Технологии GPON и EPON в сети FTTH

В предыдущем посте мы упомянули, что оптическая распределительная рама (ODF) является одним из компонентов оптической распределительной сети (ODN), а ODN является частью Пассивная оптическая сеть системе (PON). PON — это ключевая технология для реализации FTTx и обеспечения оптоволоконного доступа по схеме «точка — множество точек» (P2MP). Тогда что такое GPON и EPON? В чём различия между EPON и GPON? Чтобы получить полное представление об этих двух технологиях, рассмотрим подробнее технологию GPON и EPON в сети FTTH.

Что такое PON?

PON (пассивная оптическая сеть) — это основополагающая технология FTTx. Это сеть оптоволоконной связи, обеспечивающая конечным пользователям широкополосный доступ к сети. Эта пассивная оптическая сеть характеризуется разделением сигнала без необходимости электропитания. Она состоит из OLT (терминала оптической линии), ONU (оптического сетевого блока) и ODN. PON использует топологию P2MP. По сравнению с другими решениями оптоволоконных сетей доступа, такими как соединение точка-точка (P2P) и Fibre to the Curb (FTTC), архитектура PON является взаимовыгодным решением, позволяющим сократить затраты на передачу данных и снизить частоту отказов на стороне доступа.

Что такое GPON и EPON?

И Ethernet Passive Optical Network (EPON), и Gigabit Passive Optical Network (GPON) являются разновидностями PON. Они появились в результате различных потребностей, возникавших в разные периоды, для обеспечения широкополосного доступа по оптоволокну в сетях с топологией P2MP.

EPON — это технология PON на основе Ethernet, соответствующая стандарту IEEE 802.3. IEEE опубликовал первоначальную версию в 2004 году. В ней технология PON используется на физическом уровне (уровень 1), а протокол Ethernet — на канальном уровне (уровень 2), что обеспечивает доступ Ethernet благодаря топологии PON и позволяет предоставлять несколько услуг через Ethernet. Она объединяет технологии Ethernet и PON в одной системе и наследует преимущества обеих.

Ethernet PON использует технологию WDM (мультиплексирование с разделением по длине волны) для двунаправленной передачи по одному волокну. Для нисходящей передачи данных используется широкополосная технология, а для восходящей передачи применяется технология множественного доступа с временным разделением (TDMA). 

GPON, гигабитная технология PON, основана на стандарте ITU-TG.984.x. Это новейший стандарт широкополосного доступа по пассивному оптическому волокну. GPON обладает преимуществами высокой пропускной способности, высокой эффективности, широкого покрытия и разнообразия интерфейсов доступа пользователей, поэтому пользователи операторского класса считают ее оптимальным решением для предоставления широкополосного доступа в сетях доступа и комплексной трансформации.

В чем разница между EPON и GPON?

GPON и EPON — история происхождения

Появление EPON позволило преодолеть ограничения PON предыдущего поколения. Его старший брат (BPON) использует ATM в качестве технологии 2-го уровня и может обеспечить пропускную способность не более 600Mbit/s. Ethernet PON внедряет Ethernet в сеть широкополосного доступа по оптоволокну, обеспечивая вдвое более высокую скорость по сравнению с Broadband PON. Он сохраняет преимущества Ethernet: низкую стоимость, гибкость протокола и зрелость технологии. Поэтому EPON имеет широкий спектр применения и отличается совместимостью.

GPON перенимает опыт своих двух старших братьев, развивает услуги тройной игры BPON и восполняет недостатки EPON в универсальности и пропускной способности. Он ориентирован на телекоммуникационную отрасль и отвечает потребностям мультисервисного доступа к полноценным услугам с гарантированным качеством обслуживания (QoS). Он стремится стать оптимальным, универсальным и наиболее эффективным решением.

GPON против EPON — пропускная способность

Вкратце, максимальная скорость передачи данных GPON в два раза выше, чем у EPON, а различие заключается в скорости нисходящего потока, несимметричной скорости передачи данных и возможности выбора нескольких скоростей. 

EPON обеспечивает максимальную скорость передачи данных в нисходящем направлении 1.25 Gbit/s, такую же, как и скорость в восходящем направлении. Однако GPON поддерживает три режима скорости передачи данных: параллельную скорость 622 Mbp/s в восходящем и нисходящем направлениях, параллельную скорость 1.25Gbit/s в обоих направлениях и асимметричную скорость 2.488 Gbit/s в нисходящем направлении и 1.25Gbit/s в восходящем направлении. Во-первых, поддержка трёх скоростей обеспечивает гибкое решение для конкретного вида услуг. Во-вторых, GPON предлагает вдвое большую пропускную способность, чем EPON, обеспечивая беспрецедентно высокую пропускную способность технологии PON — до 2.488 Gbit/s в нисходящем направлении. Кроме того, асимметричная характеристика делает его более подходящим для услуг широкополосной передачи данных.

GPON против EPON — коэффициенты оптического разветвления

Коэффициенты разветвления определяют, сколько ONU может обслуживать один OLT. Чем больше знаменатель, тем больше терминалов можно подключить при фиксированном количестве OLT. В целом стандартный коэффициент разветвления EPON составляет 1:32. Разумеется, он может поддерживать меньший или больший коэффициент разветвления: 1:16, 1:64 или 1:128. GPON поддерживает типичный коэффициент разветвления 1:32 или 1:64, а в некоторых системах доступен коэффициент 1:128.

Итак, чем выше коэффициент разветвления, тем лучше? Нет, чрезмерно высокий коэффициент разветвления увеличивает стоимость оптических модулей и обычно снижает производительность (дальность передачи). Например, а GPON SFP стоит дороже, чем EPON SFP. Чем больше абонентов обслуживает ответвление, тем выше оптическое затухание, вызванное вносимыми потерями PON. Например, при коэффициенте разветвления 1:16 максимальная дальность передачи составляет 20 км; при коэффициенте разветвления 1:32 она достигает только 10 км.

GPON против EPON — Многоуровневая архитектура

EPON имеет простую сетевую архитектуру. Для передачи данных, голоса и видео он напрямую использует кадр Ethernet. Данные на основе IP преобразуются в кадр Ethernet, а затем передаются через PON.

В GPON есть три «уровня 2». Сначала кадры TDM и Ethernet упаковываются в кадры GEM. Затем ячейки ATM и кадры GEM инкапсулируются в кадр GTC и передаются через PON.

GPON и EPON — универсальность

Многофункциональный 

GPON соответствует стандарту G.984.X, который поддерживает услуги triple-play — передачу данных, голоса и видео, отвечая требованиям операторского комплексного обслуживания. 

Качество обслуживания (QoS)

GPON изначально поддерживает QoS для всех услуг, тогда как для EPON требуются дополнительные затраты на ручную настройку метки VLAN для включения QoS.

Управление безопасностью OAM

GPON определяет управление на различных уровнях: OAM, PLOAM (OAM физического уровня) и OMCI (интерфейс управления и контроля ONT). Каждый канал управления сообщениями выполняет свои функции для обеспечения комплексного управления безопасностью OAM. 

EPON поддерживает только простые функции OAM, такие как FEF (неисправность на дальнем конце), шлейф и мониторинг.

GPON и EPON — стоимость

Чтобы сравнить стоимость GPON и EPON, сначала следует понять стоимость компонентов сети. OLT, ONU и ODN — это три необходимые составляющие GPON и EPON. Элементы ODN включают оптические волокна, ODF, оптический сплиттер, оптический коннектор и т. д. Если количество пользователей одинаково, стоимость ODN может не сильно отличаться. Однако оптические модули и специализированные интегральные схемы, используемые в OLT и ONU, существенно различаются. Микросхема на базе FPGA для GPON значительно дороже, чем набор микросхем на базе ASIC для EPON. 

Здесь вы, возможно, выпалите: "EPON дешевле GPON". Подождите, не спешите с выводами. Помимо стоимости оборудования, существуют также расходы на абонентов. Поскольку GPON оптимизирован по производительности для более высокого коэффициента разветвления, большей пропускной способности и эффективности передачи, сокращение количества OLT может сэкономить целое состояние. Это также приводит к снижению затрат на протяжении всего жизненного цикла.

Для краткого ознакомления в таблице ниже приведены основные различия.

GPON и EPON: что лучше?

GPON и EPON: что лучше? Это актуальная тема в Интернете, вызвавшая активные обсуждения. Однако однозначного вывода в пользу того или другого варианта нет, поскольку у обоих есть свои преимущества и ограничения. Выбор зависит от текущих условий и потребностей бизнеса, таких как бюджет на создание сети, стоимость оптоволоконного подключения, количество конечных пользователей, а также расширенные требования, например к QoS и управлению безопасностью. 

Для справки приведены преимущества и недостатки EPON и GPON.

Преимущества EPON: 

простая сетевая архитектура

снижение стоимости компонентов 

поддерживают шифрование в обоих потоках

Преимущества GPON: 

максимальная пропускная способность 2.48Gbit/s в направлении нисходящего потока

поддержка нескольких сервисов

охват большего числа конечных пользователей — до 128 ONU

высокая эффективность передачи

поддерживать шифрование в нисходящем направлении

экономически выгодное решение для крупных пользователей телекоммуникационных услуг

Ограничения EPON: 

качество обслуживания (QoS)

Управление OAM

безопасность

Ограничения GPON: 

сложная сетевая технология

дорогие компоненты GPON, такие как оптические модули GPON

Заключение

После сравнения FTTH GPON и EPON и перечисления их преимуществ и недостатков приведём краткую информацию для тех, кому нужно быстро ознакомиться с руководством по выбору.

GPON пользуется популярностью среди пользователей операторского класса, которым требуются высокая пропускная способность, доступ с высокой плотностью, многосервисная услуга Triple Play, а также расширенные функции, такие как QoS, безопасность и ATM, в качестве основы сети.

EPON удобен для домашних пользователей и малых и средних предприятий, чувствительных к сложности сети и экономической эффективности, которым не требуются расширенные функции, такие как безопасность, QoS и ATM.

Оглядываясь на историю развития PON, можно отметить, что в сетях доступа набирает популярность передача по оптоволокну, обеспечивающая более высокую пропускную способность и универсальность. В современных сетях FTTH основными технологиями являются EPON и GPON. В дальнейшем 10G EPON и 10G GPON нашли применение в FTTB (оптоволокно до здания), обеспечивая более высокую скорость передачи данных на большем расстоянии и поддерживая большее число пользователей. Ожидается, что в ближайшем будущем высокоскоростная пассивная оптическая сеть дальнего действия 25G/40G/100G может стать следующим новым направлением.

Связанная статья:

Что такое оптическая распределительная рама (ODF)?

Руководство по пассивным оптическим сетям