Stáhněte si tento článek ve formátu .pdf
EPON a GPON jsou populární verze pasivních optických sítí (PON). Tyto sítě optických kabelů na krátkou vzdálenost se používají pro přístup k internetu, přenos hlasu přes internetový protokol (VoIP) a poskytování digitální televize v metropolitních oblastech. Další využití zahrnují backhaulová připojení pro základní stanice mobilních sítí, hotspoty Wi-Fi a dokonce i distribuované anténní systémy (DAS). Hlavní rozdíly mezi nimi spočívají v protokolech používaných pro downstream a upstream komunikaci.
Pasivní optické sítě
PON je optická síť, která používá pouze vlákna a pasivní komponenty, jako jsou rozbočovače a slučovače, nikoli aktivní komponenty, jako jsou zesilovače, opakovače nebo tvarovací obvody. Takové sítě stojí podstatně méně než sítě využívající aktivní komponenty. Hlavní nevýhodou je kratší dosah pokrytí omezený silou signálu. Zatímco aktivní optická síť (AON) může pokrýt dosah až přibližně 100 km (62 mil), PON je obvykle omezena na délku optického kabelu do 20 km (12 mil). Sítě PON se také nazývají sítě FTTH (fiber to the home).
Termín FTTx se používá k vyjádření vzdálenosti vedení optických vláken. V případě FTTH je x označení pro domácnost. Můžete se také setkat s označením FTTP nebo fiber to the premises. Další variantou je FTTB pro optické vlákno do budovy. Tyto tři verze definují systémy, kde optické vlákno vede až od poskytovatele služeb k zákazníkovi. V ostatních formách není optické vlákno vedeno až k zákazníkovi. Místo toho je vedeno do přechodného uzlu v sousedství. Tento způsob se nazývá FTTN (fiber to the node). Další variantou je FTTC neboli fiber to the curb. Ani v tomto případě nevede optické vlákno až k domu. Sítě FTTC a FTTN mohou k rozšíření služeb za nižší cenu využívat nestíněnou kroucenou dvojlinku (UTP) měděného telefonního vedení zákazníka. Například rychlá linka ADSL přenáší data z optických vláken do zařízení zákazníka.
Typické uspořádání PON je síť typu point to multi-point (P2MP), kde centrální terminál optické linky (OLT) v zařízení poskytovatele služeb distribuuje televizní nebo internetové služby až 16 až 128 zákazníkům na jednu optickou linku (viz obrázek). Optické rozbočovače, pasivní optická zařízení, která rozdělují jeden optický signál na více stejných, ale méně výkonných signálů, distribuují signály k uživatelům. Optická síťová jednotka (ONU) ukončuje PON u zákazníka doma. Jednotka ONU obvykle komunikuje s optickým síťovým terminálem (ONT), což může být samostatná krabička, která propojuje PON s televizory, telefony, počítači nebo bezdrátovým směrovačem. ONU/ONT může být jedno zařízení.
V základním způsobu provozu pro downstream distribuci na jedné vlnové délce světla z OLT do ONU/ONT dostávají všichni zákazníci stejná data. Jednotka ONU rozpozná data zaměřená na každého uživatele. Pro upstream od ONU k OLT se používá technika časového multiplexu (TDM), kdy je každému uživateli přidělen timeslot na jiné vlnové délce světla. Při tomto uspořádání fungují rozdělovače jako slučovače výkonu. Přenosy proti proudu, tzv. operace v režimu burst, probíhají náhodně podle toho, jak uživatel potřebuje odeslat data. Systém přidělí slot podle potřeby. Protože metoda TDM zahrnuje více uživatelů na jednom přenosu, je rychlost přenosu dat proti proudu vždy nižší než rychlost přenosu po proudu.
GPON
V průběhu let byly vyvinuty různé standardy PON. Koncem 90. let 20. století vytvořila Mezinárodní telekomunikační unie (ITU) standard APON, který pro dálkový přenos paketů využíval asynchronní přenosový režim (ATM). Protože se ATM již nepoužívá, byla vytvořena novější verze nazvaná širokopásmový PON neboli BPON. Tento standard označený jako ITU-T G.983 umožňoval rychlost 622 Mbit/s směrem dolů a 155 Mbit/s směrem nahoru.
Ačkoli se BPON může v některých systémech stále používat, většina současných sítí používá GPON neboli gigabitový PON. Standardem ITU-T je G.984. Poskytuje rychlost 2,488 Gbits/s směrem dolů a 1,244 Gbits/s směrem nahoru.
GPON používá optický multiplex s dělením vlnové délky (WDM), takže jedno vlákno lze použít pro data směrem dolů i nahoru. Laser na vlnové délce (λ) 1490 nm přenáší downstream data. Upstream data přenáší na vlnové délce 1310 nm. Pokud je distribuována televize, používá se vlnová délka 1550 nm.
Když každá jednotka ONU získá plnou downstream rychlost 2,488 Gbits/s, GPON používá formát vícenásobného přístupu s časovým dělením (TDMA), který každému uživateli přidělí určitý časový slot. Tím se šířka pásma rozdělí tak, že každý uživatel dostane zlomek, například 100 Mbits/s, v závislosti na tom, jak ji poskytovatel služeb přidělí.
Síla proti proudu je nižší než maximální, protože je sdílena s ostatními jednotkami ONU ve schématu TDMA. OLT určuje vzdálenost a časové zpoždění každého účastníka. Software pak poskytuje způsob, jak každému uživateli přidělit timesloty pro upstream data.
Typické rozdělení jednoho vlákna je 1:32 nebo 1:64. V případě, že je to možné, je třeba provést rozdělení na dvě části. To znamená, že každé vlákno může obsluhovat až 32 nebo 64 účastníků. V některých systémech jsou možné poměry rozdělení až 1:128.
Co se týče formátu dat, pakety GPON mohou zpracovávat přímo pakety ATM. Připomeňme, že ATM vše balí do 53bajtových paketů, přičemž 48 je určeno pro data a 5 pro režii. GPON také používá obecnou metodu zapouzdření pro přenos jiných protokolů. Může zapouzdřit Ethernet, IP, TCP, UDP, T1/E1, video, VoIP nebo jiné protokoly podle potřeby přenosu dat. Minimální velikost paketu je 53 bajtů a maximální 1518. Šifrování AES se používá pouze směrem dolů.
Nejnovější verzí GPON je 10gigabitová verze nazývaná XGPON nebo 10G-PON. S rostoucí poptávkou po videu a televizních službách OTT (over the top) roste potřeba zvýšit rychlost linek, aby bylo možné zpracovat obrovské množství dat videa ve vysokém rozlišení. K tomuto účelu slouží technologie XGPON. Standardem ITU je G.987.
Maximální rychlost XGPON je 10 Gbit/s (9,95328) downstream a 2,5 Gbit/s (2,48832) upstream. Používají se různé vlnové délky WDM, 1577 nm downstream a 1270 nm upstream. To umožňuje koexistenci služby 10 Gbit/s na stejném vlákně se standardním GPON. Optické rozdělení je 1:128 a formátování dat je stejné jako u GPON. Maximální dosah je stále 20 km. Systém XGPON zatím není široce implementován, ale poskytuje poskytovatelům služeb a zákazníkům vynikající cestu k upgradu.
Většina PON je nakonfigurována takto. Počet rozbočovačů a úrovní rozdělení se liší podle výrobce a systému. Poměry rozdělení jsou obvykle 1:32 nebo 1:64, ale mohou být i vyšší.
EPON
Institut elektrických a elektronických inženýrů (IEEE) vyvinul další novější standard PON. EPON 802.3ah vychází z normy Ethernet 802.3 a specifikuje podobnou pasivní síť s dosahem až 20 km. Používá WDM se stejnými optickými frekvencemi jako GPON a TDMA. Hrubá rychlost přenosu dat po lince je 1,25 Gbits/s ve směru downstream i upstream. Někdy tuto síť uslyšíte označovat jako Gigabit Ethernet PON nebo GEPON.
EPON je plně kompatibilní s ostatními standardy Ethernetu, takže při připojení k sítím založeným na Ethernetu není na obou stranách nutná žádná konverze nebo zapouzdření. Používá se stejný ethernetový rámec s užitečným zatížením až 1518 bajtů. EPON nepoužívá přístupovou metodu CSMA/CD používanou v jiných verzích Ethernetu. Vzhledem k tomu, že Ethernet je primární síťovou technologií používanou v lokálních sítích (LAN) a nyní i v metropolitních sítích (MAN), není nutná konverze protokolu.
Existuje také verze Ethernetu o rychlosti 10 Gbit/s s označením 802.3av. Skutečná rychlost linky je 10,3125 Gbit/s. Primární režim je 10 Gbit/s proti proudu i po proudu. Varianta používá 10 Gbit/s downstream a 1 Gbit/s upstream. Verze s rychlostí 10 Gbit/s používají různé vlnové délky optického vlákna, 1575 až 1580 nm downstream a 1260 až 1280 nm upstream, takže systém s rychlostí 10 Gbit/s lze multiplexovat na stejném vlákně jako standardní systém s rychlostí 1 Gbit/s.
Shrnutí
Telekomunikační společnosti používají PON k poskytování služeb triple play, včetně televizních, telefonních VoIP a internetových služeb účastníkům. Výhodou jsou mnohem vyšší přenosové rychlosti, které jsou nezbytné pro distribuci videa a další internetové služby. Nízké náklady na pasivní komponenty znamenají jednodušší systémy s menším počtem komponent, které selhávají nebo vyžadují údržbu. Hlavní nevýhodou je menší možný dosah, který běžně nepřesahuje 20 km nebo 12 mil. Obliba PON roste s tím, jak roste poptávka po rychlejších internetových službách a větším množství videa. V USA je nejoblíbenější GPON, například systém Foist společnosti Verizon. Systémy EPON jsou rozšířenější v Asii a Evropě.
Stáhněte si tento článek ve formátu .pdf
1. Frenzel, Louis, Principles of Electronic Communications Systems, McGraw Hill, 2008. odkazy
2. Lippi’s, Nicholas, GPON vs. Gigabit Ethernet in Campus Networking, únor 2012.
3. Trots, Joe, An Overview of GPON in the Access Network, prezentace pro Ericsson, listopad 2008.
Titulek
Většina PON je nakonfigurována takto. Počet rozbočovačů a úrovní rozdělení se liší podle dodavatele a systému. Poměry rozdělení jsou obvykle 1:32 nebo 1:64, ale mohou být i vyšší.