光纤到户（FTTH）网络：无源光网络（PON）、有源光网络（AON），一文给你讲透！

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光纤到户（FTTH, Fiber To The Home）是指通过光纤将通信信号直接传输到用户家庭的一种接入技术。与传统的铜缆接入方式相比，FTTH能够提供更高的带宽、更快的传输速度和更长的传输距离。近年来，随着互联网应用的迅猛发展和用户对高速宽带的需求不断增加，FTTH技术逐渐成为宽带接入的主流选择。

FTTH网络的实现方式主要有两种：无源光网络（PON, Passive Optical Network）和有源光网络（AON, Active Optical Network）。无源光网络依赖于无源分光器来分配光信号，而有源光网络则使用有源设备（如交换机和路由器）进行信号的放大和分配。

光纤通信技术

要理解FTTH网络，首先需要了解光纤通信的基本原理和相关技术。光纤通信利用光信号在光纤中的传播特性来实现数据传输。光纤是一种由玻璃或塑料制成的细长纤维，具有极低的信号损耗和极高的传输速率，是现代通信系统的核心介质。

光纤传输基于全反射原理。当光信号进入光纤后，在光纤核心与包层之间的界面上会发生全反射，从而沿着光纤传输。这一特性使得光信号可以在光纤中以极低的损耗进行长距离传输。

光纤的种类

光纤主要分为单模光纤（Single-Mode Fiber, SMF）和多模光纤（Multi-Mode Fiber, MMF）。

• 单模光纤（SMF）：具有较小的纤芯直径（一般为8-10微米），只允许一种模式的光传输。单模光纤的信号损耗小，适用于长距离、高带宽的传输。
• 多模光纤（MMF）：纤芯直径较大（一般为50或62.5微米），允许多种模式的光传输。多模光纤的信号损耗较大，通常用于短距离传输。

光信号的传输与接收

在光纤通信系统中，光源（如激光二极管或LED）将电信号转换为光信号，光信号通过光纤传输到接收端。接收端的光电探测器（如光电二极管）将光信号转换回电信号。光纤通信系统的性能指标主要包括带宽、损耗和时延。

1. 带宽：指光纤能够传输的最大数据速率。单模光纤的带宽较高，可以达到数十Gbps甚至更高。
2. 损耗：指光信号在光纤中传输时的能量损失，通常用dB/km表示。光纤的损耗越低，信号传输距离越远。
3. 时延：指信号从发送端到接收端的传播时间。光纤的时延较小，有利于实现低延迟通信。

FTTH网络的两种主要实现方式：PON和AON

FTTH网络主要有两种实现方式：无源光网络（PON）和有源光网络（AON）。这两种技术在网络架构、关键组件和应用场景等方面存在显著差异。

无源光网络（PON）

无源光网络是一种无需中间有源设备（如放大器、交换机等）的光纤网络。

PON系统中，光线路终端（OLT, Optical Line Terminal）位于服务提供商端，通过光纤连接到多个光网络单元（ONU, Optical Network Unit）或光网络终端（ONT, Optical Network Terminal），中间通过无源分光器（Splitter）分配光信号。PON系统具有成本低、维护简单的优点，广泛应用于FTTH网络。

有源光网络（AON）

有源光网络依赖于中间有源设备（如交换机和路由器）来放大和分配光信号。

AON系统中，每个用户都有独立的光纤连接到中心交换机或路由器，这样可以实现更高的带宽和更灵活的服务质量管理。虽然AON系统的初始建设成本较高，维护也较为复杂，但其性能和服务质量优势使其在某些高端应用中具有竞争力。

无源光网络（PON）

无源光网络（PON）是一种不需要中间有源设备的点对多点光纤接入网络。PON系统的核心在于其无源组件，即分光器，通过它可以将来自光线路终端（OLT）的光信号分配给多个光网络单元（ONU）或光网络终端（ONT）。由于无需中间放大和转发设备，PON系统具有结构简单、成本低和维护方便等优点。

在PON系统中，光线路终端（OLT）位于服务提供商的中心局端，它负责将数据传输到各用户端的光网络单元（ONU）。光信号在传输过程中经过无源分光器（Splitter），将单根光纤的信号分配到多个用户终端。这种点对多点的结构使得PON系统可以高效地利用光纤资源。

PON系统通常采用时分多址（TDMA, Time Division Multiple Access）技术进行数据传输。OLT在下行链路中将数据分割成多个时间片，每个时间片分配给不同的ONU；在上行链路中，各ONU根据OLT的调度在不同时间片上传输数据。

目前，PON技术有多个标准，其中最主要的是GPON（Gigabit-capable PON）和EPON（Ethernet PON）。这两种标准在技术特点、应用场景和性能指标等方面存在一定差异。

GPON（Gigabit-capable PON）

GPON是由ITU-T（国际电信联盟电信标准化部门）制定的PON标准，主要用于电信运营商的光纤接入网络。

• 技术特点：

• 支持高速率：下行速率可达2.5Gbps，上行速率可达1.25Gbps。
• 高效的带宽利用：采用基于G.984标准的Gem（GPON Encapsulation Method）进行数据封装，支持以太网、TDM等多种业务。
• QoS保障：支持多种服务质量（QoS）机制，能够为不同业务提供差异化的服务质量保障。

• 典型应用场景：

• 大型住宅区和商业区的宽带接入。
• 需要支持语音、视频和数据等多种业务的应用场景。

EPON（Ethernet PON）

EPON是由IEEE（电气与电子工程师协会）制定的PON标准，主要用于以太网环境下的光纤接入网络。

• 技术特点：

• 基于以太网协议：下行速率和上行速率均为1Gbps，支持10Gbps的10G-EPON标准。
• 简单的网络管理：利用以太网技术的成熟性和广泛应用，EPON系统易于部署和管理。
• 兼容性强：可以无缝集成到现有的以太网基础设施中。

• 典型应用场景：

• 城市和农村地区的宽带接入。
• 需要与现有以太网网络集成的应用场景。

GPON和EPON的比较

GPON和EPON各有优缺点，选择哪种技术主要取决于具体应用场景和需求。

• 带宽：GPON的下行速率高于EPON，但EPON的对称带宽适合某些特定应用。
• 效率：GPON的封装效率较高，但EPON在以太网环境中具有更好的兼容性和简易性。
• 成本：EPON设备通常成本较低，适合成本敏感的应用场景，而GPON在支持多种业务和QoS方面具有优势。

PON的关键组件

无源光网络（PON）的关键组件包括光线路终端（OLT）、光网络单元（ONU）/光网络终端（ONT）和分光器（Splitter）。

光线路终端（OLT）

OLT是PON系统的核心设备，位于服务提供商的中心局端。它负责将数据从核心网络传输到用户端，并从用户端接收数据。OLT的主要功能包括：

• 信号处理：将电信号转换为光信号，并进行数据封装和解封装。
• 带宽分配：根据TDMA技术调度各ONU的上行数据传输时间。
• 网络管理：支持网络配置、故障检测和性能监控等管理功能。

光网络单元（ONU）/光网络终端（ONT）

ONU/ONT是位于用户端的设备，负责接收来自OLT的光信号并将其转换为电信号，同时将用户的电信号转换为光信号上传至OLT。ONU和ONT的区别在于，ONU通常用于连接多个用户终端设备（如在多用户楼宇中），而ONT通常用于单用户环境。

分光器（Splitter）

分光器是PON系统中的无源组件，它将来自OLT的光信号分配给多个ONU/ONT。分光器的分光比（如1:32，表示将光信号分为32份）决定了光信号的分配方式。分光器的优点是无需电源和维护，但其插入损耗会影响信号强度和传输距离。

PON的优缺点

优点

1. 成本效益高：PON系统中没有中间有源设备，减少了设备成本和电力消耗。
2. 维护简便：无源组件无需维护，降低了运营和维护成本。
3. 扩展性好：PON系统的点对多点结构易于扩展，可以通过增加分光器和ONU实现用户数量的扩展。

缺点

1. 带宽共享：多个用户共享OLT的总带宽，可能导致峰值时段的带宽竞争。
2. 上行带宽受限：由于TDMA的限制，上行带宽通常较下行带宽低。
3. 距离限制：由于无源分光器的插入损耗，PON系统的传输距离受限于20公里左右。

有源光网络（AON）

有源光网络（AON, Active Optical Network）是一种点对点的光纤接入网络，依赖于中间有源设备（如交换机和路由器）进行信号的放大和分配。与无源光网络（PON）不同，AON在网络中使用有源组件来处理和管理光信号，提供更高的带宽和更灵活的服务质量管理。

AON系统中的每个用户都有一条独立的光纤连接到中心交换机或路由器。中心交换机或路由器负责将数据分发到各个用户，同时接收用户上传的数据。这种点对点的拓扑结构使得每个用户独享光纤带宽，避免了带宽共享的问题。

AON通常采用以太网技术，利用以太网交换机进行数据的转发和管理。由于以太网技术的成熟性和广泛应用，AON系统具有较高的兼容性和易用性。

AON技术主要基于以太网标准，同时也有其他一些标准，如波分复用（WDM, Wavelength Division Multiplexing）AON。以下是两种主要的AON技术标准：

以太网AON（Ethernet AON）

以太网AON是最常见的AON技术标准，基于IEEE 802.3以太网标准。它利用以太网交换机进行光信号的转发和管理，提供高带宽和灵活的服务质量管理。

• 技术特点：

• 高带宽：以太网AON可以提供高达10Gbps甚至更高的带宽，满足大多数用户的宽带需求。
• 灵活性高：以太网交换机支持多种QoS机制，可以根据不同业务的需求进行带宽分配和优先级管理。
• 兼容性好：以太网AON可以无缝集成到现有的以太网基础设施中，易于部署和扩展。

• 典型应用场景：

• 企业级宽带接入
• 需要高带宽和高服务质量保障的应用场景

WDM AON

波分复用（WDM）AON是一种利用不同波长的光信号在同一光纤中传输多路数据的技术。每个用户分配一个特定的波长，用于上传和下载数据。

• 技术特点：

• 高带宽利用率：通过在同一光纤中传输多个波长的光信号，WDM AON可以显著提高带宽利用率。
• 独享带宽：每个用户独享一个波长的带宽，避免了带宽共享的问题。
• 长距离传输：WDM技术可以在不增加中继设备的情况下实现更长距离的传输。

• 典型应用场景：

• 大型企业和数据中心的光纤接入
• 需要长距离高带宽传输的应用场景

AON的关键组件

有源光网络（AON）的关键组件包括光线路终端（OLT）、光网络单元（ONU）/光网络终端（ONT）、交换机和路由器。

光线路终端（OLT）

AON系统中的OLT类似于PON系统中的OLT，位于服务提供商的中心局端。它负责将数据从核心网络传输到用户端，并从用户端接收数据。AON中的OLT通常集成在以太网交换机中。

光网络单元（ONU）/光网络终端（ONT）

AON系统中的ONU/ONT也类似于PON系统中的设备，位于用户端，负责光电信号的转换和数据传输。每个ONU/ONT通过独立的光纤连接到中心交换机或路由器。

交换机和路由器

交换机和路由器是AON系统的核心组件，负责光信号的转发、放大和管理。交换机通过多端口连接多个用户，每个端口对应一条独立的光纤。路由器则负责数据包的路由和转发，确保数据传输的高效和可靠。

AON的优缺点

优点

1. 带宽独享：每个用户独享光纤带宽，避免了带宽共享问题，提供更高的传输速率和更稳定的性能。
2. 灵活性高：AON系统的有源设备支持多种QoS机制，可以灵活地管理和分配带宽，满足不同业务的需求。
3. 长距离传输：通过有源设备的放大和中继，AON系统可以实现更长距离的信号传输，适用于大范围覆盖的场景。

缺点

1. 成本较高：AON系统需要使用有源设备，如交换机和路由器，初始建设成本较高。
2. 维护复杂：有源设备需要电力供应和定期维护，增加了运营和维护成本。
3. 设备故障影响大：由于AON系统依赖于有源设备，一旦设备故障可能影响整个网络的运行。

PON与AON的比较

网络架构比较

PON架构：

• 点对多点：PON采用点对多点的架构，光线路终端（OLT）通过无源分光器（Splitter）将光信号分配给多个光网络单元（ONU）或光网络终端（ONT）。
• 无源组件：PON系统中的分光器是无源组件，不需要电源和维护，降低了网络的运营和维护成本。
• 集中管理：由于PON采用集中式架构，所有的管理和控制功能都集中在OLT上，简化了网络管理和配置。

AON架构：

• 点对点：AON采用点对点的架构，每个用户都有一条独立的光纤连接到中心交换机或路由器。
• 有源组件：AON系统依赖于有源设备（如交换机和路由器）进行信号的放大和分配，需要电力供应和定期维护。
• 分布式管理：AON采用分布式管理，网络的管理和控制功能分布在各个有源设备中，提供了更高的灵活性和扩展性。

带宽

• PON：由于PON采用点对多点的架构，多个用户共享OLT的总带宽。在峰值时段，可能会出现带宽竞争的问题。典型的GPON系统下行速率为2.5Gbps，上行速率为1.25Gbps，而EPON系统上下行速率均为1Gbps。
• AON：AON采用点对点的架构，每个用户独享光纤带宽，提供更高的传输速率和更稳定的性能。以太网AON可以提供高达10Gbps甚至更高的带宽。

延迟

• PON：由于PON系统中的分光器是无源组件，不会引入额外的延迟。然而，由于多个用户共享带宽，上行链路的时分多址（TDMA）机制可能会引入一些延迟。
• AON：AON系统中的有源设备（如交换机和路由器）会引入一定的处理延迟，但由于每个用户独享带宽，整体延迟较低且更为稳定。

传输距离

• PON：PON系统的传输距离受限于分光器的插入损耗和光信号的衰减，一般在20公里左右。通过增加中继器可以延长传输距离，但会增加成本和复杂性。
• AON：AON系统依赖于有源设备进行信号放大和中继，可以实现更长距离的传输，适用于大范围覆盖的场景。

成本

• PON：PON系统中使用的无源组件（如分光器）成本低，不需要电力供应和维护，降低了初始建设成本和运营成本。适用于大规模部署和成本敏感的应用场景。
• AON：AON系统中使用的有源设备（如交换机和路由器）成本较高，需要电力供应和定期维护，增加了初始建设成本和运营成本。适用于需要高带宽和高服务质量保障的应用场景。

维护

• PON：由于PON系统中没有中间有源设备，无源组件无需维护，降低了运营和维护成本。
• AON：AON系统中的有源设备需要定期维护和电力供应，增加了运营和维护成本，但提供了更高的管理灵活性和服务质量保障。

应用场景比较

PON的应用场景：

• 住宅区宽带接入：PON系统结构简单、成本低、维护方便，适合大规模住宅区的宽带接入。
• 中小型企业接入：对于带宽需求不高的中小型企业，PON可以提供经济高效的宽带接入解决方案。
• 语音、视频和数据业务融合：PON系统支持多种业务类型，适用于需要语音、视频和数据融合的应用场景。

AON的应用场景：

• 企业级宽带接入：AON系统提供高带宽、低延迟和高服务质量保障，适合需要高带宽和高服务质量的企业级应用。
• 数据中心互连：AON系统的点对点架构和高带宽特性，使其成为数据中心之间高速互连的理想选择。
• 长距离传输：AON系统可以通过有源设备进行信号放大和中继，适用于需要长距离高带宽传输的应用场景。

FTTH网络的设计与部署

FTTH（光纤到户）网络的设计是确保光纤接入服务高效、稳定的关键步骤。FTTH网络设计包括网络规划、拓扑结构选择、设备选型和容量规划等多个方面。

网络规划是FTTH网络设计的首要环节，涉及到光纤线路的路径选择、网络节点的布局和分光器的位置安排等。

• 路径选择：选择光纤线路的路径时，需要考虑现有管道、建筑物、道路和自然障碍物等因素，尽量选择路径最短、施工难度最小的线路。
• 网络节点布局：根据用户分布情况和服务范围，合理布局网络节点，如OLT位置、分光器位置和ONU位置等。
• 分光器位置：分光器的位置应尽量靠近用户，以减少光纤的铺设长度和损耗。通常分光器会安装在楼宇交接箱或街区分配点处。

FTTH网络的拓扑结构主要有星型、树型和环型三种，每种拓扑结构都有其优缺点。

• 星型拓扑：每个用户都有一条独立的光纤连接到中心节点（如OLT）。优点是每个用户独享带宽，缺点是光纤使用量大，成本较高。
• 树型拓扑：采用分光器将光信号分配给多个用户，分光器可以多级分布。优点是光纤使用量少，成本较低，缺点是多个用户共享带宽。
• 环型拓扑：光纤线路呈环形连接，具有冗余和容错能力。优点是可靠性高，缺点是复杂性和成本较高。

设备选型是FTTH网络设计中的重要环节，主要包括OLT、ONU/ONT、分光器和光缆等设备的选择。

• OLT（光线路终端）：根据网络规模和用户数量选择合适的OLT设备，考虑其支持的PON标准、端口密度、带宽能力和扩展性等因素。
• ONU/ONT（光网络单元/光网络终端）：根据用户需求选择合适的ONU/ONT设备，考虑其接口类型、带宽能力和功能支持等因素。
• 分光器：选择适当的分光比（如1:8、1:16、1:32等），考虑其插入损耗、稳定性和可靠性等因素。
• 光缆：根据线路路径和环境选择合适的光缆类型，如单模光纤、多模光纤、室外光缆和室内光缆等。

容量规划是确保FTTH网络能够满足当前和未来用户需求的重要环节，包括带宽规划和用户数量规划。

• 带宽规划：根据用户的业务需求和带宽使用情况进行带宽规划，确保OLT和ONU/ONT能够提供足够的带宽。
• 用户数量规划：根据用户分布和网络规模进行用户数量规划，确保分光器和OLT端口能够支持预期的用户数量。

FTTH网络的部署包括光纤线路的铺设、设备的安装与调试、网络的测试与验收等环节。

光纤线路的铺设是FTTH网络部署的基础，主要包括光缆的敷设、连接和保护。

• 光缆敷设：根据网络规划选择光缆的敷设路径，可以采用架空、管道、直埋和室内布线等方式。敷设过程中应注意光缆的弯曲半径和张力，避免损伤光缆。
• 光纤连接：光纤连接可以采用熔接和机械连接两种方式。熔接方式连接损耗小，稳定性高，但需要专业设备和技术；机械连接方式操作简单，适用于现场快速连接。
• 光纤保护：在光纤敷设过程中，应注意对光纤的保护，避免机械损伤和环境影响。可以采用光缆保护管、光纤接头盒和光纤配线架等保护措施。

设备的安装与调试是FTTH网络部署的关键环节，主要包括OLT、ONU/ONT和分光器的安装与配置。

• OLT的安装与调试：将OLT安装在中心局端的机房内，连接电源和光纤线路，进行设备配置和参数设置。调试过程中应测试OLT的带宽能力、端口状态和信号强度。
• ONU/ONT的安装与调试：将ONU/ONT安装在用户端，连接用户设备和光纤线路，进行设备配置和参数设置。调试过程中应测试ONU/ONT的带宽能力、接口状态和信号强度。
• 分光器的安装：将分光器安装在网络节点处，连接OLT和ONU/ONT的光纤线路。安装过程中应注意分光器的方向和插入损耗，确保信号的正确分配。

网络的测试与验收是FTTH网络部署的最后环节，主要包括光纤线路测试、设备性能测试和业务测试等。

• 光纤线路测试：使用光时域反射仪（OTDR）测试光纤线路的衰减、损耗和故障点，确保光纤线路的质量和稳定性。
• 设备性能测试：测试OLT、ONU/ONT和分光器的性能指标，如带宽能力、端口状态、信号强度和稳定性，确保设备的正常运行。
• 业务测试：测试网络的实际业务能力，如上网速度、视频流畅度和语音通话质量，确保网络能够满足用户的业务需求。

总结

最后瑞哥给大家精简一下文章内容，大家可以着重关注一下这块的总结。

AON（Active Optical Network）

特点：

1. 主动设备：AON使用有源设备（如以太网交换机）来管理信号分配。
2. 点对点连接：每个用户都有独立的光纤连接到中央交换机。
3. 高带宽：因为每个用户都有独立的光纤通道，带宽较高。
4. 可扩展性：容易进行网络扩展，可以灵活增加用户。

优点：

1. 带宽独享：每个用户都拥有独立的光纤，带宽不会被共享。
2. 故障定位容易：由于是点对点连接，故障检测和维修较为简单。
3. 灵活性高：易于进行网络调整和升级。

缺点：

1. 成本高：需要大量有源设备，初期建设和维护成本较高。
2. 供电要求高：有源设备需要电源支持，增加了运营和维护的复杂性。

PON（Passive Optical Network）

特点：

1. 无源设备：PON使用无源分光器来分配信号，无需供电。
2. 点对多点连接：一根光纤通过分光器连接多个用户。
3. 共享带宽：多个用户共享同一条光纤的带宽。

优点：

1. 成本低：减少了有源设备的使用，初期建设和维护成本较低。
2. 节能环保：无源设备不需要电源，降低了能源消耗。
3. 简单安装：架构相对简单，适合大规模部署。

缺点：

1. 带宽共享：多个用户共享带宽，可能导致高峰期带宽瓶颈。
2. 故障定位复杂：因为是共享网络，故障检测和维修较为复杂。
3. 灵活性较低：扩展和调整网络结构时较为不便。

如何选择：

1. 应用场景：

• 高密度用户区域：如果是在城市高密度区域，PON的成本优势更明显，适合大规模部署。
• 低密度用户区域：在农村或低密度用户区域，AON可以提供更高的带宽和更好的用户体验。

2. 带宽需求：

• 高带宽需求：如需要高带宽应用（视频会议、大文件传输等），AON更适合。
• 一般带宽需求：如一般家庭宽带需求，PON可以满足。

3. 成本和预算：

• 低预算：PON的初期投资和维护成本较低。
• 高预算：如果预算充足，AON可以提供更高的性能和灵活性。

4. 维护和运营：

• 简便维护：如果希望简化运营和维护，PON更适合。
• 精细维护：如果有专门的维护团队，AON的故障定位和修复更简单。

选择AON还是PON需要综合考虑具体应用场景、用户带宽需求、预算和维护能力。对于大多数城市环境和一般用户需求，PON由于其成本效益和简便性是较为常见的选择；而对于需要高带宽和灵活性的特定应用场景，AON可能更为合适。