PON簡史
2020-7-1新聞
EPON、GPON、10G PON、XG-PON、NG-PON2到底是什么關系。今天通過這篇文章，我詳細給大家介紹一下。
01. EPON和GPON
故事要從PON的起源開始說起。
上世紀80年代，計算機和多媒體技術崛起，越來越多的人開始擁有電腦，也開始接觸網絡（局域網或互聯網）。于是，數據通信業務開始興起，上網需求出現。
早期的時候，運營商能提供的上網服務，基本上都是通過電話線、雙絞線（網線）、同軸電纜這樣的銅制線纜。技術包括ADSL（非對稱數字用戶線路）和ISDN專線（綜合業務數字網）等。
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，開始進入了人們的視野。
自從1966年華裔科學家高錕先生通過一篇論文奠定了光纖通信理論基礎之后，這項技術便進入了高速發展的階段。光纖制造工藝不斷成熟，產業鏈也日益成型。
到了80年代末，為了將光纖應用于寬帶接入業務，陸續有廠商推出了自己的窄帶PON技術。當時，這種技術速率很低，不超過2Mbps。而且，因為廠商們各自為戰，所以一直沒有形成統一的規范和標準。
1995年，包括BELLSOUTH、BT、France Telecom在內的7家網絡運營商共同發起成立了全業務接入網聯盟（FSAN），希望能提出一種統一的光接入網設備標準。
不久之后，1997年，根據FSAN的建議，ITU-T（國際電信聯盟電信標準分局）推出了APON技術體系，也就是G.983.1標準。
APON，就是ATM PON。ATM可不是自動取款機，它是異步傳輸模式（Asynchronous Transfer Mode）的縮寫。ATM的本質，就是一種傳輸協議。老一輩通信人肯定對ATM很熟悉，它曾經是IP協議的競爭對手，一度非常流行。
到了2001年，FSAN和ITU-T對APON規范進行了升級修訂，順便改了個名，叫做BPON（Broadband PON，寬帶無源光網絡）。之所以改名，主要是他們不希望APON被人誤解為只能提供ATM業務。
為了進一步提升PON的速率標準，2002年，FSAN啟動了一項新的工作，對1Gbps以上的PON網絡進行標準化。
2003年3月，在FSAN的建議基礎上，ITU-T頒布G.984標準，也就是GPON（Gigabit-capable PON，千兆比特無源光網絡）。
就在FSAN和ITU-T干得熱火朝天的同時，另一家標準化組織也沒閑著，也開始搗鼓PON技術。它就是同樣大名鼎鼎的IEEE（電氣和電子工程師協會）。
IEEE是以太網（Ethernet）標準的制定者和大靠山。
IEEE在1998年發布了吉比特（Gigabit）以太網標準之后，就尋思著搞一個基于以太網的PON標準。
2000年，IEEE成立了EFM工作組，正式啟動相關標準化工作。EFM工作組的全名很有趣，叫做第一英里以太網工作組（Ethernet for the First Mile），歸屬于制定以太網標準的IEEE 802.3組。
2004年4月，EFM工作組大功告成，正式推出了IEEE 802.3ah標準，也就是EPON（Ethernet PON，基于Ethernet以太網的PON）。
隨著時間推移，ATM在與IP的競爭中逐漸失勢沒落。APON（BPON）也因為成本、效率等原因被運營商們拋棄，退出了歷史舞臺。所以，APON（BPON）我就不多介紹了，大家也不需要了解太多。
我們重點看看當時已經成為行業主流的EPON和GPON。
EPON和GPON，是不同標準組織推出的不同技術體系。兩者之間并沒有升級演進或替代的關系，可以算是平行發展。
EPON和GPON，關鍵區別在二層（也就是數據鏈路層）。
EPON，在二層就是用以太網取代ATM。GPON呢，在二層采用的是全新定義的一種封裝結構GEM（GPON Encapsulation Mode，GPON封裝模式），對Ethernet、TDM、ATM等多種業務進行封裝映射。
我們通過下面這張表格進行簡單的對比：
總之，EPON和GPON各有優劣。簡單來說，GPON帶寬更大，帶的用戶更多，效率更高，但實現起來也更復雜，所以成本也更高。
從國內的市場份額來看，EPON當時在中國電信被普遍采用，而GPON更受中國聯通和中國移動的歡迎。
02. 10G-EPON和XGS-PON
EPON和GPON，都是1Gbps這個級別的PON。注意，這個1Gbps，并不是用戶側的速率。EPON和GPON只能給用戶提供100Mbps的速率。
很顯然，隨著時代的發展，這個速率無法滿足家庭和企業用戶的需求。于是，PON開始向10Gbps級別的演進。
2006年，IEEE開始立項制定10Gbit/s速率的EPON系統標準，也就是后來的IEEE 802.3av，10G-EPON。
在該標準中，10G EPON分為2個類型：一是非對稱方式，即下行速率為10 Gbps，上行速率為1 Gbps；另一個是對稱方式，即上下行速率均為10 Gbps。
ITU-T的GPON那邊呢，也在演進。
2008年，ITU啟動了下一代GPON標準的研究。2010年，XG-PON標準誕生，也就是ITU-T G.987系列。
最開始的時候，XG-PON也有兩種方式，一種是非對稱方式XG-PON1，下行速率為10 Gbps，上行速率為2.5 Gbps；另一種是對稱方式XG-PON2，上下行速率均為10 Gbps。
后來，2013年左右，因為XG-PON2這個對稱方案難以實現，所以被建議取消。XG-PON1直接改名成為XG-PON。
再后來，2015年，對稱方案又重啟，采用了新名字，叫做XGS-PON（S代表symmetric，對稱）。
2017年，ITU正式通過了G.9807 XGS-PON國際標準。
通過下面這個圖，應該看得更明白：
值得一提的還有一個Combo-PON，運營商也有集采過。
Combo-PON是通過三合一光模塊，在內部集成了GPON光模塊、10G PON光模塊和WDM1r合波器。這樣一來，不論用戶側接GPON ONT還是10G PON ONT，都可以正常工作，有利于升級過渡。
2010年之后，視頻、游戲等互聯網應用飛速發展，用戶對網絡帶寬有強烈的需求。這進一步刺激了10G PON的產業鏈成熟。
2013年開始，國內運營商就對10G PON進行了規模集采和批量部署。最近幾年，隨著“千兆寬帶”的推廣和普及，10G PON的集采達到了巔峰。
針對10G PON，國內運營商的升級策略也有一些不同。主要是中國電信。電信因為此前EPON存量較大，所以升級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改用GPON。
從技術的角度來說，10G PON的升級替換其實也很方便，基本上可以在現有硬件架構的基礎上直接升級。
OLT、ODN、ONU三大部分中，ODN（光分配網）幾乎是完全不變的，反正也是無源的，就是一個管道，估計用幾十年都沒問題。局端設備OLT的話，原有GPON/EPON平臺可以不變，只需要升級更換大容量的接口板就行。用戶端ONU更換比較簡單，根據用戶需求（換寬帶套餐的時候），逐步淘汰替換即可。
總而言之，10G PON的升級改造沒有太大難度，然而用戶體驗提升明顯，可以讓用戶多掏錢，豈不美哉？這也是目前運營商大力推廣的原因之一。
03. PON的未來
對于標準組織來說，10G PON并不是PON技術的終點，25G/50G/100G PON早已經被提上了議事日程。
先看看FSAN和ITU-T這邊。
XG-PON標準制定完成之后，FSAN就啟動了NG-PON2的標準研究（NG-PON1就是前面的10G PON，包括10G GPON和10G EPON）。NG-PON2的關鍵需求主要為40G下行和40G/10G上行，實現20km傳輸距離和1:64分光。
當時，NG-PON2的主流備選技術方案包括高速TDMA-PON、TWDM PON、OFDM-PON和WDM-PON。經過分析和對比，2012年4月，FSAN確定采用TWDM PON技術作為NG-PON2的實現方案，并啟動制定G.989.x系列標準，最終于2015年完成。
TWDM PON采用4/8波長疊加方式，單波長10G TDM。
再來看看IEEE方面。
2013年，IEEE開始啟動NG-EPON研究，成立了IEEE ICCOM對NG-EPON的市場需求、技術方案進行分析。2015年3月，IEEE發布了NG-EPON技術白皮書。2015年7月，開始啟動100G-EPON標準制定，命名為IEEE 802.3ca。根據最新的信息，將可能于2020年8月份發布。
同樣畫個圖，方便大家看懂：
在10G TDM的基礎上，ITU-T的專家們也在考慮進一步提升單波容量，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被普遍認為是一個比較合適的演進方向。
2018年2月，國內光接入網產業界成功推動了50G TDM-PON標準立項，標志著ITU-T在下一代PON標準研究領域邁出關鍵一步，也進一步明確了PON的未來技術演進路線（至少國內很明確了）。
不過，IEEE這邊并沒有接受單波50G PON的立項。他們在下一代PON技術路線的選擇上，與ITU-T存在較大的分歧，且短時間內無法達成共識。
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。寬帶接入平臺的大規模部署時間通常會間隔約7-8年。2016~2018年，我們進入的10G PON的大規模部署期。
也就是說，預計2025年，我們將會迎來5Gbps、10Gbps光纖接入寬帶的規模部署。
04.PON流派的融合
除了研究下一代PON技術之外，行業還在密切關注一個很重要的問題，那就是ITU-T和IEEE這兩個技術流派的融合。
自從EPON和GPON誕生以來，兩個派系長期共存，這其實對產業來說是非常不利的。
一方面，給運營商和設備的技術決策帶來困難（選擇題難做），另一方面，也增加了產業鏈的成本（產業鏈企業需要在兩條線進行投入）。
對于中國這樣龐大的光接入網市場，PON技術派系的分化帶來的影響就更大，資源浪費也更多。所以，中國運營商和產業鏈對于PON融合有很強烈的意愿，也做了很多推動工作。
在國內外產業界的積極推動之下，ITU-T和IEEE也有一些積極的“示好”，包括發表聯合聲明、組成工作組、建立聯絡函機制等。但是，真正想要實現最終的融合，目前來看，還需要很長時間。
好啦，今天關于PON的介紹就到這里。感謝大家的耐心閱讀，我們下期再見！
