Bai-link解析:PON网络架构及数据传输方式

2024-05-30 18:15:35

目前固定网络接入的主流技术是PON。早些年,主要应用于运营商家庭/商业用户接入,现在逐渐向大型企业园区扩展(POL),甚至行业网扩展(F5G),发展势头一发不可收拾。

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那么PON技术到底是什么样的技术呢?网络架构为何?数据传输方式为何?下面我们来看一看。


PON技术是一类技术的总称,包含了早期的窄带PONAPONBPON,当下流行的EPONGPON10G EPONXG-PONXGS-PON,以及以后的50G-PON……


所有这些PON技术的根基都是一样的,那就是PON的网络架构和数据传输方式。


关于PON的网络架构,我们不得不搬出这张经典的组网图。

【技术要点总结】:

PON是一种点到多点(P2MP)结构的无源光网络;


PON由光线路终端OLT、光网络单元 ONU和光分配网ODN组成;


PON之所以被称为“无源光网络”,特指的是ODN部分无源(POS,无源分光器,是一个物理的光学器件,不需要外接电源);


PON内部可以采用一级分光,也可以采用二级分光(实际工程中,二级居多);


PON的接入半径(OLTONU的距离)一般规划在20公里以内(20公里是物理距离)。其中,城市接入一般在5-10公里,偏远的山村或稀疏地区可能存在大于10公里甚至15公里的情况。


了解了PON的网络架构,我们再来分析一下基于这个架构,数据是如何传输的。一般网络的数据传输都是基于双向的:既有从发端到收端,也有从收端到发端,我们也称为下行和上行。


从前面的PON网络架构我们了解到,PON是点到多点的。

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那在OLTPOS之间其实只有一根光纤,如何实现上下行的数据在一根光纤中传输呢?


【答案】:划分不同的车道,即规划不同的波长。


【解析】:在PON网络中,上下行通信所采用的波长是不一样的,比如EPON/GPON同属于1G PON技术,它们下行波长规划的是1490nm,上行波长规划的是1310nm,互不影响,完全可以实现双向全双工的通信。此外,还有广电的CATV业务,单独的波长规划时1550nm


到这里,有小伙伴又有疑问了:

为什么规定下行波长是1490nm,上行是1310nm,而不是反过来呢?


【答案】:成本考虑。

【解析】:标准制定的时候,1310nm的光器件已经相对来说比较成熟,成本较低,而1490nm成本较高。PON是一个点到多点的架构,那么我们自然要将成本比较低器件放在多点侧的发端,这样才会大量的降低PON网络初期的部署成本。

下面我们继续回到PON网络的数据传输的介绍。PON下行采用广播的方式传输数据,上行采用的是TDMA的方式传输数据。一连串的疑问又来了:

PON下行为何采用广播的方式传输数据呢?


【答案】:因为简单实用。

【解析】:PON的下行方向是指从OLTONU的这个方向,这个方向发端与收端的数量对比关系是“1对多”的关系,那我们自然就会选择用广播的方式来发送数据,因为这样最省事。同时,下行因受限于无源分路器的物理特性,PON口发出的数据经过无源分路器后平均分配至每一分路,其无源物理特性无法控制某一分路的通与不通,仅能实现单纯分路功能,故下行依据物理分路特性实现了被动广播的现象。

PON下行采用广播,每个ONU都能收到其他ONU的数据,如何保证数据安全?


【答案】:ONU主动过滤,同时数据有加密。

【解析】:一方面,ONU会根据相应的过滤条件主动过滤属于自己的数据,如通过ONU IDGEM-PORT ID)过滤接收属于自己的数据;另一方面,OLT给每个ONU发送的数据会进行加密(如GPONAES-128),且加密的密钥是由每个ONU产生并发给OLT的,ONU不会知道其他ONU的密钥,故也难解密属于其他ONU的数据。

PON上行为何采用TDMA的方式传输数据呢?


【答案】:实现多ONU同时传输数据,公平竞争。

【解析】:PON的上行方向跟下行方向是反的,即指ONUOLT的方向,这个方向发端与收端的数量对比关系是“多对一”的关系。既然是“多对一”的关系,肯定就不能让每个ONU想当然的发送数据了,否则就会存在同波长光信号叠加(如GPON1310nm),OLT接收后也无法读取数据,出现误码帧或未知帧提示,并将其丢弃。


所以这种情况就必须要有一种仲裁机制,来保护我们的上行数据传输不发生冲突。这个仲裁机制便是TDMA,它将上行链路分成不同的时隙,再将这些时隙根据需要分给不同的ONUONU在属于自己的时隙发送数据。


因此,我们这里也看到,ONU的发光时间严格受OLT指定,它是不会主动发光的,也不会长时间发光的。一旦某个ONU主动发光了或者长时间发光了,这个ONU就是一个“流氓ONU”,会影响整个PON口下的业务。



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