370
大家好，我是小棗君。
之前有不少同學問 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(wǎng)絡（局域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)）。于是，數(shù)據(jù)通信業(yè)務開始興起，上網(wǎng)需求出現(xiàn)。
早期的時候，運營商能提供的上網(wǎng)服務，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。技術包括 ADSL（非對稱數(shù)字用戶線路）和 ISDN 專線（綜合業(yè)務數(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，開始進入了人們的視野。
光纖維
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(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，為了將光纖應用于寬帶接入業(yè)務，陸續(xù)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(zhàn)，所以一直沒有形成統(tǒng)一的規(guī)范和標準。
1995 年，包括 BELLSOUTH、BT、France Telecom 在內(nèi)的 7 家網(wǎng)絡運營商共同發(fā)起成立了全業(yè)務接入網(wǎng)聯(lián)盟（FSAN），希望能提出一種統(tǒng)一的光接入網(wǎng)設備標準。
不久之后，1997 年，根據(jù) FSAN 的建議，ITU-T（國際電信聯(lián)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(xié)議。老一輩通信人肯定對 ATM 很熟悉，它曾經(jīng)是 IP 協(xié)議的競爭對手，一度非常流行。
到了 2001 年，F(xiàn)SAN 和 ITU-T 對 APON 規(guī)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(wǎng)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(yè)務。
為了進一步提升 PON 的速率標準，2002 年，F(xiàn)SAN 啟動了一項新的工作，對 1Gbps 以上的 PON 網(wǎng)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(wǎng)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(xié)會）。
IEEE 是以太網(wǎng)（Ethernet）標準的制定者和大靠山。
IEEE 在 1998 年發(fā)布了吉比特（Gigabit）以太網(wǎng)標準之后，就尋思著搞一個基于以太網(wǎng)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(wǎng)工作組（Ethernet for the First Mile），歸屬于制定以太網(wǎng)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(wǎng)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(jīng)成為行業(yè)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(fā)展。
EPON 和 GPON，關鍵區(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構 GEM（GPON Encapsulation Mode，GPON 封裝模式），對 Ethernet、TDM、ATM 等多種業(yè)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(yōu)劣。簡單來說，GPON 帶寬更大，帶的用戶更多，效率更高，但實現(xiàn)起來也更復雜，所以成本也更高。
從國內(nèi)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(lián)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(fā)展，這個速率無法滿足家庭和企業(yè)用戶的需求。于是，PON 開始向 10Gbps 級別的演進。
2006 年，IEEE 開始立項制定 10Gbit/s 速率的 EPON 系統(tǒng)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(xiàn)，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(nèi)部集成了 GPON 光模塊、10G PON 光模塊和 WDM1r 合波器。這樣一來，不論用戶側接 GPON ONT 還是 10G PON ONT，都可以正常工作，有利于升級過渡。
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)應用飛速發(fā)展，用戶對網(wǎng)絡帶寬有強烈的需求。這進一步刺激了 10G PON 的產(chǎn)業(yè)鏈成熟。
2013 年開始，國內(nèi)運營商就對 10G PON 進行了規(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 的集采達到了巔峰。
針對 10G PON，國內(nèi)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(jīng)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(xiàn)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(wǎng)）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(jù)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(jīng)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，F(xiàn)SAN 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(xiàn) 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(jīng)過分析和對比，2012 年 4 月，F(xiàn)SAN 確定采用 TWDM PON 技術作為 NG-PON2 的實現(xiàn)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。
NG-PON2 系統(tǒng)架構
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(fā)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(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
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(nèi)光接入網(wǎng)產(chǎn)業(yè)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(nèi)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(nèi)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(guī)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(guī)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(guī)模部署。
04.PON 流派的融合? ???
除了研究下一代 PON 技術之外，行業(yè)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(chǎn)業(yè)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(chǎn)業(yè)鏈的成本（產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)需要在兩條線進行投入）。
對于中國這樣龐大的光接入網(wǎng)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(chǎn)業(yè)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(nèi)外產(chǎn)業(yè)界的積極推動之下，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)絡函機制等。但是，真正想要實現(xiàn)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！
