隨著“寬帶中國(guó)”概念的提出以及三網(wǎng)融合的進(jìn)一步發(fā)展，中國(guó)寬帶市場(chǎng)即將迎來(lái)新一輪的建設(shè)高峰。目前接入網(wǎng)中應(yīng)用的主要是EPON和GPON設(shè)備，但隨著“物聯(lián)網(wǎng)”、“云計(jì)算”的出現(xiàn)，用戶(hù)后續(xù)對(duì)帶寬的需求將進(jìn)一步提高，繼續(xù)使用EPON和GPON設(shè)備將無(wú)法滿(mǎn)足普通用戶(hù)需求，因此，如何提高接入網(wǎng)帶寬將是運(yùn)營(yíng)商和設(shè)備廠商需要解決的難題。
一、TDMA-PON設(shè)備面臨的問(wèn)題
TDMA-PON設(shè)備在下行方向采用廣播方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，使用波長(zhǎng)為1490nm；上行方向采用時(shí)分復(fù)用（TDMA）方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，使用波長(zhǎng)為1310nm。由于采用了此種數(shù)據(jù)傳輸方式，因此，TDMA-PON不可避免地面臨如下問(wèn)題：
1.數(shù)據(jù)安全問(wèn)題
TDMA-PON在下行數(shù)據(jù)傳輸采用的是廣播方式，因此，一個(gè)ONU將會(huì)收到同一OLT下其他ONU的數(shù)據(jù)，這對(duì)于數(shù)據(jù)安全將是一個(gè)考驗(yàn)。越來(lái)越多的用戶(hù)將會(huì)在網(wǎng)上購(gòu)物，后續(xù)“物聯(lián)網(wǎng)”的流行更是會(huì)將這種方式推向高峰，因此，數(shù)據(jù)中將包含用戶(hù)的銀行賬號(hào)和密碼信息，所以普通用戶(hù)也會(huì)更加注重網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)安全問(wèn)題。由于采用的是廣播方式，所以數(shù)據(jù)安全將是TDMA-PON面臨的一個(gè)問(wèn)題。雖然可以通過(guò)相關(guān)的三重?cái)噭?dòng)和AES對(duì)數(shù)據(jù)加密，但這又會(huì)帶來(lái)新的開(kāi)銷(xiāo)，浪費(fèi)一定的帶寬。
2.運(yùn)行維護(hù)成本問(wèn)題
TDMA-PON設(shè)備中ONU都是被動(dòng)式發(fā)光的，只有在OLT分配的發(fā)光時(shí)隙內(nèi)才能發(fā)光，所以O(shè)NU的激光器工作在突發(fā)模式。由于激光器從關(guān)斷到正常發(fā)光需要一個(gè)建立過(guò)程，所以O(shè)NU設(shè)備需要縮短這個(gè)時(shí)間，這會(huì)增加一定的設(shè)備成本。與此同時(shí)，每個(gè)ONU到OLT的距離不同，且不同ONU隨溫度、環(huán)境變化而產(chǎn)生的時(shí)延也不同，所以O(shè)LT在分配時(shí)隙時(shí)需要對(duì)這些時(shí)延進(jìn)行補(bǔ)償。由此可見(jiàn)，在TDMA-PON中，必須嚴(yán)格控制上行方向時(shí)隙，否則會(huì)造成數(shù)據(jù)沖突。在實(shí)際使用過(guò)程中，當(dāng)某個(gè)ONU出現(xiàn)長(zhǎng)發(fā)光時(shí)，會(huì)直接導(dǎo)致同一PON口下的其他ONU無(wú)法正常工作，對(duì)網(wǎng)絡(luò)造成極大影響。要排除長(zhǎng)發(fā)光ONU方法比較困難，需要去現(xiàn)場(chǎng)逐個(gè)ONU進(jìn)行排查，效率比較低，而且需要大量人力成本，因此會(huì)提高運(yùn)行維護(hù)成本。
3.帶寬限制問(wèn)題
TDMA-PON設(shè)備在上行方向采用時(shí)分復(fù)用的數(shù)據(jù)傳輸方式，因此，所有ONU在上行方向是共享帶寬的。TDMA-PON中采用了DBA和SBA機(jī)制來(lái)控制帶寬的分配，但是帶寬利用率還是不高。雖然GPON設(shè)備中引入了T-CONT的概念，能夠在一定程度上提高上行帶寬利用率，但是當(dāng)PON口下所帶ONU增多時(shí)，不可避免地會(huì)減小已運(yùn)行ONU的帶寬，所以上行帶寬受到了很大的限制。下行方向是廣播方式，帶寬也受限于10Gb/s內(nèi)，想要進(jìn)一步提高傳輸速率比較困難。
二、WDM-PON設(shè)備概念提出
對(duì)于如何進(jìn)一步提高PON網(wǎng)絡(luò)速率，目前有兩種方法：
1.提高單波傳輸速率。這種方法就是在傳統(tǒng)EPON和GPON設(shè)備上進(jìn)一步提高下行速率，依然下行使用1490nm波長(zhǎng)，上行采用1310nm波長(zhǎng)。也就是目前各大設(shè)備廠家正在研究的10G EPON、10G GPON和XG-PON。由于此種方法依然使用的是TDMA，因此也有上文中提到的相關(guān)問(wèn)題。在用戶(hù)對(duì)網(wǎng)速要求不是特別高的情況下，此種方案能夠滿(mǎn)足一定用戶(hù)需求，因此，在當(dāng)前一段時(shí)間內(nèi)，此種方法將占據(jù)一部分市場(chǎng)。
2.擴(kuò)展多波道傳輸提高速率。這種方法是利用光纖傳輸?shù)母邘捥匦裕谝桓饫w上傳輸多個(gè)波長(zhǎng)，從而提高整體傳輸速率。WDM-PON的拓?fù)鋱D如下圖所示。
WDM-PON系統(tǒng)由光線路終端OLT、遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)RN和光網(wǎng)絡(luò)單元ONU（有時(shí)也稱(chēng)作光網(wǎng)絡(luò)終端ONT）組成。下行方向上，OLT將不同ONU的數(shù)據(jù)加載在不同波長(zhǎng)上，通過(guò)WDM器件將不同波長(zhǎng)信號(hào)耦合到一根光纖中傳送到遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)RN，通過(guò)RN的解復(fù)用功能，把同一根光纖中傳輸?shù)男盘?hào)分解成不同波長(zhǎng)信號(hào)分配給不同的ONU。上行方向上，不同ONU使用不同波長(zhǎng)，在RN處耦合成一個(gè)波長(zhǎng)在光纖上傳輸，在OLT端通過(guò)WDM器件，由接收單元進(jìn)行接收。由于各個(gè)ONU使用的是不同波長(zhǎng)，因此每個(gè)ONU的接入是隨機(jī)的，不需要進(jìn)行等待，能夠?qū)崿F(xiàn)ONU和OLT之間點(diǎn)到點(diǎn)傳輸。
和TDMA-PON相比，WDM-PON具有很大優(yōu)勢(shì)：
1）WDM-PON采用的是點(diǎn)到點(diǎn)傳輸，因此，不需要對(duì)帶寬進(jìn)行分配，每一個(gè)ONU獨(dú)享帶寬，不會(huì)隨著ONU的增加而減小。
2）由于中間采用的是無(wú)熱光柵，與無(wú)源光分路器相比，其插入損耗更��；此外，WDM-PON光接收機(jī)工作在較低比特率，因此靈敏度極高。在激光器輸出功率相等的情況下，WDM-PON傳輸距離更遠(yuǎn)。
3）在WDM-PON中，ONU上行方向使用不同波長(zhǎng)，和OLT之間是點(diǎn)到點(diǎn)傳輸，因此，安全性更高。由于ONU在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)不需要等待，因此，傳輸效率更高。
WDM-PON在ONU波長(zhǎng)的選擇上也將面臨一定的問(wèn)題，目前主要有三種解決方案：
1）ONU采用固定波長(zhǎng)
此種方式就是ONU工作在某一設(shè)定的固定波長(zhǎng)，不同的ONU使用不同的波長(zhǎng)。在這種網(wǎng)絡(luò)中，由于各個(gè)ONU的工作是分離的，因此，不需要定時(shí)和同步網(wǎng)絡(luò)。但在這種方式下，當(dāng)用戶(hù)數(shù)增多時(shí)，需要的波長(zhǎng)數(shù)也就越多，同時(shí)需要的光源種類(lèi)也就越多，成本也就越高。此外，在維護(hù)過(guò)程中，也需要維護(hù)人員區(qū)分不同波長(zhǎng)的ONU，這將增加維護(hù)人員的工作量。
2）ONU采用可調(diào)諧波長(zhǎng)
此種方式就是ONU波長(zhǎng)不固定，是可以調(diào)諧的。在上行方向上，不同ONU共享波長(zhǎng)，OLT動(dòng)態(tài)為每個(gè)ONU分配波長(zhǎng)，網(wǎng)絡(luò)具有重構(gòu)性。但在此種方案中，ONU需要配置一個(gè)用于控制信道的專(zhuān)用發(fā)射機(jī)和一個(gè)用于發(fā)送數(shù)據(jù)的可調(diào)諧發(fā)射機(jī)，這會(huì)引起成本增加。但在此種方案中，上行波長(zhǎng)是動(dòng)態(tài)分配的，因此，可以支持更多的ONU，同時(shí)，上行波長(zhǎng)利用率也有所提高。
3）ONU采用無(wú)色
此種方式中，ONU的特定波長(zhǎng)選擇是由光柵來(lái)完成的。此種方式由于不需要對(duì)ONU作出特殊需求，因此是目前使用較多的方法之一。
在WDM-PON網(wǎng)絡(luò)概念提出以后，結(jié)合TDMA-PON網(wǎng)絡(luò)，人們想到可以將這兩種方式的PON網(wǎng)絡(luò)合二為一，成為WDM-TDMPON。這種PON網(wǎng)絡(luò)能夠進(jìn)一步提高PON網(wǎng)絡(luò)的接入能力。
三、WDM-PON設(shè)備面臨的問(wèn)題
1.器件成熟度不高
由于WPON概念提出時(shí)間較短，目前只有極少數(shù)廠家能夠研制出WPON，此外能夠生產(chǎn)WPON設(shè)備芯片的廠家更是寥寥無(wú)幾，因此，目前WPON器件的成熟度不是很高，相關(guān)芯片的穩(wěn)定性也有待檢驗(yàn)。
2.設(shè)備成本較高
由于目前生產(chǎn)WPON設(shè)備的廠家較少，相關(guān)器件的生產(chǎn)廠家也比較少，在缺少競(jìng)爭(zhēng)的機(jī)制下，價(jià)格都偏高。且WPON中相關(guān)設(shè)備都要有波分復(fù)用和解復(fù)用器件，相應(yīng)也會(huì)提高生產(chǎn)成本，因此，WPON產(chǎn)品的成本偏高。
3.缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)
WPON目前既無(wú)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，也沒(méi)有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，因此WPON都是各個(gè)廠家按照自己的思路進(jìn)行設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，缺乏互通性。
四、烽火WDM-TDM PON設(shè)備
烽火通信研制出的WDM-TDM PON系統(tǒng)是業(yè)界第一款單纖32波、每波支持1∶64分路、傳輸距離達(dá)20公里以上的xPON系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用局遠(yuǎn)端雙“無(wú)色”光模塊設(shè)計(jì)，具有業(yè)界最高的單纖接入速率（對(duì)稱(chēng)40G）以及業(yè)界最高的業(yè)務(wù)單板端口密度；采用WDM和TDM混合模式的PON結(jié)構(gòu)，可以兼容現(xiàn)有的1G/2.5G/10GEPON、GPON和P2P等多種光纖接入技術(shù)；通過(guò)WDM方式可以承載現(xiàn)有CATV業(yè)務(wù)，方便實(shí)現(xiàn)三網(wǎng)融合業(yè)務(wù)接入，實(shí)現(xiàn)我國(guó)下一代光纖接入技術(shù)研究的新跨越。
雖然受目前器件的成熟度、設(shè)備成本和標(biāo)準(zhǔn)化程度等方面的限制，只有少量商用產(chǎn)品在實(shí)驗(yàn)局部署，但也應(yīng)該看到WPON技術(shù)正在不斷完善和發(fā)展，產(chǎn)生日新月異的變化。烽火通信在國(guó)內(nèi)率先研制成功WDM-TDM PON系統(tǒng)并完成內(nèi)場(chǎng)測(cè)試，將于近期開(kāi)通現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)工程，此舉對(duì)我國(guó)WDM-PON的商用進(jìn)程將產(chǎn)生巨大的推動(dòng)力，使其未來(lái)應(yīng)用前景更加明朗。同時(shí)，烽火通信將繼續(xù)在接入市場(chǎng)中發(fā)揮旗幟作用，引領(lǐng)中國(guó)接入網(wǎng)市場(chǎng)的發(fā)展方向。
