PON簡(jiǎn)史

大家好，我是小棗君。

之前有不少同學(xué)問(wèn) EPON、GPON、10G PON、XG-PON、NG-PON2 到底是什么關(guān)系。今天通過(guò)這篇文章，我詳細(xì)給大家介紹一下。

01. EPON 和 GPON? ???

故事要從 PON 的起源開(kāi)始說(shuō)起。

上世紀(jì) 80 年代，計(jì)算機(jī)和多媒體技術(shù)崛起，越來(lái)越多的人開(kāi)始擁有電腦，也開(kāi)始接觸網(wǎng)絡(luò)（局域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)）。于是，數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)開(kāi)始興起，上網(wǎng)需求出現(xiàn)。

早期的時(shí)候，運(yùn)營(yíng)商能提供的上網(wǎng)服務(wù)，基本上都是通過(guò)電話線、雙絞線（網(wǎng)線）、同軸電纜這樣的銅制線纜。技術(shù)包括 ADSL（非對(duì)稱數(shù)字用戶線路）和 ISDN 專線（綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)）等。

ADSL Modem

這些方式要么速率很慢，要么成本很高，并不能滿足用戶的需求。

于是，光纖作為一種新型通信介質(zhì)，開(kāi)始進(jìn)入了人們的視野。

光纖維

自從 1966 年華裔科學(xué)家高錕先生通過(guò)一篇論文奠定了光纖通信理論基礎(chǔ)之后，這項(xiàng)技術(shù)便進(jìn)入了高速發(fā)展的階段。光纖制造工藝不斷成熟，產(chǎn)業(yè)鏈也日益成型。

到了 80 年代末，為了將光纖應(yīng)用于寬帶接入業(yè)務(wù)，陸續(xù)有廠商推出了自己的窄帶 PON 技術(shù)。當(dāng)時(shí)，這種技術(shù)速率很低，不超過(guò) 2Mbps。而且，因?yàn)閺S商們各自為戰(zhàn)，所以一直沒(méi)有形成統(tǒng)一的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。

1995 年，包括 BELLSOUTH、BT、France Telecom 在內(nèi)的 7 家網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商共同發(fā)起成立了全業(yè)務(wù)接入網(wǎng)聯(lián)盟（FSAN），希望能提出一種統(tǒng)一的光接入網(wǎng)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)。

不久之后，1997 年，根據(jù) FSAN 的建議，ITU-T（國(guó)際電信聯(lián)盟電信標(biāo)準(zhǔn)分局）推出了 APON 技術(shù)體系，也就是 G.983.1 標(biāo)準(zhǔn)。

APON，就是 ATM PON。ATM 可不是自動(dòng)取款機(jī)，它是異步傳輸模式（Asynchronous Transfer Mode）的縮寫。ATM 的本質(zhì)，就是一種傳輸協(xié)議。老一輩通信人肯定對(duì) ATM 很熟悉，它曾經(jīng)是 IP 協(xié)議的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，一度非常流行。

到了 2001 年，F(xiàn)SAN 和 ITU-T 對(duì) APON 規(guī)范進(jìn)行了升級(jí)修訂，順便改了個(gè)名，叫做 BPON（Broadband PON，寬帶無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)）。之所以改名，主要是他們不希望 APON 被人誤解為只能提供 ATM 業(yè)務(wù)。

為了進(jìn)一步提升 PON 的速率標(biāo)準(zhǔn)，2002 年，F(xiàn)SAN 啟動(dòng)了一項(xiàng)新的工作，對(duì) 1Gbps 以上的 PON 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。

2003 年 3 月，在 FSAN 的建議基礎(chǔ)上，ITU-T 頒布 G.984 標(biāo)準(zhǔn)，也就是 GPON（Gigabit-capable PON，千兆比特?zé)o源光網(wǎng)絡(luò)）。

就在 FSAN 和 ITU-T 干得熱火朝天的同時(shí)，另一家標(biāo)準(zhǔn)化組織也沒(méi)閑著，也開(kāi)始搗鼓 PON 技術(shù)。它就是同樣大名鼎鼎的 IEEE（電氣和電子工程師協(xié)會(huì)）。

IEEE 是以太網(wǎng)（Ethernet）標(biāo)準(zhǔn)的制定者和大靠山。

IEEE 在 1998 年發(fā)布了吉比特（Gigabit）以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)之后，就尋思著搞一個(gè)基于以太網(wǎng)的 PON 標(biāo)準(zhǔn)。

2000 年，IEEE 成立了 EFM 工作組，正式啟動(dòng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化工作。EFM 工作組的全名很有趣，叫做第一英里以太網(wǎng)工作組（Ethernet for the First Mile），歸屬于制定以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的 IEEE 802.3 組。

2004 年 4 月，EFM 工作組大功告成，正式推出了 IEEE 802.3ah 標(biāo)準(zhǔn)，也就是 EPON（Ethernet PON，基于 Ethernet 以太網(wǎng)的 PON）。

隨著時(shí)間推移，ATM 在與 IP 的競(jìng)爭(zhēng)中逐漸失勢(shì)沒(méi)落。APON（BPON）也因?yàn)槌杀?、效率等原因被運(yùn)營(yíng)商們拋棄，退出了歷史舞臺(tái)。所以，APON（BPON）我就不多介紹了，大家也不需要了解太多。

我們重點(diǎn)看看當(dāng)時(shí)已經(jīng)成為行業(yè)主流的 EPON 和 GPON。

EPON 和 GPON，是不同標(biāo)準(zhǔn)組織推出的不同技術(shù)體系。兩者之間并沒(méi)有升級(jí)演進(jìn)或替代的關(guān)系，可以算是平行發(fā)展。

EPON 和 GPON，關(guān)鍵區(qū)別在二層（也就是數(shù)據(jù)鏈路層）。

EPON，在二層就是用以太網(wǎng)取代 ATM。GPON 呢，在二層采用的是全新定義的一種封裝結(jié)構(gòu) GEM（GPON Encapsulation Mode，GPON 封裝模式），對(duì) Ethernet、TDM、ATM 等多種業(yè)務(wù)進(jìn)行封裝映射。

我們通過(guò)下面這張表格進(jìn)行簡(jiǎn)單的對(duì)比：

總之，EPON 和 GPON 各有優(yōu)劣。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，GPON 帶寬更大，帶的用戶更多，效率更高，但實(shí)現(xiàn)起來(lái)也更復(fù)雜，所以成本也更高。
從國(guó)內(nèi)的市場(chǎng)份額來(lái)看，EPON 當(dāng)時(shí)在中國(guó)電信被普遍采用，而 GPON 更受中國(guó)聯(lián)通和中國(guó)移動(dòng)的歡迎。

02. 10G-EPON 和 XGS-PON? ???

EPON 和 GPON，都是 1Gbps 這個(gè)級(jí)別的 PON。注意，這個(gè) 1Gbps，并不是用戶側(cè)的速率。EPON 和 GPON 只能給用戶提供 100Mbps 的速率。

很顯然，隨著時(shí)代的發(fā)展，這個(gè)速率無(wú)法滿足家庭和企業(yè)用戶的需求。于是，PON 開(kāi)始向 10Gbps 級(jí)別的演進(jìn)。

2006 年，IEEE 開(kāi)始立項(xiàng)制定 10Gbit/s 速率的 EPON 系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，也就是后來(lái)的 IEEE 802.3av，10G-EPON。

在該標(biāo)準(zhǔn)中，10G EPON 分為 2 個(gè)類型：一是非對(duì)稱方式，即下行速率為 10 Gbps，上行速率為 1 Gbps；另一個(gè)是對(duì)稱方式，即上下行速率均為 10 Gbps。

ITU-T 的 GPON 那邊呢，也在演進(jìn)。

2008 年，ITU 啟動(dòng)了下一代 GPON 標(biāo)準(zhǔn)的研究。2010 年，XG-PON 標(biāo)準(zhǔn)誕生，也就是 ITU-T G.987 系列。

最開(kāi)始的時(shí)候，XG-PON 也有兩種方式，一種是非對(duì)稱方式 XG-PON1，下行速率為 10 Gbps，上行速率為 2.5 Gbps；另一種是對(duì)稱方式 XG-PON2，上下行速率均為 10 Gbps。

后來(lái)，2013 年左右，因?yàn)?XG-PON2 這個(gè)對(duì)稱方案難以實(shí)現(xiàn)，所以被建議取消。XG-PON1 直接改名成為 XG-PON。

再后來(lái)，2015 年，對(duì)稱方案又重啟，采用了新名字，叫做 XGS-PON（S 代表 symmetric，對(duì)稱）。

2017 年，ITU 正式通過(guò)了 G.9807 XGS-PON 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

通過(guò)下面這個(gè)圖，應(yīng)該看得更明白：

值得一提的還有一個(gè) Combo-PON，運(yùn)營(yíng)商也有集采過(guò)。

Combo-PON 是通過(guò)三合一光模塊，在內(nèi)部集成了 GPON 光模塊、10G PON 光模塊和 WDM1r 合波器。這樣一來(lái)，不論用戶側(cè)接 GPON ONT 還是 10G PON ONT，都可以正常工作，有利于升級(jí)過(guò)渡。

Combo-PON 方案（圖片來(lái)自中興官網(wǎng)）

2010 年之后，視頻、游戲等互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用飛速發(fā)展，用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬有強(qiáng)烈的需求。這進(jìn)一步刺激了 10G PON 的產(chǎn)業(yè)鏈成熟。

2013 年開(kāi)始，國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商就對(duì) 10G PON 進(jìn)行了規(guī)模集采和批量部署。最近幾年，隨著“千兆寬帶”的推廣和普及，10G PON 的集采達(dá)到了巔峰。

針對(duì) 10G PON，國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商的升級(jí)策略也有一些不同。主要是中國(guó)電信。電信因?yàn)榇饲?EPON 存量較大，所以升級(jí)替換不可避免地還是采用了 10G EPON 的方案，不過(guò)新建的基本上已經(jīng)改用 GPON。

從技術(shù)的角度來(lái)說(shuō)，10G PON 的升級(jí)替換其實(shí)也很方便，基本上可以在現(xiàn)有硬件架構(gòu)的基礎(chǔ)上直接升級(jí)。

OLT、ODN、ONU 三大部分中，ODN（光分配網(wǎng)）幾乎是完全不變的，反正也是無(wú)源的，就是一個(gè)管道，估計(jì)用幾十年都沒(méi)問(wèn)題。局端設(shè)備 OLT 的話，原有 GPON/EPON 平臺(tái)可以不變，只需要升級(jí)更換大容量的接口板就行。用戶端 ONU 更換比較簡(jiǎn)單，根據(jù)用戶需求（換寬帶套餐的時(shí)候），逐步淘汰替換即可。

總而言之，10G PON 的升級(jí)改造沒(méi)有太大難度，然而用戶體驗(yàn)提升明顯，可以讓用戶多掏錢，豈不美哉？這也是目前運(yùn)營(yíng)商大力推廣的原因之一。

03. PON 的未來(lái)

對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)組織來(lái)說(shuō)，10G PON 并不是 PON 技術(shù)的終點(diǎn)，25G/50G/100G PON 早已經(jīng)被提上了議事日程。

先看看 FSAN 和 ITU-T 這邊。

XG-PON 標(biāo)準(zhǔn)制定完成之后，F(xiàn)SAN 就啟動(dòng)了 NG-PON2 的標(biāo)準(zhǔn)研究（NG-PON1 就是前面的 10G PON，包括 10G GPON 和 10G EPON）。NG-PON2 的關(guān)鍵需求主要為 40G 下行和 40G/10G 上行，實(shí)現(xiàn) 20km 傳輸距離和 1:64 分光。

當(dāng)時(shí)，NG-PON2 的主流備選技術(shù)方案包括高速 TDMA-PON、TWDM PON、OFDM-PON 和 WDM-PON。經(jīng)過(guò)分析和對(duì)比，2012 年 4 月，F(xiàn)SAN 確定采用 TWDM PON 技術(shù)作為 NG-PON2 的實(shí)現(xiàn)方案，并啟動(dòng)制定 G.989.x 系列標(biāo)準(zhǔn)，最終于 2015 年完成。

TWDM PON 采用 4/8 波長(zhǎng)疊加方式，單波長(zhǎng) 10G TDM。

NG-PON2 系統(tǒng)架構(gòu)

再來(lái)看看 IEEE 方面。

2013 年，IEEE 開(kāi)始啟動(dòng) NG-EPON 研究，成立了 IEEE ICCOM 對(duì) NG-EPON 的市場(chǎng)需求、技術(shù)方案進(jìn)行分析。2015 年 3 月，IEEE 發(fā)布了 NG-EPON 技術(shù)白皮書。2015 年 7 月，開(kāi)始啟動(dòng) 100G-EPON 標(biāo)準(zhǔn)制定，命名為 IEEE 802.3ca。根據(jù)最新的信息，將可能于 2020 年 8 月份發(fā)布。

100G-EPON 系統(tǒng)架構(gòu)

同樣畫個(gè)圖，方便大家看懂：

在 10G TDM 的基礎(chǔ)上，ITU-T 的專家們也在考慮進(jìn)一步提升單波容量，考慮方向主要集中在 25G、50G 和 100G。

這其中，25G 與 10G 差別太小，而 100G 難度太大。所以，50G 被普遍認(rèn)為是一個(gè)比較合適的演進(jìn)方向。

2018 年 2 月，國(guó)內(nèi)光接入網(wǎng)產(chǎn)業(yè)界成功推動(dòng)了 50G TDM-PON 標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)，標(biāo)志著 ITU-T 在下一代 PON 標(biāo)準(zhǔn)研究領(lǐng)域邁出關(guān)鍵一步，也進(jìn)一步明確了 PON 的未來(lái)技術(shù)演進(jìn)路線（至少國(guó)內(nèi)很明確了）。

不過(guò)，IEEE 這邊并沒(méi)有接受單波 50G PON 的立項(xiàng)。他們?cè)谙乱淮?PON 技術(shù)路線的選擇上，與 ITU-T 存在較大的分歧，且短時(shí)間內(nèi)無(wú)法達(dá)成共識(shí)。

綜上所述，10G PON 能夠提供每用戶 100M~1G 帶寬，而 25G/50G/100G PON 可以為用戶提供 1G~10Gbps 帶寬。寬帶接入平臺(tái)的大規(guī)模部署時(shí)間通常會(huì)間隔約 7-8 年。2016~2018 年，我們進(jìn)入的 10G PON 的大規(guī)模部署期。

也就是說(shuō)，預(yù)計(jì) 2025 年，我們將會(huì)迎來(lái) 5Gbps、10Gbps 光纖接入寬帶的規(guī)模部署。

04.PON 流派的融合? ???

除了研究下一代 PON 技術(shù)之外，行業(yè)還在密切關(guān)注一個(gè)很重要的問(wèn)題，那就是 ITU-T 和 IEEE 這兩個(gè)技術(shù)流派的融合。

自從 EPON 和 GPON 誕生以來(lái)，兩個(gè)派系長(zhǎng)期共存，這其實(shí)對(duì)產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)是非常不利的。

一方面，給運(yùn)營(yíng)商和設(shè)備的技術(shù)決策帶來(lái)困難（選擇題難做），另一方面，也增加了產(chǎn)業(yè)鏈的成本（產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)需要在兩條線進(jìn)行投入）。
對(duì)于中國(guó)這樣龐大的光接入網(wǎng)市場(chǎng)，PON 技術(shù)派系的分化帶來(lái)的影響就更大，資源浪費(fèi)也更多。所以，中國(guó)運(yùn)營(yíng)商和產(chǎn)業(yè)鏈對(duì)于 PON 融合有很強(qiáng)烈的意愿，也做了很多推動(dòng)工作。

在國(guó)內(nèi)外產(chǎn)業(yè)界的積極推動(dòng)之下，ITU-T 和 IEEE 也有一些積極的“示好”，包括發(fā)表聯(lián)合聲明、組成工作組、建立聯(lián)絡(luò)函機(jī)制等。但是，真正想要實(shí)現(xiàn)最終的融合，目前來(lái)看，還需要很長(zhǎng)時(shí)間。

好啦，今天關(guān)于 PON 的介紹就到這里。感謝大家的耐心閱讀，我們下期再見(jiàn)！