全光網(wǎng)絡(luò)是近些年大熱的話題，上期我們恒申科技分享了在客戶應(yīng)用驅(qū)動(dòng)和技術(shù)發(fā)展的雙重作用下，全光網(wǎng)絡(luò)無(wú)可避免地成為下一代園區(qū)網(wǎng)絡(luò)的未來(lái)。

目前業(yè)界主流看法認(rèn)為，全光網(wǎng)絡(luò)一般使用單模光纖為介質(zhì)，使用以太交換設(shè)備或PON設(shè)備組網(wǎng)，允許設(shè)備節(jié)點(diǎn)存在一定的光電轉(zhuǎn)換，因此全光網(wǎng)絡(luò)包括以太全光和PON（Passive Optical Network，無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)）兩大類。

那么全光網(wǎng)絡(luò)中使用到哪些關(guān)鍵技術(shù)？在不同的場(chǎng)景下的應(yīng)用方案是怎樣的呢？今天恒申科技就為大家做個(gè)系統(tǒng)性的介紹。

首先介紹PON網(wǎng)絡(luò)。讓我們看一下PON網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1 PON網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖

PON網(wǎng)絡(luò)涉及以下三個(gè)最重要的全光技術(shù)：

1、PON網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)收發(fā)。PON網(wǎng)絡(luò)中最關(guān)鍵的通信網(wǎng)元稱為OLT（Optical Line Terminal，光線路終端）和ONU（Optical Network Unit，光網(wǎng)絡(luò)單元）。

2、ODN網(wǎng)絡(luò)（Optical Distribution Network，光分配網(wǎng)絡(luò)），其作用是為OLT和ONU之間提供光傳輸通道。

3、PON網(wǎng)絡(luò)冗余保護(hù)技術(shù)，提供設(shè)備冗余和鏈路冗余來(lái)保障高可靠性。

下面針對(duì)PON網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)收發(fā)、ODN網(wǎng)絡(luò)和PON網(wǎng)絡(luò)冗余保護(hù)技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)介紹：

一、PON網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)收發(fā)

雖然EPON和GPON采用不同的封裝和處理技術(shù)，但在OLT和ONU之間進(jìn)行光收發(fā)的機(jī)制類似。

首先將ONU注冊(cè)到OLT，由OLT為ONU分配唯一的ID，然后OLT為每個(gè)ONU下發(fā)不同的配置，最后將數(shù)據(jù)按照對(duì)應(yīng)協(xié)議處理，轉(zhuǎn)化為光信號(hào)發(fā)送和接收。

OLT發(fā)送給ONU的數(shù)據(jù)，稱為“下行”數(shù)據(jù)，傳播方式為P2MP，即點(diǎn)到多點(diǎn)。

圖2 OLT數(shù)據(jù)下行廣播方式示意圖（說(shuō)明：POS為分光器簡(jiǎn)稱）

由圖2可見(jiàn)，OLT將發(fā)送給ONU的數(shù)據(jù)標(biāo)記ONU的ID后合并一路發(fā)送，在分光器根據(jù)分光比分成相同的多份發(fā)送給ONU，而ONU僅處理標(biāo)記自己ID的數(shù)據(jù)，丟棄不屬于自己的數(shù)據(jù)。

反過(guò)來(lái)，ONU發(fā)送給OLT的數(shù)據(jù)，稱為“上行”數(shù)據(jù)，采用時(shí)分復(fù)用的方式實(shí)現(xiàn)多對(duì)一。每個(gè)ONU的發(fā)送時(shí)隙均由OLT統(tǒng)一分配，每個(gè)ONU只能在屬于自己的時(shí)隙發(fā)送數(shù)據(jù)。時(shí)隙的分配原則可以根據(jù)不同業(yè)務(wù)需求配置，最簡(jiǎn)單的方式是平均分配，也可以根據(jù)ONU上連接的業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)實(shí)現(xiàn)高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的質(zhì)量保障。

圖3 OLT數(shù)據(jù)上行時(shí)分復(fù)用方式示意圖

由圖3所示，每個(gè)ONU將從用戶收到的數(shù)據(jù)先緩存，在屬于自己的時(shí)隙（slot x）再全速發(fā)送。上行數(shù)據(jù)在分光器合并為一路發(fā)送到OLT，OLT根據(jù)分配的時(shí)隙解析出不同ONU的數(shù)據(jù)。圖3中ONU1和ONU2分配的時(shí)隙較長(zhǎng)，ONU3分配的時(shí)隙較少，并且在一個(gè)發(fā)送周期中ONU1是最靠前的時(shí)隙，則ONU1的數(shù)據(jù)總是最優(yōu)先發(fā)送，而ONU3僅能滿足少量上行數(shù)據(jù)的發(fā)送。

從OLT和ONU的數(shù)據(jù)傳輸方式可以看出，這種方式非常適合需要高速下載的場(chǎng)景，而以高速上傳為主的場(chǎng)景，使用PON網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)就不明顯了。

二、ODN網(wǎng)絡(luò)

ODN網(wǎng)絡(luò)的特征是：無(wú)源，物理分光，不對(duì)光攜帶的信息做任何改變。

ODN網(wǎng)絡(luò)主要由光纖和分光器（也稱為POS）組成，采用樹(shù)形結(jié)構(gòu)分光，可以根據(jù)部署的需要采用一級(jí)分光或多級(jí)分光。一般不會(huì)超過(guò)二級(jí)分光。

圖4 分光器示意圖

常見(jiàn)的分光器采用等比分光，使用分光比M：N來(lái)表示分光結(jié)果。

比如分光比為1:2，表示將1路光平均分為2路。如果不考慮各種損耗，1:2分光后每路光的光功率為分光前的1/2。

M取值為1或2。在啟用光鏈路冗余保護(hù)時(shí)，M可能會(huì)使用2，需要使用特定的分光器。

N取值為2的多次方，比如2、4、8、16、32等。1G EPON和GPON中，N最大值為64?？紤]光衰等因素，也為了保障ONU上接入速率滿足用戶需求，一般實(shí)際使用中不會(huì)超過(guò)32。

10G EPON和10G GPON中，N最大值可達(dá)到128。

三、PON網(wǎng)絡(luò)冗余保護(hù)技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)的高可靠性一般體現(xiàn)在設(shè)備和鏈路的冗余保護(hù)。設(shè)備的冗余保護(hù)有IRF堆疊技術(shù)、DRNI、VRRP等技術(shù)，均是將兩臺(tái)設(shè)備虛擬為一臺(tái)，對(duì)于下聯(lián)的接入設(shè)備，認(rèn)為只需要與一臺(tái)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

恒申科技在PON網(wǎng)絡(luò)中，為了應(yīng)對(duì)OLT和ONU之間的單點(diǎn)故障風(fēng)險(xiǎn)，標(biāo)準(zhǔn)定義了四種PON冗余方式：typeA/B/C/D，就保護(hù)程度來(lái)說(shuō)，D>C>B>A。

圖5 PON網(wǎng)絡(luò)冗余保護(hù)技術(shù)示意圖

目前Type C和Type D要求ONU雙PON口上行，成本高一些，同時(shí)Type D比Type C多使用一倍的MAC資源，而Type A保護(hù)程度不夠強(qiáng)，所以業(yè)界目前主要使用的是Type B和Type C，其中Type B使用最為廣泛，Type C僅在需要高等級(jí)保障時(shí)使用，如醫(yī)療場(chǎng)景中的遠(yuǎn)程手術(shù)。

1、單歸屬方式

單臺(tái)OLT兩個(gè)下行PON口形成一組主備關(guān)系，構(gòu)成Type B保護(hù)。當(dāng)其中一個(gè)端口或鏈路故障時(shí)，自動(dòng)啟用另外一個(gè)冗余口繼續(xù)工作。這種方式不能對(duì)設(shè)備故障進(jìn)行保護(hù)。

圖6 OLT Type B單歸屬方式保護(hù)示意圖

2、雙歸屬方式

兩臺(tái)OLT形成一個(gè)虛擬設(shè)備組，每臺(tái)OLT有一個(gè)下行PON口一起形成一組主備關(guān)系，構(gòu)成Type B保護(hù)。這種方式可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備級(jí)和鏈路級(jí)的故障保護(hù)。

圖7 OLT Type B雙歸屬方式保護(hù)示意圖

經(jīng)過(guò)上述全光技術(shù)介紹，相信大家已經(jīng)對(duì)于PON網(wǎng)絡(luò)如何運(yùn)行有了一定了解，如何將以上技術(shù)真正體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)中呢？還需要通過(guò)對(duì)應(yīng)的全光產(chǎn)品和組網(wǎng)方案才能實(shí)現(xiàn)。

首先介紹一下PON網(wǎng)絡(luò)中主要的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品：

OLT：存在兩種產(chǎn)品形態(tài)：獨(dú)立OLT設(shè)備或交換機(jī)上的OLT插卡。插卡方式可以復(fù)用已有交換機(jī)機(jī)框，非常適合舊網(wǎng)平滑升級(jí)場(chǎng)景，也可以兼容已有的設(shè)備級(jí)可靠性，并提供PON鏈路級(jí)冗余保護(hù)。同時(shí)，插卡方式也確?？梢栽谕粰C(jī)框承載以太、EPON、XEPON、GPON、XG(S)PON；

ONU：主要有三種產(chǎn)品形態(tài)：ONU交換機(jī)、ONU AP以及ONU Stick。

ONU交換機(jī)上聯(lián)分光器，下行口包括多個(gè)以太接口（如圖8-a），可能還有電話接口和電視接口等，部分支持標(biāo)準(zhǔn)POE的ONU可以為其下聯(lián)AP供電（如圖8-b）。

ONU AP是可以直接連接分光器的AP（如圖8-c），主要提供Wi-Fi接入，還可以有少量以太口接入，但ONU AP需要本地供電，可以多個(gè)AP在本機(jī)集中供電。ONU AP有兩大類，一類是瘦AP，由無(wú)線AC集中管理，另一類是無(wú)線家庭網(wǎng)關(guān)AP，類似一個(gè)胖AP，不能被無(wú)線AC管理，支持網(wǎng)關(guān)、NAT等功能，也可提供少量以太口接入。

ONU Stick是一種光模塊ONU（如圖8-d），插入以太交換機(jī)或AP的光口，上聯(lián)分光器，可以使以太網(wǎng)設(shè)備無(wú)需適配即可接入PON網(wǎng)絡(luò)。

圖8 ONU連接示意圖

ONU根據(jù)上下行速率不同，存在對(duì)稱和非對(duì)稱兩種模式的產(chǎn)品，可以為多種不同場(chǎng)景提供合適的產(chǎn)品。

為了實(shí)現(xiàn)光纖入室，恒申科技的ONU多數(shù)采用無(wú)風(fēng)扇自然散熱的方式，使ONU可以入室部署。

分光器：屬于無(wú)源設(shè)備，提供M:N物理分光。多數(shù)為等比分光。

目前業(yè)界也有采用不等比分光的ODN組網(wǎng)，分光器需要定制，分光原理復(fù)雜，串聯(lián)多級(jí)分光也增加了故障影響范圍，所以不等比分光并不是主流方式。

有了全光產(chǎn)品，根據(jù)使用場(chǎng)景將全光產(chǎn)品部署到網(wǎng)絡(luò)中形成全光網(wǎng)絡(luò)。

在傳統(tǒng)以太網(wǎng)中，一般會(huì)賦予網(wǎng)絡(luò)設(shè)備三個(gè)層級(jí)：核心層、匯聚層和接入層。PON網(wǎng)絡(luò)同理。

圖9 大規(guī)模全光網(wǎng)絡(luò)典型組網(wǎng)圖

圖10 小規(guī)模全光網(wǎng)絡(luò)典型組網(wǎng)圖

在大規(guī)模全光網(wǎng)絡(luò)中，OLT設(shè)備往往位于匯聚交換機(jī)的位置，可以是單獨(dú)的OLT設(shè)備，也可以是匯聚交換機(jī)上的OLT插卡（如圖9）。如果是小規(guī)模全光組網(wǎng)，如圖10所示，核心層與匯聚層合一，以OLT插卡方式部署于核心交換機(jī)上，一框即可搞定 。無(wú)論是哪種類型，分光器可部署在樓棟或樓層的弱電間，ONU對(duì)應(yīng)接入層，部署在樓道或入室，甚至桌面。由于分光器的無(wú)源和免運(yùn)維，實(shí)現(xiàn)弱電間免運(yùn)維，減少了運(yùn)維難度和工作量，這也是全光網(wǎng)絡(luò)一大優(yōu)勢(shì)。