APON工作原理

OLT(光线路终端)将到达各个ONU(光网络单元)的下行业务组装成帧，以广播的方式发送到下行信道上，各个ONU收到所有的下行信元后，根据信元头信息从中取出属于自己的信元；在上行方向上，由OLT轮询各个ONU，得到ONU的上行带宽要求，OLT合理分配带宽后，以上行授权的形式允许ONU发送上行信元，即只有收到有效上行授权的ONU才有权利在上行帧中占有指定的时隙。

实现APON的关键技术有多址和接入控制技术(在使用TDMA上行接入时包括测距、带宽分配等)、突发信号的发送和接收技术、快速比特同步技术以及安全保密等方面的技术。

实用的PON系统主要是窄带PON，由窄带PON升级到宽带的APON，终端设备和控制协议都需要进行大幅度的改动，传输速率的提高对物理层设备和媒质访问控制(MAC)协议都有新的要求。只要宽带PON的成本可以控制在窄带PON的1.5倍以下，还是可以接受的。虽然宽带PON的技术细节还需要在其实际的发展和使用中继续研究和完善，但ITU-T在APON实用系统出现之前就确定了G.983建议，对APON进行了规范，它进入实用的步伐将会更加顺利。

典型的APON系统的网络拓扑结构为星型结构，作为点到多点的典型应用来说，更适合于面对将来进行系统的升级和扩容，同时加上光分配网的灵活性，使得系统支持更多的拓扑结构，如树型、总线型等。凭借这一点，在实际中，针对用户的分散和对于业务阶段性实施的需求，运营商可以通过APON系统一步到位，既满足大用户对于网络服务的要求，又避免了重复投资和重复施工。APON系统灵活的拓扑结构体现了设备在扩容和升级方面的灵活性。

在PON上实现基于ATM信元的传输，即APON(简称APON)技术。早在1995年“互联网时代”之前，在人们还不知道IP最终会统治网络第三层协议的时候，几个全球最大的电信运营商——日本电报电话公司(NTT)、英国电信(BT)、法国电信(France Telecom)等，就开始讨论发展一种能支持话音、数据、视频的接入网全业务解决方案。当时有两个符合逻辑的选择：协议层采用ATM，物理层采用PON。

经过以21个全球主要电信运营商为主的FSAN(全业务接入网)集团的不懈努力，1998年10月通过了全业务接入网采用的APON格式标准——ITU-T G.983.1；2000年4月批准其控制通道规范的标准ITU-T G.983.2；2001年又发布了关于波长分配的标准：ITU-T G.983.3，利用波长分配增加业务能力的宽带光接入系统。

PON即无源光网络（无源的光接入网），其光配线网（ODN）上的器件全部由无源器件（光纤、无源光分路器、波分复用器等）组成，不包含任何有源节点。

在PON中采用ATM信元的形式来传输信息的，称为ATM—PON或简称APON。这种模式建立的是一个点到多点的系统，不仅可以利用光纤的巨大带宽提供宽带服务，还可以利用ATM进行高效的带宽业务管理。

EPON和APON最主要的区别表现在帧结构上(EPON和APON的帧结构格式、帧周期长度及打包方式全都不一样)，而它们的主要技术差别是：EPON的数据传输是以可变长度的分组进行，最长1,518字节；而APON数据主要是以53字节固定长度的ATM信元方式传输。

APON支持者声称，他们的系统具有固定长度的帧结构，因而能更快、更有效地同步；而基于IP的EPON方案，则从不知道数据包有多长，必须硬性切断，并按较小的长度重新分组。这是因为，按互联网规定的IP包最大长度为65,535字节，而EPON协议规定的分组包最长为1,518字节。

与此对应，EPON支持者争辩说，用APON运载IP业务很难且效率低。APON的分组包必需按每48字节一小段切割，而且每段得加上5字节的字头，所以这种处理方式既费时、复杂、浪费带宽，又增加了额外的成本。

到了本世纪初，随着互联网技术发展和其他通讯技术发展，APON也暴露了带宽比较低的弱点；在APON技术基础上发展了BPON技术，带宽从155 M提升到622 M。BPON在北美等很多地区得到了部署。BPON经过发展，又形成了GPON技术。GPON可以支持2.5 G下行，1.25 G上行。底层封装技术扩展支持GEM（General Encapsulation Method）封装，同时兼容支持ATM封装。但从各个厂家实现来看，基本上抛弃了ATM封装。

APON技术作为实际部署手段已经完成了它的历史使命，但作为PON技术的鼻祖，核心技术思路依然应用在各种PON技术中。

ITU-T G.983

APON (异步传输模式PON，ATM Passive Optical Network). 这是第一种被动式光网络标准，它基于ATM，主要用于商业应用。

BPON (宽带PON，Broadband Passive Optical Network) 这是一个基于APON的标准.这个标准增加了对WDM，动态和高速上联带宽分配，和耐久性的支持。BPON也创立了一个管理接口标准OMCI, 在OLT和ONU/ONT之间的授权混合供应商网络

IEEE 802.3ah

EPON or GEPON (以太网络PON Ethernet Passive Optical Network) 这是一个为使用以太网络包数据的IEEE/EFM标准。802.3ah标准现在是IEEE 802.3标准的一部分. 现在大约有一千五百万正在使用的EPON端口。2008年，中国大力发展EPON技术。据估算，截止至2008年底，中国总共有200万个EPON安装用户。

ITU-T G.984

GPON (千兆PON，Gigabit Passive Optical Network) 这是BPON标准的发展。GPON支持更高的速率，增强的安全性和可选择的第二层协议(ATM, GEM, Ethernet). 在2008年中旬，弗莱森电讯已经安装了80万条线. 英国电信(British Telecom)和美国电话电报公司(AT&T )正在进行高级试验。其他一些公司如独立光网络有限公司(Independent fiber networks LTD)正和服务提供商如See the Light合作提供更高速的GPON连接和光纤到户(FTTH-fiber to the home).

IEEE P802.3av

10G-EPON (10千兆以太网PON)是一个IEEE专门工程为了达到10Gbit/s的速率, 向下兼容802.3ah标准的EPON. 10GigEPON将会使用分隔波长给10G和1G下行。802.3av 将会继续使用单独波长TDMA隔离为在10G和1G间的上行. 10G-EPON也会被WDM-PON兼容(依据WDM-PON的定义). 这使得使用多波长在两个方向之间变为可能.

SCTE IPS910

RFoG (RFoverGlass)是一个SCTE的接口实践分委员会标准，应用于有波长计划兼容数据PON解决方案的点对多点(P2MP)操作，例如EPON,GEPON or 10GigEPON. RFoG 提供了一个光纤到户PON(FTTH PON)就像不一定要选择或者部署PON的MSOs架构

无源光网络(PON)，是指在OLT和ONU之间是光分配网络(ODN)，没有任何有源电子设备，它包括基于ATM的无源光网络APON及基于IP的PON。

APON的业务开发是分阶段实施的，初期主要是VP专线业务。相对普通专线业务，APON提供的VP专线业务设备成本低，体积小，省电、系统可靠稳定、性能价格比有一定优势。第二步实现一次群和二次群电路仿真业务，提供企业内部网的连接和企业电话及数据业务。第三步实现以太网接口，提供互联网上网业务和VLAN业务。以后再逐步扩展至其它业务，成为名副其实的全业务接入网系统。

APON采用基于信元的传输系统，允许接入网中的多个用户共享整个带宽。这种统计复用的方式，能更加有效地利用网络资源。APON能否大量应用的一个重要因素是价格问题。第一代的实际APON产品的业务供给能力有限，成本过高，其市场前景由于ATM在全球范围内的受挫而不确定，但其技术优势是明显的。特别是综合考虑运行维护成本，在新建地区，高度竞争的地区或需要替代旧铜缆系统的地区，此时敷设PON系统，无论是FTTC，还是FTTB方式都是一种有远见的选择。在未来几年能否将性能价格比改进到市场能够接受的水平是APON技术生存和发展的关键。

IPPON的上层是IP，这种方式可更加充分地利用网络资源，容易实现系统带宽的动态分配，简化中间层的复杂设备。基于PON的OAN不需要在外部站中安装昂贵的有源电子设备，因此使服务提供商可以高性价比地向企业用户提供所需的带宽。

无源光网络(PON)是一种纯介质网络，避免了外部设备的电磁干扰和雷电影响，减少了线路和外部设备的故障率，提高了系统可靠性，同时节省了维护成本，是电信维护部门长期期待的技术。无源光接入网的优势具体体现在以下几方面:

(1)无源光网体积小，设备简单，安装维护费用低，投资相对也较小。

(2)无源光设备组网灵活，拓扑结构可支持树型、星型、总线型、混合型、冗余型等网络拓扑结构。

(3)安装方便，它有室内型和室外型。其室外型可直接挂在墙上，或放置于"H"杆上，无须租用或建造机房。而有源系统需进行光电、电光转换，设备制造费用高，要使用专门的场地和机房，远端供电问题不好解决，日常维护工作量大。

(4)无源光网络适用于点对多点通信，仅利用无源分光器实现光功率的分配。

(5)无源光网络是纯介质网络，彻底避免了电磁干扰和雷电影响，极适合在自然条件恶劣的地区使用。

(6)从技术发展角度看，无源光网络扩容比较简单，不涉及设备改造，只需设备软件升级，硬件设备一次购买，长期使用，为光纤入户奠定了基础，使用户投资得到保证。

光纤接入网的拓扑结构，是指传输线路和节点的几何排列图形，它表示了网络中各节点的相互位置与相互连接的布局情况。网络的拓扑结构对网络功能、造价及可靠性等具有重要影响。其三种基本的拓扑结构是:总线形、环形和星形，由此又可派生出总线-星形、双星形、双环形、总线-总线形等多种组合应用形式，各有特点、相互补充。

1.总线形结构

总线形结构是以光纤作为公共总线(母线)、各用户终端通过某种耦合器与总线直接连接所构成的网络结构。这种结构属串联型结构，特点是:共享主干光纤，节省线路投资，增删节点容易，彼此干扰较小;但缺点是损耗累积，用户接收机的动态范围要求较高;对主干光纤的依赖性太强。

2.环形结构

环形结构是指所有节点共用一条光纤链路，光纤链路首尾相接自成封闭回路的网络结构。这种结构的突出优点是可实现网络自愈，即无需外界干预，网络即可在较短的时间里从失效故障中恢复所传业务。

3.星形结构

星形结构是各用户终端通过一个位于中央节点(设在端局内)具有控制和交换功能的星形耦合器进行信息交换，这种结构属于并联形结构。它不存在损耗累积的问题，易于实现升级和扩容，各用户之间相对独立，业务适应性强。但缺点是所需光纤代价较高，对中央节点的可靠性要求极高。星形结构又分为单星形结构、有源双星形结构及无源双星形结构三种。

(1)单星形结构:该结构是用光纤将位于电信交换局的OLT与用户直接相连，基本上都是点对点的连接，与现有铜缆接入网结构相似。每户都有单独的一对线，直接连到电信局，因此单星型可与原有的铜现网络兼容;用户之间互相独立，保密性好;升级和扩容容易，只要两端的设备更换就可以开通新业务，适应性强。缺点是成本太高，每户都需要单独的一对光纤或一根光纤(双向波分复用)，要通向千家万户，就需要上千芯的光缆，难于处理，而且每户都需要专用的光源检测器，相当复杂。

(2)有源双星形结构:它在中心局与用户之间增加了一个有源接点。中心局与有源接点共用光纤，利用时分复用(TDM)或频分复用(FDM)传送较大容量的信息，到有源接点再换成较小容量的信息流，传到千家万户。其优点是灵活性较强，中心局有源接点间共用光纤，光缆芯数较少，降低了费用。缺点是有源接点部分复杂，成本高，维护不方便;另外，如要引入宽带新业务，将系统升级，则需将所有光电设备都更换，或采用波分复用叠加的方案，这比较困难。

(3)无源双星形结构:这种结构保持了有源双星形结构光纤共享的优点，将有源接点换成了无源分路器，维护方便，可靠性高，成本较低。由于采取了一系列措施，保密性也很好，是一种较好的接入网结构。

根据光网络单元(ONU)的位置，光纤接入方式可分为如下几种:

FTTB(光纤到大楼);FTTC(光纤到路边);FTTZ(光纤到小区);FTTH(光纤到用户);FTTO(光纤到办公室);FTTF(光纤到楼层);FTTP(光纤到电杆);FTTN(光纤到邻里);FTTD(光纤到门);FTTR(光纤到远端单元)。

其中最主要的是FTTB(光纤到大楼)、FTTC(光纤到路边)、FTTH(光纤到用户)三种形式。FTTC主要是为住宅用户提供服务的，光网络单元(ONU)设置在路边，即用户住宅附近，从ONU出来的电信号再传送到各个用户，一般用同轴电缆传送视频业务，用双绞线传送电话业务。FTTB的ONU设置在大楼内的配线箱处，主要用于综合大楼、远程医疗、远程教育、及大型娱乐场所，为大中型企事业单位及商业用户服务，提供高速数据、电子商务、可视图文等宽带业务。FTTH是将ONU放置在用户住宅内，为家庭用户提供各种综合宽带业务，FTTH是光纤接入网的最终目标，但是每一用户都需一对光纤和专用的ONU，因而成本昂贵，实现起来非常困难。

与其他接入技术相比，光纤接入网具有如下优点:

(1)光纤接入网能满足用户对各种业务的需求。人们对通信业务的需求越来越高，除了打电话、看电视以外，还希望有高速计算机通信、家庭购物、家庭银行、远程教学、视频点播(VOD)以及高清晰度电视(HDTV)等。这些业务用铜线或双绞线是比较难实现的。

(2)光纤可以克服铜线电缆无法克服的一些限制因素。光纤损耗低、频带宽，解除了铜线径小的限制。此外，光纤不受电磁干扰，保证了信号传输质量，用光缆代替铜缆，可以解决城市地下通信管道拥挤的问题。

(3)光纤接入网的性能不断提高，价格不断下降，而铜缆的价格在不断上涨。

(4)光纤接入网提供数据业务，有完善的监控和管理系统，能适应将来宽带综合业务数字网的需要，打破"瓶颈"，使信息高速公路畅通无阻。

当然，与其它接入网技术相比，光纤接入网也存在一定的劣势。最大的问题是成本还比较高。尤其是光节点离用户越近，每个用户分摊的接入设备成本就越高。另外，与无线接入网相比，光纤接入网还需要管道资源。这也是很多新兴运营商看好光纤接入技术，但又不得不选择无线接入技术的原因。

影响光纤接入网发展的主要原因不是技术，而是成本，到目前为止，光纤接入网的成本仍然太高。但是采用光纤接入网是光纤通信发展的必然趋势，尽管各国发展光纤接入网的步骤各不相同，但光纤到户是公认的接入网的发展目标。

PON技术发展历程

·上世纪90年代初提出PON概念

·1995年成立FSAN(Full Service Access Networks)组织

·1996年ITU-T颁布G.982 (PON标准建议)

·1998年ITU-T 颁布G.983(APON标准建议)

·2000年12月成立IEEE 802.3ah工作组，制定EPON标准建议

·2003年3月ITU-T颁布G.984(GPON标准建议)

·上世纪90年代末APON开始商用

·2003年6月 美国三大运营商开始APON招标

·2003年8月日本NTT开始EPON招标

·2005年中国电信开始测试并部署EPON试验网

·2010年8月3日，中国电信和中国移动已与阿尔卡特朗讯签署框架协议,正式使用其无源光网络(PON)解决方案作为下一代宽带网的关键技术,并于年内开始在上海、江苏、山东等多个省市展开项目建设,以改进提升目前的宽带网络。