无源光网络的原理和构成

接入网是用户进入城域网/骨干网的桥梁，是信息传送通道的“最后一公里”。过去几年，网络的核心部分发生了翻天覆地的变化，无论是交换、还是传输都己更新换代，而接入网由于经济性问题如用户的业务需求、用户密度、用户的经济承受能力等多方面原因发展缓慢，成为制约网络向宽带化、全业务化发展的瓶颈。随着我国经济的迅速发展，高带宽的消耗业务逐步涌现，带宽提速成为迫切需求。为了满足用户的需求，各种新技术不断涌现，接入网技术己成为设备制造商、运营商和电信研究部门关注的焦点和投资的热点。

我国目前主流的有线接入技术包括ADSL、LAN、HFC、PLC和FTTH，其中部分LAN采用了PON+LAN的方式，而无线接入技术中又有WLAN、WiMAX、WiFi、Bluetooth、3G等技术。目前宽带接入网有两个主要的研究目标，第一是向高速、安全、智能化方向发展，要求网络更灵活、面向用户更多和成本更低，这方面FTTH是有线接入领域的杰出代表。另一个则是多业务的融合，即在同一个平台上灵活提供IPTV、有线电视视频、传统语音、数据业务的接入。

在各种宽带接入技术中，无源光网络以其容量大、传输距离长、�系统杀尽⑷滴裰С值扔攀瞥晌让偶际酢Ｄ壳耙丫鸩缴逃没奈拊垂馔缰饕蠺DM-PON(APON、EPON、GPON)和WDM-PON，它们的共同特点是：

·可升级性好、低成本，接入网中去掉了有源设备，从而避免了电磁干扰和雷电影响，减少了线路和外部设备的故障率，降低了相应的运维成本;

·业务透明性较好，高带宽，可适用于任何制式和速率的信号，能比较经济地支持模拟广播电视业务，支持三重播放(Triple play，语音、视频、数据)业务;

·高可靠性，提供不同业务优先级的QoS保证，适应宽带接入市场IP化的发展潮流，适于大规模应用。

PON核心构成

如图1，PON(无源光网络)中最主要的三部分包括位于局端的OLT(Optical Line Terminal，光线路终端)、终端ONU(Optical Network Unit，光网络单元)、以及ODN(Optical Distribution Network，光配线网)。PON“无源”是指ODN全部由光分路器(Splitter)等无源器件组成，不含有任何电子器件及电源。

基于PON的宽带接入方式

基于PON的接入方案

TDM-PON

如图2基于时分复用技术的TDM-PON，其原理是将上行传输时间分为若干时隙?ti (i=1,2,3,……32,……)，在每个时隙内只安排一个ONU以分组的方式向OLT发送分组信息，各ONU按OLT规定的顺序依次发送。TDM要求OLT测定它与各ONU的距离后对各ONU进行严格的发送定时，各ONU从OLT发送的下行信号获取定时信息，并在OLT规定的时隙内发送上行分组信号。

TDM允许使用单一的波长，OLT以TDM下行广播时使用1490nm波长(1550nm下行传输视频)，ONU以TDMA上行多址接入使用1310nm波长，所以OLT只需要一个收发器，只有一种类型ONU，由此带来很高的经济性，被认为是光接入网共享信道的首选方案。

TDM-PON模型

无源光网络始于20世纪80年代初，发展至今，有已经标准化的APON、EPON和GPON三种TDM/TDMA-PON类型。在窄带PON系统概念提出的同时，提出了基于ATM技术的宽带PON，即APON，以使接入网走向宽带化。

随着IP技术的不断完善，大多数运营商将IP技术作为主要承载技术，使得ATM完全退出了局域网。在这种背景下，出现了由ITU/FSAN负责制定替换APON的Gigabit PON(GPON)标准，以及由IEEE802.3ah负责制定的Ethernet PON(EPON)标准。

其中，EPON是基于千兆以太网的无源光网络，继承了以太网的低成本和易用性以及光网络的高带宽，是FTTH中“性价比”最高的一种，EPON的产业联盟从EPON的核心芯片、光模块到系统，产业链已经日趋成熟。而GPON在技术上略具优势，它能支持多种速率等级，可支持上下行不对称速率，与EPON只能支持对称1Gbit/s单一速率相比，GPON光器件选择余地更大，而在总效率和等效系统成本方面也有相当的优势。

三种TDM-PON的参数比较如表1所示，它们虽然有许多不同点，但归根到底都是基于时分复用机制的，上行方向以时隙为单位、共享带宽。

EPON GPON APON参数对比

WDM-PON

如图3基于波分复用技术的WDM-PON把各ONU的上行信号分别调制为不同波长(?i ,i=1,2,3,……16,……)的光信号，传输至ODN后耦合到同一馈线光纤传输到OLT，在OLT中利用分波器取出属于各ONU的不同波长的光信号，再分别通过光电探测器解调为电信号。WDM利用光纤的低损耗波长窗口(1310nm/1370nm/……/1550nm)，能以不同的方式传输不同的业务。

WDM-PON模型

WDM-PON上行方向采用粗波分CWDM或密集波分DWDM技术，每个用户独享一个波长的带宽，用户最大可用的带宽可以达到100G。波分多址WDMA光纤线路有足够的功率余度，便可方便地扩容与升级，但系统各通道共享光纤线路而不共享OLT光设备，故系统成本较高。

综合比较，由表2可以看出TDM-PON虽然有较低的网络快速部署费用，但是可靠性、带宽及升级扩容方面的表现都不如WDM-PON。因此随着无源光器件和其它技术的发展，WDM-PON将成为现行主流TDM-PON的有力竞争者。

表2 TDM-PON与WDM-PON对比

混合PON(HPON/xPON)

由前所述，TDM-PON和WDM-PON各有优缺点和应用场合，单一地利用一种PON技术都存在不同程度的问题。因此最近斯坦福大学的一些研究学者提出了如图4的HPON(Hybrid TDM/WDM PON)的概念，它能够很好地兼容TDM和WDM技术，并支持TDM-PON到WDM-PON的平滑过渡。

WDM-PON与TDM-PON的结合，主要指在单根光纤上提供多个WDM通道，但是每对WDM通道上还是利用时分复用的接入机制，TDM-PON的问题依然存在。这种技术仅仅是一种扩容的手段，一种过渡性的技术。

混合TDM/WDM的HPON模型

HPON除了TDM-PON+WDM-PON混合模型外，WDM-PON+ OCDMA-PON也是HPON一种未来理想的组合方式和发展方向。其中，OCDMA-PON上行方向采用光码分多址技术，每个用户分配一个码字，不需要复杂的控制协议和时钟同步技术。在这种组合中，WDM技术实现用户的大带宽传输，结合OCDMA灵活、安全以及大容量用户接入的特点，实现最终用户所需的随机安全接入。

PON发展趋势

当今，光通信技术正在往单波长的大容量以及密集波分复用方向发展，作为下一代接入网中首选的PON技术也有朝着这两个方向发展的趋势。从长远的角度来看，1Gbits/p的传输速率远不能满足下一代光接入网，用户终端对业务和服务的需求随着互联网的持续快速发展，如视频会议、实时游戏、IPTV等高带宽应用不断涌现，尤其是HDTV、网真等视频业务，对网络接入带宽提出了更高的要求，也推动着新的PON技术层出不穷。

新生的无源光网络技术代表像WDM-PON、OCDMA-PON、WDM/TDM HPON等等。从目前国际研究的现状看，这些新技术集中的表现在三方面：一个是高带宽、高利用率，包括提供超过100km长距离传输，多于1000用户的大用户量的接入，以及每户大于50Mbps的带宽。第二是新的网络结构、新的应用，例如把PON和LAN、OFDM、WiMAX等技术相结合，体现了网络与业务的融合。第三是新材料、新器件的使用，例如基于硬金属塑料光纤hard plastic clad fiber (HPCF)-PON，应用于WDM-PON中，可以实现均匀光分路比和低插入损耗。

图5更形象的说明目前PON的发展趋势，WDM-PON和10G EPON是代表方向之一，其标准化也在进程中。

宽带接入网络和技术的发展趋势

结语

无论是核心网、传输网还是接入网，其发展的首要因素就是业务，是终端用户的需求。从业务发展现状来看，高带宽的消耗业务逐步涌现，带宽提速成为迫切需求，而PON以其容量大、传输距离长、较低成本、全业务支持等优势成为宽带接入的热点，它在提供业务组合的同时，实现了高可靠性和高性能，已经成为了下一代光接入网的发展方向。

（原文作者：廖日坤北京大学科学研究部，纪越锋北京邮电大学）

【编辑推荐】

基于光纤传送网的长距离以太网接入技术EPONHFC与PON技术的联姻10G PON技术发展浅析【责任编辑：林琳 TEL：（010）68476606】

无源光网络的原理和构成相关推荐

华为光猫电源power，pon、los、lan，引出无源光网络PON的原理
2019独角兽企业重金招聘Python工程师标准>>> 无源光网络(Passive Optical Network ,PON) 主要采用无源光功率分配器(耦合器)将信息送至各用户.由 ...
无源光网络PON的原理
一.光纤接入网的接入方案 (a) P2P,点对点的网络传输成本太高,浪费光纤资源. (b) 光纤到路边交换机,降低了传输成本,但是在接入侧增加了带电设备,增加了故障点,也相应的增加了维护成 ...
网规：第1章计算机网络原理-1.6广域网与接入
1.6 广域网与接入(P95-124) 1. 广域网的概念 WAN是指将跨地区的各种局域网.计算机.终端等互边在一起的计算机通信网络. 常见的WAN有公用电话网.公用分组交换网.公用数字数据网.宽带综 ...
PON为什么被称为无源光网络？不同PON技术的主要区别是什么？
1 前言 PON是光纤宽带接入采用的主要技术.从2006年开始在中国电信开始规模使用,到今天已经走过了15个年头,但PON技术的应用并没有一点颓势,不但依然是光纤宽带接入的主要技术,而且逐渐渗透到专网 ...
EPON原理及关键技术
EPON原理及关键技术 2011-05-04 15:02:39| 分类: 固网通信技术学习 | 标签:关键技术 epon 报文 tdm 令牌 |举报 |字号订阅 EPON 的技术特点 ...
波分复用无源光网络核心技术分析
随着互联网的持续快速发展,各种新业务层出不穷,使得人们对网络接入带宽的需求持续增加,特别是网络游戏.会议电视.视频点播等业务,使传统的接入方式不能满足带宽的需求.据相关数据分析,未来3年,用户的平均带 ...
计算机网络原理第二章--物理层
物理层物理层的基本概念概念物理层考虑的是怎么样才能在连接欸各种计算机的传输媒体上传输数字比特流,而不是只具体的传输媒体. 物理层的作用是要尽可能的屏蔽掉传输媒体和通讯手段的差异,是物理层上的数据 ...
无源光网络（PON）介绍及其应用
文章目录无源光网络(PON)介绍 PON系统结构数据复用 ODN – 光纤连接器 FC(大圆头) SC(大光头) LC(小光头) PC APC 多模光纤单模光纤分光器引起的衰减 ONU(Opt ...
计算机网络原理——前三章个人总结
计算机网络原理文章目录计算机网络原理第一章--概述 1.1三大网络 1.2互联网与物联网的区别 1.3计算机网络与互联网 1.4互联网发展三阶段 1.5互联网标准化工作 1.6互联网组成 1.7 ...

无源光网络的原理和构成

无源光网络的原理和构成相关推荐

最新文章

热门文章