光分配网络）采用G.652光纤。PON系统传输分为以下两种方法：一、采用单纤波分复用双向传输，上行采用12601360nm波长，下行采用14801500nm波长；二、采用双纤空分复用双向传输，上下行采用同一工作波长，波长范围为12601360nm。.传输会聚层传输会聚层主要负责OLT和ONU之间上行和下行方向ATM信元的无误传输。在PON中，下行方向采用广播的方式

7、向所有与之相连的ONU发送信息。在上行方向，物理层开销包括以下几种， PLOAM、MAC信道的微时隙和加在其上的开销字节。.帧结构APON的上下行传输帧由一连续时隙流组成，每个下行时隙需要一个ATM信元的时间，每个信元占53个字节，每个字节由8个比特组成。ONU在接收到OLT发送的授权字节后，才发送一个ATM信元。也可变频率，OLT要求ONU发送一个PLOAM信元或微型时隙，该信元须包括ONU对带宽需求的信息，以便OLT进行带宽的动态分配。2)EPON经过多年的发展和技术研究，APON仍未真正应用于接入网市场。究其原因是ATM协议复杂，设备制造成本较高。与此同时，以太技术得到了迅速发展，使得A

8、PON技术彻底退出了接入网市场。而随着而吉比特和10Gbit/s标准的制定，使得以太技术成为了主流技术，如何把简单经济的以太技术与PON技术结合起来，成为了技术界研究的方向。同时，涌现了一批新兴公司，包括Salira、Alloptic、Terawave等。APON的诸多缺点在EPON技术中将不复存在。起初Salira等公司着重开发FTTB和FTTC应用模式。终级目标是通过单一平台满足用户多业务需求的解决方案。EPON采用了与APON相类似的结构，相对APON而言，EPON却以更低的成本提供了更多的带宽和扩大了业务范围。因此自2000年以来技术界就如何把简单经济的以太技术与PON技术结合起来的

9、Ethernet over PON概念进行了深度研究和广泛探讨。在IEEE 802.3 EFM（Ethernet for the First Mile）会议上，加速了EPON的标准化工作。EPON是吸取了几种最佳技术和网络结构的精华的产物。EPON采用的是单点对多点的网络架构和无源光网络光纤传输技术，在同一根光纤上同时承载上下行数据流，EPON无需采用任何复杂的协议，就能将信号准确地传送给最终用户，用户发出的数据请求也能被集中传送到OLT设备。在物理层，EPON采用单纤波分复用双向传输技术(下行1490 nm，上行1310 nm)。在数据链路层，全双工以太技术被EPON所采用。一个典型的Eth

10、ernet over PON系统由OLT、ONU、ODN组成。OLT（Optical Line Terminal）放在中心机房，ONU（Optical Network Unit）放在网络接口单元附近或与其合为一体。ODN是光分配网络，由无源光分路器、光缆、光分配箱或光终端盒等组成。无源光分路器是连接OLT和ONU的无源设备，它的功能是将下行数据传送至各ONU和集中上行ONU请求的数据。OLT可以看作是一个以太网二层交换机或以太网三层路由交换机，同时又可看作是一个多业务提供平台。在下行方向，OLT提供面向无源光分配网络（ODN）的PON接口；在上行方向，OLT将提供了上行至数据网的GE光/电接口

11、。ONU使用的是以太网协议，实现了类似以太网交换机的以太网二层交换功能。3)GPONGPON技术是新一代无源光网络接入标准，能提供大容量、高速率和高带宽的数据、语音和视频业务接入以及覆盖范围广等众多优点，倍受各大运营商的青睐。GPON最早于2002年9月提出，并于2004年6月完成了G.984.3的标准化。GPON作为一种灵活的吉比特光接入网技术，支持前所未有的高速率，下行速率是EPON的2倍，其非对称特性非常适用于宽带数据业务市场；同时还能很好地支持传统的TDM 业务以及具备强大的OAM 能力。还能很好地支撑宽带全业务接入（含商业集团和居民群体）。三、 PON的特点及市场定位PON是一种光接

12、入网技术，位于接入网的未端，解决未端商业用户或家庭用户对宽带、专线等业务的接入需求。1. PON瞄准T1至OC3的带宽接入网用户中，家庭用户一般通过电话线接入，而商业用户可通过租用光纤接入T3/E3电路，或者租用基于铜线的T1/E1电路。而T3（45Mbit/s）或C3（155Mbit/s）接入租金非常昂贵，只有少数大公司才租用得起。一些中型公司只能选择租金为每月几千元的T1/E1电路接入。但大多数中小公司和家庭用户只能支付得起借助原有电话线路接入的方式。随着宽带应用的普及，尤其是视频类业务和大型集团数据专网接入业务的兴起，人们对高带宽的需求越来越强烈。在家庭用户带宽朝着1020Mbit/s和

13、商业集团业务朝着1001000Mbit/s接入目标的高带宽需求下，传统的铜缆接入技术已显得将无能为力，而PON技术却可以发挥其巨大的优势，满足不同速率的业务需求。2. 灵活经济的宽带接入方式PON技术将成为未来接入网技术发展的方向逐渐被技术界和广大通信运营商所认同，在条件成熟的情况下，必然会迎来PON发展的春天。近几年来，随着PON设备及配套光缆、光分路等无源设备价格的下降和用户对高带宽需求的增长，PON网络在经济上和技术上的优势都得到了充分的展现。 现网的几种接入技术都能满足用户某种形式的带宽需求，但却都在一定程度上存在着局限性。如传统的E1和DDN专线接入费用较昂贵、DSL技术接入又受限于

14、传输距离。而PON作为一种灵活经济面向未来的宽带接入技术却有着非凡的吸引力，主要表现为以下几点：(1) 成本低廉，易于维护和扩容升级PON结构中ODN网由于全程采有无源器件接入，因此安装铺设和后期维护简单，长期运营成本和管理成本将得到大大的缩减；PON设备集程度高，对机房机位和电源资源占用少，初期投入成本低扩容升级方便；与此同时，PON系统还是一个多业务处理平台，能够提供各种业务，满足用户差异化需求，是向全IP网络过渡的一个很好的技术选择。(2) 提供非常高的带宽APON最高可以提供到下行622 Mbit/s，上行155 Mbit/s；EPON上下行速率均为1.25Gb/s，随着后期以太技术的

15、发展可平滑升级到10Gbit/s；GPON支持上下行对称和不对称多种速率等级，下行标称速率2.5Gb/s，上行标称速率支持1.25Gb/s 和2.5Gb/s。(3) 服务范围大PON作为一种单点对多点的光纤接入技术，其丰富的端口资源可接入大量用户，覆盖用户半径范围能达到20km。(4) 带宽分配灵活，服务有保证无论是APON还是EPON系统针对用户不同的带宽需求都制定了一套完整的带宽分配和保护体系。四、 网络的发展趋势与需求促进了PON的应用融合是网络发展的必然趋势和最终目标，早前人们就普遍认可三网合一的理念。现如今随着FTTH技术的进一步发展成熟和NGN软交换技术的实现，进一步发出了网络融合

16、的信号和加快了融合的步伐。用户的业务需求单一的语音通信业务发展到目前互联网电视、网络视频会议、在线大型网游和HDTV等诸多高带宽业务，同时由单一业务需求向多业务需求发展转型。随着接入网市场竞争的不断加剧，FTTH（光纤到户）、三网合一、综合接入正逐渐成为接入网的三大重要表现形式。具备以上特点的接入网设备应有以下特点：（1）在业务接入能力方面：接入网设备能同时满足宽窄带业务接入需求；采用光纤接入可为用户提供接近无限的带宽，在PON网络的覆盖范围内且其可用带宽与接入距离无关。（2）在网络建设方面：该种接入网设备机房占用空间小、配套设施资金投入少、网络建设成本低；采用一根光纤接入可以实现同时用户提供

17、语音、数据、视频电视等多种业务，有效地节省光纤及铜线资源，在开通新业务时，无需再架设新线路。（3）在网络维护管理方面：宽窄带采用统一的网管系统，以达到集中维护管理、降低运营维护成本的目的。（4）在系统维护方面：光纤接入线路故障率比铜线接入要低得多，大大降低了线路维护成本：无源光网络以其无源的特性使系统变得易于维护，有源设备供电及维护困难问题在无源光网络中将不复存在。EPON系统恰好具备上述所有特点，必将成为一种主流接入网技术。适合于PON系统的几种应用场景如下。（1） 高速接入和传输PON系统可提供高质量和高速率的带宽服务，采用FTTB/FTTO模式接入到中小型甚至大型企业是非常经济适用的，因

18、为PON系统能提供可调节速率和保证带宽的差异化服务，后期业务还可以平滑升级。（2） 集成数据、音频、视频业务PON系统都支持同时提供宽带、数据专线和传统的TDM业务（语音业务），这使得运营商在同一个传输平台上能为用户随时开通所需要的各种业务，而且有利于向全IP业务网络过渡。（3） 整合T1/E1传输电路传统的T1/E1电路因其高质量的服务和固定独享带宽一直受到业界的青睐，但其运维成本较高。现如今大部分PON系统在ONU上都集成了T1/E1功能，在保证同等服务质量前提下使用光纤代替传统的铜线接入，大大降低了T1/E1运维成本。（4） 视频监控业务“全球眼、天网”等视频监控类业务对带宽的要求较高（特别是上行带宽），采用灵活经济的PON接入技术是一个不错的选择。PON替代了传统的二/三层以太网交换机，同时还节省大量的光纤收发器和视频光端机设备，大大地节约了运维成本。（5） 校园宽带升级