Що таке GPON та EPON: відмінності, переваги та використання

Інформатек Діджитал » Ресурси » Що таке GPON та EPON: відмінності, переваги та використання

Якщо ви розглядаєте варіанти «оптико-додому» або «оптико-до бізнесу» , ви, ймовірно, зустрічали дві абревіатури, які повторюються знову і знову: GPON та EPON. На перший погляд вони здаються майже однаковими, але існують суттєві відмінності в швидкості, послугах, вартості та складності мережі, про які вам слід знати, перш ніж приймати рішення про розгортання або покупку.

У наступних рядках ми чітко пояснимо, що таке PON, як розвивалися різні варіанти (APON, BPON, EPON, GPON), реальні відмінності між GPON та EPON з точки зору швидкості, ємності, QoS, OAM та ціни , а також коли вигідніше вибрати одну технологію над іншою. Мета полягає в тому, щоб ви закінчили цю статтю з чітким розумінням того, яка з них найкраще відповідає вашим потребам: оператора, великого підприємства, малого та середнього підприємства чи житлового середовища.

Що таке мережа PON і чому вона така важлива в FTTH?

Коли ми говоримо про PON, ми маємо на увазі пасивну оптичну мережу . Це архітектура доступу на основі оптоволоконного зв'язку, в якій між оптичним лінійним терміналом (OLT), розташованим у центральному офісі, та оптичними мережевими блоками (ONU або ONT), розташованими вдома чи на підприємстві, немає проміжного активного обладнання: лише оптоволоконні волокна та пасивні компоненти.

Ця оптична розподільча мережа, відома як ODN (оптична розподільча мережа) , складається з волоконно-оптичних кабелів, оптичних розподільних рам (ODF), оптичних розгалужувачів, з'єднувачів та корпусів або шаф. Ці пасивні компоненти утворюють топологію «точка-багатоточка» (P2MP), яка дозволяє одному OLT обслуговувати десятки або навіть сотні ONT/ONU, використовуючи один і той самий волоконно-оптичний кабель.

Порівняно з такими рішеннями, як P2P (точка-точка) або комутатори у сценаріях FTTC, мережі PON зменшують споживання енергії , вимоги до зовнішнього простору, кількість необхідних волокон та рівень відмов , оскільки пасивні компоненти практично безвідмовні та не потребують зовнішнього джерела живлення. Саме тому вони стали ключовою технологією для масового розгортання FTTB/FTTH.

Ключова перевага PON полягає в тому, що завдяки поєднанню оптичних розгалужувачів та мультиплексування, пропускну здатність можна розподілити між багатьма користувачами , зберігаючи при цьому керованість інвестицій в ODN. Реальна різниця у вартості між GPON та EPON, як ми побачимо, пов'язана головним чином з електронікою та оптичними модулями OLT/ONU, а не з кабелями чи розгалужувачами.

Еволюція технології PON: від APON та BPON до EPON та GPON

Сімейство PON не почалося з GPON чи EPON. До них існували інші стандарти, які проклали шлях і допомагають пояснити, чому EPON та GPON співіснують у розгортанні широкосмугового доступу сьогодні.

Що таке АПОН?

Наприкінці 90-х років ITU визначила APON як систему PON, яка використовує ATM (асинхронний режим передачі) для передачі пакетів. У той час ATM був основою багатьох магістральних мереж та мереж доступу, тому було цілком логічно скористатися перевагами його статистичного мультиплексування та управління якістю обслуговування.

APON поєднала мультиплексування ATM з пасивними оптичними розгалужувачами та OLT, щоб отримати рішення для доступу, яке коштувало від 20% до 40% менше, ніж традиційні системи PDH/SDH з комутацією каналів. Це був перший важливий крок до ідеї «спільного оптоволокна» для користувача.

Що таке BPON?

З невпинним розвитком Ethernet, APON відстав. Це призвело до появи BPON (Broadband PON), який по суті є еволюцією стандарту APON, орієнтованого на широкосмуговий доступ . Спочатку відомий як APON, зміна назви на BPON мала на меті підкреслити його зосередженість на послугах з високою пропускною здатністю.

BPON все ще базується на ATM, але пропонує швидкість приблизно 155 Мбіт/с для висхідного потоку та 622 Мбіт/с для низхідного потоку , а також включає динамічний розподіл пропускної здатності та покращені механізми захисту. Це дозволяє надавати такі послуги, як доступ до Ethernet, передача відео та високошвидкісні орендовані лінії, через ту саму інфраструктуру PON.

Що таке ЕПОН?

Наступний крок вперед відбувся завдяки IEEE з EPON (пасивною оптичною мережею Ethernet). Метою було створення пасивної оптичної мережі, яка б використовувала наскрізний Ethernet , спрощуючи стек протоколів та зменшуючи витрати порівняно з BPON.

EPON стандартизовано відповідно до IEEE 802.3 та використовує технологію PON на фізичному рівні, тоді як на канальному рівні він безпосередньо покладається на кадри Ethernet. Номінальна швидкість становить 1,25 Гбіт/с для висхідного та низхідного потоків, з використанням кодування 8b/10b, що забезпечує корисну швидкість приблизно 1 Гбіт/с для симетричного передавання даних.

EPON використовує WDM (мультиплексування з поділом довжин хвиль) для досягнення двонаправленої передачі по одному волокну : одна довжина хвилі для низхідного потоку та інша для висхідного потоку. Спільний доступ до висхідного потоку досягається за допомогою TDMA (множинний доступ з часовим поділом), де OLT планує час передачі, виділений кожному ONU.

Велика привабливість EPON полягає в тому, що він поєднує низьку вартість, простоту архітектури та повну сумісність з Ethernet , що зробило його дуже популярним у житлових приміщеннях, серед кабельних операторів, постачальників бездротового зв'язку (WISP) та малих та середніх підприємств, особливо в Азії та більшій частині Європи.

Що таке GPON?

Паралельно, ITU розробила GPON (гігабітну пасивну оптичну мережу), визначену в серії рекомендацій ITU-T G.984.x. Метою було вийти за рамки BPON та EPON з точки зору ємності, універсальності та рівня обслуговування операторів.

GPON розроблений для підтримки потрійних сервісів: даних, голосу та відео , пропонуючи більшу пропускну здатність, кращі інструменти керування та якість обслуговування, ніж EPON. Він підтримує різні комбінації швидкостей висхідного та низхідного потоків, досягаючи 2,488 Гбіт/с низхідного потоку та 1,25 Гбіт/с висхідного потоку в найпоширенішому режимі.

Хоча GPON пропонує покращену продуктивність, ця перевага має свою ціну: технологія складніша в реалізації, а апаратне забезпечення, як правило, дорожче, ніж у EPON. Незважаючи на це, для сценаріїв операторів зв'язку, магістральних мереж доступу або клієнтів із суворими вимогами до якості обслуговування та безпеки GPON став кращим вибором.

Ключові відмінності між GPON та EPON

Як GPON, так і EPON є варіантами в рамках більшої родини PON, але вони задовольняють дещо різні потреби. Нижче детально описано моменти, де різниця між цими двома технологіями найбільш помітна : швидкість передачі даних, коефіцієнт оптичного поділу, архітектура, якість обслуговування (QoS), OAM та вартість.

Швидкість та пропускна здатність: GPON проти EPON

EPON пропонує фіксовану швидкість передачі даних 1,25 Гбіт/с для висхідного та низхідного потоків . Завдяки кодуванню 8b/10b, корисна пропускна здатність становить близько 1 Гбіт/с симетрично. Цього більш ніж достатньо для більшості сучасних житлових та малих бізнес-підключень.

GPON, з іншого боку, підтримує кілька профілів швидкості. Він може працювати зі швидкістю 622 Мбіт/с в обох напрямках, 1,25 Гбіт/с симетрично або 2,488 Гбіт/с вниз по потоку та 1,25 Гбіт/с угору по потоку . Ця гнучкість дозволяє адаптувати тип оптичного модуля та профіль обслуговування до конкретних потреб розгортання, оптимізуючи співвідношення вартості та продуктивності.

Пропонуючи вдвічі (або більше) перевищує пропускну здатність для вхідного каналу порівняно з EPON, GPON забезпечує значний запас для відеопослуг 4K/8K, IPTV, VoIP з великим обсягом передачі даних або вимогливих корпоративних з'єднань . Ця асиметрія особливо вигідна в сценаріях, коли трафік завантаження значно перевищує трафік вивантаження.

Якщо вашим пріоритетом є підготовка мережі до послуг з дуже високим споживанням даних у найближчі роки, перевага схиляється до GPON як більш зручного варіанту , хоча EPON залишається більш ніж прийнятним для більшості житлових випадків.

Коефіцієнт оптичного поділу та кількість користувачів

Коефіцієнт поділу вказує, скільки ONT/ONU може обслуговувати один порт OLT. Наприклад, коефіцієнт 1:32 означає, що один OLT може живити до 32 ONT через пасивні оптичні розгалужувачі в ODN.

У EPON стандарт зазвичай працює зі співвідношенням від 1:16 до 1:32 , хоча технічно можливо досягти 1:64 або навіть 1:128. Протокол керування може керувати більшою кількістю ONU, але реальне обмеження полягає в продуктивності оптичних модулів та бюджеті потужності волокна.

GPON вбудовано підтримує співвідношення 1:32, 1:64 і навіть 1:128 у деяких системах. Це дозволяє одній OLT-карті обслуговувати більшу кількість кінцевих користувачів, що призводить до економії портів і шасі в центральному офісі.

Однак, високий коефіцієнт розділення сигналу передбачає більше затухання: коли внесені втрати в ODN становлять близько 15–18 дБ, значне збільшення коефіцієнта розділення сигналу зменшить максимальну дальність передачі . Для довідки, розділення 1:16 зазвичай досягає близько 20 км, тоді як розділення 1:32 зменшує відстань приблизно до 10 км, як у GPON, так і в EPON.

На практиці багато операторів не завжди прагнуть максимально можливого співвідношення, а натомість шукають баланс між кількістю користувачів, відстанню та вартістю оптичного кабелю . З чисто теоретичної точки зору, GPON має більше можливостей для високих співвідношень, але економічна перевага стає очевидною лише при масштабному розгортанні.

Архітектура мережі та рівні протоколу

EPON вирізняється своєю відносно простою архітектурою . Дані (голос, відео та загальний IP-трафік) інкапсулюються безпосередньо в кадри Ethernet та надсилаються через PON. Іншими словами, він працює як природне розширення будь-якої мережі Ethernet з меншою кількістю шарів інкапсуляції.

GPON, з іншого боку, впроваджує дещо складнішу структуру з кількома логічними рівнями. Кадри Ethernet та TDM спочатку інкапсулюються в кадри GEM (метод інкапсуляції GPON) . У свою чергу, комірки ATM застарілих моделей та кадри GEM інкапсулюються в кадр GTC (конвергенція передачі GPON), який зрештою передається через PON.

Ця більш складна архітектура дозволяє GPON краще керувати мультисервісними середовищами операторського рівня , де співіснують застарілі служби ATM, TDM-трафік, IP-дані, IPTV та інші. Однак це також тягне за собою більшу складність у реалізації, конфігурації та діагностиці мережі.

Якість обслуговування (QoS) та мультисервісні можливості

Одна з головних відмінностей GPON від EPON полягає в управлінні якістю обслуговування. GPON за замовчуванням включає вдосконалені механізми QoS , щоб гарантувати низьку затримку, пріоритет і мінімальну пропускну здатність для різних типів трафіку (голос, відео в реальному часі, дані тощо).

В EPON базовий стандарт Ethernet не визначає можливості QoS спеціально для доступу PON, тому якість обслуговування зазвичай досягається завдяки широкому використанню VLAN, пріоритетів 802.1p та політик на периферійному обладнанні . Це дієве рішення, але воно передбачає більше інженерних робіт та, в багатьох випадках, вищі витрати на конфігурацію та управління.

Якщо ваш сценарій вимагає абсолютної гарантії якості чутливих послуг, таких як VoIP з великим обсягом даних, професійне потокове відео або виділені лінії , GPON пропонує набагато надійнішу готову підтримку. У застосунках, де QoS менш критична, EPON більш ніж адекватно відповідає вимогам без необхідності такої складності.

Управління, експлуатація та технічне обслуговування (OAM) і безпека

Компонент OAM – це те, де підхід GPON операторського рівня найбільш очевидний. Стандарт визначає кілька окремих каналів управління, таких як OAM канального рівня, PLOAM (OAM фізичного рівня) та OMCI (інтерфейс керування та контролю ONT) . Кожен з них обробляє певні завдання, від сигналізації стану та виявлення несправностей до забезпечення ONT та дистанційного керування.

Завдяки такому розділенню площин контролю та управління, оператори можуть впроваджувати детальне шифрування, моніторинг помилок, моніторинг продуктивності, виявлення несправностей та автоматичне надання послуг на ONT/ONU з дуже високим рівнем деталізації.

З іншого боку, EPON спирається на простіші механізми OAM: індикацію несправностей на дальньому кінці (FEF), функції зворотного зв'язку, базовий моніторинг каналу зв'язку та багато іншого. Цього достатньо для багатьох розгортань, але це не пропонує такого рівня детального контролю та безпеки , який забезпечує GPON у середовищах з великими операторами.

Що стосується безпеки, обидві системи підтримують шифрування, хоча й з деякими відмінностями: EPON дозволяє шифрувати як висхідний, так і низхідний трафік, тоді як GPON зазвичай шифрує лише низхідний трафік і доповнює його іншими механізмами контролю для його захисту. На практиці, за умови правильного налаштування, обидві системи можна вважати безпечними для сценаріїв широкосмугового доступу.

Витрати на впровадження: GPON проти EPON

Щоб зрозуміти вартість розгортання GPON або EPON, необхідно чітко розмежувати три компоненти: ODN, OLT та ONU/ONT . Компонент ODN (волокна, розгалужувачі, коробки, з'єднувачі, ODF) дуже схожий в обох технологіях для однакової кількості користувачів та відстаней, тому вартість не показує суттєвих відмінностей.

Найбільша різниця полягає в активних компонентах. У випадку EPON, чіпсети OLT та ONT зазвичай базуються на ASIC, спеціально розроблених для рівня Ethernet MAC , які є простішими та економічнішими. Оптичні модулі EPON також зазвичай дешевші.

У GPON багато виробників традиційно використовували FPGA та складніше обладнання, що збільшувало вартість електроніки. На ринку GPON OLT може коштувати приблизно в 1,5–2 рази дорожче, ніж еквівалентний EPON OLT, а GPON ONT може бути в 1,2–1,5 рази дорожчим за EPON ONT.

Однак, слід також враховувати вартість на одного абонента. Оскільки GPON дозволяє використовувати вищі коефіцієнти розподілу та більшу пропускну здатність на користувача, можна зменшити загальну кількість необхідних портів OLT та оптимізувати споживання енергії й простір головної станції. У дуже щільних розгортаннях це може зробити GPON більш економічно ефективним на одного користувача, ніж EPON, у довгостроковій перспективі , навіть якщо окреме обладнання дорожче.

Як правило, EPON сприймається як більш економічний та простіший варіант для ціноутворюючих приватних клієнтів та клієнтів малого та середнього бізнесу, тоді як GPON краще підходить, коли є багато користувачів, складні потреби та достатній бюджет для більш надійного рішення.

Варіанти використання та області, де домінують GPON та EPON

Окрім теоретичних значень, у реальному світі кожна технологія знайшла свою нішу. EPON значно розширилася на таких ринках, як Азія та Європа , особливо серед кабельних операторів, середніх інтернет-провайдерів та житлових приміщень, де вартість та сумісність з існуючими мережами Ethernet мають першочергове значення.

З іншого боку, GPON був дуже добре сприйнятий у Сполучених Штатах та великими телекомунікаційними операторами , яким потрібні рішення доступу операторського рівня, готові інтегрувати не лише FTTH, але й FTTB, розширені корпоративні послуги та магістральні мережі «останньої милі».

У застосунках FTTx EPON часто використовується в житлових та малих бізнес-сетях FTTP/FTTH, тоді як GPON використовується як у масових FTTH, так і в корпоративному доступі та мобільному транспортному з'єднанні базових станцій завдяки своїй більшій ємності та інструментам управління.

Наразі обидві технології співіснують та конкурують, водночас доповнюючи одна одну. EPON продовжує перемагати завдяки ціні та простоті, тоді як GPON переважає, коли потрібні висока щільність, потрійний доступ та суворі вимоги до QoS та OAM.

Переваги та недоліки EPON та GPON

Підсумовуючи, можна чітко перерахувати сильні та обмежені сторони кожної технології, що надзвичайно корисно під час прийняття рішення щодо дизайну чи покупки.

Сильні сторони EPON

EPON пропонує дуже просту мережеву архітектуру , що базується безпосередньо на Ethernet, що полегшує інтеграцію з рештою інфраструктури оператора або компанії. Він не потребує додаткових шарів інкапсуляції для більшості типових IP-сервісів.

Компоненти EPON (OLT, ONU, оптичні модулі) зазвичай дешевші за їхні еквіваленти GPON, оскільки вони використовують простіші ASIC та менш вимогливу оптику. Це робить їх кращим вибором для багатьох бюджетних розгортань.

EPON підтримує шифрування як висхідного, так і низхідного потоку , що дозволяє відносно легко захищати наскрізний трафік у сценаріях, де безпека є важливою вимогою, але без досягнення такої складності управління OMCI, як у GPON.

Сильні сторони GPON

Головною перевагою GPON є його вища пропускна здатність, особливо для потокового передавання даних , з профілями, що сягають 2,488 Гбіт/с. Це забезпечує величезний запас для майбутніх потреб у споживанні даних та високоякісних відеопослуг.

GPON був розроблений з нуля для багатосервісних середовищ, тому він ефективно підтримує потрійну гру (голос, дані, відео) . Поєднання механізмів GEM, GTC та QoS робить його ідеальною платформою для операторів, які хочуть консолідувати багато послуг в одній мережі доступу.

Можливість роботи з високими коефіцієнтами поділу, такими як 1:64 або 1:128, дозволяє великим розгортанням GPON досягати більшого покриття для кінцевих користувачів з меншою кількістю портів OLT , значно зменшуючи кількість шасі, плат та споживання енергії в центральному офісі.

Ефективність передачі даних у поєднанні з розширеними можливостями QoS, OAM та безпеки робить GPON дуже економічно ефективним рішенням у середньостроковій та довгостроковій перспективі для користувачів високого рівня або великих операторів , незважаючи на вищі початкові інвестиції.

Обмеження кожної технології

Незважаючи на свої переваги, EPON має обмеження щодо якості обслуговування, розширеного управління OAM та функцій безпеки операторського рівня . Деякі з цих недоліків можна вирішити за допомогою складного проектування та конфігурації мережі, але це збільшує експлуатаційні витрати.

З іншого боку, GPON має як головний недолік більшу технологічну складність та вартість своїх компонентів . Оптичні модулі та чіпсети GPON, особливо в попередніх поколіннях, були значно дорожчими, ніж ті, що в EPON, що може перешкоджати його впровадженню в проектах, чутливих до ціни.

Еволюція до 10G EPON, 10G GPON та далі

Потреби користувачів і постачальників послуг у потужності продовжують зростати, тому поява швидших версій цих технологій була лише питанням часу. Сьогодні вже використовуються технології 10G EPON та 10G GPON (часто звані XG-PON або XGS-PON) , що виводить доступну пропускну здатність на новий рівень.

Ці варіанти зі швидкістю 10 Гбіт/с все частіше використовуються в FTTB (оптико-оптичне з’єднання до будівлі) та в корпоративному доступі , де потрібні дуже високі швидкості, розподілені між значною кількістю користувачів або послуг, зберігаючи філософію пасивної мережі.

Забігаючи вперед, форуми зі стандартизації та галузь вже працюють над рішеннями PON 25G, 40G та навіть 100G через оптоволоконний зв'язок, з більшою дальністю та ємністю для більшої кількості користувачів на порт OLT. Хоча вони все ще знаходяться на менш поширених стадіях, вони прокладають шлях для наступного покоління оптичного доступу.

Цікаво, що, незважаючи на ці нові швидкості, основна концепція залишається незмінною: пасивна оптична мережа, топологія «точка-багато точок» та ефективне розподілення пропускної здатності . EPON та GPON у своїх різних версіях залишатимуться основою оптоволоконного доступу протягом багатьох років.

Враховуючи всі ці елементи, стає зрозумілішим, чому EPON та GPON не є взаємовиключними технологіями, а радше взаємодоповнюючими елементами екосистеми PON. Хоча EPON вирізняється своєю простотою, економічною ефективністю та безшовною інтеграцією з Ethernet у житлових приміщеннях та середовищі малого та середнього бізнесу , GPON позиціонується як ідеальний вибір для операторів та великих клієнтів, яким потрібна більша пропускна здатність, передові інструменти QoS, потужна OAM та високорівневі мультисервісні можливості. Вибір між одним чи іншим залежить не лише від самої технології, але й від бізнес-моделі, бюджету на оптоволоконне з'єднання, кількості кінцевих користувачів та бажаного рівня управління та безпеки.