从无源光网络PON想到的

    最近一段时间，总能从光纤在线的主页上的电子杂志栏目看见《无源光网络的技术综述》这篇文章，于是，便也想起来或许可以写点什么。
    对于无源光网络这个概念，早期从20世纪80年代，基于ATM的PON标准就已经提出，并由ITU/FSAN定义了相应G.983建议，即APON。笔者也曾经在去年底参加了国家TNS光器件工作组的会议，参与审查了“基于ATM的无源光网络（A-PON）用155Mb/s突发式光收发模块技术要求” 通信行业标准。从目前PON的发展来看，除了现有的APON和EPON之外，另有一个颇为引人注目的新的PON概念，就是由ITU/FSAN负责制定用来替换APON标准的Gigabit PON(GPON)标准。
    PON的传输方案是以1310nm波长区传送窄带业务信号，以1550nm波长区传送宽带业务信号。之所以这样做，主要是因为：1550nm波长区的光纤损耗小，宜于传送宽带信号，目前波分复用器件如1310/1550nm、1310/1490/1550等要求的，价格相对便宜，能经济地传送窄带业务。由于 PON是一种采用添加分分支术的以光纤为主的结构，因此多采用无源双星（DSP）或树型结构。
    相比这三种适用于PON的技术来说，我们可以从以下三个方面做个简单的比较，来评估各种技术的相应优缺点：
首先从传输速率上来看，APON是以ATM协议为载体，下行以155.52Mbps或622.08Mbps的速率发送连续的ATM信元，上行以突发的ATM信元方式发送数据流，速率基本上以155.52Mbps为主，相对速率较低，而EPON能够提供高达1 .25Gbit／s的上下行带宽，相对速率较大。但随着用户对传输速率和传输容量的巨大需求，新型的GPON概念的提出也基本上可以说是顺其自然了，GPON的网络中上行的传输速率为1.244Gbs，下行传输速率可达2.488Gbs。
    其次从上下行传输上来看，ATM-PON系统在下行方向采用时分复用的广播方式，在上行方向上，由于PON的ODN实际上是共享传输媒质，需要适当的接入控制才能保证各个ONU的上行信号完整地到达OLT，采用的技术主要有波分复用WDM、时分多址TDMA等；EPON上行采用多点到一点的拓扑结构，ONU侧的时钟应与OLT侧的时钟同步。EPON时钟同步采用时间标签方式。在OLT侧有一个全局的计数器，在下行方向OLT根据本地的计数器插入时钟标签，ONU根据收到的时钟标签修正本地计数器，完成系统同步；在上行方向ONU根据本地的计数器插入时钟标签，OLT根据收到的时钟标签完成测距；对于GPON来说，其数据的下行传输是利用广播的原理将从OLT发送到每个ONT，被传送的封包头上携带了目的地的住址，经由地址的比对可将数据流量准确地传达。上行传输因为光纤分布网络（ODN）具有媒介（media）共用的特性，所以必需协调每个ONT到OLT的数据传输，以避免ONT之间的网络拥塞。上行数据的传输是透过OLT所控制，利用TDMA（分时多任务）协定，分配给每个独立的ONT传输时槽。
    最后从传输功能上来看，ATM PON标准不适合本地环，缺少视频传输功能、带宽有限、结构复杂、造价昂贵，；而EPON比APON具有更宽的带宽、更低的费用和更宽的业务功能，实现数据、视频和话音在单一平台FTTH上传输，EPON的特点适合应用于长距离高带宽(20km，1.25G)、光纤的接入和传输、光纤化的ONU/ONT，非常适合于FTTB和FTTO模式(非常有利于光纤在大楼内的布线和用户扩容)；GPON可在接入网络上提供10Mbps、 100Mbps 及1Gbps的服务，同样还可以提供VLAN的服务，同时支持语音的服务包括VoIP及TDM。在当前众多解决接入网络瓶颈的技术中，GPON也是唯一可在单一波长下提供2.5G的带宽，同时可传送多个波长在一条光纤上的唯一技术。
    事实上，APON和EPON之争本质上是核心网中的ATM和IP之争在接入网中的继续。因此，对于以数据为中心的CATV领域或者新生的电信公司和运营商来说，可能会倾向于采用EPON；对于传统的电信公司和电信运营商来说，可能会倾向于采用APON。而GPON系统相比于目前广泛采用ADSL来说，GPON可提供物理覆盖至少20公里，远远优于ADSL的6公里覆盖范围。
    因此，正确的评估一个网络系统的好坏也就是从其整体的传输效率及相应的成本作基准。假定同样的1.25Gb/s传输速率，比较不同PON的系统对Line coding、PON TC（包括 Mac Layer）、Bearer Protocol （ATM、Ethernet、GFP）的能力及Service adaptation效率，将会发现， EPON在以太网络封包的传输上是效能最低的，而GPON 在常规语音及数据传输上均优于APON和EPON两种系统。
　　综合上述的数据，不同技术的PON提供不同的带宽速率，同样适合不同的需求范围，因此在一定程度上占有了一定的发展空间。而PON架构也是目前最经济和最有发展潜力的成熟技术，只要能开发出一种良好定义的网络媒体接入协议和集成10G以太网的一些优点，PON将会成为一种非常优秀的宽带接入解决方案。
    当然，也有专家对PON持悲观看法，基于ATM技术的APON因为ATM技术和光网泡沫的原因而没有真正应用，而后来的EPON由于采用单一的基于以太网的帧结构，处理话音时可能会产生QoS问题，导致EPON的总体效率极低。
    但令我们欣慰的是，PON也在随着社会的发展而处于不断发展完善的过程之中，从APON到EPON，再到现在的速率可以高达2.4Gb/s，并且能以原有格式和极高的效率（90％以上）传送多种业务（TDM和数据）的GPON。因此，无论如何，作为解决“最后一公里”瓶颈的理想技术，作为成本最低且功能最全面的接入方法，PON技术必将在今后的发展过程中成为商家的首选，并最终将铺设到每条街、每条路和每栋大楼，为FTTX的建设思想提供良好基础。