科普：PON简史
大家好，我是小棗君。
之前有不少同學(xué)問EPON、GPON、10G PON、XG-PON、NG-PON2到底是什么關(guān)系。今天通過這篇文章，我詳細(xì)給大家介紹一下。
01. EPON和GPON
故事要從PON的起源開始說起。
上世紀(jì)80年代，計(jì)算機(jī)和多媒體技術(shù)崛起，越來越多的人開始擁有電腦，也開始接觸網(wǎng)絡(luò)（局域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)）。于是，數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)開始興起，上網(wǎng)需求出現(xiàn)。
早期的時(shí)候，運(yùn)營(yíng)商能提供的上網(wǎng)服務(wù)，基本上都是通過電話線、雙絞線（網(wǎng)線）、同軸電纜這樣的銅制線纜。技術(shù)包括ADSL（非對(duì)稱數(shù)字用戶線路）和ISDN專線（綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)）等。
▲ ADSL Modem
這些方式要么速率很慢，要么成本很高，并不能滿足用戶的需求。
于是，光纖作為一種新型通信介質(zhì)，開始進(jìn)入了人們的視野。
▲光纖維
自從1966年華裔科學(xué)家高錕先生通過一篇論文奠定了光纖通信理論基礎(chǔ)之后，這項(xiàng)技術(shù)便進(jìn)入了高速發(fā)展的階段。光纖制造工藝不斷成熟，產(chǎn)業(yè)鏈也日益成型。
到了80年代末，為了將光纖應(yīng)用于寬帶接入業(yè)務(wù)，陸續(xù)有廠商推出了自己的窄帶PON技術(shù)。當(dāng)時(shí)，這種技術(shù)速率很低，不超過2Mbps。而且，因?yàn)閺S商們各自為戰(zhàn)，所以一直沒有形成統(tǒng)一的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。
1995年，包括BELLSOUTH、BT、France Telecom在內(nèi)的7家網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商共同發(fā)起成立了全業(yè)務(wù)接入網(wǎng)聯(lián)盟（FSAN），希望能提出一種統(tǒng)一的光接入網(wǎng)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)。
不久之后，1997年，根據(jù)FSAN的建議，ITU-T（國(guó)際電信聯(lián)盟電信標(biāo)準(zhǔn)分局）推出了APON技術(shù)體系，也就是G.983.1標(biāo)準(zhǔn)。
APON，就是ATM PON。ATM可不是自動(dòng)取款機(jī)，它是異步傳輸模式（Asynchronous Transfer Mode）的縮寫。ATM的本質(zhì)，就是一種傳輸協(xié)議。老一輩通信人肯定對(duì)ATM很熟悉，它曾經(jīng)是IP協(xié)議的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，一度非常流行。
到了2001年，F(xiàn)SAN和ITU-T對(duì)APON規(guī)范進(jìn)行了升級(jí)修訂，順便改了個(gè)名，叫做BPON（Broadband PON，寬帶無源光網(wǎng)絡(luò)）。之所以改名，主要是他們不希望APON被人誤解為只能提供ATM業(yè)務(wù)。
為了進(jìn)一步提升PON的速率標(biāo)準(zhǔn)，2002年，F(xiàn)SAN啟動(dòng)了一項(xiàng)新的工作，對(duì)1Gbps以上的PON網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。
2003年3月，在FSAN的建議基礎(chǔ)上，ITU-T頒布G.984標(biāo)準(zhǔn)，也就是GPON（Gigabit-capable PON，千兆比特?zé)o源光網(wǎng)絡(luò)）。
就在FSAN和ITU-T干得熱火朝天的同時(shí)，另一家標(biāo)準(zhǔn)化組織也沒閑著，也開始搗鼓PON技術(shù)。它就是同樣大名鼎鼎的IEEE（電氣和電子工程師協(xié)會(huì)）。
IEEE是以太網(wǎng)（Ethernet）標(biāo)準(zhǔn)的制定者和大靠山。
IEEE在1998年發(fā)布了吉比特（Gigabit）以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)之后，就尋思著搞一個(gè)基于以太網(wǎng)的PON標(biāo)準(zhǔn)。
2000年，IEEE成立了EFM工作組，正式啟動(dòng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化工作。EFM工作組的全名很有趣，叫做第一英里以太網(wǎng)工作組（Ethernet for the First Mile），歸屬于制定以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的IEEE 802.3組。
2004年4月，EFM工作組大功告成，正式推出了IEEE 802.3ah標(biāo)準(zhǔn)，也就是EPON（Ethernet PON，基于Ethernet以太網(wǎng)的PON）。
隨著時(shí)間推移，ATM在與IP的競(jìng)爭(zhēng)中逐漸失勢(shì)沒落。APON（BPON）也因?yàn)槌杀尽⑿实仍虮贿\(yùn)營(yíng)商們拋棄，退出了歷史舞臺(tái)。所以，APON（BPON）我就不多介紹了，大家也不需要了解太多。
我們重點(diǎn)看看當(dāng)時(shí)已經(jīng)成為行業(yè)主流的EPON和GPON。
EPON和GPON，是不同標(biāo)準(zhǔn)組織推出的不同技術(shù)體系。兩者之間并沒有升級(jí)演進(jìn)或替代的關(guān)系，可以算是平行發(fā)展。
EPON和GPON，關(guān)鍵區(qū)別在二層（也就是數(shù)據(jù)鏈路層）。
EPON，在二層就是用以太網(wǎng)取代ATM。GPON呢，在二層采用的是全新定義的一種封裝結(jié)構(gòu)GEM（GPON Encapsulation Mode，GPON封裝模式），對(duì)Ethernet、TDM、ATM等多種業(yè)務(wù)進(jìn)行封裝映射。
我們通過下面這張表格進(jìn)行簡(jiǎn)單的對(duì)比：
總之，EPON和GPON各有優(yōu)劣。簡(jiǎn)單來說，GPON帶寬更大，帶的用戶更多，效率更高，但實(shí)現(xiàn)起來也更復(fù)雜，所以成本也更高。
從國(guó)內(nèi)的市場(chǎng)份額來看，EPON當(dāng)時(shí)在中國(guó)電信被普遍采用，而GPON更受中國(guó)聯(lián)通和中國(guó)移動(dòng)的歡迎。
02. 10G-EPON和XGS-PON
EPON和GPON，都是1Gbps這個(gè)級(jí)別的PON。注意，這個(gè)1Gbps，并不是用戶側(cè)的速率。EPON和GPON只能給用戶提供100Mbps的速率。
很顯然，隨著時(shí)代的發(fā)展，這個(gè)速率無法滿足家庭和企業(yè)用戶的需求。于是，PON開始向10Gbps級(jí)別的演進(jìn)。
2006年，IEEE開始立項(xiàng)制定10Gbit/s速率的EPON系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，也就是后來的IEEE 802.3av，10G-EPON。
在該標(biāo)準(zhǔn)中，10G EPON分為2個(gè)類型：一是非對(duì)稱方式，即下行速率為10 Gbps，上行速率為1 Gbps；另一個(gè)是對(duì)稱方式，即上下行速率均為10 Gbps。
ITU-T的GPON那邊呢，也在演進(jìn)。
2008年，ITU啟動(dòng)了下一代GPON標(biāo)準(zhǔn)的研究。2010年，XG-PON標(biāo)準(zhǔn)誕生，也就是ITU-T G.987系列。
最開始的時(shí)候，XG-PON也有兩種方式，一種是非對(duì)稱方式XG-PON1，下行速率為10 Gbps，上行速率為2.5 Gbps；另一種是對(duì)稱方式XG-PON2，上下行速率均為10 Gbps。
后來，2013年左右，因?yàn)閄G-PON2這個(gè)對(duì)稱方案難以實(shí)現(xiàn)，所以被建議取消。XG-PON1直接改名成為XG-PON。
再后來，2015年，對(duì)稱方案又重啟，采用了新名字，叫做XGS-PON（S代表symmetric，對(duì)稱）。
2017年，ITU正式通過了G.9807 XGS-PON國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。
通過下面這個(gè)圖，應(yīng)該看得更明白：
值得一提的還有一個(gè)Combo-PON，運(yùn)營(yíng)商也有集采過。
Combo-PON是通過三合一光模塊，在內(nèi)部集成了GPON光模塊、10G PON光模塊和WDM1r合波器。這樣一來，不論用戶側(cè)接GPON ONT還是10G PON ONT，都可以正常工作，有利于升級(jí)過渡。
Combo-PON方案（圖片來自中興官網(wǎng)）
2010年之后，視頻、游戲等互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用飛速發(fā)展，用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬有強(qiáng)烈的需求。這進(jìn)一步刺激了10G PON的產(chǎn)業(yè)鏈成熟。
2013年開始，國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商就對(duì)10G PON進(jìn)行了規(guī)模集采和批量部署。最近幾年，隨著“千兆寬帶”的推廣和普及，10G PON的集采達(dá)到了巔峰。
針對(duì)10G PON，國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商的升級(jí)策略也有一些不同。主要是中國(guó)電信。電信因?yàn)榇饲癊PON存量較大，所以升級(jí)替換不可避免地還是采用了10G EPON的方案，不過新建的基本上已經(jīng)改用GPON。
從技術(shù)的角度來說，10G PON的升級(jí)替換其實(shí)也很方便，基本上可以在現(xiàn)有硬件架構(gòu)的基礎(chǔ)上直接升級(jí)。
OLT、ODN、ONU三大部分中，ODN（光分配網(wǎng)）幾乎是完全不變的，反正也是無源的，就是一個(gè)管道，估計(jì)用幾十年都沒問題。局端設(shè)備OLT的話，原有GPON/EPON平臺(tái)可以不變，只需要升級(jí)更換大容量的接口板就行。用戶端ONU更換比較簡(jiǎn)單，根據(jù)用戶需求（換寬帶套餐的時(shí)候），逐步淘汰替換即可。
總而言之，10G PON的升級(jí)改造沒有太大難度，然而用戶體驗(yàn)提升明顯，可以讓用戶多掏錢，豈不美哉？這也是目前運(yùn)營(yíng)商大力推廣的原因之一。
03. PON的未來
對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)組織來說，10G PON并不是PON技術(shù)的終點(diǎn)，25G/50G/100G PON早已經(jīng)被提上了議事日程。
先看看FSAN和ITU-T這邊。
XG-PON標(biāo)準(zhǔn)制定完成之后，F(xiàn)SAN就啟動(dòng)了NG-PON2的標(biāo)準(zhǔn)研究（NG-PON1就是前面的10G PON，包括10G GPON和10G EPON）。NG-PON2的關(guān)鍵需求主要為40G下行和40G/10G上行，實(shí)現(xiàn)20km傳輸距離和1:64分光。
當(dāng)時(shí)，NG-PON2的主流備選技術(shù)方案包括高速TDMA-PON、TWDM PON、OFDM-PON和WDM-PON。經(jīng)過分析和對(duì)比，2012年4月，F(xiàn)SAN確定采用TWDM PON技術(shù)作為NG-PON2的實(shí)現(xiàn)方案，并啟動(dòng)制定G.989.x系列標(biāo)準(zhǔn)，最終于2015年完成。
TWDM PON采用4/8波長(zhǎng)疊加方式，單波長(zhǎng)10G TDM。
NG-PON2系統(tǒng)架構(gòu)
再來看看IEEE方面。
2013年，IEEE開始啟動(dòng)NG-EPON研究，成立了IEEE ICCOM對(duì)NG-EPON的市場(chǎng)需求、技術(shù)方案進(jìn)行分析。2015年3月，IEEE發(fā)布了NG-EPON技術(shù)白皮書。2015年7月，開始啟動(dòng)100G-EPON標(biāo)準(zhǔn)制定，命名為IEEE 802.3ca。根據(jù)最新的信息，將可能于2020年8月份發(fā)布。
100G-EPON系統(tǒng)架構(gòu)
同樣畫個(gè)圖，方便大家看懂：
在10G TDM的基礎(chǔ)上，ITU-T的專家們也在考慮進(jìn)一步提升單波容量，考慮方向主要集中在25G、50G和100G。
這其中，25G與10G差別太小，而100G難度太大。所以，50G被普遍認(rèn)為是一個(gè)比較合適的演進(jìn)方向。
2018年2月，國(guó)內(nèi)光接入網(wǎng)產(chǎn)業(yè)界成功推動(dòng)了50G TDM-PON標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)，標(biāo)志著ITU-T在下一代PON標(biāo)準(zhǔn)研究領(lǐng)域邁出關(guān)鍵一步，也進(jìn)一步明確了PON的未來技術(shù)演進(jìn)路線（至少國(guó)內(nèi)很明確了）。
不過，IEEE這邊并沒有接受單波50G PON的立項(xiàng)。他們?cè)谙乱淮鶳ON技術(shù)路線的選擇上，與ITU-T存在較大的分歧，且短時(shí)間內(nèi)無法達(dá)成共識(shí)。
綜上所述，10G PON能夠提供每用戶100M~1G帶寬，而25G/50G/100G PON可以為用戶提供1G~10Gbps帶寬。寬帶接入平臺(tái)的大規(guī)模部署時(shí)間通常會(huì)間隔約7-8年。2016~2018年，我們進(jìn)入的10G PON的大規(guī)模部署期。
也就是說，預(yù)計(jì)2025年，我們將會(huì)迎來5Gbps、10Gbps光纖接入寬帶的規(guī)模部署。
04.PON流派的融合
除了研究下一代PON技術(shù)之外，行業(yè)還在密切關(guān)注一個(gè)很重要的問題，那就是ITU-T和IEEE這兩個(gè)技術(shù)流派的融合。
自從EPON和GPON誕生以來，兩個(gè)派系長(zhǎng)期共存，這其實(shí)對(duì)產(chǎn)業(yè)來說是非常不利的。
一方面，給運(yùn)營(yíng)商和設(shè)備的技術(shù)決策帶來困難（選擇題難做），另一方面，也增加了產(chǎn)業(yè)鏈的成本（產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)需要在兩條線進(jìn)行投入）。
對(duì)于中國(guó)這樣龐大的光接入網(wǎng)市場(chǎng)，PON技術(shù)派系的分化帶來的影響就更大，資源浪費(fèi)也更多。所以，中國(guó)運(yùn)營(yíng)商和產(chǎn)業(yè)鏈對(duì)于PON融合有很強(qiáng)烈的意愿，也做了很多推動(dòng)工作。
在國(guó)內(nèi)外產(chǎn)業(yè)界的積極推動(dòng)之下，ITU-T和IEEE也有一些積極的“示好”，包括發(fā)表聯(lián)合聲明、組成工作組、建立聯(lián)絡(luò)函機(jī)制等。但是，真正想要實(shí)現(xiàn)最終的融合，目前來看，還需要很長(zhǎng)時(shí)間。
好啦，今天關(guān)于PON的介紹就到這里。感謝大家的耐心閱讀，我們下期再見！
總結(jié)
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