Шта су GPON и EPON: разлике, предности и употреба

Информатек Дигитал » Средства » Шта су GPON и EPON: разлике, предности и употреба

Ако разматрате опције „оптичко- кабелно ...

У наредним редовима, јасно ћемо објаснити шта је PON, како су се различите варијанте (APON, BPON, EPON, GPON) развијале, које су стварне разлике између GPON и EPON у погледу брзине, капацитета, QoS-а, OAM-а и цене , и када је повољније изабрати једну технологију у односу на другу. Циљ је да завршите овај чланак са јасним разумевањем која најбоље одговара вашим потребама: оператер, велико предузеће, мало и средње предузеће или стамбено окружење.

Шта је PON мрежа и зашто је толико важна у FTTH-у?

Када говоримо о PON-у, мислимо на пасивну оптичку мрежу . То је архитектура приступа заснована на влакнима у којој, између оптичког линијског терминала (OLT) који се налази у централној канцеларији и оптичких мрежних јединица (ONU или ONT) које се налазе код куће или у пословном простору, нема посредничке активне опреме: само влакна и пасивне компоненте.

Ова оптичка дистрибутивна мрежа, позната као ODN (Оптичка дистрибутивна мрежа) , састоји се од оптичких каблова, оптичких дистрибутивних оквира (ODF), оптичких разделника, конектора и кућишта или ормарића. Ове пасивне компоненте формирају топологију тачка-више тачака (P2MP) која омогућава једном OLT-у да опслужује десетине или чак стотине ONT/ONU уређаја који деле исти оптички кабл.

У поређењу са решењима попут P2P (тачка-тачка) или прекидача у FTTC сценаријима, PON мреже смањују потрошњу енергије , захтеве за спољашњим простором, број потребних влакана и стопу кварова , јер су пасивне компоненте практично непогрешиве и не захтевају спољно напајање. Због тога су постале кључна технологија за масовну примену FTTB/FTTH.

Кључна снага PON-а је у томе што, захваљујући комбинацији оптичких сплитера и мултиплексирања, пропусни опсег може бити дељен међу многим корисницима , а истовремено инвестиција у ODN остаје управљива. Права разлика у цени између GPON-а и EPON-а, као што ћемо видети, првенствено произилази из OLT/ONU електронике и оптичких модула, а не из каблова или сплитера.

Еволуција PON технологије: од APON и BPON до EPON и GPON

PON породица није почела са GPON или EPON. Пре њих, постојали су други стандарди који су утрли пут и помогли да се објасни зашто EPON и GPON коегзистирају у данашњим имплементацијама широкопојасног приступа.

Шта је АПОН?

Крајем 90-их, ITU је дефинисао APON као PON систем који користи ATM (асинхрони режим преноса) за пренос пакета. У то време, ATM је био основа многих окосних и приступних мрежа, тако да је имало савршеног смисла искористити његово статистичко мултиплексирање и управљање квалитетом услуге.

APON је комбиновао ATM мултиплексирање са пасивним оптичким сплитерима и OLT-овима како би постигао решење за приступ које је коштало између 20% и 40% мање од традиционалних PDH/SDH система са комутацијом кола. То је био први велики корак ка идеји „дељеног оптичког влакна“ за корисника.

Шта је БПОН?

Са незаустављивим напретком Етернета, APON је заостао. То је довело до појаве BPON-а (Broadband PON), који је у суштини еволуција APON стандарда усмереног ка широкопојасном интернету . Првобитно познат као APON, промена имена у BPON имала је за циљ да нагласи његов фокус на услуге већег капацитета.

BPON је и даље базиран на ATM-у, али нуди брзине од приближно 155 Mbps узводно и 622 Mbps низводно , поред тога што укључује динамичку алокацију пропусног опсега и побољшане механизме заштите. Ово омогућава да се услуге као што су приступ Ethernet-у, видео пренос и брзе закупљене линије пружају преко исте PON инфраструктуре.

Шта је ЕПОН?

Следећи корак напред дошао је од IEEE-а са EPON-ом (Ethernet Passive Optical Network - пасивна оптичка мрежа за етернет). Циљ је био да се постигне пасивна оптичка мрежа која користи end-to-end Ethernet , поједностављујући протоколски стек и смањујући трошкове у поређењу са BPON-ом.

EPON је стандардизован према IEEE 802.3 и користи PON технологију на физичком слоју, док се на слоју везе података директно ослања на Ethernet фрејмове. Номинална брзина је 1,25 Gbps узводно и низводно, користећи 8b/10b кодирање, што резултира употребљивом брзином од приближно 1 Gbps симетрично.

EPON користи WDM (мултиплексирање са поделом таласних дужина) да би постигао двосмерни пренос преко једног влакна : једна таласна дужина за низводни и друга за узводни ток. Дељени узводни приступ се постиже коришћењем TDMA (вишеструки приступ са временском поделом), где OLT заказује време преноса додељено сваком ONU-у.

Велика привлачност EPON-а је у томе што комбинује ниску цену, једноставност архитектуре и потпуну компатибилност са Ethernet-ом , што га је учинило веома популарним у стамбеним окружењима, кабловским оператерима, WISP-овима и малим и средњим предузећима, посебно у Азији и већем делу Европе.

Шта је ГПОН?

Паралелно са тим, ITU је развио GPON (Пасивну оптичку мрежу са гигабитним капацитетом), дефинисану у ITU-T G.984.x серији препорука . Циљ је био да се превазиђу BPON и EPON у погледу капацитета, свестраности и нивоа услуге оператера.

GPON је дизајниран да изворно подржава троструке услуге: податке, глас и видео , нудећи већи пропусни опсег и боље алате за управљање и квалитет услуге од EPON-а. Подржава различите комбинације брзина узводног и низводног преноса, достижући до 2,488 Gbps низводно и 1,25 Gbps узводно у свом најчешћем режиму.

Иако GPON нуди напредније перформансе, ова моћ долази са својом ценом: технологија је сложенија за имплементацију, а хардвер је обично скупљи него код EPON-а. Упркос томе, за сценарије оператера, приступне мреже окоснице или кориснике са строгим захтевима за квалитет услуге (QoS) и безбедност, GPON је постао преферирани избор.

Кључне разлике између GPON-а и EPON-а

И GPON и EPON су варијанте унутар веће PON породице, али се баве донекле различитим потребама. У наставку су детаљно описане тачке где је разлика између ове две технологије најприметнија : брзина преноса података, однос оптичке поделе, архитектура, QoS, OAM и цена.

Брзине и пропусни опсег: GPON наспрам EPON-а

EPON нуди фиксну брзину преноса података од 1,25 Gbps узводно и низводно . Због 8b/10b кодирања, употребљиви пропусни опсег је око 1 Gbps симетрично. Ово је више него довољно за већину тренутних стамбених и малих пословних веза.

С друге стране, GPON подржава неколико профила брзине. Може да ради на 622 Mbps у оба смера, 1,25 Gbps симетрично или 2,488 Gbps низводно и 1,25 Gbps узводно . Ова флексибилност омогућава да се тип оптичког модула и профил услуге прилагоде специфичним потребама примене, оптимизујући однос трошкова и перформанси.

Нудећи двоструко (или више) пропусног опсега низводног преноса у односу на EPON, GPON пружа значајан простор за 4K/8K видео услуге, IPTV, VoIP великог обима или захтевне пословне везе . Ова асиметрија је посебно корисна у сценаријима где саобраћај преузимања далеко премашује саобраћај отпремања.

Ако вам је приоритет да имате мрежу спремну за услуге са веома великом потрошњом података у наредним годинама, превага је ка GPON-у као погоднијој опцији , иако EPON остаје више него валидан за већину стамбених случајева.

Однос оптичке поделе и број корисника

Однос поделе показује колико ONT/ONU уређаја један OLT порт може да опслужи. На пример, однос 1:32 значи да један OLT може да напаја до 32 ONT уређаја преко пасивних оптичких разделника у ODN мрежи.

У EPON-у, стандард обично ради са односом од 1:16 до 1:32 , иако је технички могуће достићи 1:64 или чак 1:128. Контролни протокол може да управља са више ONU јединица, али право ограничење долази од перформанси оптичких модула и енергетског буџета влакна.

GPON изворно подржава односе 1:32, 1:64, па чак и 1:128 у одређеним системима. Ово омогућава да једна OLT картица опслужује већи број крајњих корисника, што резултира уштедом портова и шасија у централној канцеларији.

Међутим, висок однос поделе подразумева веће слабљење: када је губитак уметања у ODN око 15–18 dB, значајно повећање односа поделе ће смањити максималну удаљеност преноса . Као референца, подељак 1:16 обично постиже око 20 km, док подељак 1:32 смањује удаљеност на око 10 km, и у GPON и у EPON.

У пракси, многи оператери више воле да не циљају увек на максимално могући однос, већ уместо тога траже равнотежу између броја корисника, удаљености и цене оптичког кабла . Са чисто теоријског становишта, GPON има више простора за високе односе, али економска предност постаје очигледна тек у великим размерама.

Мрежна архитектура и слојеви протокола

EPON се истиче по својој релативно једноставној архитектури . Подаци (глас, видео и општи IP саобраћај) су директно енкапсулирани у Ethernet оквире и шаљу се преко PON-а. Другим речима, функционише као природно проширење било које Ethernet мреже, са мање слојева енкапсулације.

GPON, с друге стране, уводи нешто сложенију структуру, са неколико логичких слојева. Ethernet и TDM оквири се прво енкапсулирају у GEM (GPON метода енкапсулације) оквире . Заузврат, легаси ATM ћелије и GEM оквири се енкапсулирају у GTC (GPON конвергенција преноса) оквир, који се на крају преноси преко PON-а.

Ова сложенија архитектура омогућава GPON-у да боље управља вишесервисним окружењима на нивоу оператера , где коегзистирају застареле ATM услуге, TDM саобраћај, IP подаци, IPTV и друге. Међутим, то такође подразумева већу сложеност у имплементацији мреже, конфигурацији и дијагностици.

Квалитет услуге (QoS) и могућности вишеструког пружања услуга

Једна од главних области у којима се GPON разликује од EPON-а је начин на који управља квалитетом услуге. GPON подразумевано укључује напредне QoS механизме како би гарантовао ниску латенцију, приоритет и минимални проток за различите типове саобраћаја (глас, видео у реалном времену, подаци итд.).

У EPON-у, основни Ethernet стандард не дефинише QoS могућности посебно за PON приступ, тако да се квалитет услуге обично постиже кроз широку употребу VLAN-ова, 802.1p приоритета и политика на edge опреми . Ово је валидно решење, али подразумева више инжењерског рада и, у многим случајевима, веће трошкове конфигурације и управљања.

Ако ваш сценарио захтева да апсолутно гарантујете квалитет осетљивих услуга као што су VoIP великог обима, професионални видео стриминг или наменске линије , GPON нуди много робуснију подршку одмах по инсталацији. У апликацијама где је QoS мање критичан, EPON више него адекватно испуњава захтеве без потребе за таквом софистицираношћу.

Управљање, рад и одржавање (OAM) и безбедност

OAM компонента је место где је GPON-ов приступ оператерског нивоа најочигледнији. Стандард дефинише неколико различитих канала управљања, као што су OAM на нивоу везе, PLOAM (OAM физичког слоја) и OMCI (ONT Management and Control Interface) . Сваки од њих обавља специфичне задатке, од сигнализације статуса и откривања грешака до ONT обезбеђивања и даљинског управљања.

Захваљујући овом одвајању контролних и управљачких равни, оператери могу да имплементирају грануларно шифровање, праћење грешака, праћење перформанси, откривање грешака и аутоматско пружање услуга на ONT/ONU уређајима, са веома финим нивоом детаља.

С друге стране, EPON се ослања на једноставније OAM механизме: индикацију квара на далеком крају (FEF), функције повратне петље, основно праћење везе и мало тога другог. Ово је довољно за многе примене, али не нуди ниво грануларне контроле и безбедности који GPON пружа у окружењима са великим оператерима.

Што се тиче безбедности, оба система подржавају шифровање, мада са неким разликама: EPON омогућава шифровање и узводног и низводног саобраћаја, док GPON обично шифрује само низводни саобраћај и допуњује га другим контролним механизмима како би га заштитио. У пракси, када су правилно конфигурисана, оба се могу сматрати безбедним за сценарије широкопојасног приступа.

Трошкови имплементације: GPON наспрам EPON-а

Да би се разумела цена имплементације GPON или EPON мреже, неопходно је јасно раздвојити три компоненте: ODN, OLT и ONU/ONT . ODN компонента (влакна, сплитери, кутије, конектори, ODF) је веома слична у обе технологије за исти број корисника и удаљености, тако да цена не показује значајне разлике.

Највећа разлика лежи у активним компонентама. У случају EPON-а, чипсети OLT-а и ONT-а су обично базирани на ASIC-овима посебно дизајнираним за Ethernet MAC слој , који су једноставнији и економичнији. EPON оптички модули су такође обично јефтинији.

У GPON-у, многи произвођачи су традиционално користили FPGA и сложенији хардвер, што повећава цену електронике. На тржишту, GPON OLT може коштати око 1,5–2 пута више од еквивалентног EPON OLT-а, а GPON ONT може бити 1,2–1,5 пута скупљи од EPON ONT-а.

Међутим, мора се узети у обзир и цена по претплатнику. Пошто GPON омогућава веће односе поделе и већи пропусни опсег по кориснику, могуће је смањити укупан број потребних OLT портова и оптимизовати потрошњу енергије и простор на главној станици. У веома густим распоређивањима, ово може учинити GPON исплативијим по кориснику од EPON-а на дужи рок , чак и ако је појединачна опрема скупља.

Генерално, EPON се доживљава као економичнија и једноставнија опција за ценово осетљиве стамбене и мала и средња предузећа, док је GPON бољи избор када постоји много корисника, напредне потребе и довољан буџет за робусније решење.

Случајеви употребе и области у којима доминирају GPON и EPON

Поред теоријских вредности, у стварном свету свака технологија је пронашла своју нишу. EPON се снажно проширио на тржиштима попут Азије и Европе , посебно међу кабловским оператерима, средњим интернет провајдерима и резиденцијалним објектима где су трошкови и компатибилност са постојећим Ethernet мрежама од највеће важности.

С друге стране, GPON је веома добро прихваћен у Сједињеним Државама и код великих телекомуникационих оператера којима су потребна решења за приступ на нивоу оператера, спремна да интегришу не само FTTH, већ и FTTB, напредне корпоративне услуге и мреже „последње миље“.

У FTTx апликацијама, EPON се често виђа у стамбеним и малим пословним FTTP/FTTH мрежама, док се GPON користи и у масовним FTTH мрежама и у корпоративном приступу и бекхолу мобилних базних станица, захваљујући већем капацитету и алатима за управљање.

Тренутно, обе технологије коегзистирају и такмиче се, а истовремено се допуњују. EPON наставља да побеђује због цене и једноставности, док GPON преовладава када су потребне велике густине, захтевни triple play и строги захтеви за QoS и OAM.

Предности и мане EPON-а и GPON-а

Укратко, предности и ограничења сваке технологије могу се јасно навести, што је изузетно корисно приликом доношења одлуке о дизајну или куповини.

Снаге ЕПОН-а

EPON нуди веома једноставну мрежну архитектуру , директно засновану на Ethernet-у, што олакшава интеграцију са остатком инфраструктуре оператера или компаније. Не захтева додатне слојеве енкапсулације за већину типичних IP услуга.

EPON компоненте (OLT, ONU, оптички модули) су обично јефтиније од својих GPON еквивалената јер користе једноставније ASIC чипове и мање захтевну оптику. Због тога су преферирани избор за многе буџетски ограничене примене.

EPON подржава и узводно и низводно шифровање , омогућавајући релативно лаку заштиту саобраћаја од краја до краја у сценаријима где је безбедност важан захтев, али без достизања софистицираности OMCI управљања GPON-а.

Снаге GPON-а

Главна предност GPON-а је његов већи пропусни опсег, посебно низводно , са профилима који достижу и до 2,488 Gbps. Ово пружа огроман простор за будуће потребе за потрошњом података и висококвалитетним видео услугама.

GPON је од темеља дизајниран за окружења са вишеструким сервисима, тако да ефикасно подржава троструку игру (глас, подаци, видео) . Комбинација GEM, GTC и QoS механизама чини га идеалном платформом за оператере који желе да консолидују многе услуге преко једне приступне мреже.

Могућност рада са високим односима поделе, као што су 1:64 или 1:128, омогућава великим GPON имплементацијама да постигну већу покривеност за крајње кориснике са мање OLT портова , значајно смањујући број шасија, картица и потрошњу енергије у централној канцеларији.

Ефикасност преноса, у комбинацији са напредним QoS, OAM и безбедносним могућностима, чини GPON веома исплативим решењем на средњи и дужи рок за кориснике високог нивоа или велике оператере , упркос већим почетним инвестицијама.

Ограничења сваке технологије

Упркос својим предностима, EPON има ограничења у квалитету услуге, напредном управљању OAM-ом и безбедносним функцијама на нивоу оператера . Неки од ових недостатака могу се решити сложеним дизајном и конфигурацијама мреже, али то повећава оперативне трошкове.

С друге стране, GPON има као главну слабост већу технолошку сложеност и трошкове својих компоненти . GPON оптички модули и чипови, посебно у ранијим генерацијама, били су знатно скупљи од оних у EPON-у, што може ометати његово усвајање у пројектима осетљивим на цену.

Еволуција ка 10G EPON, 10G GPON и даље

Захтеви корисника и добављача услуга за капацитетом настављају да расту, тако да је било само питање времена када ће се појавити брже верзије ових технологија. Данас су већ на снази имплементације 10G EPON и 10G GPON мрежа (често називане XG-PON или XGS-PON) , подижући расположиви пропусни опсег на нови ниво.

Ове варијанте од 10 Gbps се све више користе у FTTB-у (оптичко- ...мално-оптимално-оптимално-оптимално- оптимално-оптимално-оптимално-оптимално-оптимално-оптимално-оптимално-

Гледајући даље у будућност, форуми за стандардизацију и индустрија већ раде на 25G, 40G, па чак и 100G PON решењима преко оптичких влакана, са већим дометом и капацитетом за више корисника по OLT порту. Иако су још увек у мање распрострањеним фазама, они отварају пут за следећу генерацију оптичког приступа.

Занимљиво је да, упркос овим новим брзинама, основни концепт остаје исти: пасивна оптичка мрежа, топологија од тачке до више тачака и ефикасно дељење пропусног опсега . EPON и GPON, у својим различитим верзијама, наставиће да буду окосница оптичког приступа још много година.

Узимајући у обзир све ове елементе, постаје јасније зашто EPON и GPON нису међусобно искључиве технологије, већ комплементарни делови унутар PON екосистема. Док се EPON истиче по својој једноставности, исплативости и беспрекорној интеграцији са Ethernet-ом у стамбеним и малим и средњим предузећима , GPON је позициониран као идеалан избор за оператере и велике кориснике којима је потребан већи пропусни опсег, напредни QoS алати, моћан OAM и мултисервисне могућности високог нивоа. Избор између једног или другог зависи не само од саме технологије, већ и од пословног модела, буџета за оптичка влакна, броја крајњих корисника и жељеног нивоа управљања и безбедности.