什么是PON,什么是ONU?

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。
什么是PON,什么是ONU?-LaokNas网络技术笔记
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。

什么是PON,什么是ONU?-LaokNas网络技术笔记

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。
什么是PON,什么是ONU?-LaokNas网络技术笔记
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。

    什么是PON,什么是ONU?-LaokNas网络技术笔记

     

  • 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。
什么是PON,什么是ONU?-LaokNas网络技术笔记

 

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。
什么是PON,什么是ONU?-LaokNas网络技术笔记
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。
什么是PON,什么是ONU?-LaokNas网络技术笔记

 

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