大家好,我是小枣君。

 

 

之前有不少同学问 EPONGPON、10G PON、XG-PON、NG-PON2 到底是什么关系。今天通过这篇文章,我详细给大家介绍一下。

 

01. EPON 和 GPON     


故事要从 PON 的起源开始说起。



上世纪 80 年代,计算机和多媒体技术崛起,越来越多的人开始拥有电脑,也开始接触网络(局域网或互联网)。于是,数据通信业务开始兴起,上网需求出现。


早期的时候,运营商能提供的上网服务,基本上都是通过电话线、双绞线(网线)、同轴电缆这样的铜制线缆。技术包括 ADSL(非对称数字用户线路)和 ISDN 专线(综合业务数字网)等。

 

 

ADSL Modem


这些方式要么速率很慢,要么成本很高,并不能满足用户的需求。


于是,光纤作为一种新型通信介质,开始进入了人们的视野。

 

 

光纤维


自从 1966 年华裔科学家高锟先生通过一篇论文奠定了光纤通信理论基础之后,这项技术便进入了高速发展的阶段。光纤制造工艺不断成熟,产业链也日益成型。


到了 80 年代末,为了将光纤应用于宽带接入业务,陆续有厂商推出了自己的窄带 PON 技术。当时,这种技术速率很低,不超过 2Mbps。而且,因为厂商们各自为战,所以一直没有形成统一的规范和标准。


1995 年,包括 BELLSOUTH、BT、France Telecom 在内的 7 家网络运营商共同发起成立了全业务接入网联盟(FSAN),希望能提出一种统一的光接入网设备标准。


不久之后,1997 年,根据 FSAN 的建议,ITU-T(国际电信联盟电信标准分局)推出了 APON 技术体系,也就是 G.983.1 标准。


APON,就是 ATM PON。ATM 可不是自动取款机,它是异步传输模式(Asynchronous Transfer Mode)的缩写。ATM 的本质,就是一种传输协议。老一辈通信人肯定对 ATM 很熟悉,它曾经是 IP 协议的竞争对手,一度非常流行。


到了 2001 年,FSAN 和 ITU-T 对 APON 规范进行了升级修订,顺便改了个名,叫做 BPON(Broadband PON,宽带无源光网络)。之所以改名,主要是他们不希望 APON 被人误解为只能提供 ATM 业务。


为了进一步提升 PON 的速率标准,2002 年,FSAN 启动了一项新的工作,对 1Gbps 以上的 PON 网络进行标准化。


2003 年 3 月,在 FSAN 的建议基础上,ITU-T 颁布 G.984 标准,也就是 GPON(Gigabit-capable PON,千兆比特无源光网络)。


就在 FSAN 和 ITU-T 干得热火朝天的同时,另一家标准化组织也没闲着,也开始捣鼓 PON 技术。它就是同样大名鼎鼎的 IEEE(电气和电子工程师协会)。

 

 


IEEE 是以太网(Ethernet)标准的制定者和大靠山。

IEEE 在 1998 年发布了吉比特(Gigabit)以太网标准之后,就寻思着搞一个基于以太网的 PON 标准。


2000 年,IEEE 成立了 EFM 工作组,正式启动相关标准化工作。EFM 工作组的全名很有趣,叫做第一英里以太网工作组(Ethernet for the First Mile),归属于制定以太网标准的 IEEE 802.3 组。


2004 年 4 月,EFM 工作组大功告成,正式推出了 IEEE 802.3ah 标准,也就是 EPON(Ethernet PON,基于 Ethernet 以太网的 PON)。

 

 


随着时间推移,ATM 在与 IP 的竞争中逐渐失势没落。APON(BPON)也因为成本、效率等原因被运营商们抛弃,退出了历史舞台。所以,APON(BPON)我就不多介绍了,大家也不需要了解太多。


我们重点看看当时已经成为行业主流的 EPON 和 GPON。


EPON 和 GPON,是不同标准组织推出的不同技术体系。两者之间并没有升级演进或替代的关系,可以算是平行发展。


EPON 和 GPON,关键区别在二层(也就是数据链路层)。


EPON,在二层就是用以太网取代 ATM。GPON 呢,在二层采用的是全新定义的一种封装结构 GEM(GPON Encapsulation Mode,GPON 封装模式),对 Ethernet、TDM、ATM 等多种业务进行封装映射。


我们通过下面这张表格进行简单的对比:

 

 

 


总之,EPON 和 GPON 各有优劣。简单来说,GPON 带宽更大,带的用户更多,效率更高,但实现起来也更复杂,所以成本也更高。
从国内的市场份额来看,EPON 当时在中国电信被普遍采用,而 GPON 更受中国联通和中国移动的欢迎。

 

 

 

02. 10G-EPONXGS-PON     

 

 


EPON 和 GPON,都是 1Gbps 这个级别的 PON。注意,这个 1Gbps,并不是用户侧的速率。EPON 和 GPON 只能给用户提供 100Mbps 的速率。


很显然,随着时代的发展,这个速率无法满足家庭和企业用户的需求。于是,PON 开始向 10Gbps 级别的演进。

2006 年,IEEE 开始立项制定 10Gbit/s 速率的 EPON 系统标准,也就是后来的 IEEE 802.3av,10G-EPON。


在该标准中,10G EPON 分为 2 个类型:一是非对称方式,即下行速率为 10 Gbps,上行速率为 1 Gbps;另一个是对称方式,即上下行速率均为 10 Gbps。

ITU-T 的 GPON 那边呢,也在演进。


2008 年,ITU 启动了下一代 GPON 标准的研究。2010 年,XG-PON 标准诞生,也就是 ITU-T G.987 系列。


最开始的时候,XG-PON 也有两种方式,一种是非对称方式 XG-PON1,下行速率为 10 Gbps,上行速率为 2.5 Gbps;另一种是对称方式 XG-PON2,上下行速率均为 10 Gbps。


后来,2013 年左右,因为 XG-PON2 这个对称方案难以实现,所以被建议取消。XG-PON1 直接改名成为 XG-PON。


再后来,2015 年,对称方案又重启,采用了新名字,叫做 XGS-PON(S 代表 symmetric,对称)。

2017 年,ITU 正式通过了 G.9807 XGS-PON 国际标准。


通过下面这个图,应该看得更明白:

 

 


值得一提的还有一个 Combo-PON,运营商也有集采过。


Combo-PON 是通过三合一光模块,在内部集成了 GPON 光模块、10G PON 光模块和 WDM1r 合波器。这样一来,不论用户侧接 GPON ONT 还是 10G PON ONT,都可以正常工作,有利于升级过渡。

 

 

 

Combo-PON 方案(图片来自中兴官网)


2010 年之后,视频、游戏等互联网应用飞速发展,用户对网络带宽有强烈的需求。这进一步刺激了 10G PON 的产业链成熟。


2013 年开始,国内运营商就对 10G PON 进行了规模集采和批量部署。最近几年,随着“千兆宽带”的推广和普及,10G PON 的集采达到了巅峰。

 

 


针对 10G PON,国内运营商的升级策略也有一些不同。主要是中国电信。电信因为此前 EPON 存量较大,所以升级替换不可避免地还是采用了 10G EPON 的方案,不过新建的基本上已经改用 GPON。


从技术的角度来说,10G PON 的升级替换其实也很方便,基本上可以在现有硬件架构的基础上直接升级。


OLT、ODN、ONU 三大部分中,ODN(光分配网)几乎是完全不变的,反正也是无源的,就是一个管道,估计用几十年都没问题。局端设备 OLT 的话,原有 GPON/EPON 平台可以不变,只需要升级更换大容量的接口板就行。用户端 ONU 更换比较简单,根据用户需求(换宽带套餐的时候),逐步淘汰替换即可。


总而言之,10G PON 的升级改造没有太大难度,然而用户体验提升明显,可以让用户多掏钱,岂不美哉?这也是目前运营商大力推广的原因之一。

 

 

03. PON 的未来

 

 

 


对于标准组织来说,10G PON 并不是 PON 技术的终点,25G/50G/100G PON 早已经被提上了议事日程。


先看看 FSAN 和 ITU-T 这边。


XG-PON 标准制定完成之后,FSAN 就启动了 NG-PON2 的标准研究(NG-PON1 就是前面的 10G PON,包括 10G GPON 和 10G EPON)。NG-PON2 的关键需求主要为 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。经过分析和对比,2012 年 4 月,FSAN 确定采用 TWDM PON 技术作为 NG-PON2 的实现方案,并启动制定 G.989.x 系列标准,最终于 2015 年完成。


TWDM PON 采用 4/8 波长叠加方式,单波长 10G TDM。

 

 

NG-PON2 系统架构


再来看看 IEEE 方面。


2013 年,IEEE 开始启动 NG-EPON 研究,成立了 IEEE ICCOM 对 NG-EPON 的市场需求、技术方案进行分析。2015 年 3 月,IEEE 发布了 NG-EPON 技术白皮书。2015 年 7 月,开始启动 100G-EPON 标准制定,命名为 IEEE 802.3ca。根据最新的信息,将可能于 2020 年 8 月份发布。

 

 

100G-EPON 系统架构


同样画个图,方便大家看懂:

 

 



在 10G TDM 的基础上,ITU-T 的专家们也在考虑进一步提升单波容量,考虑方向主要集中在 25G、50G 和 100G。


这其中,25G 与 10G 差别太小,而 100G 难度太大。所以,50G 被普遍认为是一个比较合适的演进方向。


2018 年 2 月,国内光接入网产业界成功推动了 50G TDM-PON 标准立项,标志着 ITU-T 在下一代 PON 标准研究领域迈出关键一步,也进一步明确了 PON 的未来技术演进路线(至少国内很明确了)。


不过,IEEE 这边并没有接受单波 50G PON 的立项。他们在下一代 PON 技术路线的选择上,与 ITU-T 存在较大的分歧,且短时间内无法达成共识。

综上所述,10G PON 能够提供每用户 100M~1G 带宽,而 25G/50G/100G PON 可以为用户提供 1G~10Gbps 带宽。宽带接入平台的大规模部署时间通常会间隔约 7-8 年。2016~2018 年,我们进入的 10G PON 的大规模部署期。


也就是说,预计 2025 年,我们将会迎来 5Gbps、10Gbps 光纤接入宽带的规模部署。

 

 

 

04.PON 流派的融合     

 

 


除了研究下一代 PON 技术之外,行业还在密切关注一个很重要的问题,那就是 ITU-T 和 IEEE 这两个技术流派的融合。


自从 EPON 和 GPON 诞生以来,两个派系长期共存,这其实对产业来说是非常不利的。


一方面,给运营商和设备的技术决策带来困难(选择题难做),另一方面,也增加了产业链的成本(产业链企业需要在两条线进行投入)。
对于中国这样庞大的光接入网市场,PON 技术派系的分化带来的影响就更大,资源浪费也更多。所以,中国运营商和产业链对于 PON 融合有很强烈的意愿,也做了很多推动工作。

在国内外产业界的积极推动之下,ITU-T 和 IEEE 也有一些积极的“示好”,包括发表联合声明、组成工作组、建立联络函机制等。但是,真正想要实现最终的融合,目前来看,还需要很长时间。

好啦,今天关于 PON 的介绍就到这里。感谢大家的耐心阅读,我们下期再见!