与AON相比，PON的覆盖范围和传输距离要小，但由于户外不包含有源设备，提高了 抗干扰能力，可靠性更高，而且大大简化了接入途中的安装条件，价格更低，安装维护更方 便，是光接入网最具发展潜力的技术。从最初的基于异步传输模式（ATM, Asynchronous Transfer Mode）的APON技术，到基于以太网的EPON和吉比特以太网无源光网络（10G EPON, Gigabit Ethernet Passive Optical Network）技术，再到 GPON,每一次 PON 标准的提 出都极大地促进了接入网技术的迅猛发展。
PON产生背景
光接入网根据OLT到各ONU之间是否含有源设备，可以划分为无源光网络（PON）和 有源光网络（AON）,前者采用无源光分路器，后者采用有源电复用器。有源光接入网主要 是指综合的数字环路载波系统。有源光网络采用电复用器分路，可延长传输距离，并具有技 术简单、易于实现、组网能力强的特点，但考虑到有源设备仍然无法完全摆脱电磁干扰和雷 电影响以及有源设备固有的维护问题，使得有源光网络的发展受到了限制。最早的PON标准是1998提出的ITU-T G.983标准，即基于异步传输模式（ATM）的无 源光网络（APON）,主要目的是使接入网部分PON和核心网的ATM能相互兼容。在2000年年底，第一英里以太网联盟(EFMA, Ethernet in the First Mile Alliance)提出了以太网无源 光网络，即在PON基础上传输以太网帧。随着以太接入网的发展，EPON最终被纳入到以太 接入网IEEE 802.3ah-2004标准中。差不多在EFMA提出EPON的同时，全业务接入网(FSAN, Full Service Access Network)组织考虑到APON的低效率和EPON对语音和视频等实时业务 不能提供服务质量(QoS, Quality of Service)保证的不足，于2002年提出了吉比特无源光 网络(GPON),并在 2003 年通过了 GPON 系列标准：ITU-TG984.1、G.984.2, G.984.3,并 于2004年4月完成了 G.984.4标准。 从长远看，光接入网，特别是无源光网络(PON)是比较理想的接入解决方案。首先， 其在接入网中去掉了有源设备，避免了电磁干扰和雷电影响，减少了线路和外部设备的故障 率，降低了相应的运维成本；其次，PON的业务透明性好，具有丰富的带宽资源，可适用于 任何制式和速率的信号，能比较经济地支持模拟广播电视业务，具备三重业务功能；再者， 由于其局端设备和光纤由用户共享，线路成本较其他点到点方式低，初建成本也明显降低。 PON的每用户成本随着分享光线路终端(OLT)的用只数量的增加而迅速下降，因而适合于 ",PON的概念最早是由英国电信公司的研究人员于1987年提出，主要是为了满足用户对 网络灵活性的要求。由于PON中不包含任何有源器件，价格低，安装、维护方便，因而PON 技术成为光接入网技术中的热点，发展十分迅速。
分散的小企业和居民用户，特别是那些区域较分散，而每一区域用户又相对集中的小面积密 集用户地区。
PON主要类型
PON技术始于20世纪80年代初，目前市场上的PON产品按照其采用的技术，主要分 为 APONZBPON、EPON 和 GPON。1. APON/BPON
APON (ATM-PON)是FSAN于20世纪90年代中期开发完成的，并将其定为国际电信 联盟(ITU)的标准，即G.983标准。APON是结合ATM多业务多比特率支持能力和无源光 网络透明宽带传送能力的解决方案。APON的模型结构如图1-17所示。其中UNI为用户网络接口，SNI为业务节点接口， ONU为光网络单元，OLT为光线路终端。
图1-17 APON的模型结构
APON是基于ATM信元的传输系统，为点到多点的传输系统的复用和多路接入方式提供了良好的基础，这种传输结构为多用户共享整个带宽提供了基础。APON传送的是固定长 度的数据，可釆用两种速率结构，即上下行均为155.52Mbit/s的对称结构和下行622.08Mbit/s、 上行155.52Mbit/s的不对称结构。
APON的工作原理
OLT将到达各个ONU的下行业务组装成帧，采用广播方式传送 信号，ONU通过信元头中的虚拟电路标识(VPL Virtual Path Identifier)/虚拟通道标识(VCL Virtual Channel Identifier)来识别数据信元，从而接收属于自已的信号，并丢弃其他信号；在 上行方向上，由OLT轮询各个ONU,得到ONU的上行带宽请求，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才能在上行帧 中占有指定的时隙。G.983协议定义APON系统主要面向宽带业务，并没有考虑对窄带业务 的支持。在下行的信元流中插有专门的物理层运行、管理和维护(PLOAM, Physical Layer Operation Administration and Maintenance)信元。上行传输的是突发形式的ATM信元，为了 实现突发发送和接收，每53个字节的信元前面插入3个字节的物理开销。APON系统的主要特点
釆用统计时分复用技术；动态带宽分配；提供非常丰富完备的 操作管理维护(OAM)功能，包括误码率监测、告警、自动发现与自动搜索以及扰码加密等。 然而，APON有两大缺点：一是业务提供能力有限，数据传输速率和效率低；二是ATM层 上适配和提供业务复杂，成本较高。这些原因致使APON虽然发展多年，但是仍没有真正进 入市场。2001年年底，FSAN将APON更名为BPON,即“宽带PON”，速率为155Mbit/s或者 622Mbit/So BPON使用ATM作为其载体协议。BPON的名称被引入是因为APON容易让人 们误认为系统只能为终端使用者提供ATM业务。修改名称的目的在于表明这样一个事实： BPON系统能够提供宽带业务，包括以太网接入、视频分布和高速租赁线业务。但是第一代 FSAN系统最普遍和知名的称谓仍然是APON。
2. EPON (10GEPON)
为了提供适合多种环境下的IP业务，ONU需要进行复杂的协议转换，且难以提供高带 宽来满足突发性的光传输和接入需求的缺陷日益明显。2000年11月，电子电气工程师协会 (IEEE, Institute of Electrical and Electronics Engineers)成立了 802.3 EFMA 工作组，提出了 EPON。EPON将Ethernet技术与PON技术结合起来，其目标是用最简单的方式实现一个点 到多点结构的吉比特以太网光纤接入系统。EPON属于IEEE以太网标准的范畴，对于向全 IP网络过渡是一个很好的选择。EPON的主要优点是消除了 ATM和同步数字系列(SDH, Synchronous Digital Hierarchy)层，降低了初始成本和运行成本；可以大量釆用以太网技术成 熟的芯片，实现和维护简单，相对成本低，容易扩展和升级。EPON的主要缺点是总体效率 较低，难以支持以太网之外的业务，当遇到语音和TDM业务时，就会引起QoS问题。以太网无源光网络(EPON)是基于以太网技术的宽带接入系统，它利用PON的拓扑结 构实现以太网的接入。它在PON上传送Ethernet帧，为用户提供可靠的数据、语音和视频等多种业务。EPON比APON提供了更高的带宽，更低的成本和更广的服务能力，其所提供的 带宽远大于现有接入技术。
EPON和APON的主要区别是：在EPON中，根据IEEE 802.3以太网协议，传送的是可 变长度的数据包，最长可为1518个字节；在APON中，根据ATM协议的规定，传送的是 包含48个字节净负荷和5个字节信头的53个字节固定长度信元。
在下行方向，OLT将数据以可变长度的数据包广播传输给所有在EPON上的ONU,每 个包携带一个具有传输目的地ONU标识符的信头。当数据到达ONU时，由ONU的MAC 层进行地址解析，提取出属于自已的数据包，丢弃其他的数据包。在上行方向使用时分多址 (TDMA)技术，多个ONU的上行信息组成一个时分复用(TDM)信息流传送到OLT。由于 来自不同ONU的EPON数据帧可能会发生数据冲突，因此在上行方向需要一些仲裁机制来 避免数据冲突和公平地分配信道资源。从EPON的结构上看，其关键点是极大地简化了传统的多层重叠网结构，主要特点有： 消除了 ATM和SDH层，从而降低了初始成本和运行成本；下行业务速率高达IGbit/s,允许 支持更多用户，每一用户的带宽可以更高，并能提供视频业务能力和较好的QoS；硬件简单， 无需室外电子设备，使安装部署工作得以简化；可以大量采用以太网技术成熟的芯片，实现 较简单，成本较低。但是EPON的主要缺点有两个：即效率低和难以支持以太网之外的业务。为了解决OLT的带宽分配问题，IEEE 802.3ah工作组提出了一种叫做多点控制协议 (MPCP, Multi-Point Control Protocol)的机制，是 EPON 媒质接入控制(MAC, Medium Access Control)子层内的一种功能。MPCP利用消息、状态机和定时器来控制向点到多点(P2MP, Point to Multi-Point)主站网络拓扑的接入。在P2MP网络拓扑中的每一个ONU都有一个MPCP 实例，它与OLT中的MPCP实例进行通信。
IEEE 802.3ah规定的IGbit/s的速率将不能满足几年内用户对网络带宽需求的增长，例 如HDTV、网上游戏等。因此，2006年的IEEE会议上提出要发展大容量的EPON系统， 并成立了 10GEPON研究小组IEEE 802.3avo该小组对未来10GEPON系统的市场潜在需求 和技术可行性进行了论证并得到了项目授权请求(PAR, Project Authorization Request),提出 了 10G EPON系统的标准IEEE 802.3av。标准完全保留了逻辑层，利用现有的MPCP和DBA 协议，扩充上行和下行信道数量，与1 Gbit/s EPON兼容。
IEEE 802.3av小组已达成共识的问题包括：1 Gbit/s与lOGbiVs共存来实现1 Gbit/s到 10Gbit/s设备的平滑过渡，避免一次性巨大投资；10G EPON的波长分配机制必须考虑现有 的1 Gbit/s设备，在一个PON平台上的上行和下行通道；由于釆用8B/10B码的1G EPON速 率为1.2Gbit/s, 10G EPON相应地将采用64B/66B码，速率为10.312 5Gbit/s,这两个不同速 率的下行通道将釆用WDM复用方式，1G EPON仍采用1 490nm±10nm窗口，10G EPON 将釆用1 500〜1 600nm窗口，取决于激光的波长、功率代价，ONU单纤三向器件设计以及滤 波器的要求等方面；上行通道很可能采用TDM复用方式解决，OLT端将接收不同速率的突
发数据，即双速率突发模式传输。
10GEPON不仅能支持现有的有线电视、数据和语音业务，还能兼容未来业务，如IPTV、 IP语音(VblP, Voice over IP)-,电视会议和VbD等，加之价格优势明显，因而被认为是解 决电信接入瓶颈，实现光纤到户(FTTH)的较成熟解决方案之一。10GEPON标准的基本 原则是既要满足未来庞大的综合业务流对带宽的需求，还要尽可能节约系统成本。随着10G 以太网向城域网演进，以及用户对带宽需求的不断提高，EPON向10G EPON升级已是大 势所趋。
3. GPON
EPON提出不久，FSAN联盟也开始进行IGbit/s以上速率的PON标准的研究，目前已 经通过了 G.984.1、G.984.2, G.984.3, G.984.4标准。GPON具有前所未有的高比特速率，能 以原有格式和极高的效率传送多种业务。GPON可以提供1.244Gbit/s和2.488Gbit/s的下行 速率和ITU规定的多种标准上行速率，可以灵活地提供对称和非对称速率；传输距离至少达 20km；支持各种接入服务，特别是非常有效地支持原有格式的数据分组和TDM流；具有 OAM&P (Operation, Administration, Maintenance and Provisioning)功能和可升级能力。2003年初，ITU-T批准了 GPON标准G984.1和G984.2。GPON能提供前所未有的高比 特率(最高可达2.488Gbit/s)、全业务支持(数据和TDM业务)、以原有数据格式传送(透 明传输)，具有极高效率。
GPON 一开始就自上而下重新考虑了 PON的应用和要求，它已不再是基于APON的标 准，故称为本色模式PON。它一方面保留了与PON相关的许多功能，如运行、管理和维护 (OAM, Operation Administration and Maintenance)消息、动态带宽分配(DBA, Dynamic Bandwidth Assignment)等；另一方面 GPON 基于全新的传输汇聚(TC, Transmission Convergence)层，该子层能完成对高层多样性业务的适配，包括ATM业务、TDM业务以及 IP/Ethemet业务，并且是高效透明的，其适配协议采用ITU-TG7041通用成帧规程(GFP, Generic Framing Procedure),这是一种可以透明、高效地将各种数据信号封装进现有同步数字系列 (SDH)网络的通用标准信号适配映射技术，可以适应任何用户信号格式和任何传输网络制式, 可以按固有格式传送语音、数据和视频信号，全面体现了业务提供商对业务提供的灵活要求。 由于采用通用成帧规程(GFP)映射，GPON的传输汇聚层本质上是同步的，使GPON可以支 -20 -GPON协议设计时主要考虑到基于帧的多业务(ATM、TDM、数据)传送；上行带宽分 配机制采用时隙指配(通过指示器)；支持不对称线路速率；为了提高带宽效率，数据帧可以 分拆和串接；缩短上行突发方式报头(包括时钟和数据恢复)；动态带宽分配报告、安全性和 存活率开销都综合于物理层；帧头保护釆用循环冗余校验(CRC, Cyclic Redundancy Check), 误码率估算采用比特交织奇偶校验；在物理层支持服务质量(QoS)。帧的净负荷中分ATM 信元段和GPON封装方法(GEM, GPON Encapsulation Method)通用帧段，实现综合业务的 接入。
持端到端的定时和其他准同步业务，特别是可以直接高质量、灵活地支持TDM业务。
GPON更高效、高速，提供从622.08Mbit/s到2.4Gbit/s的可升级的框架结构，支持上下 行不对称速率，支持多业务，特别是以本色模式和极高的效率同时支持数据和TDM业务， 提供明确的服务质量保证和服务级别，具有电信级的网络监测和业务管理能力。因此，GPON 成为目前比较理想的宽带接入网技术。
PON基本特点
当前，以互联网为代表的新技术革命和电信体制改革正在深刻地改变着传统的电信理念 和体系结构。随着通信业务的发展及其对通信带宽的需求，接入网技术正向多元化发展，出 现了光纤接入、铜缆接入、混合光纤/同轴电缆网络、无线接入等各种接入技术。由于光纤在 传输带宽方面具有无与伦比的优势，因而光纤接入无疑是最有效的方法，特别是对于宽带业 务。而在各种光纤接入技术中，PON将成为实现FTTH的最佳技术，具有诸多突出特点。(1) PON消除了户外的有源设备，所有的信号处理功能均在交换机和用户住宅内设备中 完成。由于本地交换机与用户之间无任何有源电子设备，ONU可安装在住户处，因而环境条 件大为改善，可以釆用低成本元器件。既避免了有源设备的电磁干扰和雷电影响，又减少了 线路和外部设备的故障率，还提高了系统可靠性。
(2) 由于整个无源光网络是全透明光网络，因而对传输制式(如数字或模拟等)、带宽、 波长和传输技术没有任何限制，即可适用于任何制式和速率的信号，适于引入新业务，是一 种最理想的业务透明网络，也可以满足接入网发展的长远目标。
(3) 因为PON本身是一种多用户共享系统，即多个用户共享同一套设备、同一条光缆和 同一个光分路器，所以成本低，而且这种接入方式的前期投资小，大部分资金可以等到用户 真正接入时才投入；与有源光网络相比，它的安装、开通和维护运营成本大为降低，使系统 更可靠、更稳定。
PON技术比较
APON、EPON、GPON最大的不同其实在于其数据链路层协议。数据链路层协议规定了 上层数据信号的承接方式。APON (ATM PON)已经于20世纪90年代中期开发完成，在网络层面釆用ATM协议 进行组网，其标准在G.983协议已有详细规定。在APON中，根据ATM协议的规定，传送 的是53个字节的固定长度信元。很显然，APON系统不能直接用来传送IP业务信息，而且 由于其存在复杂性高和数据传输效率低等问题，已经逐渐被其他PON网络所代替。GPON是支持最大传输速率2.5Gbit/s的PON标准，它采用了比EPON更有效的数据封 装格式，但也具有较高的建设成本。GEM帧结构不基于任何指定类型的格式，而是基于各种 用户信号原有的格式进行封装。GPON可以灵活的提供对称和非对称速率，传输距离至少达 到20km,系统分路比可以为1：16、1：32、1：64乃至1：128= 3种技术的比较如表1-4所示。EPON与APON、GPON的本质区别表现在：EPON在传输媒质层上采用吉比特以太网 作为传输协议，数据链路层上也是采用以太网协议。EPON传送的是可变长度的数据包，最 长可为1518个字节。以太网建设成本低，可扩展性好，安装维护容易，具有很大发展潜力。
表 1-4 APON/EPON/GPON 技术比较
| APON | EPON | GPON | |
| 标准化组织 | ITU-T/FSAN | IEEE EFM | ITU-T/FSAN |
| 标准 | ITU-T G.983 | IEEE 802.3ah | ITU-T G.984 |
| 传输层使用的协议 | ATM | IP/Ethemet | ATM/GEM |
| 下行复用技术 | TDM | TDM | TDM |
| 上行复用技术 | TDMA | TDMA | TDMA |
| 数据业务承载方式 | AAL5 | Ethernet | GEM |
| 最大传输距离（km） | 20 | 10、20 | 20 |
| 下行线路最大速率 | 1.25Gbit/s | 1.25Gbit/s | 2.5Gbit/s |
| 上行线路最大速率 | 622Mbit/s | 1.25GbiVs | 2.5Gbit/s |
| 支持分路比 | 1：16, 1：32 | 1：16, 1：32 | 1：16, 1：32, 1：64, 1：128 |
| ONU 接口 |
ATM, TDM 及 10/1 OOM 以 太网接口 |
10/100M以太网接口 |
ATM, TDM 及 10/100M 以 太网接口 |
| OLT网络侧接口 | ATM, TDM及吉比特以太 网接口 | 吉比特以太网接口 | ATM, TDM及吉比特以太 网接口 |
| 升级难易度 | 困难 | 一般 | 一般 |
| 用户侧成本 | 高 | 低 | 较高 |
| 网络侧成本 | 高 | 低 | 较高 |
