PON的发展与前景

什么是PON

PON是一种典型的无源光纤网络，是指光配线网中不含有任何电子器件及电子电源，ODN全部由光分路器等无源器件组成，不需要贵重的有源电子设备。一个无源光网络包括一个安装于中心控制站的光线路终端（OLT），以及一批配套的安装于用户场所的光网络单元（ONU）。业界一直认为，无源光网络（PON）是接入网未来的发展方向。一方面，由于其提供的带宽可以满足现在和未来各种宽带业务的需要，因此在解决宽带接入问题上被普遍看好；另一方面，其在设备成本和运维管理开销方面的费用均相对较低。综合经济与技术分析表明，PON是FTTB/FTTH的主要技术。

PON的发展

PON（无源光网络）是一种点对多点的无源光接入技术，起源于20世纪90年代。从窄带PON到各种宽带PON技术的发展，PON技术的发展经历了几个阶段。

窄带PON技术是最早提出的PON技术，只能提供POTS或ISDN等业务接入速率在2Mbit/s以下的窄带业务。但由于当时各厂商规范不一致、无法达成一致，窄带PON技术至今仍没有统一完整的标准。在互联网不断发展的时代，窄带PON早已退出历史舞台，随后在20世纪90年代中期出现了APON技术。APON采用当时被认为能够提供各种类型通信的ATM协议作为承载协议，传输速率有了很大提高。后来，随着以太网技术的快速发展，APON基本不再适用，于是出现了宽带无源光网络BPON的概念。BPON是APON标准之后的增强版本，同样基于ATM协议，上下行速率都有了很大提高。1998年发布的第一个PON系统国际标准ITU-TG.983.1，通常也被称为BPON标准。

进入21世纪以来，随着ATM技术的衰落和互联网IP技术的迅速崛起，BPON技术高成本的部署方式显得有些过时。此时，业界希望开发一种新型PON系统来替代落后的BPON技术。在此背景下，IEEE和ITU-T分别于2000年和2001年先后启动了EPON和GPON的标准化工作，并分别于2004年发布了完成的标准，为如今现网中EPON和GPON的大量应用奠定了基础。EPON标准由IEEE的EFM（第一英里以太网）工作组完成，并于2004年9月被IEEE批准为IEEE 802.3ah标准。GPON标准由ITU-T第15研究组进行标准化。GPON相关标准包括G.984.1-G.984.6六项标准，涵盖GPON系统架构、物理媒体相关层、传输汇聚层、ONU控制管理协议以及增强波长使用和距离延伸的规定。与BPON系统相比，EPON和GPON的上下行速率得到了大幅提升。EPON的上下行带宽为1.25 Gbit/s，而GPON的下行带宽为2.5 Gbit/s，上行带宽为1.25 Gbit/s。

随着IP业务量的快速发展以及用户数量的不断增加，支持更高分光比和更高带宽的10GEPON和XG-PON也应运而生。从2005年开始，IEEE和ITU先后开展了下一代PON系统的标准化研究。IEEE于2006年立项并开始制定速率为10Gbit/s的EPON系统的标准IEEE 802.3av。在该标准中，10G EPON分为2种。一种是非对称方式，即下行速率为10Gbit/s，但上行速率与EPON相同，仍为1Gbit/s。第二种是对称方式，即上下行速率均为10Gbit/s。10GEPON技术作为第一个成熟的下一代PON技术，顺应了网络发展趋势。它具有带宽大、分光比大、与EPON兼容、统一网管、平滑升级等优势。ITU于2008年开始下一代GPON标准的研究，并于2010年确定，目前称为XG-PON标准。XG-PON标准ITU-T G.987系列已经陆续发布。XG-PON目前规定的物理层速率是非对称的，即下行速率为10Gbit/s，上行速率为2.5Gbit/s。2015年，2013年被取消的XGPON对称方案再次重启，并采用了新的名称XGSPON。与XGPON不同，XGSPON的上下行速率均为10Gbit/s，ITU于2017年正式通过了G.9807。XGSPON国际标准。近年来，视频、游戏等互联网应用发展迅速，用户对网络带宽有着强烈的需求，这进一步促进了10GPON产业链的成熟。10G PON的商用部署已在我国部分城市开始。

XGPON标准确立后，FSAN启动了NG-PON2的研究。其关键需求主要是40G下行和40G/10G上行，实现20km传输距离和1:64分光。当时，NG-PON2的主流备选技术方案包括高速TDMA-PON、TWDM PON、OFDM-PON和WDM-PON。经过分析比较，2012年4月，FSAN决定采用TWDM PON技术作为NG-PON2的实现方案，并开始制定G.989.x系列标准，最终于2015年完成。IEEE于2013年开始NG-EPON研究，并于2015年7月启动100G-EPON标准的制定，命名为IEEE802.3ca，并计划于今年内发布。

PON的未来

不难想象，未来我们需要带宽更大、用户更多、效率更高的PON技术。25G/50G/100G PON已经被提上标准组织的议程。2018年2月，中国光接入网产业界成功推动50G TDM-PON标准立项，标志着ITU-T在下一代PON标准研究领域迈出了关键一步。尽管IEEE没有接受单波50G PON的立项，但至少明确了PON未来的技术演进路线。对于未来的100G PON技术，中国通信设备厂商正在积极研究100G PON技术，共同推动标准制定和产业链成熟。100G PON的应用只是时间问题。

随着时代的发展和科学技术的不断进步，200G/500G/1000G乃至更高的PON技术将慢慢实现。然而，除了研究下一代PON技术之外，业界仍然密切关注一个非常重要的问题。那就是ITU-T和IEEE两大技术流派的融合。EPON和GPON长期共存，实际上对产业非常不利。一方面给运营商和设备的技术决策带来困难；另一方面也增加了产业链的成本，产业链企业需要投入两条线路。特别是对于中国这样庞大的光接入网市场，PON技术流派分化的影响更大，资源浪费更多。近年来，在国内外产业的积极推动下，ITU-T和IEEE也做出了一些积极的“表现”，包括发表联合声明、成立工作组、建立联络函机制等。但就目前而言，真正实现最终融合还需要很长时间。