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PON：“最后一公里”这题我会做

你可能不知道什么是“PON”（通常读作“胖”），但你一定听说过“光纤入户”。

你可能不知道什么是“ONU”（通常读作“哦嗯优”），但是你打开家里的弱电箱，一定能看到一个接着光纤的“小盒子”。

这个“小盒子”就是 ONU（Optical Network Unit，光网络单元），俗称“光猫”。

而今天的主角 ——“PON”（Passive Optical Network，无源光网络），则是实现光纤入户的关键，是网络和用户之间“最后一公里”的光纤传输技术。

什么是 PON

每家每户的光纤，背后连接着一个庞大的网络，让我们沿着光纤，追源溯流，一起探索一下吧。

连接光猫的光纤来自弱电井里的分光器，可以将一路光信号以一定的比例分成多路。而进入分光器的光信号，则来自光线路终端 OLT（Optical Line Terminal）。

OLT、ONU 以及两者之间的“传输通道”ODN（Optical Distribution Network，光分配网络）构成了 PON 网络。其中：

OLT 是运营商侧设备，负责为用户分配上层业务网络的数据。
ONU 是用户侧设备，负责接收 OLT 发送的数据，并直接为用户提供服务。

我们可以根据下图简单了解一下 PON 网络的架构。

PON 核心技术

如果将 PON 网络看成一个公司，那么 OLT 相当于总部，ONU 相当于各地办事处，分光器相当于驿站。我们先来看一下 PON 的三大核心技术 —— 加密、测距和动态带宽分配。

加密

总部 OLT 需要向各地办事处 ONU 传递大量消息，但是不同办事处间的信息需要保密。此外，路上经常会碰到间谍（流氓 ONU）搞破坏。为了确保信息不泄露，OLT 会定期与 ONU 协商不同的密钥，保证信息安全。

测距

在全国范围内划分辖区，每个辖区内有若干个办事处，并且设有驿站（分光器）。各地办事处 ONU 到驿站的道路不同，花费的时间也不一样，为了避免各办事处的办事员在驿站撞车，产生不必要的冲突，需要提前了解了这些路程。

所以，总部 OLT 会在 ONU 第一次注册时启动测距功能，计算出每个 ONU 的物理距离，并且根据 ONU 的物理距离指定合适的均衡延时参数。

动态带宽分配

为了更好地管理和指导办事处的工作，总部 OLT 需要及时收集办事处 ONU 上报的信息，并且越多越好。也就是说，各地办事处需要充足的时间汇报，同时还不能浪费时间。但是各地办事处 ONU 每次汇报的信息结合当地情况时多时少，重要性也不一样，所以总部 OLT 会根据各地的具体情况，动态调整他们的汇报时间和汇报顺序。

基于三大核心技术，PON 在发展演进的过程中，产生了 EPON、GPON、10G-EPON 和 XG (S) PON 等技术。

两大家族

PON 技术在演进的过程中，分成了两大家族 ——EPON（Ethernet PON）和 GPON（Gigabit-capable PON），分别由两个不同的组织 ITU-T（国际电信联盟电信标准分局）和 IEEE（电气和电子工程师协会）提出。

EPON 和 GPON 的区别主要在数据链路层，即数据封装成帧的方式不同。
EPON 采用以太网封装方式，适用于以太网业务。

GPON 采用 GEM（GPON Encapsulation Mode，GPON 封装模式）封装方式，技术相对复杂，可以承载更多的业务种类，包括以太网业务、ATM（Asynchronous Transfer Mode，异步传输模式）业务和 TDM（Time-division multiplexing，时分复用）业务。

GPON 拥有比 EPON 更高的带宽，覆盖范围更广，但实现起来也更复杂，成本更高。

传统的 EPON 和 GPON 技术能给用户提供百兆级别的速率。然而，随着 4K / 8K、AR / VR 等大视频、云化业务的风起云涌，人们迫切需要更高级的 PON 技术。

EPON 和 GPON 也开始技术升级，10G-EPON 和 XG (S) GPON 逐渐取代 EPON 和 GPON，开启了千兆光纤时代。

EPON→10G-EPON

先从 EPON 家族说起。

10G-EPON 完美继承了 EPON 的工作机制：

OLT 以广播方式向 ONU 发送以太网数据，发起、控制测距过程，并记录测距信息。为 ONU 分配带宽，控制 ONU 发送数据的起始时间和窗口大小，通过 OAM（Operation Administration and Maintenance，操作维护管理）协议对 ONU 进行管理。
ONU 选择接收 OLT 发送的广播数据，响应 OLT 发出的测距命令，缓存用户数据，在 OLT 分配的发送窗口中向上行方向发送数据。

10G-EPON 最大限度沿用了 EPON 的协议，满足用户高带宽需求，支持语音、视频、以太网等多种业务，它的继承性主要体现在两个方面。

扩大 EPON 标准的上下行带宽，速率达到 10Gbps。

10G-EPON 支持对称和非对称两种模式，对称模式即上下行带宽相同。实际使用时二选一，以适应不同客户的承载需求。

具有超强的兼容性，10G-EPON 的 ONU 与 EPON 的 ONU 可以共存在一个光分配网络中。

10G-EPON 下行波长独立，采用广播方式发送信息，ONU 各取所需；上行波长重合，采用 TDMA（Time division multiple access，时分多址）方式，实现 EPON ONU 和 10G EPON ONU 共存，支持 EPON 向 10G-EPON 平滑演进。

用一张表格简单对比 EPON 和 10G-EPON。

GPON→XG(S)-GPON

再来看看 GPON 家族。

XG (S)-PON 包括 XGS-PON 和 XG-PON，是一对师兄弟。

对称 XGS-PON，上下行支持 10G，满足以政企、基站承载等对称业务的承接需求。

非对称 XG-PON，上下行支持 2.5G / 10G ，满足以家庭宽带为主的非对称业务需求。

对称 XGS-PON 完全兼容非对称 XG-PON，在 XGS-PON 端口下可接入对称终端 XGS-PON ONU，也可接入非对称终端 XG-PON ONU。

XG (S)-PON 继承了 GPON 系统的工作机制：

OLT 以广播方式向 ONU 发送数据，发起、控制测距过程并记录测距信息。分配 T-CONT（Transmission Container）上行带宽，通过 OMCI（ONU Management and Control Interface）协议对 ONU 进行管理。
ONU 选择接收 OLT 发送的广播数据，响应 OLT 发出的测距命令。缓存用户数据，在 OLT 分配的 T-CONT 中向上行方向发送数据。

但是，XG (S)-PON 在对 GPON 的兼容性上做得并不好。

GPON 家族当初培养下一代时，重点考虑其承接能力、距离、安全等，对家族传承未考虑周全。

XG (S)- PON 上下行波长与 GPON 的上下行波长有差异，XG (S)- PON 需要借助外置合波器 WDM1r 才能兼容 GPON 终端，满足客户升级需求。

用一张表格简单对比 GPON、XG-PON 和 XGS-PON。