Download denne artikel i .PDF-format
EPON og GPON er populære versioner af passive optiske netværk (PON’er). Disse korttrækkende net af fiberoptiske kabler anvendes til internetadgang, VoIP (Voice over Internet Protocol) og levering af digitalt tv i storbyområder. Andre anvendelser omfatter backhaul-forbindelser til basestationer for mobiltelefoni, Wi-Fi-hotspots og endda distribuerede antennesystemer (DAS). De primære forskelle mellem dem ligger i de protokoller, der anvendes til downstream- og upstream-kommunikation.
Passive optiske netværk
Et PON er et fibernet, der kun anvender fiber og passive komponenter som splittere og kombinatorer i stedet for aktive komponenter som forstærkere, repeatere eller formningskredsløb. Sådanne netværk koster betydeligt mindre end dem, der anvender aktive komponenter. Den største ulempe er en kortere dækningsradius, der er begrænset af signalstyrken. Mens et aktivt optisk netværk (AON) kan dække en rækkevidde på ca. 100 km (62 miles), er et PON typisk begrænset til fiberkabelstrækninger på op til 20 km (12 miles). PON’er kaldes også for FTTH-netværk (fiber to the home).
Udtrykket FTTx bruges til at angive, hvor langt en fiberforbindelse er. I FTTH står x for hjem. Du kan også se det kaldes FTTP eller fiber to the premises. En anden variant er FTTB for fiber til bygningen. Disse tre versioner definerer systemer, hvor fiberen løber hele vejen fra tjenesteudbyderen til kunden. I andre former løber fiberen ikke hele vejen til kunden. I stedet føres den til et midlertidigt knudepunkt i nabolaget. Dette kaldes FTTN for fiber to the node (fiber til knudepunktet). En anden variant er FTTC, eller fiber til kantstenen. Her løber fiberen heller ikke hele vejen til hjemmet. FTTC- og FTTN-net kan bruge kundens ubeskyttede kobberledning (UTP) til at udvide tjenesterne til en lavere pris. En hurtig ADSL-linje transporterer f.eks. fiberdata til kundens enheder.
Det typiske PON-arrangement er et P2MP-net (point to multi-point), hvor en central optisk linjeterminal (OLT) på tjenesteudbyderens anlæg distribuerer tv- eller internettjenester til op til 16 til 128 kunder pr. fiberlinje (se figuren). Optiske splittere, som er passive optiske enheder, der opdeler et enkelt optisk signal i flere lige store, men mindre kraftige signaler, distribuerer signalerne til brugerne. En optisk netværksenhed (ONU) afslutter PON’en ved kundens hjem. ONU’en kommunikerer normalt med en optisk netterminal (ONT), som kan være en separat boks, der forbinder PON’en med tv-apparater, telefoner, computere eller en trådløs router. ONU/ONT kan være én enhed.
I den grundlæggende driftsmetode for downstream-distribution på én bølgelængde af lys fra OLT til ONU/ONT modtager alle kunder de samme data. ONU’en genkender data, der er målrettet til hver enkelt bruger. For opstrømsfordelingen fra ONU til OLT anvendes en TDM-teknik (Time Division Multiplex), hvor hver bruger tildeles et tidsrum på en anden bølgelængde af lys. Med dette arrangement fungerer splitterne som strømfordelere. Transmissionerne opstrøms, kaldet burst-mode-operationer, sker tilfældigt, efterhånden som en bruger har brug for at sende data. Systemet tildeler et slot efter behov. Da TDM-metoden involverer flere brugere på en enkelt transmission, er datahastigheden opstrøms altid langsommere end datahastigheden nedstrøms.
GPON
Igennem årene er der udviklet forskellige PON-standarder. I slutningen af 1990’erne skabte Den Internationale Telekommunikationsunion (ITU) APON-standarden, som anvendte ATM (Asynchronous Transfer Mode) til pakkeoverførsel over lange strækninger. Da ATM ikke længere anvendes, blev der skabt en nyere version kaldet bredbånds-PON, eller BPON. Denne standard, der blev betegnet ITU-T G.983, gav mulighed for 622 Mbits/s downstream og 155 Mbits/s upstream.
Mens BPON stadig kan anvendes i nogle systemer, bruger de fleste nuværende net GPON eller Gigabit PON. ITU-T-standarden er G.984. Den leverer 2,488 Gbits/s downstream og 1,244 Gbits/s upstream.
GPON anvender optisk bølgelængdefordelingsmultiplexing (WDM), så en enkelt fiber kan bruges til både downstream- og upstream-data. En laser på en bølgelængde (λ) på 1490 nm overfører downstream-data. Upstream-data overføres med en bølgelængde på 1310 nm. Hvis der distribueres tv, anvendes en bølgelængde på 1550 nm.
Mens hver ONU får den fulde downstream-hastighed på 2,488 Gbits/s, anvender GPON et TDMA-format (Time Division Multiple Access) til at tildele en specifik tidslot til hver bruger. Dette deler båndbredden, så hver bruger får en brøkdel, f.eks. 100 Mbits/s, afhængigt af, hvordan tjenesteudbyderen tildeler den.
Den opstrømshastighed er mindre end den maksimale hastighed, fordi den deles med andre ONU’er i en TDMA-ordning. OLT’en bestemmer afstanden og tidsforsinkelsen for hver abonnent. Derefter giver softwaren mulighed for at tildele timeslots til opstrømsdata for hver bruger.
Den typiske opdeling af en enkelt fiber er 1:32 eller 1:64. Det betyder, at hver fiber kan betjene op til 32 eller 64 abonnenter. Splitforhold på op til 1:128 er muligt i nogle systemer.
Med hensyn til dataformatet kan GPON-pakkerne håndtere ATM-pakker direkte. Husk på, at ATM pakker alt i 53-byte-pakker med 48 til data og 5 til overhead. GPON anvender også en generisk indkapslingsmetode til at overføre andre protokoller. Den kan indkapsle Ethernet, IP, TCP, UDP, T1/E1, video, VoIP eller andre protokoller, alt efter hvad datatransmissionen kræver. Den mindste pakkestørrelse er 53 bytes, og den maksimale er 1518 bytes. AES-kryptering anvendes kun downstream.
Den seneste version af GPON er en 10-Gigabit-version kaldet XGPON eller 10G-PON. Efterhånden som efterspørgslen efter video og OTT-tjenester (over the top) er steget, er der et stigende behov for at øge linjehastighederne for at kunne håndtere de massive data fra video i høj opløsning. XGPON tjener dette formål. ITU-standarden er G.987.
XGPON’s maksimale hastighed er 10 Gbits/s (9,95328) downstream og 2,5 Gbits/s (2,48832) upstream. Der anvendes forskellige WDM-bølgelængder, 1577 nm downstream og 1270 nm upstream. Dette gør det muligt at anvende 10 Gbit/s-tjenester på den samme fiber som standard GPON. Den optiske opdeling er 1:128, og dataformateringen er den samme som GPON. Den maksimale rækkevidde er stadig 20 km. XGPON er endnu ikke bredt implementeret, men giver en fremragende opgraderingsvej for tjenesteudbydere og kunder.
De fleste PON’er er konfigureret på denne måde. Antallet af splittere og splitniveauer varierer med leverandøren og systemet. Splitforholdet er normalt 1:32 eller 1:64, men kan være højere.
EPON
Istitute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE) har udviklet en anden nyere PON-standard. EPON 802.3ah er baseret på Ethernet-standarden 802.3 og specificerer et lignende passivt netværk med en rækkevidde på op til 20 km. Den anvender WDM med de samme optiske frekvenser som GPON og TDMA. Den rå linjedatahastighed er 1,25 Gbits/s i både downstream- og upstream-retningen. Du vil nogle gange høre netværket omtalt som Gigabit Ethernet PON eller GEPON.
EPON er fuldt ud kompatibelt med andre Ethernet-standarder, så der er ingen konvertering eller indkapsling nødvendig ved tilslutning til Ethernet-baserede netværk i begge ender. Der anvendes den samme Ethernet-ramme med en nyttelast på op til 1518 bytes. EPON anvender ikke den CSMA/CD-adgangsmetode, der anvendes i andre versioner af Ethernet. Da Ethernet er den primære netværksteknologi, der anvendes i lokalnetværk (LAN) og nu også i metronetværk (MAN), er der ikke behov for nogen protokolkonvertering.
Der findes også en 10-Gbit/s Ethernet-version med betegnelsen 802.3av. Den faktiske linjehastighed er 10,3125 Gbits/s. Den primære tilstand er 10 Gbits/s opstrøms såvel som nedstrøms. En variant anvender 10 Gbit/s downstream og 1 Gbit/s upstream. Versionerne med 10 Gbit/s bruger forskellige optiske bølgelængder på fiberen, 1575 til 1580 nm downstream og 1260 til 1280 nm upstream, så 10 Gbit/s-systemet kan bølgelængde-multiplexes på den samme fiber som et standard 1 Gbit/s-system.
Summary
Telekommunikationsselskaber bruger PON’er til at levere triple-play-tjenester, herunder tv, VoIP-telefoni og internettjenester til abonnenterne. Fordelen er meget højere datahastigheder, som er afgørende for videodistribution og andre internettjenester. De lave omkostninger ved passive komponenter betyder enklere systemer med færre komponenter, der svigter eller kræver vedligeholdelse. Den primære ulempe er den kortere rækkevidde, som normalt ikke er mere end 20 km eller 12 miles. PON’er bliver mere og mere populære i takt med, at efterspørgslen efter hurtigere internettjenester og mere video vokser. GPON er det mest populære i USA, som f.eks. Verizons Foist-system. EPON-systemer er mere udbredt i Asien og Europa.
Download denne artikel i .PDF-format
1. Frenzel, Louis, Principles of Electronic Communications Systems, McGraw Hill, 2008. referencer
2. Lippi’s, Nicholas, GPON vs. Gigabit Ethernet in Campus Networking, februar 2012.
3. Trots, Joe, An Overview of GPON in the Access Network, præsentation for Ericsson, november 2008.
Beskrivelse
De fleste PON’er er konfigureret på denne måde. Antallet af splittere og splitniveauer varierer med leverandøren og systemet. Splitforholdet er normalt 1:32 eller 1:64, men kan være højere.