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，我们进入的 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。