你可能不知道什么是“PON”(通常讀作“胖”),但你一定聽說過“光纖入戶”。
你可能不知道什么是“ONU”(通常讀作“哦嗯優(yōu)”),但是你打開家里的弱電箱,一定能看到一個接著光纖的“小盒子”。
這個“小盒子”就是ONU(Optical Network Unit,光網(wǎng)絡單元),俗稱“光貓”。
而今天的主角——“PON”(Passive Optical Network,無源光網(wǎng)絡),則是實現(xiàn)光纖入戶的關鍵,是網(wǎng)絡和用戶之間“最后一公里”的光纖傳輸技術。
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每家每戶的光纖,背后連接著一個龐大的網(wǎng)絡,讓我們沿著光纖,追源溯流,一起探索一下吧。
連接光貓的光纖來自弱電井里的分光器,可以將一路光信號以一定的比例分成多路。而進入分光器的光信號,則來自光線路終端OLT(Optical Line Terminal)。
OLT、ONU以及兩者之間的“傳輸通道”O(jiān)DN(Optical Distribution Network,光分配網(wǎng)絡)構成了PON網(wǎng)絡。其中:
我們可以根據(jù)下圖簡單了解一下PON網(wǎng)絡的架構。
如果將PON網(wǎng)絡看成一個公司,那么OLT相當于總部,ONU相當于各地辦事處,分光器相當于驛站。我們先來看一下PON的三大核心技術——加密、測距和動態(tài)帶寬分配。
加密
總部OLT需要向各地辦事處ONU傳遞大量消息,但是不同辦事處間的信息需要保密。此外,路上經(jīng)常會碰到間諜(流氓ONU)搞破壞。為了確保信息不泄露,OLT會定期與ONU協(xié)商不同的密鑰,保證信息安全。
在全國范圍內(nèi)劃分轄區(qū),每個轄區(qū)內(nèi)有若干個辦事處,并且設有驛站(分光器)。各地辦事處ONU到驛站的道路不同,花費的時間也不一樣,為了避免各辦事處的辦事員在驛站撞車,產(chǎn)生不必要的沖突,需要提前了解了這些路程。
所以,總部OLT會在ONU第一次注冊時啟動測距功能,計算出每個ONU的物理距離,并且根據(jù)ONU的物理距離指定合適的均衡延時參數(shù)。
為了更好地管理和指導辦事處的工作,總部OLT需要及時收集辦事處ONU上報的信息,并且越多越好。也就是說,各地辦事處需要充足的時間匯報,同時還不能浪費時間。但是各地辦事處ONU每次匯報的信息結合當?shù)厍闆r時多時少,重要性也不一樣,所以總部OLT會根據(jù)各地的具體情況,動態(tài)調(diào)整他們的匯報時間和匯報順序。
基于三大核心技術,PON在發(fā)展演進的過程中,產(chǎn)生了EPON、GPON、10G-EPON和XG(S) PON等技術。
PON技術在演進的過程中,分成了兩大家族——EPON(Ethernet PON)和GPON(Gigabit-capable PON),分別由兩個不同的組織ITU-T(國際電信聯(lián)盟電信標準分局)和IEEE(電氣和電子工程師協(xié)會)提出。
EPON和GPON的區(qū)別主要在數(shù)據(jù)鏈路層,即數(shù)據(jù)封裝成幀的方式不同。
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EPON采用以太網(wǎng)封裝方式,適用于以太網(wǎng)業(yè)務。
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GPON采用GEM(GPON Encapsulation Mode,GPON封裝模式)封裝方式,技術相對復雜,可以承載更多的業(yè)務種類,包括以太網(wǎng)業(yè)務、ATM(Asynchronous Transfer Mode,異步傳輸模式)業(yè)務和TDM(Time-division multiplexing,時分復用)業(yè)務。
GPON擁有比EPON更高的帶寬,覆蓋范圍更廣,但實現(xiàn)起來也更復雜,成本更高。
傳統(tǒng)的EPON和GPON技術能給用戶提供百兆級別的速率。然而,隨著4K/8K、AR/VR等大視頻、云化業(yè)務的風起云涌,人們迫切需要更高級的PON技術。?
EPON和GPON也開始技術升級,10G-EPON和XG(S) GPON逐漸取代EPON和GPON,開啟了千兆光纖時代。
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?先從EPON家族說起。
10G-EPON完美繼承了EPON的工作機制:
OLT以廣播方式向ONU發(fā)送以太網(wǎng)數(shù)據(jù),發(fā)起、控制測距過程,并記錄測距信息。為ONU分配帶寬,控制ONU發(fā)送數(shù)據(jù)的起始時間和窗口大小,通過OAM(Operation Administration and Maintenance,操作維護管理)協(xié)議對ONU進行管理。
ONU選擇接收OLT發(fā)送的廣播數(shù)據(jù),響應OLT發(fā)出的測距命令,緩存用戶數(shù)據(jù),在OLT分配的發(fā)送窗口中向上行方向發(fā)送數(shù)據(jù)。
10G-EPON最大限度沿用了EPON的協(xié)議,滿足用戶高帶寬需求,支持語音、視頻、以太網(wǎng)等多種業(yè)務,它的繼承性主要體現(xiàn)在兩個方面。
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擴大EPON標準的上下行帶寬,速率達到10Gbps。
10G-EPON支持非對稱和對稱兩種模式,對稱模式即上下行帶寬相同。實際使用時二選一,以適應不同客戶的承載需求。
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具有超強的兼容性,10G-EPON的ONU與EPON的ONU可以共存在一個光分配網(wǎng)絡中。
10G-EPON下行波長獨立,采用廣播方式發(fā)送信息,ONU各取所需;上行波長重合,采用TDMA(Time division multiple access,時分多址)方式,實現(xiàn)EPON ONU和10G EPON ONU共存,支持EPON向10G-EPON平滑演進。
再來看看GPON家族。
XG(S)-PON包括XG-PON和XGS-PON,是一對師兄弟。
非對稱XG-PON,上下行支持2.5G/10G ,滿足以家庭寬帶為主的非對稱業(yè)務需求。
對稱XGS-PON,上下行支持10G,滿足以政企、基站承載等對稱業(yè)務的承接需求。
對稱XGS-PON完全兼容非對稱XG-PON,在XGS-PON端口下可接入對稱終端XGS-PON ONU,也可接入非對稱終端XG-PON ONU。
XG(S)-PON繼承了GPON系統(tǒng)的工作機制:
OLT以廣播方式向ONU發(fā)送數(shù)據(jù),發(fā)起、控制測距過程并記錄測距信息。分配T-CONT(Transmission Container)上行帶寬,通過OMCI(ONU Management and Control Interface)協(xié)議對ONU進行管理。
ONU選擇接收OLT發(fā)送的廣播數(shù)據(jù),響應OLT發(fā)出的測距命令。緩存用戶數(shù)據(jù),在OLT分配的T-CONT中向上行方向發(fā)送數(shù)據(jù)。
但是,XG(S)-PON在對GPON的兼容性上做得并不好。
GPON家族當初培養(yǎng)下一代時,重點考慮其承接能力、距離、安全等,對家族傳承未考慮周全。
XG(S)- PON上下行波長與GPON的上下行波長有差異,XG(S)- PON需要借助外置合波器WDM1r才能兼容GPON終端,滿足客戶升級需求。
用一張表格簡單對比GPON、XG-PON和XGS-PON。
相比EPON和GPON,10G-EPON和XG(S)-PON在傳輸帶寬、分光比、效率、安全等方面更能滿足客戶們?nèi)找嬖鲩L的需求。?
不過,PON家族從EPON、GPON發(fā)展到10G-EPON和XG(S)-PON并沒有結束。NG-EPON和NG-PON2是什么?XG(S)-PON和GPON之間的兼容問題如何徹底解決?
請關注下一期《5G時代,“PON”出新花樣》,為你揭曉“5G時代,PON技術如何發(fā)揮自身的優(yōu)勢”吧!
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