Kaj sta GPON in EPON: razlike, prednosti in uporaba

Informatec Digital » Viri » Kaj sta GPON in EPON: razlike, prednosti in uporaba

Če iščete možnosti za optično omrežje od doma do podjetja ali od optičnega omrežja do podjetja , ste verjetno že naleteli na dve kratici, ki se vedno znova ponavljata: GPON in EPON. Na prvi pogled se zdita skoraj enaki, vendar obstajajo znatne razlike v hitrosti, storitvah, stroških in kompleksnosti omrežja, ki se jih morate zavedati, preden se odločite za uvedbo ali nakup.

V naslednjih vrsticah bomo jasno razložili, kaj je PON, kako so se razvile različne različice (APON, BPON, EPON, GPON), dejanske razlike med GPON in EPON glede hitrosti, zmogljivosti, QoS, OAM in cene ter kdaj je ugodneje izbrati eno tehnologijo pred drugo. Cilj je, da ta članek zaključite z jasnim razumevanjem, katera tehnologija najbolj ustreza vašim potrebam: operaterju, velikemu podjetju, malemu ali srednjemu podjetju ali stanovanjskemu okolju.

Kaj je omrežje PON in zakaj je tako pomembno pri FTTH?

Ko govorimo o PON-u, mislimo na pasivno optično omrežje . Gre za arhitekturo dostopa na osnovi optičnih vlaken, pri kateri med optičnim linijskim terminalom (OLT), ki se nahaja v centralni pisarni, in optičnimi omrežnimi enotami (ONU ali ONT), ki se nahajajo doma ali v podjetju, ni vmesne aktivne opreme: samo vlakna in pasivne komponente.

To optično distribucijsko omrežje, znano kot ODN (optično distribucijsko omrežje) , je sestavljeno iz optičnih kablov, optičnih razdelilnikov (ODF), optičnih razdelilnikov, konektorjev in ohišij ali omar. Te pasivne komponente tvorijo topologijo od točke do več točk (P2MP), ki omogoča, da en sam OLT oskrbuje več deset ali celo več sto ONT/ONU, ki si delijo isti optični kabel.

V primerjavi z rešitvami, kot so P2P (točka-točka) ali stikala v scenarijih FTTC, omrežja PON zmanjšujejo porabo energije , zahteve glede zunanjega prostora, število potrebnih vlaken in stopnjo okvar , saj so pasivne komponente praktično nezmotljive in ne potrebujejo zunanjega napajanja. Zato so postale ključna tehnologija za množično uvajanje FTTB/FTTH.

Ključna prednost PON-a je, da se zaradi kombinacije optičnih razdelilnikov in multipleksiranja pasovna širina lahko deli med številnimi uporabniki , hkrati pa naložba v ODN ostane obvladljiva. Dejanska razlika v stroških med GPON in EPON, kot bomo videli, izhaja predvsem iz elektronike in optičnih modulov OLT/ONU, ne pa iz kablov ali razdelilnikov.

Razvoj tehnologije PON: od APON in BPON do EPON in GPON

Družina PON se ni začela z GPON ali EPON. Pred njima so obstajali drugi standardi, ki so utrli pot in pomagajo razložiti, zakaj EPON in GPON danes sobivata v uvajanju širokopasovnega dostopa.

Kaj je APON?

Konec devetdesetih let prejšnjega stoletja je ITU opredelila APON kot sistem PON, ki je za prenos paketov uporabljal ATM (asinhroni način prenosa) . Takrat je bil ATM osnova mnogih hrbteničnih in dostopovnih omrežij, zato je bilo povsem smiselno izkoristiti njegovo statistično multipleksiranje in upravljanje kakovosti storitev.

APON je združil multipleksiranje ATM s pasivnimi optičnimi razdelilniki in OLT-ji, da bi dosegel rešitev dostopa, ki je stala med 20 % in 40 % manj kot tradicionalni sistemi PDH/SDH s komutacijo vodov. To je bil prvi večji korak k ideji "skupnega optičnega omrežja" za uporabnika.

Kaj je BPON?

Z nezaustavljivim napredkom Etherneta je APON zaostal. To je privedlo do pojava BPON (Broadband PON), ki je v bistvu razvoj standarda APON, usmerjenega v širokopasovni dostop . Sprva znan kot APON, je bila sprememba imena v BPON namenjena poudarjanju njegove osredotočenosti na storitve z večjo zmogljivostjo.

BPON še vedno temelji na ATM, vendar ponuja hitrosti približno 155 Mbps navzgor in 622 Mbps navzdol , poleg tega pa vključuje dinamično dodeljevanje pasovne širine in izboljšane zaščitne mehanizme. To omogoča, da se storitve, kot so dostop do Etherneta, prenos videa in visokohitrostne zakupljene linije, zagotavljajo prek iste PON infrastrukture.

Kaj je EPON?

Naslednji skok naprej je prišel z IEEE z EPON (Ethernet Passive Optical Network). Cilj je bil doseči pasivno optično omrežje, ki bi izkoristilo Ethernet od konca do konca , poenostavilo protokolni sklad in zmanjšalo stroške v primerjavi z BPON.

EPON je standardiziran v skladu s standardom IEEE 802.3 in uporablja tehnologijo PON na fizični plasti, medtem ko se na plasti podatkovne povezave zanaša neposredno na ethernetne okvirje. Nominalna hitrost je 1,25 Gbps navzgor in navzdol, z uporabo kodiranja 8b/10b, kar ima za posledico uporabno hitrost približno 1 Gbps simetrično.

EPON uporablja WDM (valovni multipleksiranje z delitvijo valovnih dolžin) za doseganje dvosmernega prenosa prek enega samega vlakna : ena valovna dolžina za spodnji tok in druga za zgornji tok. Skupni dostop do zgornjega toka se doseže z uporabo TDMA (časovno razdeljen večkratni dostop), kjer OLT načrtuje čas prenosa, dodeljen vsakemu ONU.

Velika privlačnost EPON-a je v tem, da združuje nizke stroške, preprostost arhitekture in popolno združljivost z Ethernetom , zaradi česar je zelo priljubljen v stanovanjskih okoljih, pri kabelskih operaterjih, ponudnikih brezžičnega interneta (WISP) in malih in srednje velikih podjetjih, zlasti v Aziji in večjem delu Evrope.

Kaj je GPON?

Vzporedno je ITU razvila GPON (gigabitno pasivno optično omrežje), opredeljeno v seriji priporočil ITU-T G.984.x. Cilj je bil preseči BPON in EPON v smislu zmogljivosti, vsestranskosti in ravni storitev operaterjev.

GPON je zasnovan tako, da izvorno podpira storitve trojnega predvajanja: podatke, glas in video , kar ponuja večjo pasovno širino ter boljša orodja za upravljanje in kakovost storitve kot EPON. Podpira različne kombinacije hitrosti prenosa podatkov navzgor in navzdol, pri čemer v najpogostejšem načinu doseže do 2,488 Gbps v smeri navzdol in 1,25 Gbps v smeri navzgor.

Čeprav GPON ponuja naprednejšo zmogljivost, ima ta moč svojo ceno: tehnologija je bolj zapletena za implementacijo, strojna oprema pa je običajno dražja kot pri EPON-u. Kljub temu je GPON postal prednostna izbira za scenarije operaterjev, dostopna hrbtenična omrežja ali stranke s strogimi zahtevami glede kakovosti storitve (QoS) in varnosti.

Ključne razlike med GPON in EPON

Tako GPON kot EPON sta različici znotraj širše družine PON, vendar obravnavata nekoliko drugačne potrebe. V nadaljevanju so podrobno opisane točke, kjer je razlika med obema tehnologijama najbolj opazna : hitrost prenosa podatkov, optično razmerje razdelitve, arhitektura, QoS, OAM in stroški.

Hitrosti in pasovna širina: GPON proti EPON

EPON ponuja fiksno hitrost prenosa podatkov 1,25 Gbps navzgor in navzdol . Zaradi kodiranja 8b/10b je uporabna pasovna širina simetrično približno 1 Gbps. To je več kot dovolj za večino trenutnih stanovanjskih in malih poslovnih povezav.

GPON pa podpira več hitrostnih profilov. Deluje lahko s hitrostjo 622 Mbps v obe smeri, 1,25 Gbps simetrično ali 2,488 Gbps navzdol in 1,25 Gbps navzgor . Ta prilagodljivost omogoča, da se vrsta optičnega modula in profil storitve prilagodi specifičnim potrebam uvajanja, kar optimizira razmerje med stroški in zmogljivostjo.

GPON, ki ponuja dvakratno (ali večjo) pasovno širino za prenos podatkov v primerjavi z EPON, zagotavlja precejšen prostor za video storitve 4K/8K, IPTV, VoIP z veliko količino podatkov ali zahtevne poslovne povezave . Ta asimetrija je še posebej ugodna v primerih, ko promet za prenos podatkov daleč presega promet za nalaganje podatkov.

Če je vaša prioriteta imeti omrežje, pripravljeno na storitve z zelo visoko porabo podatkov v prihodnjih letih, se tehtnica nagiba k GPON kot bolj priročni možnosti , čeprav EPON ostaja več kot veljaven za večino stanovanjskih primerov.

Razmerje optične delitve in število uporabnikov

Razmerje razdelitve označuje, koliko ONT-ov/ONU-jev lahko postrežejo posamezna vrata OLT. Na primer, razmerje 1:32 pomeni, da lahko en OLT prek pasivnih optičnih razdelilnikov v ODN napaja do 32 ONT-ov .

V EPON-u standard običajno deluje z razmerjem od 1:16 do 1:32 , čeprav je tehnično mogoče doseči 1:64 ali celo 1:128. Krmilni protokol lahko upravlja več ONU-jev, vendar resnična omejitev izhaja iz zmogljivosti optičnih modulov in energijskega proračuna vlakna.

GPON v nekaterih sistemih izvorno podpira razmerja 1:32, 1:64 in celo 1:128 . To omogoča, da ena sama OLT kartica služi večjemu številu končnih uporabnikov, kar posledično prihrani vrata in ohišja v centralni pisarni.

Vendar pa visoko razmerje razdelitve pomeni večje slabljenje: ko je vstavitvena izguba v ODN približno 15–18 dB, bo znatno povečanje razmerja razdelitve zmanjšalo največjo razdaljo prenosa . Za referenco, razdelitev 1:16 običajno doseže približno 20 km, medtem ko razdelitev 1:32 zmanjša razdaljo na približno 10 km, tako v GPON kot v EPON.

V praksi mnogi operaterji raje ne stremijo vedno k največjemu možnemu razmerju, temveč iščejo ravnovesje med številom uporabnikov, razdaljo in stroški optičnega kabla . Zgolj teoretično gledano ima GPON več prostora za visoka razmerja, vendar ekonomska prednost postane očitna šele pri obsežnih uvedbah.

Omrežna arhitektura in protokolne plasti

EPON izstopa po svoji relativno preprosti arhitekturi . Podatki (glas, video in splošni IP promet) so neposredno enkapsulirani v ethernetne okvirje in poslani prek PON-a. Z drugimi besedami, deluje kot naravna razširitev katerega koli ethernetnega omrežja z manj plastmi enkapsulacije.

GPON pa uvaja nekoliko bolj kompleksno strukturo z več logičnimi plastmi. Okvirji Ethernet in TDM so najprej enkapsulirani v okvirje GEM (GPON Encapsulation Method) . Nato so starejše celice ATM in okvirji GEM enkapsulirani v okvir GTC (GPON Transmission Convergence), ki se na koncu prenese prek PON-a.

Ta bolj dovršena arhitektura omogoča GPON-u boljše upravljanje večstoritvenih okolij na ravni operaterjev , kjer sobivajo starejše storitve ATM, promet TDM, IP-podatki, IPTV in druge. Vendar pa to pomeni tudi večjo kompleksnost pri implementaciji, konfiguraciji in diagnostiki omrežja.

Kakovost storitve (QoS) in večstoritvene zmogljivosti

Eno glavnih področij, kjer se GPON razlikuje od EPON, je način upravljanja kakovosti storitve. GPON privzeto vključuje napredne mehanizme QoS , ki zagotavljajo nizko zakasnitev, prioriteto in minimalno prepustnost za različne vrste prometa (glas, video v realnem času, podatki itd.).

V EPON-u osnovni standard Ethernet ne opredeljuje zmogljivosti QoS posebej za dostop PON, zato se kakovost storitve običajno doseže z obsežno uporabo VLAN-ov, prioritet 802.1p in pravilnikov za robno opremo . To je veljavna rešitev, vendar vključuje več inženirskega dela in v mnogih primerih višje stroške konfiguracije in upravljanja.

Če vaš scenarij zahteva absolutno jamstvo za kakovost občutljivih storitev, kot so VoIP z veliko količino prometa, profesionalno pretakanje videoposnetkov ali namenske linije , GPON ponuja veliko robustnejšo podporo takoj po namestitvi. V aplikacijah, kjer je QoS manj kritičen, EPON več kot ustrezno izpolnjuje zahteve, ne da bi potreboval takšno dovršenost.

Upravljanje, delovanje in vzdrževanje (OAM) ter varnost

Komponenta OAM je tista, kjer je pristop GPON na operaterski ravni najbolj očiten. Standard opredeljuje več različnih upravljalnih kanalov, kot so OAM na ravni povezave, PLOAM (OAM na fizični ravni) in OMCI (vmesnik za upravljanje in nadzor ONT) . Vsak od njih obravnava specifične naloge, od signalizacije stanja in odkrivanja napak do zagotavljanja ONT in daljinskega upravljanja.

Zahvaljujoč tej ločitvi nadzornih in upravljalnih ravnin lahko operaterji na ONT/ONU-jih izvajajo natančno šifriranje, spremljanje napak, spremljanje delovanja, odkrivanje napak in samodejno zagotavljanje storitev z zelo natančno stopnjo podrobnosti.

EPON pa se po drugi strani zanaša na enostavnejše mehanizme OAM: indikacijo napak na daljnem koncu (FEF), funkcije povratne zanke, osnovno spremljanje povezav in malo drugega. To je zadostno za številne uvedbe, vendar ne ponuja ravni podrobnega nadzora in varnosti , ki jo GPON zagotavlja v okoljih z velikimi operaterji.

Kar zadeva varnost, oba sistema podpirata šifriranje, čeprav z nekaj razlikami: EPON omogoča šifriranje tako prometa navzgor kot navzdol, medtem ko GPON običajno šifrira le promet navzdol in ga dopolnjuje z drugimi nadzornimi mehanizmi za zaščito. V praksi se lahko oba sistema, če sta pravilno konfigurirana, štejeta za varna za scenarije širokopasovnega dostopa.

Stroški implementacije: GPON proti EPON

Za razumevanje stroškov uvedbe GPON ali EPON je treba jasno ločiti tri komponente: ODN, OLT in ONU/ONT . Komponenta ODN (optika, razdelilniki, omarice, konektorji, ODF) je v obeh tehnologijah zelo podobna za enako število uporabnikov in razdalj, zato stroški ne kažejo bistvenih razlik.

Največja razlika je v aktivnih komponentah. V primeru EPON so čipi OLT in ONT običajno zasnovani na ASIC-ih, posebej zasnovanih za plast Ethernet MAC , ki so enostavnejši in ekonomičniji. Optični moduli EPON so običajno tudi cenejši.

V GPON-u so mnogi proizvajalci tradicionalno uporabljali FPGA-je in bolj kompleksno strojno opremo, kar je povečalo stroške elektronike. Na trgu je lahko GPON OLT približno 1,5–2-krat dražji od enakovredne EPON OLT-a, GPON ONT pa je lahko 1,2–1,5-krat dražji od EPON ONT-a.

Vendar je treba upoštevati tudi stroške na naročnika. Ker GPON omogoča višja razmerja razdelitve in večjo pasovno širino na uporabnika, je mogoče zmanjšati skupno število potrebnih vrat OLT ter optimizirati porabo energije in prostor na glavni postaji. Pri zelo gostih uvedbah je to lahko dolgoročno stroškovno učinkovitejše na uporabnika kot EPON , čeprav je posamezna oprema dražja.

Na splošno velja EPON za cenovno občutljive stanovanjske in mala ter srednje velike stranke, ki so bolj ekonomične in enostavnejše , medtem ko je GPON boljša izbira, kadar je veliko uporabnikov, napredne potrebe in zadosten proračun za robustnejšo rešitev.

Primeri uporabe in področja, kjer prevladujeta GPON in EPON

Poleg teoretičnih vrednosti je v resničnem svetu vsaka tehnologija našla svojo nišo. EPON se je močno razširil na trgih, kot sta Azija in Evropa , zlasti med kabelskimi operaterji, srednje velikimi ponudniki internetnih storitev in stanovanjskimi namestitvami, kjer sta cena in združljivost z obstoječimi ethernetnimi omrežji najpomembnejša.

GPON pa je bil zelo dobro sprejet v Združenih državah Amerike in pri velikih telekomunikacijskih operaterjih , ki potrebujejo rešitve za dostop na ravni operaterjev, pripravljene za integracijo ne le FTTH, temveč tudi FTTB, naprednih korporativnih storitev in hrbteničnih omrežij zadnje milje.

V aplikacijah FTTx se EPON pogosto uporablja v stanovanjskih in malih poslovnih FTTP/FTTH, medtem ko se GPON uporablja tako v množičnem FTTH kot tudi v korporativnem dostopu in mobilnih baznih postajah, zaradi večje zmogljivosti in orodij za upravljanje.

Trenutno obe tehnologiji sobivata in tekmujeta, hkrati pa se dopolnjujeta. EPON še naprej zmaguje zaradi cene in preprostosti, medtem ko GPON prevlada, ko so potrebne visoke gostote, zahtevna trojna igra ter stroge zahteve glede kakovosti storitve (QoS) in zmogljivosti delovanja (OAM).

Prednosti in slabosti EPON in GPON

Skratka, prednosti in omejitve vsake tehnologije je mogoče jasno našteti, kar je izjemno koristno pri odločanju o zasnovi ali nakupu.

Prednosti EPON-a

EPON ponuja zelo preprosto omrežno arhitekturo , ki temelji neposredno na Ethernetu in omogoča integracijo s preostalo infrastrukturo operaterja ali podjetja. Za večino tipičnih IP storitev ne potrebuje dodatnih plasti enkapsulacije.

Komponente EPON (OLT, ONU, optični moduli) so običajno cenejše od svojih ekvivalentov GPON, ker uporabljajo enostavnejše ASIC-e in manj zahtevno optiko. Zaradi tega so priljubljena izbira za številne cenovno uvedbe.

EPON podpira tako šifriranje navzgor kot navzdol , kar omogoča relativno enostavno zaščito prometa od konca do konca v scenarijih, kjer je varnost pomembna zahteva, vendar brez doseganja sofisticiranosti upravljanja OMCI v GPON-u.

Prednosti GPON-a

Glavna prednost GPON-a je njegova večja pasovna širina, zlasti v smeri prenosa podatkov , s profili, ki dosegajo do 2,488 Gbps. To zagotavlja ogromen prostor za prihodnje potrebe po porabi podatkov in visokokakovostne video storitve.

GPON je bil zasnovan od začetka za večstoritvena okolja, zato učinkovito podpira trojno igranje (glas, podatki, video) . Kombinacija mehanizmov GEM, GTC in QoS ga naredi idealno platformo za operaterje, ki želijo združiti številne storitve prek enega samega dostopovnega omrežja.

Zmožnost dela z visokimi razmerji delitve, kot sta 1:64 ali 1:128, omogoča velikim uvedbam GPON doseganje večje pokritosti za končne uporabnike z manj vrati OLT , kar znatno zmanjša število ohišij, kartic in porabo energije v centralni pisarni.

Zaradi učinkovitosti prenosa, skupaj z naprednimi zmogljivostmi QoS, OAM in varnostnimi zmogljivostmi, je GPON kljub višji začetni naložbi zelo stroškovno učinkovita rešitev za uporabnike na visoki ravni ali velike operaterje srednjeročno in dolgoročno .

Omejitve posamezne tehnologije

Kljub svojim prednostim ima EPON omejitve glede kakovosti storitve, naprednega upravljanja OAM in varnostnih funkcij operaterskega razreda . Nekatere od teh pomanjkljivosti je mogoče odpraviti s kompleksno zasnovo in konfiguracijo omrežja, vendar to povečuje obratovalne stroške.

Po drugi strani pa je glavna slabost GPON večja tehnološka kompleksnost in stroški njegovih komponent . Optični moduli in čipi GPON, zlasti v prejšnjih generacijah, so bili bistveno dražji od tistih v EPON-u, kar lahko ovira njegovo uporabo v cenovno občutljivih projektih.

Razvoj proti 10G EPON, 10G GPON in naprej

Zahteve uporabnikov in ponudnikov storitev po zmogljivostih še naprej naraščajo, zato je bilo le vprašanje časa, kdaj bodo na voljo hitrejše različice teh tehnologij. Danes so že vzpostavljene uvedbe 10G EPON in 10G GPON (pogosto imenovane XG-PON ali XGS-PON) , ki razpoložljivo pasovno širino dvigujejo na novo raven.

Te 10 Gbps različice se vse pogosteje uporabljajo v FTTB (optika do stavbe) in v podjetniškem dostopu , kjer so potrebne zelo visoke hitrosti, ki si jih deli veliko število uporabnikov ali storitev, pri čemer se ohranja filozofija pasivnega omrežja.

Če pogledamo v prihodnost, forumi za standardizacijo in industrija že delajo na rešitvah PON z zmogljivostjo 25G, 40G in celo 100G prek optičnih vlaken, z večjim dosegom in zmogljivostjo za več uporabnikov na vrata OLT. Čeprav so še vedno v manj razširjenih fazah, utirajo pot naslednji generaciji optičnega dostopa.

Zanimivo je, da kljub tem novim hitrostim osnovni koncept ostaja enak: pasivno optično omrežje, topologija od točke do več točk in učinkovita delitev pasovne širine . EPON in GPON bosta v svojih različnih različicah še vrsto let hrbtenica optičnega dostopa.

Glede na vse te elemente postane bolj jasno, zakaj EPON in GPON nista medsebojno izključujoči se tehnologiji, temveč dopolnjujoči se del ekosistema PON. Medtem ko EPON izstopa po svoji preprostosti, stroškovni učinkovitosti in brezhibni integraciji z Ethernetom v stanovanjskih in malih in srednje velikih okoljih , je GPON idealna izbira za operaterje in velike stranke, ki potrebujejo večjo pasovno širino, napredna orodja QoS, zmogljiv OAM in visokonivojske večstoritvene zmogljivosti. Izbira med eno ali drugo ni odvisna le od same tehnologije, temveč tudi od poslovnega modela, proračuna za optična vlakna, števila končnih uporabnikov ter želene ravni upravljanja in varnosti.