随着数字经济的兴起以及5G网络的逐步部署，网络大带宽和低时延性能越来越受到重视。时延敏感型的网络业务将随着数字化转型的进程逐步深入家庭与政企行业，如4K/8K、AR/VR等高质量视频应用、物联网IoT海量连接场景等，都要求网络具有极低的确定性时延来保障业务连接质量。企业传统的ICT业务逐渐向云业务转型，大量分布式计算逐渐在金融技术、公共安全等领域得到应用，低时延是各数据中心之间进行协同工作的基础。超低时延作为5G时代的三大应用场景之一，未来也将成为接入网的必备场景，为运营商进入各垂直行业奠定基础。
国际标准组织ITU IMT-2020系统的设计最早指出，在5G超低时延场景中，网络用户面的端到端双向时延要从4G时代的20ms降低至1ms。2018年10月，ITU-T也将光接入网的低时延需求采纳进下一代光接入网技术50G-PON G.9804.1的标准中。
端到端时延由多段路径上的时延累加而成，仅靠单独优化某一局部的时延无法满足1ms的极致时延要求，因此超低时延的实现需要各段路径同时实现最优化。研究认为，在工业控制场景中，光接入网部分的端到端网络时延需要降低至500μs，才能满足应用需求。然而，目前光接入网PON技术标准的时延下限并不能满足新业务场景下的时延需求，如何降低接入网时延成为运营商下一个亟待解决的问题。
面对未来低时延接入场景的需求，中兴通讯提出创新的低时延增强解决方案（见图1）。通过改进原有标准PON机制或引入WDM独立波长叠加机制，降低接入网时延，推动接入网在确定性低时延场景的发展和演进。
图1 通过PON技术优化和引入WDM机制改进PON网络时延
改进标准的PON机制
光接入网的时延包括上行时延和下行时延，上/下行时延又分别由几个部分组成，包括OLT转发时延、ONU转发时延、光纤传输时延、动态带宽分配和ONU轮询过程产生的时延，以及ONU开窗注册流程造成的不确定性时延。以上行时延为例，传输距离在20km左右的光接入网时延在1.5ms~2.5ms之间，无法满足5G时代光接入网的低时延要求。
针对PON标准在优化时延性能时天然存在的机制上的限制，中兴通讯进行了相关研究和实践，通过优化传统PON网络机制来降低时延。
中兴通讯低时延增强方案通过固定带宽分配机制、缩短ONU轮询周期及带外开窗引入第三方波长等机制来降低时延。
- 固定带宽分配机制（Fixed Bandwidth Allocation，FBA）
通过固定带宽分配机制代替PON标准中的动态带宽分配机制（Dynamic Bandwidth Allocation，DBA），消除原有动态带宽机制中存在的ONU带宽申请、OLT带宽分配及下发过程，降低接入网时延。
- 缩短ONU轮询周期
通过软件升级配置，将ONU传输数据的4个轮询周期（每个周期125μs）降低至1个，减少时延敏感业务的等待时间，进而降低接入网时延。
- 带外开窗，引入第三波长
光接入网时延的不确定性是由OLT不定期静默所有下挂ONU、检查新ONU上线并进行注册等过程引起的。中兴通讯低时延增强采用第三波长负责新ONU的发现与注册过程，获得确定性低时延。
2020年，中兴通讯与苏州移动合作，通过优化PON网络机制，综合运用低时延技术，将PON的最大时延降低为原来的1/6以下，从而使得PON系统不仅具备高带宽能力，还被赋予了更低时延能力。
引入WDM独立叠加波长机制
在PON机制的优化方案中，通过引入FBA机制和降低ONU轮询周期来降低时延的过程中将不可避免地增大带宽开销，减小PON口的带宽利用率。为了平衡网络带宽与效率之间的关系，低时延增强在Combo PON的基础上，进一步引入WDM独立叠加波长，创新性推出Combo PON Plus方案。
Combo PON Plus解决方案通过独立波长叠加机制，在PON网络中引入WDM技术，提供确定极致低时延。创新的Combo PON Plus线卡一个端口含5个波长通道，其中2个波长通道分别用于GPON和10G PON，提供两种速率的FTTx固定接入，ONU终端按需灵活部署，实现GPON向10G PON的平滑升级。另外3个通道分别用于1个10G/25G WDM波长，提供10/25Gbps带宽，无传输距离下的端到端时延低至0.399μs，相对20km光纤传输时延100μs可忽略不计，满足光接入网在云专线、5G基站接入、工业互联等场景的应用要求。
WDM独立叠加波长接入无DBA调度、ONU轮询及开窗过程，提供确定极致低时延接入。逻辑上的点对点传输可避免流氓ONU的干扰，提高网络安全性。此外Combo PON Plus方案可重用现网已部署的FTTx资源于5G的传输通道，如FTTx网络的接入机房、ODF、主干光纤及其管道、配线光纤及其管道、街边柜/室外柜等空闲资源，满足5G建设过程中运营商对大量光纤和机房资源的需求，同时缩短业务发放时间，助力运营商进行以资源共享、节约建网为目标的综合业务接入区建设。
在新基建战略的助推下，各行各业数字化转型的需求迫切，数字化进程持续深入。中兴通讯作为行业技术领导者，致力于创新方案的研究，在低时延领域积极探索。通过对原有PON技术的不断迭代与优化，在接入网实现极致的确定性低时延，满足各行各业对低时延的需求，助力运营商在垂直行业获得更大的竞争优势。
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