Töltse le ezt a cikket .PDF formátumban
Az EPON és a GPON a passzív optikai hálózatok (PON) népszerű változatai. Ezeket az üvegszálas optikai kábelekből álló rövid távú hálózatokat internet-hozzáférésre, VoIP (Voice over Internet Protocol) és digitális televíziós közvetítésre használják nagyvárosi területeken. Más felhasználási területek közé tartoznak a mobil alapállomások, a Wi-Fi hotspotok, sőt az elosztott antennarendszerek (DAS) backhaul kapcsolatai is. Az elsődleges különbségek közöttük a downstream és upstream kommunikációhoz használt protokollokban rejlenek.
Passzív optikai hálózatok
A PON olyan szálas hálózat, amely csak szálakat és passzív komponenseket, például elosztókat és kombinátorokat használ, nem pedig aktív komponenseket, például erősítőket, ismétlőket vagy alakító áramköröket. Az ilyen hálózatok lényegesen kevesebbe kerülnek, mint az aktív komponenseket használó hálózatok. Fő hátrányuk a jelerősség által korlátozott, rövidebb lefedettségi tartomány. Míg egy aktív optikai hálózat (AON) körülbelül 100 km-es (62 mérföldes) hatótávolságot képes lefedni, addig a PON jellemzően legfeljebb 20 km-es (12 mérföldes) üvegszálas kábelfutamokra korlátozódik. A PON-okat FTTH (fiber to the home) hálózatoknak is nevezik.
Az FTTx kifejezést arra használják, hogy megadja, milyen messze van egy szálfutás. Az FTTH-ban az x az otthont jelenti. Találkozhat az FTTP vagy fiber to the premises (üvegszál a telephelyig) elnevezéssel is. Egy másik variáció az FTTB, ami az épületig tartó üvegszálat jelenti. Ez a három változat olyan rendszereket határoz meg, ahol a szál a szolgáltatótól egészen az ügyfélig fut. Más formákban a szál nem fut végig az ügyfélig. Ehelyett a szomszédságban lévő ideiglenes csomópontig vezetik. Ezt nevezzük FTTN-nek, ami azt jelenti, hogy fiber to the node (szál a csomópontig). Egy másik variáció az FTTC, vagyis az üvegszál a járdaszegélyig. Itt is az üvegszál nem fut el egészen a házig. Az FTTC és az FTTN hálózatok az ügyfél árnyékolatlan sodrott érpáras (UTP) réz telefonvonalát is használhatják a szolgáltatás alacsonyabb költséggel történő kiterjesztéséhez. Például egy gyors ADSL-vonal szállítja az üvegszálas adatokat az ügyfél készülékeihez.
A tipikus PON elrendezés egy P2MP (point to multi-point) hálózat, ahol a szolgáltató létesítményében egy központi optikai vonalvégállomás (OLT) osztja el a TV- vagy internetszolgáltatást szálanként akár 16-128 ügyfélnek (lásd az ábrát). Az optikai elosztók, passzív optikai eszközök, amelyek egyetlen optikai jelet több egyenlő, de kisebb teljesítményű jelre osztanak, elosztják a jeleket a felhasználók között. Egy optikai hálózati egység (ONU) fejezi be a PON-t az ügyfél otthonában. Az ONU általában egy optikai hálózati terminállal (ONT) kommunikál, amely lehet egy különálló doboz, amely a PON-t televíziókészülékekhez, telefonokhoz, számítógépekhez vagy vezeték nélküli útválasztóhoz csatlakoztatja. Az ONU/ONT lehet egy eszköz is.
Az OLT-től az ONU/ONT-ig egy hullámhosszon történő lefelé irányuló fényelosztás alapvető működési módszere szerint minden ügyfél ugyanazt az adatot kapja. Az ONU felismeri az egyes felhasználóknak szánt adatokat. Az ONU-tól az OLT-hez történő upstream elosztásnál időosztásos multiplex (TDM) technikát alkalmaznak, ahol minden felhasználóhoz egy-egy időslotot rendelnek a fény különböző hullámhosszán. Ezzel az elrendezéssel az elosztók teljesítménykombinátorként működnek. Az upstream átvitelek, az úgynevezett burst-módú műveletek véletlenszerűen történnek, amikor egy felhasználónak adatot kell küldenie. A rendszer szükség szerint osztja ki a résidőt. Mivel a TDM-módszerben több felhasználó vesz részt egyetlen átvitelben, az upstream adatátviteli sebesség mindig lassabb, mint a downstream.
GPON
Az évek során különböző PON-szabványokat fejlesztettek ki. Az 1990-es évek végén a Nemzetközi Távközlési Unió (ITU) létrehozta az APON szabványt, amely az aszinkron átviteli módot (ATM) használta a hosszú távú csomagátvitelhez. Mivel az ATM-et már nem használják, egy újabb változatot hoztak létre, amelyet szélessávú PON-nak vagy BPON-nak neveztek el. Ez az ITU-T G.983 néven ismert szabvány 622 Mbits/s downstream és 155 Mbits/s upstream sebességet biztosított.
Míg a BPON még mindig használható néhány rendszerben, a legtöbb jelenlegi hálózat a GPON-t, azaz a Gigabit PON-t használja. Az ITU-T szabványa a G.984. Ez 2,488 Gbits/s downstream és 1,244 Gbits/s upstream sebességet biztosít.
A GPON optikai hullámhossz-multiplexelést (WDM) használ, így egyetlen szál használható mind a downstream, mind a upstream adatokhoz. Egy 1490 nm hullámhosszú (λ) lézer továbbítja a downstream adatokat. Az upstream adatokat 1310 nm-es hullámhosszon továbbítja. Televíziós elosztás esetén 1550 nm-es hullámhosszt használnak.
Míg minden ONU a teljes, 2,488 Gbits/s-os downstream sebességet kapja, a GPON időosztásos többszörös hozzáférés (TDMA) formátumot használ, hogy minden felhasználónak egy adott idősávot osszon ki. Ez úgy osztja fel a sávszélességet, hogy minden felhasználó egy töredékhez, például 100 Mbit/s-hoz jut, attól függően, hogy a szolgáltató hogyan osztja ki azt.
A felfelé irányuló sebesség kisebb, mint a maximális, mivel a TDMA-sémában más ONU-kkal megosztott. Az OLT határozza meg az egyes előfizetők távolságát és időbeli késleltetését. Ezután a szoftver biztosítja az egyes felhasználók számára az upstream adatokhoz tartozó idősávok kiosztását.
Az egyetlen szál tipikus felosztása 1:32 vagy 1:64 arányban történik. Ez azt jelenti, hogy minden egyes szál legfeljebb 32 vagy 64 előfizetőt szolgálhat ki. Egyes rendszerekben akár 1:128 arányú felosztás is lehetséges.
Az adatformátum tekintetében a GPON csomagok közvetlenül tudják kezelni az ATM csomagokat. Emlékezzünk arra, hogy az ATM mindent 53 bájtos csomagokba csomagol, amelyekből 48 az adat és 5 az overhead. A GPON egy általános kapszulázási módszert is használ más protokollok továbbítására. Az Ethernet, IP, TCP, UDP, T1/E1, videó, VoIP vagy más protokollok kapszulázására is képes, az adatátvitel által megkövetelt módon. A minimális csomagméret 53 bájt, a maximális pedig 1518 bájt. Az AES titkosítást csak lefelé használják.
A GPON legújabb változata a 10 gigabites XGPON vagy 10G-PON nevű változat. A videó és az over the top (OTT) TV-szolgáltatások iránti kereslet növekedésével egyre nagyobb szükség van a vonalsebesség növelésére a nagy felbontású videók hatalmas adatmennyiségének kezeléséhez. Az XGPON ezt a célt szolgálja. Az ITU-szabvány a G.987.
XGPON maximális sebessége 10 Gbits/s (9,95328) downstream és 2,5 Gbits/s (2,48832) upstream. Különböző WDM hullámhosszakat használnak, 1577 nm downstream és 1270 nm upstream. Ez lehetővé teszi, hogy a 10 Gbit/s-os szolgáltatás ugyanazon a szálon a szabványos GPON-nal párhuzamosan működjön. Az optikai felosztás 1:128, az adatformázás pedig megegyezik a GPON-nal. A maximális hatótávolság továbbra is 20 km. Az XGPON még nem terjedt el széles körben, de kiváló frissítési lehetőséget biztosít a szolgáltatók és az ügyfelek számára.
A legtöbb PON így van konfigurálva. Az osztók és az osztási szintek száma a gyártótól és a rendszertől függően változik. Az osztási arányok általában 1:32 vagy 1:64, de lehet magasabb is.
EPON
Az Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE) egy másik újabb PON-szabványt dolgozott ki. A 802.3 Ethernet-szabványon alapuló EPON 802.3ah hasonló, akár 20 km-es hatótávolságú passzív hálózatot ír elő. WDM-et használ, ugyanazokkal az optikai frekvenciákkal, mint a GPON és a TDMA. A nyers vonali adatátviteli sebesség 1,25 Gbits/s mind a lefelé, mind a felfelé irányuló irányban. A hálózatot néha Gigabit Ethernet PON vagy GEPON néven is emlegetik.
Az EPON teljes mértékben kompatibilis más Ethernet-szabványokkal, így az Ethernet-alapú hálózatokhoz való csatlakozáskor egyik oldalon sincs szükség átalakításra vagy kapszulázásra. Ugyanazt az Ethernet-keretet használják legfeljebb 1518 bájt hasznos terheléssel. Az EPON nem használja az Ethernet más változataiban használt CSMA/CD hozzáférési módszert. Mivel az Ethernet az elsődleges hálózati technológia, amelyet a helyi hálózatokban (LAN) és most már a metróhálózatokban (MAN) is használnak, nincs szükség protokollkonverzióra.
Létezik egy 10 Gbit/s-os Ethernet változat is, amelyet 802.3av-nak neveznek. A tényleges vonali sebesség 10,3125 Gbits/s. Az elsődleges üzemmód 10 Gbits/s felfelé és lefelé egyaránt. Egy variáció 10 Gbits/s downstream és 1 Gbit/s upstream módot használ. A 10 Gbit/s-os változatok különböző optikai hullámhosszakat használnak a szálon, 1575-1580 nm-t downstream és 1260-1280 nm-t upstream, így a 10 Gbit/s-os rendszer ugyanazon a szálon hullámhossz-multiplexelhető, mint egy szabványos 1 Gbit/s-os rendszer.
Összefoglaló
A távközlési vállalatok a PON-okat arra használják, hogy az előfizetőknek triple-play szolgáltatásokat, köztük TV, VoIP-telefon és internetszolgáltatást nyújtsanak. Ennek előnye a sokkal magasabb adatátviteli sebesség, amely elengedhetetlen a videóterjesztéshez és más internetes szolgáltatásokhoz. A passzív alkatrészek alacsony költsége egyszerűbb rendszereket jelent, kevesebb meghibásodó vagy karbantartást igénylő alkatrésszel. Az elsődleges hátrány a rövidebb hatótávolság, amely általában nem haladja meg a 20 km-t vagy 12 mérföldet. A PON-ok egyre népszerűbbek, ahogy a gyorsabb internetszolgáltatás és a több videó iránti igény növekszik. Az Egyesült Államokban a GPON a legnépszerűbb, ilyen például a Verizon Foist rendszere. Az EPON rendszerek Ázsiában és Európában elterjedtebbek.
A cikk letöltése .PDF formátumban
1. Frenzel, Louis, Principles of Electronic Communications Systems, McGraw Hill, 2008.Hivatkozások
2. Lippi’s, Nicholas, GPON vs. Gigabit Ethernet in Campus Networking, 2012. február.
3. Trots, Joe, An Overview of GPON in the Access Network, prezentáció az Ericsson számára, 2008. november.
Caption
Most PONs are configured like this. Az osztók és az osztási szintek száma a gyártótól és a rendszertől függően változik. A felosztási arányok általában 1:32 vagy 1:64, de lehet magasabb is.