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技术解析
光纤通信发展系列-4:PON技术的崛起
日期:2020-12-04

PON技术的类型

目前主要应用的PON技术有EPON和GPON,此前还有APON(ATM PON)和BPON。各种PON技术最大的不同在于其数据连接层协议不同。


APON/BPON
20世纪90年代中期,一些主要网络运营商成立了全业务接入网联盟(FSAN),其目的是制定PON设备的统一标准,以使设备商和运营商一起进入PON设备市场,开展竞争。
第一个成果是在IUTG.983建议系列中规范了最初PON系统的标准。由于使用ATM作为承载协议,该系统称为APON(ATMPON)系统,后因常被人误解为只能提供ATM业务,故又改名为宽带无源光网络(BPON)系统,以表明这种系统能提供以太网接入、视频分配、高速租用线等宽带业务。但对这一代FSAN系统来说,最常用的称呼还是APON。后来,APON标准增强,并增加了保护、动态带宽分配(DBA)等功能。
现在,无论是长距离的核心传输网络还是城域接入网汇聚层部分,数字通信技术已经从以ATM为中心逐渐转移到以IP为基础来提供视频、音频和数据通信了。由于IP要求将待传数据分割成可变长度的数据包,而APON传输的是固定长度的信元因此APON不能用来传送IP业务,而且存在复杂性高和数据传输效率低等问题,已经在竞争中逐步退出市场。
所以,只有既能适应当前接入又能适应于末来网络核心技术的接入网络结构,才能使得末来的全光IP网络成为现实。


EPON
以太网无源网络(EPON:Ethernet Passive Optical Network)是以太网与PON的结合,它在物理层采用了PON技术,在链路层使用以太网协议,利用PON的拓扑结构实现了以太网的接入。
在EPON中,根据IEEE802.3以太网协议,传送的是可变长度的数据包,适合携带IP业务。
EPON作为PON技术之一,它同时具备了以太网和PON的优点,例如:与现有以太网兼容方便,有低成本、高带宽、组网灵活等特征。应用于宽带接入高网络带宽和性能,降低维护成本,是主流运营商青睐的光接入技术之一。


GPON
GPON(Gigabit-Capable PON)最早由FSAN组织于2002年9月提出,ITU-T在此基础上于2003年3月完成了ITU-TG.984.1和G.984.2的制定,2004年2月和6月完G9843的标准化。从而最终形成了GPON的标准族。
GPON的技术特点是在二层借鉴ITU-T定义的GFP(Generic-Framing-Procedure,通用成帧规程),扩展支持对Ethernet、TDM、ATM等多种业务封装成GEM(Genera Encapsulation Methods)帧后由PON传输。GEM帧头包含帧长度指示字节,可用于可变长度数据包的传递,提高了传输效率,因此能更简单、通用、高效地支持全业务。目前,GPON以因其更高的带宽、更远的传输距离以及强大的OAM能力正成为应用范围最广的光接入主流技术。


EPON和GPON对比

EPON相较于GPON的优势
EPON以兼容目前的以太网技术为目的,是802.3协议在光接入网上的延续,充分继承了以太网价格低、协议灵活、技术成熟等优势。EPON协议简单且实现成本低,设备成本低,在城域接入网需要最合适的技术,而不是最好的技术。
EPON设备成熟可用,EPON在亚洲已经铺设了数百万线,第三代商用芯片已经推出,相关光模块、芯片价格都有大幅下降,达到了规模商用水平,能够满足近期宽带业务的要求;
更适合国内,城域网没有ATM或BPON的设备包袱。


GPON相较于EPON的优势
速率更高:GPON提供1.25Gbps和2.5Gbps两种下行速率,可提供155M、622M、1.25Gbps、2.5Gbps几种上行速率。这种上下行速率非对称特性更能适应宽带数据业务市场。(EPON采用8B/10B线路编码和标准的上下行对称1Gbit/s数据速率(线路速率为1.25 Gbit/s))
服务品质高:多种QoS等级,可严格保证业务的带宽和延时要求。
业务支持全:G.984.X标准严格定义了支持电信级全业务(语音、数据和视频)。
管理能力强:具有丰富的功能,在帧结构预留了充分的OAM域,并制定了OMCI标准。
未来综合成本低:传输距离远、分光比高,实现更多用户接入,有效分摊OLT成本,降低用户接入成本。


两者之间的关系

EPON和GPON其实各有干秋,从性能指标上GPON要优于EPON,对于带宽、多业务性,QoS和安全性要求较高以及ATM技术作为骨干网的客户,GPON会更加适合。反之对于上述要求不敏感的用户,EPON则拥有了时间和成本上的优势。总体趋势来看,近年来GPON正在迎头赶上,但在未来一段时间内的宽带接入市场也并非GPON替代RPON,而是共存互补。
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