全光網(wǎng)絡是近些年大熱的話題，上期我們恒申科技分享了在客戶應用驅(qū)動和技術(shù)發(fā)展的雙重作用下，全光網(wǎng)絡無可避免地成為下一代園區(qū)網(wǎng)絡的未來。

目前業(yè)界主流看法認為，全光網(wǎng)絡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)點存在一定的光電轉(zhuǎn)換，因此全光網(wǎng)絡包括以太全光和PON（Passive Optical Network，無源光網(wǎng)絡）兩大類。

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

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

圖1 PON網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)示意圖

PON網(wǎng)絡涉及以下三個最重要的全光技術(shù)：

1、PON網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)收發(fā)。PON網(wǎng)絡中最關(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)絡單元）。

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

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

下面針對PON網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)收發(fā)、ODN網(wǎng)絡和PON網(wǎng)絡冗余保護技術(shù)進行詳細介紹：

一、PON網(wǎng)絡的數(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之間進行光收發(fā)的機制類似。

首先將ONU注冊到OLT，由OLT為ONU分配唯一的ID，然后OLT為每個ONU下發(fā)不同的配置，最后將數(shù)據(jù)按照對應協(xié)議處理，轉(zhuǎn)化為光信號發(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，即點到多點。

圖2 OLT數(shù)據(jù)下行廣播方式示意圖（說明：POS為分光器簡稱）

由圖2可見，OLT將發(fā)送給ONU的數(shù)據(jù)標記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僅處理標記自己ID的數(shù)據(jù)，丟棄不屬于自己的數(shù)據(jù)。

反過來，ONU發(fā)送給OLT的數(shù)據(jù)，稱為“上行”數(shù)據(jù)，采用時分復用的方式實現(xiàn)多對一。每個ONU的發(fā)送時隙均由OLT統(tǒng)一分配，每個ONU只能在屬于自己的時隙發(fā)送數(shù)據(jù)。時隙的分配原則可以根據(jù)不同業(yè)務需求配置，最簡單的方式是平均分配，也可以根據(jù)ONU上連接的業(yè)務優(yōu)先級實現(xiàn)高優(yōu)先級業(yè)務的質(zhì)量保障。

圖3 OLT數(shù)據(jù)上行時分復用方式示意圖

由圖3所示，每個ONU將從用戶收到的數(shù)據(jù)先緩存，在屬于自己的時隙（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)分配的時隙解析出不同ONU的數(shù)據(jù)。圖3中ONU1和ONU2分配的時隙較長，ONU3分配的時隙較少，并且在一個發(fā)送周期中ONU1是最靠前的時隙，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景，而以高速上傳為主的場景，使用PON網(wǎng)絡的優(yōu)勢就不明顯了。

二、ODN網(wǎng)絡

ODN網(wǎng)絡的特征是：無源，物理分光，不對光攜帶的信息做任何改變。

ODN網(wǎng)絡主要由光纖和分光器（也稱為POS）組成，采用樹形結(jié)構(gòu)分光，可以根據(jù)部署的需要采用一級分光或多級分光。一般不會超過二級分光。

圖4 分光器示意圖

常見的分光器采用等比分光，使用分光比M：N來表示分光結(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時，M可能會使用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，一般實際使用中不會超過32。

10G EPON和10G GPON中，N最大值可達到128。

三、PON網(wǎng)絡冗余保護技術(shù)

網(wǎng)絡的高可靠性一般體現(xiàn)在設(shè)備和鏈路的冗余保護。設(shè)備的冗余保護有IRF堆疊技術(shù)、DRNI、VRRP等技術(shù)，均是將兩臺設(shè)備虛擬為一臺，對于下聯(lián)的接入設(shè)備，認為只需要與一臺設(shè)備進行數(shù)據(jù)傳輸。

恒申科技在PON網(wǎng)絡中，為了應對OLT和ONU之間的單點故障風險，標準定義了四種PON冗余方式：typeA/B/C/D，就保護程度來說，D>C>B>A。

圖5 PON網(wǎng)絡冗余保護技術(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Type D比Type C多使用一倍的MAC資源，而Type A保護程度不夠強，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僅在需要高等級保障時使用，如醫(yī)療場景中的遠程手術(shù)。

1、單歸屬方式

單臺OLT兩個下行PON口形成一組主備關(guān)系，構(gòu)成Type B保護。當其中一個端口或鏈路故障時，自動啟用另外一個冗余口繼續(xù)工作。這種方式不能對設(shè)備故障進行保護。

圖6 OLT Type B單歸屬方式保護示意圖

2、雙歸屬方式

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

圖7 OLT Type B雙歸屬方式保護示意圖

經(jīng)過上述全光技術(shù)介紹，相信大家已經(jīng)對于PON網(wǎng)絡如何運行有了一定了解，如何將以上技術(shù)真正體現(xiàn)在網(wǎng)絡中呢？還需要通過對應的全光產(chǎn)品和組網(wǎng)方案才能實現(xiàn)。

首先介紹一下PON網(wǎng)絡中主要的網(wǎng)絡產(chǎn)品：

OLT：存在兩種產(chǎn)品形態(tài)：獨立OLT設(shè)備或交換機上的OLT插卡。插卡方式可以復用已有交換機機框，非常適合舊網(wǎng)平滑升級場景，也可以兼容已有的設(shè)備級可靠性，并提供PON鏈路級冗余保護。同時，插卡方式也確保可以在同一機框承載以太、EPON、XEPON、GPON、XG(S)PON；

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

ONU交換機上聯(lián)分光器，下行口包括多個以太接口（如圖8-a），可能還有電話接口和電視接口等，部分支持標準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AP在本機集中供電。ONU AP有兩大類，一類是瘦AP，由無線AC集中管理，另一類是無線家庭網(wǎng)關(guān)AP，類似一個胖AP，不能被無線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），插入以太交換機或AP的光口，上聯(lián)分光器，可以使以太網(wǎng)設(shè)備無需適配即可接入PON網(wǎng)絡。

圖8 ONU連接示意圖

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

為了實現(xiàn)光纖入室，恒申科技的ONU多數(shù)采用無風扇自然散熱的方式，使ONU可以入室部署。

分光器：屬于無源設(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，分光原理復雜，串聯(lián)多級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)使用場景將全光產(chǎn)品部署到網(wǎng)絡中形成全光網(wǎng)絡。

在傳統(tǒng)以太網(wǎng)中，一般會賦予網(wǎng)絡設(shè)備三個層級：核心層、匯聚層和接入層。PON網(wǎng)絡同理。

圖9 大規(guī)模全光網(wǎng)絡典型組網(wǎng)圖

圖10 小規(guī)模全光網(wǎng)絡典型組網(wǎng)圖

在大規(guī)模全光網(wǎng)絡中，OLT設(shè)備往往位于匯聚交換機的位置，可以是單獨的OLT設(shè)備，也可以是匯聚交換機上的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O(shè)LT插卡方式部署于核心交換機上，一框即可搞定 。無論是哪種類型，分光器可部署在樓棟或樓層的弱電間，ONU對應接入層，部署在樓道或入室，甚至桌面。由于分光器的無源和免運維，實現(xiàn)弱電間免運維，減少了運維難度和工作量，這也是全光網(wǎng)絡一大優(yōu)勢。