APON和EPON

shujuren

APON和EPON在竞争中发展

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Cww.net.cn　2003年3月6日　15:11　中国通信标准化协会　
关键词：APON　EPON

目前用于宽带接入的PON(无源光网络)技术主要有：ATM　PON(APON)和Ethernet　PON(EPON)。　本文将对这两种接入技术分别予以先容，并加以比较。

一　APON

1.　APON的产生

在PON上实现基于ATM信元的传输，即APON(简称APON)技术。早在1995年“互联网时代”之前，在人们还不知道IP最终会统治网络第三层协议的时候，几个全球最大的电信运营商——日本电报电话企业(NTT)、英国电信(BT)、法国电信(France　Telecom)等，就开始讨论发展一种能支撑话音、数据、视频的接入网全业务解决方案。当时有两个符合逻辑的选择：协议层采用ATM，物理层采用PON。

经过以21个全球主要电信运营商为主的FSAN(全业务接入网)集团的不懈努力，1998年10月通过了全业务接入网采用的APON格式标准——ITU-T　G.983.1；2000年4月批准其控制通道规范的标准ITU-T　G.983.2；2001年又发布了关于波长分配的标准：ITU-T　G.983.3，利用波长分配增加业务能力的宽带光接入系统。

2.　APON的系统结构

典型的APON系统的网络拓扑结构为星型结构，作为点到多点的典型应用来说，更适合于面对将来进行系统的升级和扩容，同时加上光分配网的灵活性，使得系统支撑更多的拓扑结构，如树型、总线型等。凭借这一点，在实际中，针对用户的分散和对于业务阶段性实施的需求，运营商可以通过APON系统一步到位，既满足大用户对于网络服务的要求，又避免了重复投资和重复施工。APON系统灵活的拓扑结构体现了设备在扩容和升级方面的灵活性。

3.　APON的工作原理

APON的工作原理如下：OLT(光线路终端)将到达各个ONU(光网络单元)的下行业务组装成帧，以广播的方式发送到下行信道上，各个ONU收到所有的下行信元后，根据信元头信息从中取出属于自己的信元；在上行方向上，由OLT轮询各个ONU，得到ONU的上行带宽要求，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才有权利在上行帧中占有指定的时隙。

实现APON的关键技术有多址和接入控制技术(在使用TDMA上行接入时包括测距、带宽分配等)、突发信号的发送和接收技术、快速比特同步技术以及安全保密等方面的技术。

目前实用的PON系统主要是窄带PON，由窄带PON升级到宽带的APON，终端设备和控制协议都需要进行大幅度的改动，传输速率的提高对物理层设备和媒质访问控制(MAC)协议都有新的要求。只要宽带PON的成本可以控制在目前窄带PON的1.5倍以下，还是可以接受的。虽然宽带PON的技术细节还需要在其实际的发展和使用中继续研究和完善，但ITU-T在APON实用系统出现之前就确定了G.983建议，对APON进行了规范，它进入实用的步伐将会更加顺利。　　

二　EPON

1.　EPON的发展

以太无源光网络是由几个富于幻想的发起者充当先锋发展而来的，如Alloptic企业，其认为APON标准由于缺乏视频能力，不充分的带宽，过于复杂，造价过高等因素不适合接入网方案。随着快速以太网、千兆以太网、万兆以太网成为主流，Alloptic坚信以太无源光网络会消除广域网与局域网链路上的ATM和IP协议的转换。

2000年11月，在IEEE组织下，通过创建“以太网最前一公里”研究组，以太网的发展商们抛弃了自我的一些标准，瞄准接入网市场，发展已广泛使用和证实的以太网协议标准。3Com、Alloptic、Aura　Networks、CDT/Mohawk、Cisco　Systems、DomiNet　Systems、Intel、WorldCom及World　Wide　Packets等69家企业声明它们加入该研究组。

2.　EPON的结构

ONU取代了用户侧SONET分插复用器和路由器；OLT取代了端局的SONET分插复用器和ATM交换机。

这种结构有几个好处：第一，前端的关键设备和维护费用比SONET和ATM低；第二，EPON的开发不需要复杂的硬件，也不需要户外的电子设备，在开发上比SONET/ATM容易；第三，这种网络结构很灵活，可以实现快速业务重构；第四，允许多层安全保证；第五，运营商可以在EPON结构上开发宽带和灵活的业务。

EPON的无源器件位于光分布网络中，包括单模光纤光缆、无源光分束器/耦合器、连接器和接头。OLT和ONU位于PON的终端。光信号通过PON下行传输时，经过分束器分发到多条光纤，上行信号由分束器/耦合器合并到同一根光纤中。无源光网络利用光纤点对多点树，在树枝上连接用户。PON也可以使用保护环结构来实现商业应用，对于校园网和多个租用用户群则可以使用总线结构。

光网络单元提供用户数据、图像和电话网络与PON的接口。ONU的基本功能是接收光信号，并将其转换成用户需要的格式(以太网、IP多播、POTS、T1)。EPON一个特有的性能是ONU除了接收光信号并进行转换之外，还提供第2、3层的交换功能，允许企业业务在ONU内部实现路由。EPON还可以利用第3个波长来传输图像业务。

3.EPON的运作

以太无源光网络和ATM无源光网络的关键区别是前者的数据传送遵从IEEE802.3协议，帧的长度最大可以达到1518字节，而ATM无源光网络的数据传送遵从ATM协议，帧的长度是固定的53字节(48字节的净荷和5字节的帧头)，这种格式意味着ATM的无源光网络较难充分传送IP数据包。IP协议组织数据成变长的数据包，数据包最大长度可达65535字节。对于ATM无源光网络承载IP流量，首先将数据包分割成48字节，然后加上5字节的帧头。这种处理过程是耗时和复杂的，增加了OLT和ONU的花费。

数据流遵从以太网IEEE802.3协议，将变长的数据帧，最大长度1518字节，从OLT广播到多个ONU。但每一帧头附加了独一无二的标识，用于识别光网络单元ONU-1，ONU-2，ONU-3，另外一些数据帧要广播给所有的ONU，或发送给特定的ONU。在分支器处数据流量被分为相同的3份，包括所有的确定ONU的数据帧。当数据帧到达ONU，ONU仅仅接受属于自己的数据帧，丢弃掉不属于自己的数据帧。

在EPON中从OLT侧发到多个ONU的下行数据流的传输过程与从多个ONU发往OLT的上行数据流传输过程有本质的区别。下行数据采用广播方式从OLT发给多个ONU，根据IEEE　802.3协议，这些数据包是不定长的，最长为1518字节。每个包携带的信头唯一地标识了数据所要到达的特定ONU，此外有一些包发给所有的ONU，称为广播包，还有一些包是发给一组ONU的，称为多播包。数据流通过分束器后分为3路独立的信号，每路信号都含有发给所有特定ONU的数据包。当ONU接收到数据流时，只提取发给自己的数据包，将发给其他ONU的数据包丢弃。显示上行数据流采用时分复用技术，每个ONU都分配一个传输时隙。这些时隙是同步的，因此当数据包耦合到一根光纤中时，不同ONU的数据包之间不会产生干扰。例如，ONU-1在第1个时隙传输数据包1，ONU-2在第2个没有被占用的时隙传输数据包2，依此类推。

4.EPON的标准与应用的发展

IEEE　802.3ah工作小组从2001年11月就开始进行EPON的标准化工作。大约有70个企业加入了这个工作小组，包括Cisco、Nortel、Worldcom、SBC、Verizon、Salira、Broadcom、Agere、Intel、BroadLight、Alcatel等。

为了加快标准化的进程，EPON光学级的一些标准借鉴了APON的FSAN(Full　Service　Network)的标准。

完成EPON标准的制定还需要很长的时间(大约12～24个月)。如果没有标准，大型的运营商就不会进行大规模的系统实施。但是，现在主要的运营商和设备供应商(Cisco、Nortel、Alcatel、Broadcom、Salira等)都非常看好EPON在宽带接入方面的巨大优势，他们希翼有关标准化工作能尽快取得进展。

SBC宣布在2001年5月实施BPON(Broadband　PON)，而在2002年实施第二阶段。Verizon正在实施小规模的APON系统，Qwest正在进行APON的试验，BellSouth正在为实现FTTH进行RF-PON的试验。

因为还没有可以实用的产品，所以目前EPON还没有试验，但是Salira已经确定与美国最大的运营商中的3家共同建立3个试验系统。　
三　APON与EPON之争

1.　双方的观点

EPON一方的主要观点如下：

(1)有了标准不一定就能为市场所接受，况且G.983标准并不完善，还需要改进。例如，它还未规定视频业务的标准，它还不能像以太网标准那样使不同厂家的网卡互通。

(2)未来的网络必定是基于IP或以太网的，经由EPON传输IP是最好的方案。因为PON仅仅是一种接入技术并非网络技术，而ATM作为一种接入技术显然已经过时了，死亡了。只有用以太网的网络技术加上PON的接入技术构成的EPON，才是光接入网的最佳方案。

(3)世界上绝大多数数据都是以IP/以太网方式产生的，用APON传送数据还需在IP和ATM信元及SONET/SDH格式之间来回转换，效率低、技术复杂、成本高，不适合向所有用户推广应用。

(4)与APON相反，EPON的基础是以太网，而以太网是当今和未来世界上使用最广泛的网络技术，其相关器件、设备价格最低。用EPON作接入网，成本低、通用性好；免去了IP数据传输的协议和格式转换，效率高，管理简单。

他们的结论当然是“EPON必胜”，而且事实上它已经得到了不少新生电信运营商和厂家的支撑。

对此，APON一方反驳说：

(1)ATM技术是经过考验和成熟的技术，只有它能更好地支撑各种多媒体业务，特别是实时性业务。电信运营商要求其设备能提供有明确保证的业务质量和服务级别，ATM是唯一的选择。

(2)只有ATM能用单一网络提供所希翼的任何宽带和窄带业务，而且ATM技术有完善的操作维护管理系统，能用单一管理系统同时完成端到端的业务监视和带宽管理。

(3)APON已形成公认的国际标准，又有FSAN集团的全世界二十几个主要电信运营商的大力支撑，只要大批量生产，成本定能大幅度下降。

(4)相反，EPON较适合接入和传送IP业务，技术还很不成熟；IP还无法传送高质量保证的实时性业务，无法实现单一网络的全业务接入；同时，以太网还缺乏电信级的网络监视和业务管理。

2.EPON和APON的技术差别

EPON和APON最主要的区别表现在帧结构上(EPON和APON的帧结构格式、帧周期长度及打包方式全都不一样)，而它们的主要技术差别是：EPON的数据传输是以可变长度的分组进行，最长1,518字节；而APON数据主要是以53字节固定长度的ATM信元方式传输。

APON支撑者声称，他们的系统具有固定长度的帧结构，因而能更快、更有效地同步；而基于IP的EPON方案，则从不知道数据包有多长，必须硬性切断，并按较小的长度重新分组。这是因为，按互联网规定的IP包最大长度为65,535字节，而EPON协议规定的分组包最长为1,518字节。

与此对应，EPON支撑者争辩说，用APON运载IP业务很难且效率低。APON的分组包必需按每48字节一小段切割，而且每段得加上5字节的字头，所以这种处理方式既费时、复杂、浪费带宽，又增加了额外的成本。

3.结论

APON和EPON都属于BPON，它们事实上具有很多无源光网络的共同优点。可以说，APON和EPON之争本质上是核心网中的ATM和IP之争在接入网中的继续。现在说谁胜谁负为时过早，谁输谁赢取决于应用的要求和时间的考验。站在公平的立场看，两种解决方案都是需要的。对于传统的电信企业、综合的电信运营商来说，采用的很可能是APON；而在CATV领域，以及对于以数据为中心的新生的电信企业和运营商来说，可能会倾向于采用EPON。这是因为，一般认为APON更能保证质量，并能传送实时业务；而EPON成本较低，更适合IP数据业务的传送。(世界电信网络　白木　周洁)