Какво представляват GPON и EPON: разлики, предимства и приложения

Информатек Дигитал » Ресурси » Какво представляват GPON и EPON: разлики, предимства и приложения

Ако разглеждате опции за оптична връзка от типа „оптика до дома“ или „оптика до бизнеса“ , вероятно сте се натъквали на два акронима, които се повтарят отново и отново: GPON и EPON. На пръв поглед те изглеждат почти еднакви, но има значителни разлики в скоростта, услугите, разходите и сложността на мрежата, за които трябва да сте наясно, преди да вземете решения за внедряване или покупка.

В следващите редове ще обясним ясно какво е PON, как са се развили различните варианти (APON, BPON, EPON, GPON), реалните разлики между GPON и EPON по отношение на скорост, капацитет, QoS, OAM и цена , и кога е по-изгодно да изберете едната технология пред другата. Целта е да завършите тази статия с ясно разбиране коя от тях най-добре отговаря на вашите нужди: оператор, голямо предприятие, МСП или жилищна среда.

Какво е PON мрежа и защо е толкова важна за FTTH?

Когато говорим за PON, имаме предвид пасивна оптична мрежа . Това е архитектура за достъп, базирана на оптични влакна, в която между оптичния линеен терминал (OLT), разположен в централния офис, и оптичните мрежови устройства (ONU или ONT), разположени в дома или бизнеса, няма междинно активно оборудване: само влакна и пасивни компоненти.

Тази оптична разпределителна мрежа, известна като ODN (Оптична разпределителна мрежа) , се състои от оптични кабели, оптични разпределителни рамки (ODF), оптични сплитери, конектори и кутии или шкафове. Тези пасивни компоненти образуват топология от точка до много точки (P2MP), която позволява на един OLT да обслужва десетки или дори стотици ONT/ONU, споделящи един и същ оптичен кабел.

В сравнение с решения като P2P (точка-точка) или комутатори в FTTC сценарии, PON мрежите намаляват консумацията на енергия , изискванията за външно пространство, броя на необходимите влакна и процента на откази , тъй като пасивните компоненти са практически безпогрешни и не изискват външно захранване. Ето защо те са се превърнали в ключова технология за масово внедряване на FTTB/FTTH.

Ключовата сила на PON е, че благодарение на комбинацията от оптични сплитери и мултиплексиране, честотната лента може да се споделя между много потребители , като същевременно инвестицията в ODN остава управляема. Реалната разлика в цената между GPON и EPON, както ще видим, произтича предимно от електрониката и оптичните модули на OLT/ONU, а не от окабеляването или сплитерите.

Еволюция на PON технологията: от APON и BPON до EPON и GPON

Семейството PON не е започнало с GPON или EPON. Преди тях е имало други стандарти, които са проправили пътя и обясняват защо EPON и GPON съществуват едновременно в широколентовите мрежи днес.

Какво е АПОН?

В края на 90-те години на миналия век, ITU определи APON като PON система, която използва ATM (асинхронен режим на трансфер) за предаване на пакети. По това време ATM беше основата на много опорни и достъпни мрежи, така че беше напълно логично да се възползваме от неговото статистическо мултиплексиране и управление на качеството на услугата.

APON комбинира ATM мултиплексиране с пасивни оптични сплитери и OLT, за да постигне решение за достъп, което струва между 20% и 40% по-малко от традиционните PDH/SDH системи с комутация на канали. Това беше първата важна стъпка към идеята за „споделено оптично влакно“ за потребителя.

Какво е BPON?

С неудържимия напредък на Ethernet, APON изостава. Това води до появата на BPON (Broadband PON), който по същество е еволюция на стандарта APON, насочен към широколентов достъп . Първоначално известен като APON, промяната на името на BPON има за цел да подчертае фокуса му върху услуги с по-висок капацитет.

BPON все още е базиран на ATM, но предлага скорости от приблизително 155 Mbps нагоре по веригата и 622 Mbps надолу по веригата , в допълнение към включването на динамично разпределение на честотната лента и подобрени механизми за защита. Това позволява услуги като Ethernet достъп, видео пренос и високоскоростни наети линии да се предоставят през една и съща PON инфраструктура.

Какво е ЕПОН?

Следващата крачка напред дойде от IEEE с EPON (Ethernet Passive Optical Network). Целта беше да се постигне пасивна оптична мрежа, която използва Ethernet от край до край , опростявайки протоколния стек и намалявайки разходите в сравнение с BPON.

EPON е стандартизиран по IEEE 802.3 и използва PON технология на физическия слой, докато на каналния слой разчита директно на Ethernet кадри. Номиналната скорост е 1,25 Gbps нагоре и надолу по веригата, използвайки 8b/10b кодиране, което води до използваема скорост от приблизително 1 Gbps симетрично.

EPON използва WDM (мултиплексиране с разделяне по дължина на вълната), за да постигне двупосочно предаване по едно влакно : една дължина на вълната за низходящ поток и друга за възходящ поток. Споделеният достъп до възходящия поток се постига чрез TDMA (множествен достъп с разделяне по време), където OLT планира времето за предаване, разпределено на всеки ONU.

Голямото предимство на EPON е, че съчетава ниска цена, простота на архитектурата и пълна съвместимост с Ethernet , което го прави много популярен в жилищни среди, кабелни оператори, WISP-ове и малки и средни предприятия, особено в Азия и голяма част от Европа.

Какво е GPON?

Успоредно с това, ITU разработи GPON (Пасивна оптична мрежа с възможности за гигабитови технологии), дефинирана в серията препоръки на ITU-T G.984.x. Целта беше да се надминат BPON и EPON по отношение на капацитет, гъвкавост и ниво на обслужване на оператора.

GPON е проектиран да поддържа вградено тройни услуги: данни, глас и видео , предлагайки по-голяма честотна лента и по-добри инструменти за управление и качество на услугата от EPON. Той поддържа различни комбинации от скорости на upstream и downstream, достигайки до 2,488 Gbps downstream и 1,25 Gbps upstream в най-често срещания си режим.

Въпреки че GPON предлага по-модерна производителност, тази мощност си има цена: технологията е по-сложна за внедряване, а хардуерът обикновено е по-скъп, отколкото в EPON. Въпреки това, за сценарии с оператори, мрежи за достъп до опорни мрежи или клиенти със строги изисквания за QoS и сигурност, GPON се е превърнал в предпочитан избор.

Ключови разлики между GPON и EPON

Както GPON, така и EPON са варианти в рамките на по-голямото семейство PON, но те отговарят на малко по-различни нужди. Следва описание на точките, където разликата между двете технологии е най-забележима : скорост на данните, коефициент на оптично разделяне, архитектура, QoS, OAM и цена.

Скорости и честотна лента: GPON срещу EPON

EPON предлага фиксирана скорост на данни от 1,25 Gbps нагоре и надолу по веригата . Благодарение на 8b/10b кодиране, използваемата честотна лента е около 1 Gbps симетрично. Това е повече от достатъчно за повечето съвременни жилищни и малки бизнес връзки.

GPON, от друга страна, поддържа няколко профила на скорост. Той може да работи със скорост 622 Mbps в двете посоки, 1,25 Gbps симетрично или 2,488 Gbps низходящо и 1,25 Gbps възходящо . Тази гъвкавост позволява типът оптичен модул и профилът на услугата да бъдат адаптирани към специфичните нужди на внедряването, оптимизирайки съотношението цена/производителност.

Предлагайки двойно (или повече) по-голяма честотна лента надолу по веригата от EPON, GPON осигурява значителен капацитет за 4K/8K видео услуги, IPTV, VoIP с голям обем или взискателни корпоративни връзки . Тази асиметрия е особено предимство в сценарии, където трафикът за изтегляне значително надвишава трафика за качване.

Ако вашият приоритет е да имате мрежа, подготвена за услуги с много високо потребление на данни през следващите години, балансът наклонява към GPON като по-удобен вариант , въпреки че EPON остава повече от валиден за повечето жилищни случаи.

Коефициент на оптично деление и брой потребители

Коефициентът на разделяне показва колко ONT/ONU може да обслужва един OLT порт. Например, съотношение 1:32 означава, че един OLT може да захранва до 32 ONT чрез пасивни оптични разделители в ODN.

В EPON стандартът обикновено работи със съотношение от 1:16 до 1:32 , въпреки че технически е възможно да се достигне 1:64 или дори 1:128. Контролният протокол може да управлява повече ONU, но истинското ограничение идва от производителността на оптичните модули и енергийния бюджет на влакното.

GPON поддържа съотношения 1:32, 1:64 и дори 1:128 в някои системи. Това позволява една OLT карта да обслужва по-голям брой крайни потребители, което води до спестяване на портове и шасита в централния офис.

Въпреки това, високото съотношение на разделяне предполага по-голямо затихване: когато вмъкнатата загуба в ODN е около 15–18 dB, значителното увеличаване на съотношението на разделяне ще намали максималното разстояние на предаване . Като ориентир, разделяне 1:16 обикновено постига около 20 km, докато разделяне 1:32 намалява разстоянието до около 10 km, както в GPON, така и в EPON.

На практика много оператори предпочитат да не се стремят винаги към максимално възможно съотношение, а вместо това да търсят баланс между броя на потребителите, разстоянието и цената на оптичния кабел . От чисто теоретична гледна точка, GPON има повече възможности за високи съотношения, но икономическото предимство става очевидно едва при мащабни внедрявания.

Мрежова архитектура и протоколни слоеве

EPON се откроява със своята сравнително проста архитектура . Данните (глас, видео и общ IP трафик) се капсулират директно в Ethernet кадри и се изпращат през PON. С други думи, той работи като естествено продължение на всяка Ethernet мрежа, с по-малко слоеве за капсулиране.

GPON, от друга страна, въвежда малко по-сложна структура с няколко логически слоя. Ethernet и TDM кадрите първо се капсулират в GEM (GPON Encapsulation Method) кадри . На свой ред, традиционните ATM клетки и GEM кадрите се капсулират в GTC (GPON Transmission Convergence) кадъра, който в крайна сметка се транспортира през PON.

Тази по-сложна архитектура позволява на GPON да управлява по-добре мултисервизни среди на ниво оператор , където едновременно съществуват наследени ATM услуги, TDM трафик, IP данни, IPTV и други. Това обаче води и до по-голяма сложност при внедряването, конфигурирането и диагностиката на мрежата.

Качество на услугата (QoS) и възможности за множество услуги

Една от основните области, в които GPON се различава от EPON, е начинът, по който управлява качеството на услугата. GPON включва по подразбиране усъвършенствани QoS механизми , за да гарантира ниска латентност, приоритет и минимална пропускателна способност за различните видове трафик (глас, видео в реално време, данни и др.).

В EPON, основният Ethernet стандарт не дефинира QoS възможности специално за PON достъп, така че качеството на услугата обикновено се постига чрез широко използване на VLAN, 802.1p приоритети и политики за периферно оборудване . Това е валидно решение, но включва повече инженерна работа и в много случаи по-високи разходи за конфигурация и управление.

Ако вашият сценарий изисква абсолютно гарантиране на качеството на чувствителни услуги, като например VoIP с голям обем, професионално видео стрийминг или специални линии , GPON предлага много по-стабилна поддръжка „от кутията“. В приложения, където QoS е по-малко критично, EPON повече от адекватно отговаря на изискванията, без да е необходима такава сложност.

Управление, експлоатация и поддръжка (OAM) и безопасност

Компонентът OAM е мястото, където подходът на GPON от операторски клас е най-очевиден. Стандартът дефинира няколко отделни канала за управление, като например OAM на канален слой, PLOAM (OAM на физически слой) и OMCI (ONT Management and Control Interface) . Всеки от тях обработва специфични задачи, от сигнализиране на състоянието и откриване на грешки до осигуряване на ONT и дистанционно управление.

Благодарение на това разделяне на контролните и управленските равнини, операторите могат да внедрят гранулирано криптиране, наблюдение на грешки, наблюдение на производителността, откриване на повреди и автоматично предоставяне на услуги на ONT/ONU, с много фино ниво на детайлност.

EPON, от друга страна, разчита на по-прости OAM механизми: индикация за повреда в далечния край (FEF), функции за обратна връзка, основен мониторинг на връзката и малко други. Това е достатъчно за много внедрявания, но не предлага нивото на гранулиран контрол и сигурност, което GPON предоставя в среди с големи оператори.

По отношение на сигурността, и двете системи поддържат криптиране, макар и с някои разлики: EPON позволява криптиране както нагоре, така и надолу по веригата трафик, докато GPON обикновено криптира само надолу по веригата трафик и го допълва с други контролни механизми за защита. На практика, когато са правилно конфигурирани, и двете могат да се считат за сигурни за сценарии за широколентов достъп.

Разходи за внедряване: GPON срещу EPON

За да се разбере цената на внедряването на GPON или EPON, е необходимо ясно да се разграничат три компонента: ODN, OLT и ONU/ONT . ODN компонентът (оптични влакна, сплитери, кутии, конектори, ODF) е много сходен и в двете технологии за един и същ брой потребители и разстояния, така че цената не показва съществени разлики.

Най-голямата разлика се крие в активните компоненти. В случая на EPON, чипсетите на OLT и ONT обикновено са базирани на ASIC, специално проектирани за Ethernet MAC слоя , които са по-прости и по-икономични. Оптичните модули на EPON също обикновено са по-евтини.

В GPON много производители традиционно използват FPGA и по-сложен хардуер, което увеличава цената на електрониката. На пазара, GPON OLT може да струва около 1,5–2 пъти повече от еквивалентен EPON OLT, а GPON ONT може да бъде 1,2–1,5 пъти по-скъп от EPON ONT.

Трябва да се вземе предвид обаче и цената на абонат. Тъй като GPON позволява по-високи коефициенти на разделяне и по-голяма честотна лента на потребител, е възможно да се намали общият брой необходими OLT портове и да се оптимизира консумацията на енергия и пространството в headend. При много гъсти внедрявания това може да направи GPON по-рентабилен на потребител от EPON в дългосрочен план , въпреки че отделното оборудване е по-скъпо.

Като общо правило, EPON се възприема като по-икономичен и по-опростен вариант за чувствителни към цената жилищни клиенти и малки и средни предприятия, докато GPON е по-подходящ, когато има много потребители, напреднали нужди и достатъчен бюджет за по-стабилно решение.

Случаи на употреба и области, в които GPON и EPON доминират

Отвъд теоретичните стойности, в реалния свят всяка технология е намерила своята ниша. EPON се разшири силно на пазари като Азия и Европа , особено сред кабелните оператори, средните интернет доставчици и жилищните инсталации, където цената и съвместимостта със съществуващите Ethernet мрежи са от първостепенно значение.

GPON, от друга страна, е много добре приет в Съединените щати и от големи телекомуникационни оператори , които се нуждаят от решения за достъп от операторски клас, готови да интегрират не само FTTH, но и FTTB, усъвършенствани корпоративни услуги и опорни мрежи „последна миля“.

В FTTx приложенията, EPON често се среща в жилищни и малки бизнес FTTP/FTTH, докато GPON се използва както в масивни FTTH, така и в корпоративен достъп и пренос на мобилни базови станции, благодарение на по-големия си капацитет и инструменти за управление.

В момента двете технологии съществуват едновременно и се конкурират, като същевременно се допълват взаимно. EPON продължава да печели поради цената и простотата, докато GPON преобладава, когато са необходими висока плътност, изискваща тройна игра и строги изисквания за QoS и OAM.

Предимства и недостатъци на EPON и GPON

В обобщение, силните страни и ограниченията на всяка технология могат да бъдат ясно изброени, което е изключително полезно при вземане на решение за дизайн или покупка.

Силните страни на EPON

EPON предлага много опростена мрежова архитектура , базирана директно на Ethernet, което улеснява интеграцията с останалата част от инфраструктурата на оператора или компанията. Не изисква допълнителни слоеве за капсулиране за повечето типични IP услуги.

EPON компонентите (OLT, ONU, оптични модули) обикновено са по-евтини от техните GPON еквиваленти, защото използват по-прости ASIC чипове и по-малко взискателна оптика. Това ги прави предпочитан избор за много бюджетни инсталации.

EPON поддържа както upstream, така и downstream криптиране , което позволява сравнително лесно защитаване на трафика от край до край в сценарии, където сигурността е важно изискване, но без да се достига сложността на управлението на OMCI на GPON.

Силни страни на GPON

Основното предимство на GPON е по-високата му пропускателна способност, особено надолу по веригата , като профилите достигат до 2,488 Gbps. Това осигурява огромен запас от възможности за бъдещи нужди от потребление на данни и висококачествени видео услуги.

GPON е проектиран от самото начало за многосервизни среди, така че ефективно поддържа тройна игра (глас, данни, видео) . Комбинацията от механизми GEM, GTC и QoS го прави идеална платформа за оператори, които искат да консолидират много услуги в една мрежа за достъп.

Възможността за работа с високи съотношения на разделяне, като например 1:64 или 1:128, позволява на големи GPON внедрявания да постигнат по-голямо покритие за крайните потребители с по-малко OLT портове , което значително намалява броя на шаситата, картите и консумацията на енергия в централния офис.

Ефективността на предаване, съчетана с усъвършенстваните QoS, OAM и възможности за сигурност, прави GPON много рентабилно решение в средносрочен и дългосрочен план за потребители на високо ниво или големи оператори , въпреки по-високата първоначална инвестиция.

Ограничения на всяка технология

Въпреки предимствата си, EPON има ограничения по отношение на качеството на услугата, усъвършенстваното управление на OAM и функциите за сигурност от операторски клас . Някои от тези недостатъци могат да бъдат отстранени чрез сложен мрежов дизайн и конфигурации, но това увеличава оперативните разходи.

От друга страна, GPON има като основен недостатък по -голямата технологична сложност и цена на компонентите си . Оптичните модули и чипсети на GPON, особено в по-ранните поколения, са били значително по-скъпи от тези в EPON, което може да възпрепятства приемането им в проекти, чувствителни към цената.

Еволюцията към 10G EPON, 10G GPON и отвъд

Изискванията за капацитет на потребителите и доставчиците на услуги продължават да растат, така че беше само въпрос на време, преди да се появят по-бързи версии на тези технологии. Днес вече са налице внедрявания на 10G EPON и 10G GPON (често наричани XG-PON или XGS-PON) , които издигат наличната честотна лента на ново ниво.

Тези 10 Gbps варианти се използват все по-често във FTTB (оптично влакно до сградата) и в корпоративен достъп , където са необходими много високи скорости, споделени между значителен брой потребители или услуги, като се поддържа философията на пасивната мрежа.

В по-далечна перспектива, форумите по стандартизация и индустрията вече работят върху 25G, 40G и дори 100G PON решения през оптичен кабел, с по-големи обхвати и капацитет за повече потребители на OLT порт. Въпреки че все още са в по-слабо разпространени етапи, те проправят пътя за следващото поколение оптичен достъп.

Интересното е, че въпреки тези нови скорости, основната концепция остава същата: пасивна оптична мрежа, топология от точка до много точки и ефективно споделяне на честотна лента . EPON и GPON, в различните си версии, ще продължат да бъдат гръбнакът на оптичния достъп в продължение на много години напред.

Като се имат предвид всички тези елементи, става по-ясно защо EPON и GPON не са взаимно изключващи се технологии, а по-скоро допълващи се части в рамките на PON екосистемата. Докато EPON се откроява със своята простота, рентабилност и безпроблемна интеграция с Ethernet в жилищни и малки и средни предприятия , GPON е позициониран като идеален избор за оператори и големи клиенти, които се нуждаят от по-голяма честотна лента, усъвършенствани QoS инструменти, мощно OAM и мултисервисни възможности на високо ниво. Изборът между едната или другата зависи не само от самата технология, но и от бизнес модела, бюджета за оптични влакна, броя на крайните потребители и желаното ниво на управление и сигурност.