1.1 接入网在网络建设中的作用及发展趋势

1.1.1 接入网在网络建设中的作用

信息网由核心骨干网、城域网、接入网和用户驻地网组成，其模型如图1.1.1所示。由图可见，接入网处于城域网/骨干网和用户驻地网之间，它是大量用户驻地网进入城域网/骨干网的桥梁。

目前，随着科学技术突飞猛进，大量的电子文件不断产生，经济全球化、社会信息化进程的加快，因特网大量普及，数据业务激烈增长，电信业务种类不断扩大，已由单一的电话电报业务扩展到多种业务。窄带接入网已成为制约网络向宽带化发展的瓶颈。接入网市场容量很大，为了满足用户的需求，新技术不断涌现。接入网是国家信息基础设施的发展重点和关键，网络接入技术已成为研究机构、通信厂商、电信公司和运营部门关注的焦点和投资的热点。

1.1.2 光接入网技术演进

在接入技术方面，窄带接入逐渐被宽带接入取代，铜缆接入已逐渐被光缆接入所取代，最终实现光纤到家。

光纤接入有无源与有源之分，基于同步数字制式（SDH）或准同步数字制式（PDH）的光纤接入是有源接入，基于无源光网络（PON）的接入是无源接入。由于PON具有独特的优点，它能够提供透明宽带的传送能力；因为PON本身是一种多用户共享的系统，即多个用户共享同一个设备、同一条光缆和同一个光分路器，所以成本低；与有源光网络相比，由于PON的固有特性，它的安装、开通和维护运营成本大为降低，使系统更可靠、更稳定，因此接入网正在大量应用PON系统。

异步传输模式（ATM）技术支持可变速率业务，支持时延要求较小的业务，并且具有支持多业务多比特率的能力，因此ATM接入系统能够完成不同速率的多种业务接入，它既能够提供窄带业务，又能提供宽带业务，即能提供全业务接入。另外，电信网的核心部分正在ATM化，为了使用户接入网部分的PON和核心网的ATM化相兼容，ITU-T自1998年以来，已完成了一整套G.983建议，其目的就是使PON携带的信息ATM化，这种ATM化的PON称为APON，利用APON构成的网络是一种全业务接入网（FSAN）。但是，G.983.1规定APON接入网传输系统下行传输速率最高为622 Mb/s，随着PON分光比的增加，光网络单元（ONU）数也随之增多，每个ONU所用的带宽就有限。

随着因特网的快速发展，以太网被大量使用，由于市场的推动，以太网技术也得以飞速发展。在20世纪80年代它仅是一种局域网（LAN）技术，其速率为10 Mb/s。20世纪90年代发展了交换型以太网，并先后推出了快速（100 Mb/s）以太网、吉位（Gb/s）以太网和10 Gb/s以太网，其传输介质也由双绞线变为多模光纤（MMF）或单模光纤（SSMF），它的应用也从LAN发展到宽域网（WAN）。

为了将以太网应用于接入网，人们提出了采用类似电话网星形布线的交换型结构，此时业务将不再自动广播给所有计算机，而是由交换机根据其地址，经过连接至特定计算机的双绞线传送给用户，这在一定程度上实现了计算机间的信息隔离，同时解决了系统带宽问题。但是这种结构的传输介质仍为铜线，性能差，传输距离有限，速率也上不去，另外采用星形布线，所用的双绞线数量多。为了消除链路带宽的竞争，以太网转向全双工传输，因而也就可以省掉传统以太网必需的碰撞检测载波监听多路接入（CSMA/CD）技术。由于采用专用的无碰撞全双工光纤连接，使得以太网的传输距离有所扩展，在一定程度上，可以满足接入网和城域网的应用需要。但是，这种结构仍为点对点连接，所需光纤线路很多。

为此，在2000年12月，以太网设备供应商提出了将PON用于以太网接入的标准研究计划，这种使用PON的以太网称为EPON。EPON与APON相比，上、下行传输速率比APON的高，EPON提供较大的带宽和较低的用户设备成本，除帧结构和APON不同外，其余所用的技术与G.983建议中的许多内容类似，如下行采用TDM，上行采用TDMA。2004年6月，由EFM（Ethernet in the First Mile）工作组起草制订的以太网标准IEEE 802.3ah正式获得通过，该标准规定传输速率上下行均为1.25 Gb/s。IEEE在2006年成立了一个TaskForce工作组，进行10G EPON标准IEEE 802.3av的研究和制订工作。10G EPON标准的制订进程较快，已于2009年9月正式发布。

EPON和APON一样，可应用于FTTB（Fiber-To-The-Business）和FTTC（Fiber-To-The-Curb），最终的目标是在一个平台上提供全业务（数据、视频和语音）到家。

提倡EPON的人相信，随着EPON标准的制定和EPON的使用，在WAN和LAN连接时将减少APON在ATM和IP协议间转换的需要。

鉴于APON标准复杂，成本高，在传输以太网和IP数据业务时效率低，以及在ATM层上适配和提供业务复杂。而EPON存在两大致命的缺陷，即带宽利用率低和难以支持以太网之外的业务。因此，全业务接入网（FSAN）组织已制定了一种融合APON和EPON的优点，克服其缺点的新的PON，那就是GPON（千兆位无源光网络）。GPON具有吉比特高速率，92 %的带宽利用率和支持多业务透明传输的能力，同时能够保证服务质量和级别，提供电信级的网络监测和业务管理。

早在2001年IEEE制定EPON标准的同时，全业务接入网（FSAN）组织开始发起制定速率超过1 Gb/s的PON网络标准，即GPON（Gigabit Capable PON）。随后，ITU-T也介入了这个新标准的制定工作，并于2003年1月通过了两个有关GPON的新标准，即G.984.1（总体特性）、G.984.2（物理媒质相关层）。2004年3月和6月发布了G.984.3（传输汇聚TC层）标准。2005年又制定了G.984.4（ONU管理控制接口规范）标准。为了使GPON实现与下一代PON（NG-PON）兼容，ITU-T近期发布了G.984.5标准，其中包括了对ONU上行波长范围进行收窄。GPON技术正逐渐走向成熟。

GPON与EPON的主要区别在二层协议上，一个采用以太网协议，另一个采用GPON成帧协议。两种技术下行均采用广播方式，上行均采用时分多址（TDMA）方式。

APON、EPON和GPON都是TDM-PON。APON较低的承载效率及在ATM层上适配和提供业务复杂等缺点，现在已渐渐淡出人们的视线。而EPON存在两大致命的缺陷，即带宽利用率低和难以支持以太网之外的业务。GPON虽然能克服上述的缺点，但上、下行均工作在单一波长，各用户通过时分方式进行数据传输。这种在单一波长上为每个用户分配时隙的机制，既限制了每用户的可用带宽，又大大浪费了光纤自身的可用带宽，不能满足不断出现的宽带网络应用业务的需求。在这种背景下，人们就提出了WDM-PON的技术构想。WDM-PON能克服上面所述的各种PON缺点。近年来，由于WDM器件价格的不断下降，WDM-PON技术本身的不断完善，WDM-PON接入网应用到通信网络中已成为可能。相信，随着时间的推移，把WDM技术引入接入网将是下一代接入网发展的必然趋势。

本书将对以上几种PON及其有关的技术进行阐述。

1.1.3 三网融合——接入网的发展趋势

由于历史的原因，我国存在着各自独立经营的电信网、互联网和广播电视网。为了使有限而宝贵的网络资源最大程度地实现共享，避免大量低水平的重复建设，打破行业垄断和部门分割，三网融合是信息网发展的必然趋势。

所谓三网融合就是将归属于工业和信息化部的电信网、互联网和归属于广电总局的广播电视网在技术上趋向一致，网络层互连互通，业务层互相渗透交叉，应用层使用统一的协议，经营上互相竞争合作，政策层面趋向统一。三大网络通过技术改造均能提供语音、数据和图像等综合多媒体的通信服务。

要想实现三网融合，如图1.1.2所示，首先，各网必须在技术、业务、市场、行业、终端和制造商等方面进行融合，转变成电信综合网、数据综合网和电视综合网。这三种网可能在相当长一段时间内长期共存，互相竞争，最后三网才能融合成一个统一的网。

三网融合的技术基础是：

● 数字技术：电话、数据和图像业务都可以变成二进制数“1”和“0”信号在网络中传输，无任何区别；

● 光通信技术：为各种业务信息传送提供了宽敞廉价高质量的信息通道；

● 软件技术：通过软件变更可支持三大网络各种用户的多种业务。

外部环境促使三网融合，市场需求和竞争、政策法规推动三网融合，1996年美国国会通过了电信改革法案，解除了对三网融合的禁令，允许电信企业对有线电视业务展开竞争，作为交换，有线电视运营商也可以进入本地电话业务市场。

三网融合对信息产业结构的影响将导致不同行业、公司的购并重组或业务扩展；导致各自产品结构的变化；导致市场交叉、丢失和获取。计算机可用来打电话、购物，电视机可以上网，移动电话可查询股市行情，软件公司可以提供电信业务，娱乐公司可以提供Internet服务，电信公司可以从事银行业务和零售批发等。