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    • 01. EPON 和 GPON     
    • 02. 10G-EPON 和 XGS-PON     
    • 03. PON 的未來(lái)
    • 04.PON 流派的融合     
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PON簡(jiǎn)史

2020/05/23
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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)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(chēng)數(shù)字用戶(hù)線路)和 ISDN 專(zhuān)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(mǎn)足用戶(hù)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(xiě)。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(hù)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(hù)側(cè)的速率。EPON 和 GPON 只能給用戶(hù)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(mǎn)足家庭和企業(yè)用戶(hù)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(lèi)型:一是非對(duì)稱(chēng)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(chēng)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(chēng)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(chēng)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(chēng)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(chēng)方案又重啟,采用了新名字,叫做 XGS-PON(S 代表 symmetric,對(duì)稱(chēng))。

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(hù)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(hù)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(hù)端 ONU 更換比較簡(jiǎn)單,根據(jù)用戶(hù)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(hù)體驗(yàn)提升明顯,可以讓用戶(hù)多掏錢(qián),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(shū)。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(huà)個(gè)圖,方便大家看懂:

在 10G TDM 的基礎(chǔ)上,ITU-T 的專(zhuān)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?lài)?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(hù) 100M~1G 帶寬,而 25G/50G/100G PON 可以為用戶(hù)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)!

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電子產(chǎn)業(yè)圖譜

通信行業(yè)知名新媒體鮮棗課堂創(chuàng)始人,通信行業(yè)資深專(zhuān)家、行業(yè)分析師、自媒體作者,《智聯(lián)天下:移動(dòng)通信改變中國(guó)》叢書(shū)作者。通信行業(yè)13年工作經(jīng)驗(yàn),曾長(zhǎng)期任職于中興通訊股份有限公司,從事2/3/4G及5G相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域方面的研究,曾擔(dān)任中興通訊核心網(wǎng)產(chǎn)品線產(chǎn)品經(jīng)理、能力提升總監(jiān)、中興通訊學(xué)院二級(jí)講師、中興通訊高級(jí)主任工程師,擁有豐富的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)和積累。