本文介绍了这些网络的特性、优势和益处，并回顾了它们的历史发展历程，包括它们如何被结构化布线标准（例如 ANSI/TIA（美国国家标准协会/电信行业协会））和手册（例如 BICSI（国际建筑行业咨询服务公司）的 TDMM（电信分配方法手册））所认可。最后，本文讨论了实施这些网络需要考虑的重要事项，并解答了一些信息通信技术 (ICT) 专业人员有时会遇到的问题，特别是那些专注于基础设施且对局域网 (LAN) 中的 PON 运行尚不熟悉的专业人员。此外，本文还探讨了在基础设施、兼容性和性能方面将 PON 与传统网络进行比较时通常会出现的一些相关问题。.

过去四十年的技术发展令人瞩目。新技术层出不穷，旧技术也得到巩固，其中一些技术甚至诞生于上世纪七八十年代。上世纪九十年代是网络领域（无论是电信网络还是局域网）的关键十年。九十年代初，首个结构化布线标准ANSI/TIA-568的发布标志着这一时期的到来，该标准旨在规范和组织网络的物理基础设施。与此同时，以太网协议也开始流行起来，越来越多的制造商开始推广该协议，因为它具有开放性和易于实现的特性。很快，所有计算机都开始配备一个或多个符合该标准的网络接口。.

在以太网不断发展壮大的同时，一些极具潜力的技术，例如异步传输模式（ATM），开始失去市场份额。20世纪90年代初，ATM的传输速度超过了以太网，并为网络流量管理和转发提供了一种高效的解决方案，其显著的创新特性包括更低的传输延迟、更高的传输可靠性和更高的带宽效率，因为信道分配是根据每个连接的流量按需进行的。它还采用了时分多址（TDMA）技术，无需为子信道分配固定的时隙。ATM最初应用于电信运营商的同步数字体系（SDH）网络，但其在局域网（LAN）中的应用最终并未达到预期的普及程度。导致ATM在局域网中衰落的另一个因素是以太网的出现，以太网除了上述因素外，还迅速获得了市场份额、更高的传输速度和更具吸引力的部署成本。
随着20世纪90年代光纤应用的普及，电信行业开始探索“最后一公里”客户服务方案，重点在于如何将服务覆盖到光纤用户家中。以太网是当时考虑的方案之一。由于其特性，提供这项服务需要点对点基础设施，默认情况下需要两根单模光纤：一根用于传输，一根用于接收信号。最初，由于运营成本（OPEX，即运营支出），以太网在这种场景下并不可行。这主要是因为距离限制（应用成本不超过10公里），或者需要维护一个远程机房，该机房需要为大量设备提供电力和冷却支持，因为每个用户除了需要一对光纤外，还需要在该位置配备一个专用的交换机端口。

即使在20世纪90年代，一个在20世纪80年代出现、并因各种原因被搁置的概念——无源光网络（PON）技术——也重新焕发了生机。这项技术的发展得益于光通信技术的成熟、速度的提升以及相关技术成本的降低。在物理实现方面，PON网络的使用将简化网络基础设施，并减少对远程通信机房及其所有设备的需求，因为这些机房将被称为光分路器的小型无源元件所取代，这些光分路器可以轻松安装在熔接盒或终端盒中。除了使用无源网络覆盖更远的距离外，由于这种新方法可以使用波分复用（WDM）技术，通过单根单模光纤完成信号的传输和接收，因此不再需要一对光纤。.

采用PON技术的网络主要由有源设备和无源设备组成。有源设备通常安装在网络边缘，而无源设备则包括光缆、分路器、ODF、跳线以及其他用于构建光连接基础设施的组件。在有源设备中，与业务交互的设备（通常连接到网络的汇聚层或核心层）称为OLT（光线路终端），与用户交互的设备称为ONT（光网络终端）。OLT和ONT之间的整个无源网络称为ODN（光分配网络），由于光分路器的存在，ODN是一种采用树状拓扑结构的点对多点光纤基础设施。例如，在FTTH（光纤到户）网络中，OLT是安装在运营商侧的前端设备，而ONT安装在用户家中，ODN则是连接前端设备和用户家中ONT的整个光基础设施。在 OLT 上层产生的流量，经由接入网发送到连接到 ONT 的设备，称为下行流量。另一方面，由 ONT 下层用户产生的流量，发送到 OLT，称为上行流量。图 1 展示了 PON 技术的这种场景

。为了满足 PON 网络的传输特性，最初的开发基于 ATM，最初称为 A-PON。顾名思义，它的实现带来了该协议的各种优点。使用 ATM PON 的实现被称为 B-PON（宽带 PON），它于 1998 年由 ITU-T 标准化并发布为 G.983 系列建议书。最初，该标准定义了上行链路和下行链路的传输速率（比特率）均为 155 Mb/s，但后来采用了下行链路 1244 Mb/s 和上行链路 622 Mb/s 的速率。
在发布后的几年里，该标准日趋成熟，增加了承载 POTS（普通老式电话服务）和 VoIP（互联网语音协议）等电话服务的能力，并通过使用 DBA（动态频段分配）提高了上行链路传输容量，DBA 也得到了定义和标准化。

2003年，国际电信联盟电信标准化部门（ITU-T）发布了G.984系列建议书，即千兆无源光网络（GPON）。该建议书定义并实施了一种基于B-PON优势和特性而开发的新协议，最初将ATM作为可选协议。GPON的诸多优势包括能够与下一代ITU-T PON技术共存，以及更高的融合度；也就是说，GPON旨在提供/承载任何必要的电信服务。其标准化运行速度为下行2488 Mbps和上行1244 Mbps，光网络终端（ONT）之间共享容量。GPON满足千兆网络的需求和特性，最初每个光纤线路终端（OLT）端口最多支持64个ONT（分光比1:64），传输距离可达20公里。目前最大支持距离为60公里，最大ONT数量为128个（分光比1:128）。这取决于光网络的功率预算和OLT收发器的功率容量，而功率容量又由其等级决定。例如，B+级收发器的最大传输距离为20公里，最多可连接64个ONT；而C+级收发器的最大传输距离为60公里，最多可连接128个ONT。关于传输距离，需要考虑两个相关特性：最大光纤传输距离和最大差分光纤传输距离。最大光纤传输距离是指OLT与单个ONT之间的最大传输距离。最大差分光纤传输距离是指OLT同一PON端口上两个ONT之间的传输距离之差。对于GPON而言，由于其PMD（物理介质相关）和TC（传输汇聚层）的要求，该距离通常为20公里。因此，如果一个光网络终端（ONT）的最大光纤连接距离为60公里，则位于同一光纤终端盒（OLT）PON端口上的所有其他ONT必须与其连接在20公里范围内。在这种情况下，为了确保所有ONT正常运行，所使用的最小光纤距离必须为距OLT 40公里。图2显示了此示例中最大光纤距离和最大差分光纤距离之间的关系。GPON

在其推出后的几年内得到了大规模部署，尤其是在2008年至2009年间，并在随后的几年中持续扩展。由于GPON的设计目标是仅与下一代PON网络共存，因此无法与B-PON网络共存，因为两者使用相同的波长进行传输和接收，下行链路流量的工作波长为1490nm，上行链路流量的工作波长为1310nm。
PON网络在接下来的十年中不断发展，2010年发布了G.987系列建议书，即XG-PON（万兆无源光网络），其中X代表罗马数字10。该标准之前被称为XG-PON1，后来被弃用，并被NG-PON1取代。NG-PON1标准采用非对称传输和接收速率，下行流量速率为9953 Mb/s，上行流量速率为2488 Mb/s。它的工作波长范围与GPON不同，下行流量使用1575nm-1580nm波长，上行流量使用1260nm-1280nm波长。与GPON一样，NG-PON1支持的最大光纤传输距离为60公里。然而，其最大差分传输距离为40公里，这一特性在GPON发布几年后才通过G.984.7建议书提出。 XG-PON支持的分光比为1:256，这意味着每个OLT上的PON端口最多可支持256个ONT。
2013年，ITU-T G.989系列建议书，即NG-PON2（40Gbps无源光网络），正式发布。这些建议书概述了基于时分复用（TWDM）和可选的点对点波分复用（PtP WDM）连接系统的第二代PON技术的发展特性。TWDM是一种采用多波长信道架构的PON解决方案，其中每个波长由多个ONT共享。PtP WDM是一种PON解决方案，它为每个ONT提供一个用于下行链路和上行链路的波长，该波长可以与TWDM重叠，并具备OLT和ONT之间的双向数据传输能力。 NG-PON2 的标称总容量为下行 40 Gbit/s 和上行 10 Gbit/s。波长选择基于 TWDM 和 PtP WDM 的波长规划，以便在潜在的迁移过程中与现有标准共存。对于 TWDM，1596nm–1603nm 波段预留用于下行传输，并选择了一系列上行波段选项，分为宽带 (1524nm–1544nm)、窄带 (1528nm–1540nm) 和窄带 (1532nm–1540nm)。对于 PtP WDM，定义了 1524nm–1625nm 波段，称为扩频波段。只要不干扰 TWDM 或现有系统，并满足隔离要求，即可使用该波段。当点对点波分复用 (PtP WDM) 与行波分复用 (TWDM) 结合使用时，可以使用另一个频段，称为共享频谱，该频段使用 1603 nm 至 1625 nm 的波长。支持的最大光纤距离和最大差分光纤距离与 NG-PON1 的定义相同；但是，最小分光比必须为 1:256。2016
年，ITU-T 发布了 G.9807.1 建议书，定义了 XGS-PON（万兆对称无源光网络），这是一种使用对称速率的技术，下行和上行速度均为 9953 Mb/s。它可以使用与现有 XG-PON 系统或 GPON 波长相同的波长，从而支持与这些技术以及 NG-PON2 的迁移和共存。XGS-PON 的一个关键特性是广泛复用了先前的 ITU-T PON 建议书；也就是说，该标准融合了源自 XG-PON 的物理传输规范 (PMD)，以及基于 NG-PON2 和 XG-PON TC 层的逻辑规范。值得注意的是，所有 PON 技术的传输速率均基于 SDH 标准的速率。

PON技术发展历程中的一个关键里程碑，主要得益于其成熟度、稳健性和运行特性，是其在室内应用领域引起了广泛关注。PON技术在局域网中的应用，即POL网络的概念，大约在2010年左右出现在北美。2012年，无源光局域网协会（APOLAN）成立，该组织汇集了制造商、分销商、集成商和咨询公司，致力于市场教育，并推广无源光技术在局域网（LAN）中的应用。2014年，BICSI发布了第13版TDMM手册，为在应用结构化布线标准和概念的建筑物内使用PON网络提供了建议。在此之前，这一趋势已由多个监管委员会讨论过，最终在2015年发布的ANSI/TIA-568.0-D通用结构化布线标准第四版和ANSI/TIA-568.1-D商业建筑结构化布线标准第四版中得到正式认可。此次修订的重点在于：与国际结构化布线标准ISO 11801的协调一致，以及在ANSI/TIA-568.0-D附录C中对PON技术的认可。附录C规定了用于PON应用的单模光纤信道的最大支持距离、最小和最大衰减，以及与这些应用中使用的集中式光缆相关的其他特性。截至撰写本文时，ANSI/TIA标准已更新至第五版（E版），TDMM手册已更新至第14版。.

由于分层星型拓扑结构的物理网络部署具有易于接受、灵活且易于管理等优点，布线标准最初是为这种拓扑结构而制定的。PON技术在局域网中的应用，使其原本的树状拓扑结构能够完美地适应标准所提出的拓扑结构。这得益于不同结构化布线组件的使用，确保了与现有部署和未来扩展的兼容性，使PON网络成为此类环境中一项颠覆性的技术。在局域网中使用PON技术的主要优势包括：降低设备成本和电力成本（包括设备和冷却系统），减少布线和设备占用空间，减少塑料消耗，缩短整体安装和部署时间，以及构建面向未来的基础设施。
“面向未来”一词之所以被使用，是因为它本质上描述了结构化布线的光纤基础设施，该基础设施必须经过认证，并且可能享有制造商提供的长达25年的质保。因此，如果客户有意进行技术升级，例如用 XGS-PON 替换 GPON，他们只需更换有源网络设备（OLT 和 ONT），无需改动现有的光基础设施。此外，POL 不仅是一种可持续的解决方案，还有助于降低总实施成本 (CAPEX)，尤其能够显著降低运营成本 (OPEX)，从而对网络整个生命周期的总拥有成本 (TCO) 产生积极影响。

在局域网 (LAN) 甚至校园网 (CAN) 中，传输距离比运营商或互联网服务提供商提供的网络要短，因此在 POL 设计中无需考虑传输距离问题。另一方面，为了提高 PON 技术的效率并应对 LAN/CAN 中各种业务的复杂性，所选设备必须在内存管理、处理和帧/包转发方面具备更大的容量。此外，它必须对当前和未来的应用透明，并提供可根据项目复杂性进行调整的功能，例如冗余（PON 端口、以太网上行链路端口、电源）、安全性、集中管理，以及与现有网络架构的协同性和适应性。例如，OLT 和核心网之间的连接可以根据具体场景使用 IPv4 或 IPv6 路由建立。
尽管 POL 具有诸多优势，但与传统网络相比，在基础设施、兼容性和性能方面，POL 网络的运行仍然存在一些问题。

关于基础设施，如何保证布线性能？使用高质量、经过测试的材料和熟练的施工人员是确保基础设施性能的关键。如果光结构化布线基础设施的所有组件均来自同一制造商，并由该制造商认可的集成商进行安装，则实施过程必须符合高标准、基于规范且经过认证的质量控制要求，并且制造商可以提供25年的质保。那么，在POL中，通常基于以太网的业务兼容性又如何呢？在这种情况下，PON技术仅部署在接入网中，即OLT和ONT之间。如图1所示，OLT到业务网络的连接（称为SNI，即业务网络接口）以及设备到ONT接口的连接（称为UNI，即用户网络接口）主要通过以太网实现。因此，各种设备，例如计算机、电话、打印机、摄像头和门禁设备等，都可以像在传统的纯以太网网络中一样，连接到POL并正常运行。接入网（PON）透明地处理这些设备之间的通信，负责光网络终端（ONT）和光线路终端（OLT）之间以太网协议的传输。这种传输是通过将以太网帧封装在GEM（G-PON封装方法）或XGEM（XG(S)-PON封装方法）帧中实现的，这些帧仅在OLT和ONT之间可见。.

那么性能和传输速度又如何呢？在传统网络中，设备通过结构化布线单独连接到位于商业建筑每层机房的交换机。考虑到这些设备的网络使用特性，大部分可用带宽处于闲置状态，因为流量并不确定，会随一天中的时间和用户使用的应用场景而变化。换句话说，带宽消耗的特点是随机出现而非持续的峰值。正是为了解决这种网络闲置问题，PON 技术得到了越来越广泛的应用，并在各个市场中不断扩展。这种智能性基于 OLT 用于 PON 网络流量管理的固有服务质量 (QoS) 功能。OLT 使用动态带宽分配 (DBA) 技术，根据每个 ONT 的流量负载，实时地在连接到同一 PON 端口的各个 ONT 之间分配带宽。每个 ONT 的上行流量以预定时间间隔（TDMA）进行突发传输，这些突发传输必须经过 OLT 的授权。此授权由光线路终端 (OLT) 使用带宽映射 (BWmap) 进行协调，带宽映射会广播到光网络终端 (ONT)，用于控制其突发传输的时序和总大小。带宽映射的同步和寻址决定了哪个 ONT 发送突发传输、何时发送以及持续时间。通过这种方式，OLT 可以高效智能地管理可用带宽，从而维持千兆或万兆网络的预期性能。.

除了上述特性外，另一个需要考虑的因素是连接到单个PON端口的光网络终端（ONT）数量。对于每种情况，都应分析用户和应用流量特性，以在实施成本和潜在瓶颈之间找到平衡点，避免因设计阶段的错误而导致网络性能下降。在这方面，应考虑分光比，它决定了每个端口可连接的最大ONT数量。一般来说，在商业建筑的无源光结构化布线环境中，GPON应用可以使用1:32或2:32的分光比（当PON端口存在冗余时）。对于需要长时间占用大量带宽的关键应用，应采用更小的分光比。但是，始终建议进行概念验证（PoC）测试。另一个重点是注意每种PON技术标准规定的最小衰减水平。如果分光比过低，则可能需要在光线路终端（OLT）的PON端口上使用衰减器。
古河系统提供名为 Laserway 的室内无源光网络 (PON) 完整解决方案。该方案包含光结构化布线组件、有源设备（OLT 和 ONT）、用于配置和管理整个 PON 网络的软件以及技术支持。技术支持涵盖售前和售后两个方面。售前支持包括由项目工程团队提供的专业咨询、应用工程和高级设计 (HLD) 服务；售后支持包括技术支持和部署工程。该技术支持可协助网络调试，并解决合同期内可能出现的任何问题，同时提供 24/7 全天候远程服务，支持多种语言（西班牙语、英语和葡萄牙语）。

Laserway解决方案可部署可扩展的光结构化布线基础设施，并提供25年质保，为未来的扩展和新型PON技术的应用做好准备。由于该基础设施基于可扩展的结构化布线标准构建，因此可以有条不紊地进行扩展。对于新型PON技术，只需更换位于网络边缘的有源设备（OLT和ONT），即可使用相同的布线基础设施。由于支持GPON和新型ITU-T PON技术的共存，因此可以通过迁移过程按需进行技术升级。由于有源设备（OLT和ONT）是Laserway解决方案的一部分，因此所有支持和网络保障均由同一制造商古河电气提供，这让客户在部署PON时更加安心，并可获得经验丰富的专业人员在项目各个阶段的支持。.

由于PON技术带来的诸多优势以及相关法规的标准化，其未来潜力显而易见，这主要得益于近年来PON技术的市场认可度和普及程度的提升。了解一项技术的历史发展至关重要，它有助于我们理解其具体特征的实现、改进和更新过程。以基于ITU-T建议的PON技术为例，其发展主要得益于对成熟标准的重复利用，以及其最显著特性和优势的演进，这些特性和优势使其在效率和性能方面脱颖而出，从而确保了高质量和高可靠性的部署。PON技术应用于局域网的结构化布线基础设施时，有助于实现高性能连接和可持续的基础设施。PON技术和PON网络万岁！.

作者： Samuel Graeff，古河电气集团欧洲高级应用分析师。 

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