隨著通信技術的不斷發展，用戶對業務種類的需求越來越多樣化。網絡運營者不僅要提供電話和CATV等基本業務，還必須滿足用戶現在及將來對寬帶業務（如可視電話、點播電視、家庭教育和高速數據傳送等）的需求。這些需求加在一起構成了一個共同的要求：就是建立一個通用的接入網絡。這個網絡必須十分靈活，用戶通過一個通用接口與骨干網絡相連。同時通過這個接口，用戶可得到網絡運營者提供的各種服務。

為了實現這種寬帶接入，人們提出了各種不同的方案。例如，鋪設光纖或用xDSL（包括ADSL、HDSL、VDSL等）升級已有的電話線，或用HFC。在這些方案中，光纖接入被認為是最有前途的解決方案。由于PON（無源光網絡）被認為是一種價格低、性能好的引進寬帶接入的方案，ITU也極力推薦這種方案，所以接入網部分主要集中于PON系統。另外，由于ATM已被CCITT接納為一種標準的轉移模式，目前電信網的骨干網也正ATM化。為了使接入網部分的PON和骨干網的ATM化趨勢相適應，一個很好的做法是使PON攜帶的信息ATM化，這種ATM化的PON就稱為APON。

1 APON系統

1.1 APON的產生及優點

在光纖用戶網的研究中，為了滿足用戶對于網絡靈活性的要求，1987年英國電信公司（即英國BT公司）的研究人員最早提出了PON的概念。后來由于ATM技術的迅速發展及其作為標準傳遞模式的地位，使研究人員開始注重到把ATM技術運用到PON的可能性，并于9O年代初提出了APON的建議。不久，阿爾卡特公司研制了第一個試驗系統。

由于ATM和PON一些固有的特點，使得APON從一開始就占據了一個較高的起點，該方案有著巨大的優勢：

·寬帶化并支持所有種類和各種速率的業務。

·靈活地滿足用戶需求。

·能夠全動態分配帶寬（這是在用戶網第一次做到）。

·簡單、有效的網絡運行和治理（O＆M）。

·安全性高。

·低時延。

·對業務復用／解復用的全力支持。

1.2 APON系統結構



圖1為一種基本APON系統結構。該系統采用無源雙星（PDS）拓撲，分路比為1∶16。從局端OLT（光線路終端）往ONU傳送下行信號采用TDM技術，ONU（光纖網絡單元）傳送到局端OLT的上行信號采用TDMA技術。在上行和下行時，ATM信元都是被組裝在一個APON包中，研究表明，給每個包加入8個開銷比特，可以提供同步及其它與網絡傳輸相關的功能。由于1310／1550nm WDM器件很便宜，且1310nm波長區激光器很便宜，所以一般采用WDM技術。

在下行方向，由ATM交換機來的ATM信元先送給OLT，OLT將其變為155.52Mb／s或622.82Mb／s的速率，并以廣播方式用1550nm波長區傳送到所有與OLT相連的ONU，每一個ONU可以根據信元VCI／PI選出屬于自己的信號的同步功能及時延調整功能。

1.3 采用的技術

1.3.1 測距

由于從不同的ONU到OLT的距離不等，上行信號到達OLT的時延也不同，為了避免不同的ONU上行信號在PON總線上產生重疊、互相干擾，保護收發通路能夠同步，承載的不同ONU信號之間要有一個間隔，通常成為保護時間（guard time）?？梢酝ㄟ^測距（Ranging）程序來得到不同信號時間間隔，取最遠ONU傳輸時延作為時隙的時間間隔，使上行信號互不干擾。

1.3.2 猝發模式同步

上行方向傳送的信元在分路器上進行交叉復用，為了盡可能地減少連續信元的開銷，獲得最大的帶寬性能，已經提出了許多種快速同步方法。其中最有效的方法是使用重復抽樣技術（Oversampling）。 該方法用一個非常短的前置段（3bit）來恢復時鐘相位，通過把這3bit插入到每個ATM信元的開銷比特中來恢復正確時鐘相位，精度在±1bit之內。

1.3.3 光功率平衡

由于ONU與OLT路徑不同，造成光功率的損失也不同，這就要求接收機必須有一個大的動態范圍，能夠設置能分辨出的閾值功率。在APON系統中，每個發射節點的輸出功率可以根據特定節點的光路損失而動態改變。為了滿足反射端光功率平衡和接收端光功率閾值的設定，在每個上行ATM信元中加入了3個開銷比特。

2 拓撲結構

所謂拓撲可以理解為機線設備的幾何排列外形，反映了物理上的連接性。用戶網的成本和性能，非凡是硬件的實現在很大程度上取決于網絡的拓撲結構。

我們知道，傳統的網絡拓撲結構有總線型、星型、環形等。由于用無源器件很難實現一個環以及從環上獲取或發送信息都很困難，所以不用環形。總線型在光功率分配的比例上有困難，而且信息一開始就很集中，使得線路很易處于飽和狀態。樹型以及星型（主要是無源雙星，DSP）因為其特點最適合接入網的特性及物理上分布的特點，所以被使用為PON的標準拓撲結構。目前樹型和無源雙星結構都有廣泛的應用，其拓撲結構見圖2。



3 技術難點及對策

3.1 經濟性

APON是接入網，這就決定了它的主要客戶對價格因素比較敏感。所以接入網要取得大的發展就必須降低接入費用。目前，由于光纖制造技術的發展已使光纜的價格大大的降低了；由于使用了集成技術，商用和家用的ONU價格也在降低。假如APON能夠大規模實施，其每戶價格將降低到＄1500，并將在2000年之前進一步降到＄1000左右。

3.2 安全性

從本質上來說，PON是共享媒體的網絡，因此它要求MAC（媒體接入控制）協議能夠答應一些用戶傳輸，而不對另外的用戶造成影響。在下行方向，因為所有的信元都是從OLT以廣播方式傳送出來的，只有符合目的地址的用戶（由信元中的一個“標簽”地址決定）能夠讀這個信元，這就是目前APON的處理方式。然而這也可能引起安全和隱私的問題。假如有一名惡意的用戶或一個小小的錯誤，就有可能使一個用戶得到其它用戶的信息（非凡是共享一個ONU的用戶）。為了解決這個問題，筆者認為可采用加密技術來防止此類情況發生。

3.3 MAC協議

APON是共享媒體的網絡，它要求網絡有一個功能強大的MAC協議。MAC協議的選取對于網絡的性能有著很大的影響，許多的因素必須考慮。例如請求／答應（Requests／Permits）算法、帶寬的動態分配機制等。目前在此方面雖然有不少研究，但如何進一步增強MAC協議功能，簡化MAC協議復雜性仍是一個有待解決的問題。

4 APON試驗系統

在過去幾年中，對APON作了許多試驗系統。下面主要介紹1995年英國BT公司在Colchester和ipswich所用的試驗系統。這個迄今為止最大的交互式多媒體業務是采用APON（包括部分xDSL）提供的，是為了給2500個家庭用戶提供VOD和其它（如網上購物、交互游戲等）多媒體業務。因為這個試驗是跨越兩個城市的，所以通過一個2.5Gb／s的SDH環網互聯。

該試驗系統于1995年末開始向用戶提供服務，試驗系統如圖3所示。

該系統中，一個OLT能支持32個ONU（在10km以內）并最多達81個家庭。其它主要指標見表1。





5 APON的未來

通常情況下，寬帶APON中，無源光分路器的分路因子小于32，范圍也只有10km左右，傳送速率一般為622.82Mb／s或155.52Mb／s，然而這主要是為了限制可供用戶共享的帶寬和可得到的光功率。由于骨干網的傳輸速率越來越快，相應地要求接入網也作一些適應性的變化。未來的APON接入網（也有人稱為Super PON，SPON）跨度將達100km左右，在一個OLT上將可以接入多達2000個用戶。

目前，一種可能達到這種大跨度、高分路數的方法是采用級聯的無源光分路器，這樣將引起網絡中光功率的下降，但可以通過加入光放大器來解決。

當然SPON的發展并不會一帆風順，目前，它也碰到一系列問題，如光信號的再生、復用／解復用、容量限制、以及MAC協議的制定。但是可以相信，隨著電信技術的進一步發展，這些問題將會逐步得到解決。