Hva er GPON og EPON: forskjeller, fordeler og bruksområder

Informatec Digital » Ressurser » Hva er GPON og EPON: forskjeller, fordeler og bruksområder

Hvis du ser på alternativer for fiber til hjemmet eller fiber til bedriften , har du sannsynligvis kommet over to akronymer som gjentas gang på gang: GPON og EPON. Ved første øyekast virker de nesten like, men det er betydelige forskjeller i hastighet, tjenester, kostnader og nettverkskompleksitet som du bør være klar over før du tar en beslutning om utrulling eller kjøp.

I de følgende linjene vil vi tydelig forklare hva PON er, hvordan de ulike variantene (APON, BPON, EPON, GPON) har utviklet seg, de reelle forskjellene mellom GPON og EPON når det gjelder hastighet, kapasitet, QoS, OAM og pris , og når det er mer fordelaktig å velge én teknologi fremfor den andre. Målet er at du skal avslutte denne artikkelen med en klar forståelse av hvilken som passer best til dine behov: operatør, stor bedrift, SMB eller boligmiljø.

Hva er et PON-nettverk, og hvorfor er det så viktig i FTTH?

Når vi snakker om PON, refererer vi til et passivt optisk nettverk . Det er en fiberbasert tilgangsarkitektur der det ikke finnes noe mellomliggende aktivt utstyr mellom den optiske linjeterminalen (OLT) som er plassert på hovedkontoret og de optiske nettverksenhetene (ONU eller ONT) som er plassert hjemme eller på bedriften: bare fibre og passive komponenter.

Dette optiske distribusjonsnettverket, kjent som et ODN (Optical Distribution Network) , består av fiberoptiske kabler, optiske distribusjonsrammer (ODF-er), optiske splittere, kontakter og innkapslinger eller skap. Disse passive komponentene danner en punkt-til-multipunkt (P2MP) topologi som lar en enkelt OLT betjene dusinvis eller til og med hundrevis av ONT-er/ONU-er som deler den samme fiberoptiske kabelen.

Sammenlignet med løsninger som P2P (punkt-til-punkt) eller svitsjer i FTTC-scenarier, reduserer PON-nettverk strømforbruket , kravene til utendørs plass, antall fibre som trengs og feilraten , siden passive komponenter er praktisk talt ufeilbarlige og ikke krever ekstern strømforsyning. Dette er grunnen til at de har blitt nøkkelteknologien for masseutrulling av FTTB/FTTH.

Den viktigste styrken til PON er at båndbredden , takket være kombinasjonen av optiske splittere og multipleksing, kan deles mellom mange brukere , samtidig som ODN-investeringen holdes håndterbar. Den reelle kostnadsforskjellen mellom GPON og EPON, som vi skal se, stammer først og fremst fra OLT/ONU-elektronikken og de optiske modulene, ikke fra kablene eller splitterne.

Utviklingen av PON-teknologi: fra APON og BPON til EPON og GPON

PON-familien startet ikke med GPON eller EPON. Før dem fantes det andre standarder som banet vei og bidro til å forklare hvorfor EPON og GPON eksisterer side om side i bredbåndstilgangsdistribusjoner i dag.

Hva er APON?

På slutten av 90-tallet definerte ITU APON som et PON-system som brukte ATM (Asynchronous Transfer Mode) for pakkeoverføring. På den tiden var ATM grunnlaget for mange stamnettverk og tilgangsnettverk, så det var helt logisk å dra nytte av statistisk multipleksing og kvalitetsstyring av tjenester.

APON kombinerte ATM-multipleksing med passive optiske splittere og OLT-er for å oppnå en tilgangsløsning som kostet mellom 20 % og 40 % mindre enn tradisjonelle kretskoblede PDH/SDH-systemer. Det var det første store skrittet mot ideen om «delt fiber» for brukeren.

Hva er BPON?

Med den ustoppelige fremgangen til Ethernet, sakket APON akterut. Dette førte til fremveksten av BPON (Broadband PON), som i hovedsak er en videreutvikling av APON-standarden rettet mot bredbånd . Navneendringen, opprinnelig kjent som APON, hadde som mål å understreke fokuset på tjenester med høyere kapasitet.

BPON er fortsatt basert på ATM, men tilbyr hastigheter på omtrent 155 Mbps oppstrøms og 622 Mbps nedstrøms , i tillegg til å inkludere dynamisk båndbreddeallokering og forbedrede beskyttelsesmekanismer. Dette gjør det mulig å levere tjenester som Ethernet-tilgang, videotransport og høyhastighets leide linjer over den samme PON-infrastrukturen.

Hva er EPON?

Det neste spranget fremover kom fra IEEE med EPON (Ethernet Passive Optical Network). Målet var å oppnå et passivt optisk nettverk som utnyttet ende-til-ende Ethernet , forenklet protokollstakken og reduserte kostnader sammenlignet med BPON.

EPON er standardisert under IEEE 802.3 og bruker PON-teknologi på det fysiske laget, mens den på datalinklaget er direkte avhengig av Ethernet-rammer. Den nominelle hastigheten er 1,25 Gbps oppstrøms og nedstrøms, ved bruk av 8b/10b-koding, noe som resulterer i en brukbar hastighet på omtrent 1 Gbps symmetrisk.

EPON bruker WDM (bølgelengdedelingsmultipleksing) for å oppnå toveis overføring over en enkelt fiber : én bølgelengde for nedstrøms og en annen for oppstrøms. Delt oppstrømstilgang oppnås ved hjelp av TDMA (tidsdelt multipleksing), der OLT-en planlegger overføringstiden som er tildelt hver ONU.

Det store tiltrekningskraften til EPON er at den kombinerer lave kostnader, enkel arkitektur og full kompatibilitet med Ethernet , noe som har gjort den svært populær i boligmiljøer, kabeloperatører, WISP-er og små og mellomstore bedrifter, spesielt i Asia og store deler av Europa.

Hva er GPON?

Parallelt utviklet ITU GPON (Gigabit-kapabelt passivt optisk nettverk), definert i ITU-T G.984.x -anbefalingsserien . Målet var å gå utover BPON og EPON når det gjaldt kapasitet, allsidighet og servicenivå for operatører.

GPON er designet for å støtte triple-play-tjenester: data, tale og video , og tilbyr større båndbredde, bedre administrasjonsverktøy og tjenestekvalitet enn EPON. Den støtter ulike kombinasjoner av oppstrøms- og nedstrømshastigheter, og når opptil 2,488 Gbps nedstrøms og 1,25 Gbps oppstrøms i sin vanligste modus.

Selv om GPON tilbyr mer avansert ytelse, kommer denne kraften med en kostnad: teknologien er mer kompleks å implementere, og maskinvaren er vanligvis dyrere enn i EPON. Likevel har GPON blitt det foretrukne valget for operatørscenarier, tilgang til stamnettverk eller kunder med strenge QoS- og sikkerhetskrav.

Viktige forskjeller mellom GPON og EPON

Både GPON og EPON er varianter innenfor den større PON-familien, men de dekker noe forskjellige behov. Følgende beskriver punktene der forskjellen mellom de to teknologiene er mest merkbar : datahastighet, optisk splittforhold, arkitektur, QoS, OAM og kostnad.

Hastigheter og båndbredde: GPON vs EPON

EPON tilbyr en fast datahastighet på 1,25 Gbps oppstrøms og nedstrøms . På grunn av 8b/10b-koding er den brukbare båndbredden rundt 1 Gbps symmetrisk. Dette er mer enn nok for de fleste nåværende bolig- og småbedriftstilkoblinger.

GPON, derimot, støtter flere hastighetsprofiler. Den kan operere med 622 Mbps i begge retninger, 1,25 Gbps symmetrisk, eller 2,488 Gbps nedstrøms og 1,25 Gbps oppstrøms . Denne fleksibiliteten gjør at den optiske modultypen og tjenesteprofilen kan skreddersys til de spesifikke distribusjonsbehovene, noe som optimaliserer kostnad/ytelsesforholdet.

GPON tilbyr dobbel (eller mer) nedstrøms båndbredde sammenlignet med EPON, og gir betydelig kapasitet for 4K/8K-videotjenester, IPTV, VoIP med høyt volum eller krevende bedriftstilkoblinger . Denne asymmetrien er spesielt fordelaktig i scenarier der nedlastingstrafikken langt overstiger opplastingstrafikken.

Hvis prioriteten din er å ha et nettverk forberedt på tjenester med svært høyt dataforbruk i de kommende årene, heller vektskålen mot GPON som det mer praktiske alternativet , selv om EPON fortsatt er mer enn gyldig for de fleste boligtilfeller.

Optisk delingsforhold og antall brukere

Delingsforholdet indikerer hvor mange ONT-er/ONU-er en enkelt OLT-port kan betjene. For eksempel betyr et forhold på 1:32 at én OLT kan mate opptil 32 ONT-er gjennom passive optiske splittere i ODN-en.

I EPON fungerer standarden vanligvis med et forhold på 1:16 til 1:32 , selv om det teknisk sett er mulig å nå 1:64 eller til og med 1:128. Kontrollprotokollen kan håndtere flere ONU-er, men den virkelige begrensningen kommer fra ytelsen til de optiske modulene og fiberens strømbudsjett.

GPON støtter innebygde forholdstall på 1:32, 1:64 og til og med 1:128 i visse systemer. Dette gjør at et enkelt OLT-kort kan betjene et større antall sluttbrukere, noe som resulterer i besparelser på porter og chassis på sentralkontoret.

En høy splittratio innebærer imidlertid større demping: når innsettingstapet i ODN er rundt 15–18 dB, vil en betydelig økning av splittratioen redusere den maksimale overføringsavstanden . Som referanse oppnår en 1:16-splitt vanligvis omtrent 20 km, mens en 1:32-splitt reduserer avstanden til omtrent 10 km, både i GPON og EPON.

I praksis foretrekker mange operatører å ikke alltid sikte mot det maksimalt mulige forholdet, og heller søke en balanse mellom antall brukere, avstand og kostnaden for optisk kabel . Fra et rent teoretisk synspunkt har GPON mer rom for høye forhold, men den økonomiske fordelen blir bare tydelig ved storskala utplasseringer.

Nettverksarkitektur og protokolllag

EPON skiller seg ut med sin relativt enkle arkitektur . Data (tale, video og generell IP-trafikk) innkapsles direkte i Ethernet-rammer og sendes over PON. Med andre ord fungerer det som en naturlig forlengelse av ethvert Ethernet-nettverk, med færre innkapslingslag.

GPON, derimot, introduserer en noe mer kompleks struktur, med flere logiske lag. Ethernet- og TDM-rammer innkapsles først i GEM-rammer (GPON Encapsulation Method) . Lege ATM-celler og GEM-rammer innkapsles igjen i GTC-rammen (GPON Transmission Convergence), som til slutt transporteres over PON.

Denne mer forseggjorte arkitekturen gjør det mulig for GPON å bedre administrere flertjenestemiljøer på operatørnivå , der eldre ATM-tjenester, TDM-trafikk, IP-data, IPTV og andre sameksisterer. Det medfører imidlertid også større kompleksitet i nettverksimplementering, konfigurasjon og diagnostikk.

Tjenestekvalitet (QoS) og flertjenestefunksjoner

Et av de viktigste områdene der GPON skiller seg fra EPON er hvordan den håndterer tjenestekvalitet. GPON har som standard avanserte QoS-mekanismer for å garantere lav latens, prioritet og minimal gjennomstrømning for ulike typer trafikk (tale, sanntidsvideo, data osv.).

I EPON definerer ikke den underliggende Ethernet-standarden QoS-funksjoner spesifikt for PON-tilgang, så tjenestekvalitet oppnås vanligvis gjennom omfattende bruk av VLAN-er, 802.1p-prioriteter og policyer på kantutstyr . Dette er en gyldig løsning, men den innebærer mer ingeniørarbeid og i mange tilfeller høyere konfigurasjons- og administrasjonskostnader.

Hvis scenarioet ditt krever at du absolutt garanterer kvaliteten på sensitive tjenester som VoIP med høyt volum, profesjonell videostrømming eller dedikerte linjer , tilbyr GPON mye mer robust støtte fra fabrikken. I applikasjoner der QoS er mindre kritisk, oppfyller EPON kravene mer enn tilstrekkelig uten å trenge slik sofistikasjon.

Forvaltning, drift og vedlikehold (OAM) og sikkerhet

OAM-komponenten er der GPONs bærergradstilnærming er mest tydelig. Standarden definerer flere distinkte administrasjonskanaler, som lenkelags-OAM, PLOAM (fysisk lags-OAM) og OMCI (ONT Management and Control Interface) . Hver håndterer spesifikke oppgaver, fra statussignalering og feildeteksjon til ONT-provisjonering og fjernkontroll.

Takket være denne separasjonen av kontroll- og administrasjonsplan kan operatører implementere granulær kryptering, feilovervåking, ytelsesovervåking, feildeteksjon og automatisk tjenestelevering på ONT-er/ONU-er, med et svært fint detaljnivå.

EPON, derimot, er avhengig av enklere OAM-mekanismer: fjernfeilindikasjon (FEF), loopback-funksjoner, grunnleggende lenkeovervåking og lite annet. Dette er tilstrekkelig for mange distribusjoner, men det tilbyr ikke det samme nivået av granulær kontroll og sikkerhet som GPON gir i miljøer med store bærere.

Når det gjelder sikkerhet, støtter begge systemene kryptering, men med noen forskjeller: EPON tillater kryptering av både oppstrøms og nedstrøms trafikk, mens GPON vanligvis bare krypterer nedstrøms trafikk og supplerer dette med andre kontrollmekanismer for å beskytte den. I praksis, når de er riktig konfigurert, kan begge anses som sikre for bredbåndstilgangsscenarier.

Implementeringskostnader: GPON vs. EPON

For å forstå kostnadene ved en GPON- eller EPON-distribusjon, er det nødvendig å tydelig skille mellom tre komponenter: ODN, OLT og ONU/ONT . ODN-komponenten (fibre, splittere, bokser, kontakter, ODF) er svært lik i begge teknologiene for samme antall brukere og avstander, så kostnadene viser ikke signifikante forskjeller.

Den største forskjellen ligger i de aktive komponentene. Når det gjelder EPON, er brikkesettene til OLT og ONT vanligvis basert på ASIC-er som er spesielt utviklet for Ethernet MAC-laget , og som er enklere og mer økonomiske. Optiske EPON-moduler er også vanligvis billigere.

I GPON har mange produsenter tradisjonelt brukt FPGA-er og mer kompleks maskinvare, noe som øker kostnadene for elektronikken. I markedet kan en GPON OLT koste rundt 1,5–2 ganger mer enn en tilsvarende EPON OLT, og en GPON ONT kan være 1,2–1,5 ganger dyrere enn en EPON ONT.

Kostnaden per abonnent må imidlertid også vurderes. Siden GPON tillater høyere splittforhold og mer båndbredde per bruker, er det mulig å redusere det totale antallet OLT-porter som kreves og optimalisere strømforbruket og plassen i headend-nettverket. I svært tette distribusjoner kan dette gjøre GPON mer kostnadseffektivt per bruker enn EPON på lang sikt , selv om det individuelle utstyret er dyrere.

Som en generell regel oppfattes EPON som et mer økonomisk og enklere alternativ for prissensitive bolig- og småbedriftskunder, mens GPON passer bedre når det er mange brukere, avanserte behov og et tilstrekkelig budsjett for en mer robust løsning.

Brukstilfeller og områder der GPON og EPON dominerer

Utover teoretiske verdier har hver teknologi funnet sin nisje i den virkelige verden. EPON har ekspandert kraftig i markeder som Asia og Europa , spesielt blant kabeloperatører, mellomstore internettleverandører og boligutplasseringer der kostnad og kompatibilitet med eksisterende Ethernet-nettverk er avgjørende.

GPON, derimot, har blitt svært godt mottatt i USA og av store teleoperatører som trenger tilgangsløsninger i carrier-grade, klare til å integrere ikke bare FTTH, men også FTTB, avanserte bedriftstjenester og siste-mile-stamnettverk.

I FTTx-applikasjoner sees EPON ofte i FTTP/FTTH for boliger og små bedrifter, mens GPON brukes i både massiv FTTH og bedriftstilgang og backhaul for mobile basestasjoner, takket være dens større kapasitet og administrasjonsverktøy.

For tiden sameksisterer og konkurrerer begge teknologiene, samtidig som de utfyller hverandre. EPON fortsetter å vinne på grunn av pris og enkelhet, mens GPON er mest populært når det kreves høy tetthet, krevende triple play og strenge krav til QoS og OAM.

Fordeler og ulemper med EPON og GPON

Oppsummert kan styrkene og begrensningene til hver teknologi tydelig listes opp, noe som er svært nyttig når man tar en design- eller kjøpsbeslutning.

EPONs styrker

EPON tilbyr en svært enkel nettverksarkitektur , basert direkte på Ethernet, som forenkler integrering med resten av operatørens eller selskapets infrastruktur. Det krever ikke ekstra innkapslingslag for de fleste typiske IP-tjenester.

EPON-komponenter (OLT-er, ONU-er, optiske moduler) er vanligvis rimeligere enn GPON-ekvivalenter fordi de bruker enklere ASIC-er og mindre krevende optikk. Dette gjør dem til et foretrukket valg for mange budsjettbevisste implementeringer.

EPON støtter både oppstrøms og nedstrøms kryptering , noe som gjør at ende-til-ende-trafikk kan beskyttes relativt enkelt i scenarier der sikkerhet er et viktig krav, men uten å nå sofistikasjonen til GPONs OMCI-administrasjon.

Styrker ved GPON

Hovedsalgsargumentet til GPON er den høyere båndbredden, spesielt nedstrøms , med profiler som når opptil 2,488 Gbps. Dette gir enormt rom for fremtidige behov for dataforbruk og videotjenester av høy kvalitet.

GPON ble designet fra grunnen av for flertjenestemiljøer, slik at det effektivt støtter trippel avspilling (tale, data, video) . Kombinasjonen av GEM-, GTC- og QoS-mekanismer gjør det til en ideell plattform for operatører som ønsker å konsolidere mange tjenester over et enkelt aksessnettverk.

Muligheten til å jobbe med høye splittforhold, som 1:64 eller 1:128, gjør at store GPON-distribusjoner kan oppnå større dekning for sluttbrukere med færre OLT-porter , noe som reduserer antall chassis, kort og energiforbruk på sentralkontoret betydelig.

Overføringseffektivitet, kombinert med avansert QoS, OAM og sikkerhetsfunksjoner, gjør GPON til en svært kostnadseffektiv løsning på mellomlang og lang sikt for brukere på høyt nivå eller store operatører , til tross for en høyere initial investering.

Begrensninger for hver teknologi

Til tross for fordelene har EPON begrensninger når det gjelder tjenestekvalitet, avansert OAM-administrasjon og sikkerhetsfunksjoner på operatørnivå . Noen av disse manglene kan løses gjennom kompleks nettverksdesign og konfigurasjoner, men dette øker driftskostnadene.

GPON har derimot som sin største svakhet den større teknologiske kompleksiteten og kostnaden for komponentene . Optiske GPON-moduler og brikkesett, spesielt i tidligere generasjoner, har vært betydelig dyrere enn de i EPON, noe som kan hindre bruken i prissensitive prosjekter.

Utviklingen mot 10G EPON, 10G GPON og utover

Kapasitetsbehovene fra brukere og tjenesteleverandører fortsetter å vokse, så det var bare et spørsmål om tid før raskere versjoner av disse teknologiene kom. I dag er 10G EPON- og 10G GPON-distribusjoner (ofte referert til som XG-PON eller XGS-PON) allerede på plass , noe som tar tilgjengelig båndbredde til et nytt nivå.

Disse 10 Gbps-variantene brukes i økende grad i FTTB (fiber til bygningen) og i bedriftstilgang , der det er behov for svært høye hastigheter som deles mellom et betydelig antall brukere eller tjenester, og opprettholder den passive nettverksfilosofien.

Standardiseringsfora og industrien jobber allerede med 25G-, 40G- og til og med 100G PON-løsninger over fiber, med større rekkevidde og kapasitet for flere brukere per OLT-port. Selv om de fortsatt er i mindre utbredte stadier, baner de vei for neste generasjon optisk tilgang.

Det interessante er at til tross for disse nye hastighetene, forblir det underliggende konseptet det samme: passivt optisk nettverk, punkt-til-multipunkt-topologi og effektiv båndbreddedeling . EPON og GPON, i sine forskjellige versjoner, vil fortsette å være ryggraden i fibertilgang i mange år fremover.

Med tanke på alle disse elementene blir det tydeligere hvorfor EPON og GPON ikke er gjensidig utelukkende teknologier, men snarere komplementære deler innenfor PON-økosystemet. Selv om EPON skiller seg ut for sin enkelhet, kostnadseffektivitet og sømløse integrasjon med Ethernet i bolig- og SMB-miljøer , er GPON posisjonert som det ideelle valget for operatører og store kunder som trenger større båndbredde, avanserte QoS-verktøy, kraftig OAM og flertjenestefunksjoner på høyt nivå. Valget mellom det ene eller det andre avhenger ikke bare av selve teknologien, men også av forretningsmodell, fiberbudsjett, antall sluttbrukere og ønsket nivå av administrasjon og sikkerhet.