Hvad er GPON og EPON: forskelle, fordele og anvendelser

Informatic Digital » Recursos » Hvad er GPON og EPON: forskelle, fordele og anvendelser

Hvis du overvejer fiber-til-hjemmet eller fiber-til-virksomheden , er du sandsynligvis stødt på to akronymer, der gentages igen og igen: GPON og EPON. Ved første øjekast virker de næsten ens, men der er betydelige forskelle i hastighed, tjenester, omkostninger og netværkskompleksitet, som du bør være opmærksom på, før du træffer beslutninger om implementering eller køb.

I de følgende linjer vil vi tydeligt forklare, hvad PON er, hvordan de forskellige varianter (APON, BPON, EPON, GPON) har udviklet sig, de reelle forskelle mellem GPON og EPON med hensyn til hastighed, kapacitet, QoS, OAM og pris , og hvornår det er mere fordelagtigt at vælge den ene teknologi frem for den anden. Målet er, at du afslutter denne artikel med en klar forståelse af, hvilken der bedst passer til dine behov: operatør, stor virksomhed, SMV eller boligmiljø.

Hvad er et PON-netværk, og hvorfor er det så vigtigt i FTTH?

Når vi taler om PON, refererer vi til et passivt optisk netværk . Det er en fiberbaseret adgangsarkitektur, hvor der mellem den optiske linjeterminal (OLT) placeret på hovedkontoret og de optiske netværksenheder (ONU eller ONT) placeret i hjemmet eller virksomheden ikke er noget mellemliggende aktivt udstyr: kun fibre og passive komponenter.

Dette optiske distributionsnetværk, kendt som et ODN (Optical Distribution Network) , består af fiberoptiske kabler, optiske distributionsrammer (ODF'er), optiske splittere, stik og kabinetter eller skabe. Disse passive komponenter danner en punkt-til-multipunkt (P2MP) topologi, der gør det muligt for en enkelt OLT at betjene snesevis eller endda hundredvis af ONT'er/ONU'er, der deler det samme fiberoptiske kabel.

Sammenlignet med løsninger som P2P (punkt-til-punkt) eller switche i FTTC-scenarier reducerer PON-netværk strømforbruget , kravene til udendørs plads, antallet af nødvendige fibre og fejlraten , da passive komponenter er praktisk talt ufejlbarlige og ikke kræver nogen ekstern strømforsyning. Derfor er de blevet nøgleteknologien til masseudrulning af FTTB/FTTH.

PON's primære styrke er, at båndbredden , takket være kombinationen af ​​optiske splittere og multiplexing, kan deles mellem mange brugere , samtidig med at ODN-investeringen forbliver håndterbar. Den reelle omkostningsforskel mellem GPON og EPON, som vi vil se, stammer primært fra OLT/ONU-elektronikken og de optiske moduler, ikke fra kablerne eller splitterne.

Udviklingen af ​​PON-teknologi: fra APON og BPON til EPON og GPON

PON-familien startede ikke med GPON eller EPON. Før dem var der andre standarder, der banede vejen og hjalp med at forklare, hvorfor EPON og GPON sameksisterer i bredbåndsadgangsinstallationer i dag.

Hvad er APON?

I slutningen af ​​90'erne definerede ITU APON som et PON-system, der brugte ATM (Asynchronous Transfer Mode) til pakketransmission. På det tidspunkt var ATM grundlaget for mange backbone- og adgangsnetværk, så det gav perfekt mening at udnytte dets statistiske multiplexing og Quality of Service Management.

APON kombinerede ATM-multipleksing med passive optiske splittere og OLT'er for at opnå en adgangsløsning, der kostede mellem 20 % og 40 % mindre end traditionelle kredsløbskoblede PDH/SDH-systemer. Det var det første store skridt mod ideen om "delt fiber" for brugeren.

Hvad er BPON?

Med Ethernets ustoppelige fremskridt sakkede APON bagud. Dette førte til fremkomsten af ​​BPON (Broadband PON), som i bund og grund er en videreudvikling af APON-standarden rettet mod bredbånd . Navneændringen, der oprindeligt var kendt som APON, havde til formål at understrege dens fokus på tjenester med højere kapacitet.

BPON er stadig baseret på ATM, men tilbyder hastigheder på cirka 155 Mbps upstream og 622 Mbps downstream , foruden at integrere dynamisk båndbreddeallokering og forbedrede beskyttelsesmekanismer. Dette gør det muligt at levere tjenester som Ethernet-adgang, videotransport og højhastighedslejede kredsløb over den samme PON-infrastruktur.

Hvad er EPON?

Det næste spring fremad kom fra IEEE med EPON (Ethernet Passive Optical Network). Målet var at opnå et passivt optisk netværk, der udnyttede end-to-end Ethernet , forenklede protokolstakken og reducerede omkostningerne sammenlignet med BPON.

EPON er standardiseret under IEEE 802.3 og bruger PON-teknologi på det fysiske lag, mens den på datalinklaget er direkte afhængig af Ethernet-frames. Den nominelle hastighed er 1,25 Gbps upstream og downstream, ved hjælp af 8b/10b-kodning, hvilket resulterer i en brugbar hastighed på cirka 1 Gbps symmetrisk.

EPON bruger WDM (bølgelængdedelingsmultipleksering) til at opnå tovejstransmission over en enkelt fiber : én bølgelængde til downstream og en anden til upstream. Delt upstream-adgang opnås ved hjælp af TDMA (tidsdelingsmultipleksering), hvor OLT'en planlægger den transmissionstid, der er allokeret til hver ONU.

EPONs store appel er, at det kombinerer lave omkostninger, enkel arkitektur og fuld kompatibilitet med Ethernet , hvilket har gjort det meget populært i boligmiljøer, hos kabeloperatører, WISP'er og SMV'er, især i Asien og store dele af Europa.

Hvad er GPON?

Parallelt udviklede ITU GPON (Gigabit-kapabelt passivt optisk netværk), defineret i ITU-T G.984.x -anbefalingsserien . Målet var at gå ud over BPON og EPON med hensyn til kapacitet, alsidighed og carrier-serviceniveau.

GPON er designet til at understøtte triple-play-tjenester: data, tale og video , hvilket tilbyder større båndbredde, bedre administrationsværktøjer og servicekvalitet end EPON. Det understøtter forskellige kombinationer af upstream- og downstream-hastigheder og når op til 2,488 Gbps downstream og 1,25 Gbps upstream i sin mest almindelige tilstand.

Selvom GPON tilbyder mere avanceret ydeevne, kommer denne kraft med en pris: teknologien er mere kompleks at implementere, og hardwaren er typisk dyrere end i EPON. Alligevel er GPON blevet det foretrukne valg for carrier-scenarier, adgang til backbone-netværk eller kunder med strenge QoS- og sikkerhedskrav.

Vigtige forskelle mellem GPON og EPON

Både GPON og EPON er varianter inden for den større PON-familie, men de imødekommer noget forskellige behov. Følgende beskriver de punkter, hvor forskellen mellem de to teknologier er mest mærkbar : datahastighed, optisk splitforhold, arkitektur, QoS, OAM og omkostninger.

Hastigheder og båndbredde: GPON vs. EPON

EPON tilbyder en fast datahastighed på 1,25 Gbps upstream og downstream . På grund af 8b/10b-kodning er den brugbare båndbredde omkring 1 Gbps symmetrisk. Dette er mere end nok til de fleste nuværende bolig- og små virksomhedsforbindelser.

GPON understøtter derimod adskillige hastighedsprofiler. Den kan operere med 622 Mbps i begge retninger, 1,25 Gbps symmetrisk eller 2,488 Gbps downstream og 1,25 Gbps upstream . Denne fleksibilitet gør det muligt at skræddersy den optiske modultype og serviceprofilen til de specifikke implementeringsbehov, hvilket optimerer forholdet mellem omkostninger og ydelse.

GPON tilbyder dobbelt (eller mere) downstream-båndbredde i forhold til EPON og giver betydelig plads til 4K/8K-videotjenester, IPTV, VoIP med høj volumen eller krævende virksomhedsforbindelser . Denne asymmetri er især fordelagtig i scenarier, hvor downloadtrafikken langt overstiger uploadtrafikken.

Hvis din prioritet er at have et netværk, der er forberedt til tjenester med meget højt dataforbrug i de kommende år, hælder balancen mod GPON som den mere bekvemme løsning , selvom EPON stadig er mere end gyldig i de fleste boligtilfælde.

Optisk delingsforhold og antal brugere

Splitforholdet angiver, hvor mange ONT'er/ONU'er en enkelt OLT-port kan betjene. For eksempel betyder et forhold på 1:32, at én OLT kan forsyne op til 32 ONT'er gennem passive optiske splittere i ODN'et.

I EPON fungerer standarden typisk med et forhold på 1:16 til 1:32 , selvom det teknisk set er muligt at nå 1:64 eller endda 1:128. Kontrolprotokollen kan håndtere flere ONU'er, men den virkelige begrænsning kommer fra de optiske modulers ydeevne og fiberens strømforbrug.

GPON understøtter native forhold på 1:32, 1:64 og endda 1:128 i visse systemer. Dette gør det muligt for et enkelt OLT-kort at betjene et større antal slutbrugere, hvilket resulterer i besparelser på porte og chassis i centralkontoret.

En høj split-ratio indebærer dog større dæmpning: når indsættelsestabet i ODN'en er omkring 15-18 dB, vil en betydelig forøgelse af split-ratioen reducere den maksimale transmissionsafstand . Som reference opnår en 1:16 split typisk omkring 20 km, mens en 1:32 split reducerer afstanden til omkring 10 km, i både GPON og EPON.

I praksis foretrækker mange operatører ikke altid at sigte efter det maksimalt mulige forhold, men i stedet at søge en balance mellem antallet af brugere, afstanden og omkostningerne ved det optiske kabel . Fra et rent teoretisk synspunkt har GPON mere plads til høje forhold, men den økonomiske fordel bliver kun tydelig ved storstilede implementeringer.

Netværksarkitektur og protokollag

EPON skiller sig ud ved sin relativt simple arkitektur . Data (tale, video og generel IP-trafik) indkapsles direkte i Ethernet-rammer og sendes via PON'en. Med andre ord fungerer det som en naturlig forlængelse af ethvert Ethernet-netværk med færre indkapslingslag.

GPON introducerer derimod en noget mere kompleks struktur med flere logiske lag. Ethernet- og TDM-rammer indkapsles først i GEM-rammer (GPON Encapsulation Method) . Til gengæld indkapsles ældre ATM-celler og GEM-rammer i GTC-rammen (GPON Transmission Convergence), hvilket i sidste ende er det, der transporteres over PON'en.

Denne mere omfattende arkitektur gør det muligt for GPON bedre at administrere multiservice-miljøer på carrier-niveau , hvor ældre ATM-tjenester, TDM-trafik, IP-data, IPTV og andre sameksisterer. Det medfører dog også større kompleksitet i netværksimplementering, konfiguration og diagnosticering.

Servicekvalitet (QoS) og multiservicefunktioner

Et af de væsentligste områder, hvor GPON adskiller sig fra EPON, er i, hvordan den håndterer servicekvalitet. GPON inkorporerer som standard avancerede QoS-mekanismer for at garantere lav latenstid, prioritet og minimal gennemløbshastighed for forskellige typer trafik (tale, realtidsvideo, data osv.).

I EPON definerer den underliggende Ethernet-standard ikke QoS-funktioner specifikt for PON-adgang, så servicekvalitet opnås typisk gennem omfattende brug af VLAN'er, 802.1p-prioriteter og politikker på edge-udstyr . Dette er en gyldig løsning, men den involverer mere ingeniørarbejde og i mange tilfælde højere konfigurations- og administrationsomkostninger.

Hvis dit scenarie kræver, at du absolut garanterer kvaliteten af ​​følsomme tjenester såsom VoIP med høj volumen, professionel videostreaming eller dedikerede linjer , tilbyder GPON langt mere robust support fra starten. I applikationer, hvor QoS er mindre kritisk, opfylder EPON mere end tilstrækkeligt kravene uden at behøve en sådan sofistikering.

Ledelse, drift og vedligeholdelse (OAM) og sikkerhed

OAM-komponenten er der, hvor GPON's carrier-grade-tilgang er mest tydelig. Standarden definerer flere forskellige styringskanaler, såsom link-layer OAM, PLOAM (physical-layer OAM) og OMCI (ONT Management and Control Interface) . Hver håndterer specifikke opgaver, fra statussignalering og fejldetektion til ONT-provisionering og fjernbetjening.

Takket være denne adskillelse af kontrol- og styringsplaner kan operatører implementere granulær kryptering, fejlovervågning, ydeevneovervågning, fejldetektion og automatisk servicelevering på ONT'er/ONU'er med et meget fint detaljeringsniveau.

EPON er derimod afhængig af enklere OAM-mekanismer: far-end fejlindikation (FEF), loopback-funktioner, grundlæggende linkovervågning og ikke meget andet. Dette er tilstrækkeligt til mange implementeringer, men det tilbyder ikke det samme niveau af granulær kontrol og sikkerhed , som GPON leverer i miljøer med store udbydere.

Med hensyn til sikkerhed understøtter begge systemer kryptering, dog med nogle forskelle: EPON tillader kryptering af både upstream- og downstream-trafik, mens GPON typisk kun krypterer downstream-trafikken og supplerer dette med andre kontrolmekanismer for at beskytte den. I praksis kan begge, når de er korrekt konfigureret, betragtes som sikre til bredbåndsadgangsscenarier.

Implementeringsomkostninger: GPON vs. EPON

For at forstå omkostningerne ved en GPON- eller EPON-implementering er det nødvendigt tydeligt at adskille tre komponenter: ODN, OLT og ONU/ONT . ODN-komponenten (fibre, splittere, bokse, stik, ODF) er meget ens i begge teknologier for det samme antal brugere og afstande, så omkostningerne viser ikke væsentlige forskelle.

Den største forskel ligger i de aktive komponenter. I tilfælde af EPON er chipsættene til OLT og ONT normalt baseret på ASIC'er, der er specielt designet til Ethernet MAC-laget , hvilket er enklere og mere økonomisk. Optiske EPON-moduler er også typisk billigere.

I GPON har mange producenter traditionelt brugt FPGA'er og mere kompleks hardware, hvilket øger omkostningerne til elektronikken. På markedet kan en GPON OLT koste omkring 1,5-2 gange mere end en tilsvarende EPON OLT, og en GPON ONT kan være 1,2-1,5 gange dyrere end en EPON ONT.

Omkostningerne pr. abonnent skal dog også tages i betragtning. Da GPON muliggør højere splitforhold og mere båndbredde pr. bruger, er det muligt at reducere det samlede antal nødvendige OLT-porte og optimere strømforbrug og headend-plads. I meget tætte implementeringer kan dette gøre GPON mere omkostningseffektivt pr. bruger end EPON i det lange løb , selvom det individuelle udstyr er dyrere.

Som en generel regel opfattes EPON som en mere økonomisk og enklere løsning for prisfølsomme private og SMV-kunder, mens GPON er et bedre valg, når der er mange brugere, avancerede behov og et tilstrækkeligt budget til en mere robust løsning.

Brugsscenarier og områder, hvor GPON og EPON dominerer

Ud over teoretiske værdier har hver teknologi fundet sin niche i den virkelige verden. EPON har ekspanderet kraftigt på markeder som Asien og Europa , især blandt kabeloperatører, mellemstore internetudbydere og private installationer, hvor omkostninger og kompatibilitet med eksisterende Ethernet-netværk er altafgørende.

GPON er derimod blevet meget godt modtaget i USA og af store teleoperatører , der har brug for carrier-grade adgangsløsninger, der er klar til at integrere ikke kun FTTH, men også FTTB, avancerede virksomhedstjenester og "last-mile" backbone-netværk.

I FTTx-applikationer ses EPON ofte i FTTP/FTTH til private hjem og små virksomheder, mens GPON bruges i både massiv FTTH og virksomhedsadgang samt backhaul for mobile basestationer takket være dens større kapacitet og administrationsværktøjer.

I øjeblikket sameksisterer og konkurrerer begge teknologier, samtidig med at de supplerer hinanden. EPON fortsætter med at vinde på grund af pris og enkelhed, mens GPON er fremherskende, når der er behov for høje tætheder, krævende triple play og strenge QoS- og OAM-krav.

Fordele og ulemper ved EPON og GPON

Kort sagt kan styrkerne og begrænsningerne ved hver teknologi tydeligt opremses, hvilket er yderst nyttigt, når man skal træffe en design- eller købsbeslutning.

EPONs styrker

EPON tilbyder en meget simpel netværksarkitektur , der er direkte baseret på Ethernet, hvilket letter integration med resten af ​​operatørens eller virksomhedens infrastruktur. Det kræver ikke yderligere indkapslingslag for de fleste typiske IP-tjenester.

EPON-komponenter (OLT'er, ONU'er, optiske moduler) er typisk billigere end deres GPON-ækvivalenter, fordi de bruger enklere ASIC'er og mindre krævende optik. Dette gør dem til et foretrukket valg til mange budgetbevidste implementeringer.

EPON understøtter både upstream- og downstream-kryptering , hvilket gør det relativt nemt at beskytte end-to-end-trafik i scenarier, hvor sikkerhed er et vigtigt krav, men uden at nå den sofistikerede GPON's OMCI-styring.

Styrker ved GPON

Det primære salgsargument ved GPON er dens højere båndbredde, især downstream , med profiler på op til 2,488 Gbps. Dette giver enormt spillerum til fremtidige dataforbrugsbehov og videotjenester af høj kvalitet.

GPON blev designet fra bunden til multi-service-miljøer, så det understøtter effektivt triple play (tale, data, video) . Kombinationen af ​​GEM-, GTC- og QoS-mekanismer gør det til en ideel platform for operatører, der ønsker at konsolidere mange tjenester over et enkelt adgangsnetværk.

Muligheden for at arbejde med høje splitforhold, såsom 1:64 eller 1:128, giver store GPON-implementeringer mulighed for at opnå større dækning for slutbrugere med færre OLT-porte , hvilket reducerer antallet af chassis, kort og energiforbruget på centralkontoret betydeligt.

Transmissionseffektivitet kombineret med avancerede QoS-, OAM- og sikkerhedsfunktioner gør GPON til en meget omkostningseffektiv løsning på mellemlang og lang sigt for brugere på højt niveau eller store operatører , på trods af en højere initial investering.

Begrænsninger ved hver teknologi

Trods sine fordele har EPON begrænsninger i servicekvalitet, avanceret OAM-styring og sikkerhedsfunktioner i carrier-grade . Nogle af disse mangler kan afhjælpes gennem komplekst netværksdesign og konfigurationer, men dette øger driftsomkostningerne.

GPON har derimod som sin største svaghed den større teknologiske kompleksitet og omkostninger ved sine komponenter . GPON optiske moduler og chipsæt, især i tidligere generationer, har været betydeligt dyrere end dem i EPON, hvilket kan hæmme dets anvendelse i prisfølsomme projekter.

Udviklingen mod 10G EPON, 10G GPON og videre

Brugernes og tjenesteudbydernes kapacitetsbehov fortsætter med at vokse, så det var kun et spørgsmål om tid, før hurtigere versioner af disse teknologier kom. I dag er 10G EPON- og 10G GPON-implementeringer (ofte omtalt som XG-PON eller XGS-PON) allerede på plads , hvilket tager den tilgængelige båndbredde til et nyt niveau.

Disse 10 Gbps-varianter bruges i stigende grad i FTTB (fiber til bygningen) og i virksomhedsadgang , hvor der er behov for meget høje hastigheder, der deles mellem et betydeligt antal brugere eller tjenester, hvilket opretholder den passive netværksfilosofi.

Ser man længere frem, arbejder standardiseringsfora og industrien allerede på 25G, 40G og endda 100G PON-løsninger over fiber, med større rækkevidde og kapacitet til flere brugere pr. OLT-port. Selvom de stadig er i mindre udbredte faser, baner de vejen for den næste generation af optisk adgang.

Det interessante er, at på trods af disse nye hastigheder forbliver det underliggende koncept det samme: passivt optisk netværk, punkt-til-multipunkt-topologi og effektiv båndbreddedeling . EPON og GPON vil i deres forskellige versioner fortsat være rygraden i fiberadgang i mange år fremover.

I betragtning af alle disse elementer bliver det tydeligere, hvorfor EPON og GPON ikke er gensidigt udelukkende teknologier, men snarere komplementære dele inden for PON-økosystemet. Mens EPON skiller sig ud ved sin enkelhed, omkostningseffektivitet og problemfri integration med Ethernet i private hjem og SMB-miljøer , er GPON positioneret som det ideelle valg for operatører og store kunder, der kræver større båndbredde, avancerede QoS-værktøjer, kraftfuld OAM og multiservicefunktioner på højt niveau. Valget mellem den ene eller den anden afhænger ikke kun af selve teknologien, men også af forretningsmodellen, fiberbudgettet, antallet af slutbrugere og det ønskede niveau af administration og sikkerhed.