一、無源光網(wǎng)絡的概念
　　無源光網(wǎng)絡（PON），是指在OLT(光線路終端)和ONU(光網(wǎng)絡單元)之間的光分配網(wǎng)絡(ODN)沒有任何有源電子設備. 
　　PON（無源光網(wǎng)絡）技術(shù)是一種點對多點的光纖傳輸和接入技術(shù)，下行采用廣播方式、上行采用時分多址方式，可以靈活地組成樹型、星型、總線型等拓樸結(jié)構(gòu)，在光分支點不需要節(jié)點設備，只需要安裝一個簡單的光分支器即可，因此具有節(jié)省光纜資源、帶寬資源共享、節(jié)省機房投資、設備安全性高、建網(wǎng)速度快、綜合建網(wǎng)成本低等優(yōu)點。
　　PON包括ATM-PON（APON，即基于ATM的無源光網(wǎng)絡）和Ethernet-PON（EPON，即基于以太網(wǎng)的無源光網(wǎng)絡）兩種。
二、無源光網(wǎng)絡的優(yōu)勢
　　無源光網(wǎng)絡（PON）是一種純介質(zhì)網(wǎng)絡，避免了外部設備的電磁干擾和雷電影響，減少了線路和外部設備的故障率，提高了系統(tǒng)可靠性，同時節(jié)省了維護成本，是電信維護部門長期期待的技術(shù)。無源光網(wǎng)絡的優(yōu)勢具體體現(xiàn)在以下幾方面：
　　（1）無源光網(wǎng)絡設備簡單，安裝維護費用低，投資相對也較小。
　�。�2）無源光設備組網(wǎng)靈活，拓撲結(jié)構(gòu)可支持樹型、星型、總線型、混合型、冗余型等網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)。
　　（3）安裝方便，它有室內(nèi)型和室外型。其室外型可直接掛在墻上，或放置于"H"桿上，無須租用或建造機房。而有源系統(tǒng)需進行光電、電光轉(zhuǎn)換，設備制造費用高，要使用專門的場地和機房，遠端供電問題不好解決，日常維護工作量大。
　�。�4）無源光網(wǎng)絡適用于點對多點通信，僅利用無源分光器實現(xiàn)光功率的分配。
　　（5）無源光網(wǎng)絡是純介質(zhì)網(wǎng)絡，徹底避免了電磁干擾和雷電影響，極適合在自然條件惡劣的地區(qū)使用。
　�。�6）從技術(shù)發(fā)展角度看，無源光網(wǎng)絡擴容比較簡單，不涉及設備改造，只需設備軟件升級，硬件設備一次購買，長期使用，為光纖入戶奠定了基礎(chǔ)，使用戶投資得到保證。
三、基于ATM的無源光網(wǎng)絡
　　1．APON技術(shù)簡介
　　近年來，在接入網(wǎng)上使用ATM技術(shù)以提供視頻廣播、遠程教育以及數(shù)據(jù)通信等多種業(yè)務的趨勢越來越明顯。在無源光網(wǎng)絡上使用ATM，不僅可以利用光纖的巨大帶寬提供寬帶服務，也可以利用ATM進行高效的業(yè)務管理。自1993年以來，許多國家都競相開始研究ATM-PON技術(shù)及其應用，并認為ATM-PON是最有前途的、能以較低成本提供寬帶接入的方案。
　　APON技術(shù)發(fā)展得比較早，它還具有綜合業(yè)務接入、QoS服務質(zhì)量保證等獨有的特點，ITU-T的G.983建議規(guī)范了ATM-PON的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)、基本組成和物理層接口，我國信息產(chǎn)業(yè)部也已制定了完善的APON技術(shù)標準。
　　ATM-PON采用的是點到多點的無源光網(wǎng)絡，主要由OLT、ODN、ONU組成，由無源光分路器件將OLT的光信號分到樹形網(wǎng)絡的各個ONU。其應用包括FTTH、FTTB／C、FTTCab等多種配置結(jié)構(gòu)。FTTB／C和FTTCab網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)只是在應用上略有區(qū)別，可以看成一類。
　　FTTB／C／Cab可以提供PSTN、ISDN業(yè)務以及其它對稱或非對稱的寬帶業(yè)務。
　　FTTH應用提供的業(yè)務大致同上，另外，F(xiàn)TTH可以考慮使用戶內(nèi)置ONU，使ONU的工作環(huán)境得以改善，再加上網(wǎng)絡全部為光纖，使得維護工作量減少、成本降低。對于網(wǎng)絡將來可能的帶寬或業(yè)務升能，ONU可不作改動。
　　根據(jù)G.983規(guī)范，ATM無源光網(wǎng)絡中，OLT最多可尋址64個ONU，PON所支持的虛通路（VP）數(shù)為4096，PON尋址可以使用ATM信元頭中的12位VP域。由于OLT具有VP交叉互連功能，所以局端VB5接口的VPI和PON上的VPI（OLT到ONU）是不同的。限制VP數(shù)為4096，使ONU的地址表不會很大，同時又保證了高效利用PON資源。
  　APON的業(yè)務開發(fā)是分階段實施的，初期主要是VP專線業(yè)務。相對普通專線業(yè)務，APON提供的VP專線業(yè)務設備成本低，體積小，省電、系統(tǒng)可靠穩(wěn)定、性能價格比有一定優(yōu)勢。第二步實現(xiàn)一次群和二次群電路仿真業(yè)務，提供企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)的連接和企業(yè)電話及數(shù)據(jù)業(yè)務。第三步實現(xiàn)以太網(wǎng)接口，提供互聯(lián)網(wǎng)上網(wǎng)業(yè)務和VLAN業(yè)務。以后再逐步擴展至其它業(yè)務，成為名副其實的全業(yè)務接入網(wǎng)系統(tǒng)。
　　APON采用基于信元的傳輸系統(tǒng)，允許接入網(wǎng)中的多個用戶共享整個帶寬。這種統(tǒng)計復用的方式，能更加有效地利用網(wǎng)絡資源。
　　2．APON技術(shù)的應用前景
　　目前許多國家都在實驗PON接入網(wǎng)，如日本的π系統(tǒng)采用的是STM的PON技術(shù)、無源雙星的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，其ONU配置靈活，可以為單個用戶提供1.5Mpbs的接入速率。歐洲關(guān)于PON的研究有ACTSAC094Expert項目、ACTSAC022Bonaparte項目和RACEIIR2024BAF項目等等。其中Bonaparte（在現(xiàn)實電信環(huán)境下使用ATM　PON接入設備的寬帶光網(wǎng)絡）在4個國家分別進行用戶實驗，并根據(jù)用戶的實際需求提供遠程醫(yī)療、遠程教學等多媒體寬帶業(yè)務。在Bonaparte中使用的ATMPON連接32個終端，可以支持最大距離為10公里的81個用戶。接入系統(tǒng)總的傳輸容量為上行和下行各622Mbps，每個用戶使用的帶寬可以從64Kbps到155Mbps靈活劃分。
　　ATM-PON支持ISDN及B-ISDN業(yè)務的帶寬需求，可以滿足各類電信業(yè)務的全業(yè)務網(wǎng)（FSN）的共同要求，ATM-PON代表了寬帶接入技術(shù)的最新發(fā)展方向，目前在英國、德國等已有實際應用，被認為是實現(xiàn)FTTC和FTTH的一種較好方法，其優(yōu)點是可以節(jié)省光纖和光設備的費用，并可以實現(xiàn)寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務與CATV業(yè)務的共網(wǎng)傳送。
　　在國內(nèi)光通信領(lǐng)域，華為和烽火通信、北郵電信等廠商已經(jīng)先后研制成功實用化的APON產(chǎn)品，這標志著APON技術(shù)已邁出實驗室，進入了規(guī)�；�商用的階段。而目前中國電信已在多個城市開始試驗采用APON技術(shù)，中國聯(lián)通、中國網(wǎng)通等運營商也看好APON技術(shù)，準備在其網(wǎng)絡中大量采用APON技術(shù)來實現(xiàn)商業(yè)大樓、企業(yè)用戶的接入。
　　APON能否大量應用的一個重要因素是價格問題。目前第一代的實際APON產(chǎn)品的業(yè)務供給能力有限，成本過高，其市場前景由于ATM在全球范圍內(nèi)的受挫而不確定，但其技術(shù)優(yōu)勢是明顯的。特別是綜合考慮運行維護成本，在新建地區(qū)，高度競爭的地區(qū)或需要替代舊銅纜系統(tǒng)的地區(qū)，此時敷設PON系統(tǒng)，無論是FTTC，還是FTTB方式都是一種有遠見的選擇。在未來幾年能否將性能價格比改進到市場能夠接受的水平是APON技術(shù)生存和發(fā)展的關(guān)鍵。
　　四、基于以太網(wǎng)的無源光網(wǎng)絡
　　隨著Internet的高速發(fā)展，用戶對網(wǎng)絡帶寬的需求不斷的提高，傳統(tǒng)的接入網(wǎng)已經(jīng)成為整個網(wǎng)絡中的瓶頸，以新的寬帶接入技術(shù)取而代之已成為目前研究的熱點。正是在這種背景下，IEEE與2000年底成立了EFM工作組（Ethernet in the First Mile Study Group），試圖引入一種新的接入技術(shù)標準－Ethernet PON（或Ethernet over PON， 以下簡稱EPON）。顧名思義，EPON是利用PON（無源光網(wǎng)絡）的拓撲結(jié)構(gòu)實現(xiàn)以太網(wǎng)的接入。
　　1．EPON與APON的比較
　　ITU－T已經(jīng)制定了APON技術(shù)的G．983建議。但是APON有兩個問題：一是傳輸速率不夠高，下行為622 Mbit／s或155 Mbit／s，上行為155 Mbit／s，帶寬被16～32個ONU所分享，每個ONU只能得到5～20 Mbit／s。另一個更主要的問題是，與以太網(wǎng)設備相比，ATM交換機和ATM終端設備相當昂貴。而且，現(xiàn)在因特網(wǎng)工作于TCP／IP協(xié)議，用戶終端設備都是IP設備，采用ATM技術(shù)必須將IP包拆分重新封裝為ATM信元，這就大大增加了網(wǎng)絡的開銷，造成網(wǎng)絡資源的浪費
　　而EPON融合了PON和以太數(shù)據(jù)產(chǎn)品的優(yōu)點，形成了許多獨有的優(yōu)勢．EPON系統(tǒng)能夠提供高達1 Gbit／s的上下行帶寬，這一帶寬能夠適應現(xiàn)在及將來10年內(nèi)用戶對帶寬的需求。由于EPON采用復用技術(shù)，支持更多的用戶，每個用戶可以享受到更大的帶寬．EPON系統(tǒng)不采用昂貴的ATM設備和SONET設備，能與現(xiàn)有的以太網(wǎng)相兼容，大大簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，成本低，易于升級．由于無源光器件有很長的壽命，戶外線路的維護費用大為減少。標準的以太網(wǎng)接口可以利用現(xiàn)有的價格低廉的以太網(wǎng)絡設備．而PON結(jié)構(gòu)本身就決定了網(wǎng)絡的可升級性比較強，只要更換終端設備，就可以使網(wǎng)絡升級到10 Gbit／s或者更高速率．EPON不僅能綜合現(xiàn)有的有線電視、數(shù)據(jù)和話音業(yè)務，還能兼容未來業(yè)務如數(shù)字電視、VoIP、電視會議和VOD等等，實現(xiàn)綜合業(yè)務接入。
　　雖然APON對實時業(yè)務的支持性能優(yōu)越，但隨著多協(xié)議標簽交換（MPLS）等新的IP服務質(zhì)量（QoS）技術(shù)的采用，高層協(xié)議與EPON MAC協(xié)議相配合，EPON已完全可能以相對較低的成本提供足夠的QoS保證．加之EPON的價格優(yōu)勢明顯，因而被認為是解決電信接入瓶頸，最終實現(xiàn)光纖到家的優(yōu)秀過渡方案。
　　2．EPON的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 
　　EPON由光線路終端（OLT）、光合／分路器和光網(wǎng)絡單元（ONU）組成，采用樹形拓撲結(jié)構(gòu)。
　　OLT放置在中心局端，分配和控制信道的連接，并有實時監(jiān)控、管理及維護功能。ONU放置在用戶側(cè)，OLT與ONU之間通過無源光合／分路器連接。
　　EPON使用波分復用（WDM）技術(shù)，同時處理雙向信號傳輸，上、下行信號分別用不同的波長，但在同一根光纖中傳送．EPON只在IEEE802．3的以太數(shù)據(jù)幀格式上做必要的改動，如在以太幀中加入時戳（Time Stamp）、PON－ID等內(nèi)容．下行采用純廣播的方式，注冊后，OLT為已注冊的ONU分配PON－ID，由各個ONU監(jiān)測到達幀的PON－ID，以決定是否接收該幀，如果該幀所含的PON－ID和自己的PON－ID相同，則接收該幀；反之則丟棄。上行采用時分多址接入（TDMA）技術(shù)。此外EPON還需通過已定義的接口與電信管理網(wǎng)相連，進行配置管理、性能管理、故障管理、安全管理及計費管理，完成操作維護管理（OAM）功能。
3．EPON的關(guān)鍵技術(shù)
　�。�1）上行信道復用技術(shù)
　　可以說上行的復用技術(shù)是EPON技術(shù)的核心，從目前的研究來看，大多數(shù)方案都使用了DWDM＋TDMA的復用方法。DWDM的使用是發(fā)展的趨勢，但主要取決于光器件。因此，主要討論的焦點將是TDMA的實現(xiàn)方法，即如何使用TDMA的方法使上行信道的帶寬利用率、時延和時延抖動等指標達到要求。其中，上行帶寬的分配方法、ONu發(fā)送窗口固定還是可變、最大的ONu發(fā)送窗口應為多大、ONu發(fā)送窗口的間隔、以太網(wǎng)幀是否切割等問題都有待于研究和確定。
　�。�2）測距和時延補償技術(shù)
　　由于光纖信道時延較大的特點，ONu與OLT之間的距離將會影響到上行信道的復用，如果準確測量各個ONu道OLT的距離并能精確的調(diào)整ONu的發(fā)送時延，則可以減小ONu發(fā)送窗口間的間隔，從而提高上行信道的利用率并減小時延。另外，測距過程應充分考慮到整個EPON的配置情況。例如，系統(tǒng)在工作中加入新的ONu，此時對它的測距不應對其它ONu有太大的影響。
　�。�3）光器件
　　由于EPON上行信道是所有ONu分時復用的，每個ONu只能在指定的時間窗口內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)。因此，EPON上行信道中使用的是突發(fā)信號，這就要求在ONu和OLT中使用支持突發(fā)信號的光器件�，F(xiàn)有的大部分光器件還不能滿足這一要求，少數(shù)突發(fā)模式的光器件也只能工作在155Mbps的速率上，而且價格昂貴�？梢哉f，這是EPON技術(shù)面臨的一大問題，但是，目前已有廠商正在研制滿足EPON要求的光器件，相信隨著EPON標準的制定，會有更多的產(chǎn)品出現(xiàn)。
　�。�4）突發(fā)信號的快速同步
　　由于OLT接收到的信號為突發(fā)信號，OLT必須能在很短的時間（幾個bits）內(nèi)實現(xiàn)相位的同步，進而接收數(shù)據(jù)。這一技術(shù)與APON中使用的類似，因此可以借鑒APON的經(jīng)驗。
　　除此之外，下行信道安全性、如何實現(xiàn)QoS、如何實現(xiàn)VLAN和網(wǎng)管等也是影響EPON應用前景的問題，必須加以考慮。
　　4．EPON的未來
　　EPON還處于商業(yè)開發(fā)的起始階段。盡管ATM PON在市場上略微領(lǐng)先，但目前的趨勢是數(shù)據(jù)業(yè)務快速增長和快速以太網(wǎng)、G比特以太網(wǎng)的地位提高，都傾向于EPON。以太網(wǎng)最后一公里研究組開發(fā)標準的工作已經(jīng)起步，促進對FSAN最初的APON標準的升級。
　　通信產(chǎn)業(yè)已經(jīng)為主角的轉(zhuǎn)換準備了舞臺，結(jié)果將出現(xiàn)完全基于廣泛使用的光纖和以太網(wǎng)技術(shù)的設備。這種光IP以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)將會成為在單一網(wǎng)絡中捆綁傳輸話音、數(shù)據(jù)和圖像業(yè)務的主要方式。同時，這一技術(shù)會產(chǎn)生新的合作和戰(zhàn)略伙伴，內(nèi)容提供商、業(yè)務提供商、網(wǎng)絡運營商和設備制造商都將使用Ethernet PON這種前所未有的方式傳輸通信業(yè)務。
　　接入網(wǎng)市場在我國的快速發(fā)展有目共睹，F(xiàn)TTx作為針對大客戶、集團用戶的解決方案而受到青睞，隨著PON技術(shù)的規(guī)模應用和芯片成本的不斷降低，以及光纖鋪設規(guī)模的不斷擴大，PON技術(shù)將很快成為FTTx的主要接入方式之一。
　　PON技術(shù)是實現(xiàn)FTTx最理想的寬帶接入方式，因為它是一種低成本的傳輸，可以節(jié)省光纖和光設備的費用，并可以實現(xiàn)寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務與CATV（有線電視）業(yè)務的共網(wǎng)傳送。(天極網(wǎng))