一个典型的EPON系统是由OLT(光线路终端)、ONU(光网路单元)、POS(无源分光器)三部分组成。OLT放在中心机房，ONU放在网路接口单元附近或与其合为一体。POS是一个连线OLT和多个ONU的无源设备。在EPON系统中，OLT是一个交换机或路由器，它向上提供到城域网(广域网)的接口，向下提供连线PON的接口。为了支持IP、ATM、FR甚至传统的TDM话音业务和T1/ E1业务， OLT可以分别提供吉比特乙太网接口、ATM接口、SDH/SONET甚至WDM接口。OLT除了具有网路集中和接入的功能外，还支持频宽分配、QoS/SLA、网路安全等功能。

ONU接收从OLT来的光信号，向下提供各种套用接口(如10/100 Mbit/s乙太网接口)，以支持数据、话音和视频等业务，同时它还负责将上行数据传送到OLT。另外，ONU还提供乙太网第二层和第三层的交换功能，实现内部的路由选择。POS是一个简单的无源设备，用于连线OLT和多个ONU，并进行光功率分配，它不需要电源，可以置于全天候的环境中。一般一个POS的分线率为8、16或32，并可以多级连线。在一个1:16甚至1:32的EPON系统中， OLT到所有ONU间的设计距离最大可达10 km(甚至20 km，具体的传送距离取决于产品性能及网路结构)。

EPON在单根光纤上採用下行1 550 nm/上行1 310 nm波长组合的波分复用技术，以点到多点的方式来传输数据。在一个EPON系统中，下行数据以广播方式传输到各个ONU，ONU只接收目的MAC地址为自身地址的数据包，并向下交换到各连线埠。上行方向的数据传送则採用时分复用技术，各个ONU在OLT分配给它的时隙内顺序传送，POS集中数据统一传向OLT。为了避免碰撞，实现信号的同步，OLT和ONU之间要实现自动测距，并根据各个用户的服务水平协定(Service Level Agreement，SLA)进行频宽和时隙分配。

EPON具有以下优点:覆盖範围广，OLT到ONU的距离可达20 km;有效使用光纤资源，多个ONU可以最大限度地共用单根接入网骨干光纤;以较低的成本把光纤最大限度地向用户靠拢，提供更高的频宽;由于OLT和ONU之间没有有源器件，因此避免了供电和维护等问题，大大节省运行维护成本;具有较强的组播和广播能力;扩展性强，例如，广播方式有利于提供视频服务，灵活的无源光分配设计有利于分步实现光纤到大楼、光纤到办公室甚至光纤到户等。

目前，宽频接入逐渐成为电信业新的业务增长点。由于EPON与乙太网有很好的兼容性，并具有高频宽，传输距离远，设备之间没有有源器件，低成本等优点，因此可以作为一种很好的宽频接入方式。针对不同的用户需求，EPON可以有以下几种套用模式:

无源分光器位于户外，ONU位于路边。这种模式主要套用于普通住宅小区，一套OLT可以覆盖大量用户，在ONU下使用二层交换机或VDSL设备分享频宽，从而降低每个用户的接入成本。因为EPON系统可以平滑升级，有利于按照用户的实际需求，布放节点，从而保护运营商的初期投资。

无源分光器位于户外，ONU位于楼内。在一些高档写字楼不方便布放网线的情况下，可以採用EPON+ VDSL系统，通过ONU+ VDSL设备，利用楼内现有的电话线，为客户提供宽频接入和PSTN业务。

无源分光器位于楼内，ONU位于楼层。这种方式一般可以用于高档写字楼，为商业大厦的商务用户提供可靠、高速的宽频接入。OLT可以放在某箇中心机房，採用星形组网结构，延伸到附近的多栋大楼，通过ONU直接将频宽分配给多个用户终端，也可以在ONU下使用二层乙太网交换机组成区域网路。为了保证商业用户的数据安全，可以对用户设定不同的VLAN。针对商业用户对服务质量要求较高的特点，可以为其设定高优先权和高频宽，确保在系统繁忙时，用户仍有一定的QoS保证。

无源分光器位于楼内，ONU位于每个用户的桌面。这种模式主要用于高档别墅和小区实现光纤到户(FTTH)，用户可以享受100 Mbit/s频宽接入网际网路。OLT可以放在某箇中心机房，系用的星形组网结构延伸到附近的多栋高档别墅和小区， ONU直接放在用户的家中。这种套用模式要求ONU的功能儘量简单，只需要为用户提供10/ 100 Mbit/ s乙太网接入就可以了。考虑到有些地区房地产界的竞争日益白热化，光纤到户可以提升房地产价值，具有广告效应，所以房地产商也有可能分担设备投资进行。

在以上几种模式中，用户可享用的频宽从低到高，所需的费用也是从低到高。运营商可以根据用户的具体需求，混合使用多种模式。EPON还可以有效解决ADSL和LAN接入建设中面临的问题，以实现宽频接入的可持续发展。与点对点结构相比， EPON系统可以节省光电转换器以及大量的光纤，因此其综合成本具有较大的优势。如果将EPON与现有宽频技术如ADSL、LAN、VDSL等技术结合，可以充分发挥EPON的成本优势，从而以较经济的方式提高宽频接入的覆盖率。在受到出线率限制的区域，进一步发展ADSL的唯一出路是将DSLAM节点下移。但是，採用其它方式下移，将大量占用接入网光缆资源。如果採用EPON技术将DSLAM下移，将可以大大节省骨干光缆。LAN接入主要是用于信息化小区(大厦)的建设。目前的LAN接入结构是在城域网的接入层、园区中心机房、楼栋甚至楼层都需要设定乙太网交换机，造成设备成本高、管理複杂、实装率低的局面。採用EPON技术，可以根据需要只在楼栋或楼层设定ONU，中间全部採用无源分光器，大大减少有源设备，具有设备种类少、组网灵活、管理方便等优点，也有利于提高设备实装率。

最后，採用EPON技术可以分步实现FTTH。在宽频接入业务起步阶段，EPON与ADSL、VDSL技术相结合，既可以在最短的时间内实现ADSL、VDSL的全覆盖，满足普通用户对于高速上网的简单宽频需求，又可以经济地利用ONU直接将商业用户连线到宽频网，实现FTTB和FTTO。随着10 Gbit/ s乙太网技术的成熟，当设备成本下降、用户对FTTH的需求旺盛时，目前的吉比特EPON系统可以通过升级到10 Gbit/s或通过波分复用方式将频宽提高数倍，并通过EPON的级联平滑地向FTTH过渡。

由于每个ONU与中心局的距离可能不同，所以每个ONU传送的光信号所经历的衰减也不一样，到达OLT后光信号的功率也不一样。为了能够正确地检测接收到的比特流，OLT的光接收机应该可以在每一个时隙的开始快速地调整0/ 1检测门限。另一个解决方案是让每个ONU调整发射功率，使得OLT从每个ONU接收到的光信号功率是一样的。这种方法实质上是将所有ONU的性能降低到与离OLT最远的ONU的性能相同，并要求在OLT和ONU之间有相应的信令协定来传递反馈信息，这使得ONU的硬体变得更複杂，在实际的ONU设计中一般不被採用。虽然ONU在没有得到许可时不会传输数据，但是几个离OLT较近的ONU的雷射器的自发散射噪声之和也可能对离OLT较远的ONU的光信号造成很大的影响。因此在不传输数据时ONU的雷射器应关闭，而在雷射器开启后能够迅速地进入稳定状态。

MAC协定设计中首先要解决的问题是多址接入方案的选择。最直接的方法是使用波分复用技术，每个ONU使用一个不同的波长。虽然这种方案比较简单，但是从近期来看还是比较昂贵的。因为这种方案要求在OLT中使用可调的光接收机或者光接收机阵列来接收各个波长的信号。另外，运营商需要準备不同波长的ONU备件库。因此，在EPON中採用波分复用技术目前是不太可行的。如果採用CSMA/CD协定，在EPON中也会碰到较大的问题。因为ONU不能检测到在OLT中是否发生碰撞，这就要求OLT能够检测碰撞并通知ONU，但是因为EPON中的传输时延较大，这样会大大降低传送效率。我们认为TDMA是一种比较经济的多址方案，它在上行通道只使用一个波长，这样在OLT中也只需要使用一个波长的光收发器。採用TDMA方式，所有的ONU与一个共同的时钟保持同步，当ONU接收到用户的数据包时，首先存储在快取器中，等到分配给它的时隙，ONU才以全速传送存储在快取器中的数据包。在TDMA方式中，时隙分配方案包括静态和动态两种。

静态分配方案的主要优点是简单，易于实现，但频宽利用率低。因为每个时隙都是固定分配给每个ONU，即使这个ONU没有数据要传，它的时隙也不能给其他ONU使用，所以存在很大的频宽浪费。动态的分配方案可以很好地解决静态分配方案效率低的问题。另外，如果在动态的分配方案中考虑每个ONU中瞬时的伫列长度，以及用户的QoS要求等，可以提供很好的QoS保证，从而为用户提供SLA。

动态分配方案可以有两种实现方式:分散式和集中式。在分散式实现方案中，由ONU决定什幺时候送多少数据，与令牌环网有些相似。每个ONU在传输数据之前，先送出一个特定的讯息告诉其他的节点它将要传输多少数据。下一个要传输数据的ONU将会监视前一个ONU的数据传输，并为自己的数据传输定时，使得自己送出的数据在到达OLT时正好位于前一个ONU数据之后。这样就避免了碰撞，也就没有频宽浪费。但是，分散式方案有一个严重的缺陷:它要求ONU之间可以互通。这就有可能对採用的拓扑结构有一定的限制。集中式实现方案假设只有OLT和ONU之间具有连通性，OLT作为集中控制器控制时隙的动态分配。这种实现方式的主要困难是OLT并不知道每个ONU的快取器中存有多少数据。另外数据流量的突发性也使得无法準确预测伫列长度。为了能够高效地分配时隙并满足每个ONU的要求，OLT应该準确地知道每个ONU的状态。一个可能的解决方案是採用请求—许可的方式。当ONU有数据要传输时，ONU要先向OLT传送频宽请求。OLT将处理来自所有ONU的频宽请求，并根据每个ONU的频宽请求及其他的网路状态信息分配适当数量的时隙给ONU。有关时隙分配的信息将以许可讯息的形式在下行信道广播。这种方案的好处是OLT知道整个网路的状态，可以在满足每个ONU的QoS要求的同时保持较高的频宽利用率。

选择最好的动态分配方案并不是一件容易的事。如果所有的用户属于同一个管理域，网路管理者可以通过统计复用充分利用已有的频宽。然而，对于公共的用户接入网，主要目标是为每个用户保证相应的SLA。如果通过统计复用使每个用户获得更多频宽，将会使计费更加複杂，也可能使用户不愿意升级到更高的频宽。另外，用户有可能习惯于在非忙时所获得的性能，这样在忙时虽然他们已经得到SLA所保证的性能，他们可能还是不满意。最终选择哪种最佳化的频宽动态分配方案与运营商所採用的SLA以及计费模型有关。

在传统的乙太网中，安全性并不是一个关键的问题。但在EPON中是以广播的方式实现下行数据的传输，如果一个恶意的ONU设定为混杂模式，就可以接收到所有的下行信息，因此安全性是一个很重要的问题。一般来说，加密和解密可以在物理层、数据链路层以及更高的协定层实现。在MAC层以上实现的加密技术将只对MAC帧的负荷信息加密，帧头信息则没有加密。这种方案可以防止恶意的ONU获取负荷信息，但是其他ONU的地址还是有可能被恶意的ONU截取。在物理层实现的加密，将对整个比特流(包括帧头和CRC)进行加密。在接收端，物理层首先对数据进行解密然后将解密的数据传递给MAC层验证。因为每个ONU採用不同的密钥，即使是收到别的ONU的数据帧，也不能够将其解密成具有正确格式的帧，因而不会被MAC层接受。在这种方案中，恶意的ONU不能获得任何信息。但是，这种方案要求OLT的物理层对不同的ONU使用不同的密钥，这对物理层来说是很难实现的。