科普：PON简史

大家好，我是小枣君。

之前有不少同学问EPON、GPON、10G PON、XG-PON、NG-PON2到底是什么关系。今天通过这篇文章，我详细给大家介绍一下。

01. EPON和GPON

故事要从PON的起源开始说起。

上世纪80年代，计算机和多媒体技术崛起，越来越多的人开始拥有电脑，也开始接触网络（局域网或互联网）。于是，数据通信业务开始兴起，上网需求出现。

早期的时候，运营商能提供的上网服务，基本上都是通过电话线、双绞线（网线）、同轴电缆这样的铜制线缆。技术包括ADSL（非对称数字用户线路）和ISDN专线（综合业务数字网）等。

▲ ADSL Modem

这些方式要么速率很慢，要么成本很高，并不能满足用户的需求。

于是，光纤作为一种新型通信介质，开始进入了人们的视野。

▲ 光纤维

自从1966年华裔科学家高锟先生通过一篇论文奠定了光纤通信理论基础之后，这项技术便进入了高速发展的阶段。光纤制造工艺不断成熟，产业链也日益成型。

到了80年代末，为了将光纤应用于宽带接入业务，陆续有厂商推出了自己的窄带PON技术。当时，这种技术速率很低，不超过2Mbps。而且，因为厂商们各自为战，所以一直没有形成统一的规范和标准。

1995年，包括BELLSOUTH、BT、France Telecom在内的7家网络运营商共同发起成立了全业务接入网联盟（FSAN），希望能提出一种统一的光接入网设备标准。

不久之后，1997年，根据FSAN的建议，ITU-T（国际电信联盟电信标准分局）推出了APON技术体系，也就是G.983.1标准。

APON，就是ATM PON。ATM可不是自动取款机，它是异步传输模式（Asynchronous Transfer Mode）的缩写。ATM的本质，就是一种传输协议。老一辈通信人肯定对ATM很熟悉，它曾经是IP协议的竞争对手，一度非常流行。

到了2001年，FSAN和ITU-T对APON规范进行了升级修订，顺便改了个名，叫做BPON（Broadband PON，宽带无源光网络）。之所以改名，主要是他们不希望APON被人误解为只能提供ATM业务。

为了进一步提升PON的速率标准，2002年，FSAN启动了一项新的工作，对1Gbps以上的PON网络进行标准化。

2003年3月，在FSAN的建议基础上，ITU-T颁布G.984标准，也就是GPON（Gigabit-capable PON，千兆比特无源光网络）。

就在FSAN和ITU-T干得热火朝天的同时，另一家标准化组织也没闲着，也开始捣鼓PON技术。它就是同样大名鼎鼎的IEEE（电气和电子工程师协会）。

IEEE是以太网（Ethernet）标准的制定者和大靠山。

IEEE在1998年发布了吉比特（Gigabit）以太网标准之后，就寻思着搞一个基于以太网的PON标准。

2000年，IEEE成立了EFM工作组，正式启动相关标准化工作。EFM工作组的全名很有趣，叫做第一英里以太网工作组（Ethernet for the First Mile），归属于制定以太网标准的IEEE 802.3组。

2004年4月，EFM工作组大功告成，正式推出了IEEE 802.3ah标准，也就是EPON（Ethernet PON，基于Ethernet以太网的PON）。

随着时间推移，ATM在与IP的竞争中逐渐失势没落。APON（BPON）也因为成本、效率等原因被运营商们抛弃，退出了历史舞台。所以，APON（BPON）我就不多介绍了，大家也不需要了解太多。

我们重点看看当时已经成为行业主流的EPON和GPON。

EPON和GPON，是不同标准组织推出的不同技术体系。两者之间并没有升级演进或替代的关系，可以算是平行发展。

EPON和GPON，关键区别在二层（也就是数据链路层）。

EPON，在二层就是用以太网取代ATM。GPON呢，在二层采用的是全新定义的一种封装结构GEM（GPON Encapsulation Mode，GPON封装模式），对Ethernet、TDM、ATM等多种业务进行封装映射。

我们通过下面这张表格进行简单的对比：

总之，EPON和GPON各有优劣。简单来说，GPON带宽更大，带的用户更多，效率更高，但实现起来也更复杂，所以成本也更高。

从国内的市场份额来看，EPON当时在中国电信被普遍采用，而GPON更受中国联通和中国移动的欢迎。

02. 10G-EPON和XGS-PON

EPON和GPON，都是1Gbps这个级别的PON。注意，这个1Gbps，并不是用户侧的速率。EPON和GPON只能给用户提供100Mbps的速率。

很显然，随着时代的发展，这个速率无法满足家庭和企业用户的需求。于是，PON开始向10Gbps级别的演进。

2006年，IEEE开始立项制定10Gbit/s速率的EPON系统标准，也就是后来的IEEE 802.3av，10G-EPON。

在该标准中，10G EPON分为2个类型：一是非对称方式，即下行速率为10 Gbps，上行速率为1 Gbps；另一个是对称方式，即上下行速率均为10 Gbps。

ITU-T的GPON那边呢，也在演进。

2008年，ITU启动了下一代GPON标准的研究。2010年，XG-PON标准诞生，也就是ITU-T G.987系列。

最开始的时候，XG-PON也有两种方式，一种是非对称方式XG-PON1，下行速率为10 Gbps，上行速率为2.5 Gbps；另一种是对称方式XG-PON2，上下行速率均为10 Gbps。

后来，2013年左右，因为XG-PON2这个对称方案难以实现，所以被建议取消。XG-PON1直接改名成为XG-PON。

再后来，2015年，对称方案又重启，采用了新名字，叫做XGS-PON（S代表symmetric，对称）。

2017年，ITU正式通过了G.9807 XGS-PON国际标准。

通过下面这个图，应该看得更明白：

值得一提的还有一个Combo-PON，运营商也有集采过。

Combo-PON是通过三合一光模块，在内部集成了GPON光模块、10G PON光模块和WDM1r合波器。这样一来，不论用户侧接GPON ONT还是10G PON ONT，都可以正常工作，有利于升级过渡。

Combo-PON方案（图片来自中兴官网）

2010年之后，视频、游戏等互联网应用飞速发展，用户对网络带宽有强烈的需求。这进一步刺激了10G PON的产业链成熟。

2013年开始，国内运营商就对10G PON进行了规模集采和批量部署。最近几年，随着“千兆宽带”的推广和普及，10G PON的集采达到了巅峰。

针对10G PON，国内运营商的升级策略也有一些不同。主要是中国电信。电信因为此前EPON存量较大，所以升级替换不可避免地还是采用了10G EPON的方案，不过新建的基本上已经改用GPON。

从技术的角度来说，10G PON的升级替换其实也很方便，基本上可以在现有硬件架构的基础上直接升级。

OLT、ODN、ONU三大部分中，ODN（光分配网）几乎是完全不变的，反正也是无源的，就是一个管道，估计用几十年都没问题。局端设备OLT的话，原有GPON/EPON平台可以不变，只需要升级更换大容量的接口板就行。用户端ONU更换比较简单，根据用户需求（换宽带套餐的时候），逐步淘汰替换即可。

总而言之，10G PON的升级改造没有太大难度，然而用户体验提升明显，可以让用户多掏钱，岂不美哉？这也是目前运营商大力推广的原因之一。

03. PON的未来

对于标准组织来说，10G PON并不是PON技术的终点，25G/50G/100G PON早已经被提上了议事日程。

先看看FSAN和ITU-T这边。

XG-PON标准制定完成之后，FSAN就启动了NG-PON2的标准研究（NG-PON1就是前面的10G PON，包括10G GPON和10G EPON）。NG-PON2的关键需求主要为40G下行和40G/10G上行，实现20km传输距离和1:64分光。

当时，NG-PON2的主流备选技术方案包括高速TDMA-PON、TWDM PON、OFDM-PON和WDM-PON。经过分析和对比，2012年4月，FSAN确定采用TWDM PON技术作为NG-PON2的实现方案，并启动制定G.989.x系列标准，最终于2015年完成。

TWDM PON采用4/8波长叠加方式，单波长10G TDM。

NG-PON2系统架构

再来看看IEEE方面。

2013年，IEEE开始启动NG-EPON研究，成立了IEEE ICCOM对NG-EPON的市场需求、技术方案进行分析。2015年3月，IEEE发布了NG-EPON技术白皮书。2015年7月，开始启动100G-EPON标准制定，命名为IEEE 802.3ca。根据最新的信息，将可能于2020年8月份发布。

100G-EPON系统架构

同样画个图，方便大家看懂：

在10G TDM的基础上，ITU-T的专家们也在考虑进一步提升单波容量，考虑方向主要集中在25G、50G和100G。

这其中，25G与10G差别太小，而100G难度太大。所以，50G被普遍认为是一个比较合适的演进方向。

2018年2月，国内光接入网产业界成功推动了50G TDM-PON标准立项，标志着ITU-T在下一代PON标准研究领域迈出关键一步，也进一步明确了PON的未来技术演进路线（至少国内很明确了）。

不过，IEEE这边并没有接受单波50G PON的立项。他们在下一代PON技术路线的选择上，与ITU-T存在较大的分歧，且短时间内无法达成共识。

综上所述，10G PON能够提供每用户100M~1G带宽，而25G/50G/100G PON可以为用户提供1G~10Gbps带宽。宽带接入平台的大规模部署时间通常会间隔约7-8年。2016~2018年，我们进入到10G PON的大规模部署期。

也就是说，预计2025年，我们将会迎来5Gbps、10Gbps光纤接入宽带的规模部署。

04.PON流派的融合

除了研究下一代PON技术之外，行业还在密切关注一个很重要的问题，那就是ITU-T和IEEE这两个技术流派的融合。

自从EPON和GPON诞生以来，两个派系长期共存，这其实对产业来说是非常不利的。

一方面，给运营商和设备的技术决策带来困难（选择题难做），另一方面，也增加了产业链的成本（产业链企业需要在两条线进行投入）。

对于中国这样庞大的光接入网市场，PON技术派系的分化带来的影响就更大，资源浪费也更多。所以，中国运营商和产业链对于PON融合有很强烈的意愿，也做了很多推动工作。

在国内外产业界的积极推动之下，ITU-T和IEEE也有一些积极的“示好”，包括发表联合声明、组成工作组、建立联络函机制等。但是，真正想要实现最终的融合，目前来看，还需要很长时间。

好啦，今天关于PON的介绍就到这里。感谢大家的耐心阅读，我们下期再见！

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