Download dit artikel in .PDF-indeling
EPON en GPON zijn populaire versies van passieve optische netwerken (PON’s). Deze korteafstandsnetwerken van glasvezelkabels worden gebruikt voor internettoegang, spraak over internetprotocol (VoIP) en digitale tv in stedelijke gebieden. Andere toepassingen zijn backhaul-verbindingen voor cellulaire basisstations, Wi-Fi-hotspots en zelfs gedistribueerde antennesystemen (DAS). De belangrijkste verschillen liggen in de protocollen die worden gebruikt voor downstream- en upstreamcommunicatie.
Passieve optische netwerken
Een PON is een glasvezelnetwerk dat alleen gebruikmaakt van glasvezel en passieve componenten zoals splitters en combiners in plaats van actieve componenten zoals versterkers, repeaters of shaping circuits. Dergelijke netwerken kosten aanzienlijk minder dan die met actieve componenten. Het belangrijkste nadeel is een kleiner dekkingsgebied, beperkt door de signaalsterkte. Terwijl een actief optisch netwerk (AON) een bereik tot ongeveer 100 km (62 mijl) kan bestrijken, is een PON doorgaans beperkt tot vezelkabels van maximaal 20 km (12 mijl). PON’s worden ook wel fiber to the home (FTTH) netwerken genoemd.
De term FTTx wordt gebruikt om aan te geven hoe ver een glasvezelloop is. In FTTH, x is voor thuis. U kunt het ook FTTP of fiber to the premises genoemd zien worden. Een andere variant is FTTB voor fiber to the building. Deze drie versies definiëren systemen waarbij de vezel helemaal van de service provider naar de klant loopt. In andere vormen loopt de vezel niet helemaal tot aan de klant. In plaats daarvan wordt het naar een tussenliggend knooppunt in de buurt geleid. Dit wordt FTTN genoemd voor fiber to the node. Een andere variant is FTTC, of fiber to the curb. Ook hier loopt de vezel niet helemaal tot aan het huis. FTTC- en FTTN-netwerken kunnen gebruik maken van de niet-afgeschermde getwiste koperen telefoonlijn (UTP) van een klant om de diensten tegen lagere kosten uit te breiden. Een snelle ADSL-lijn transporteert bijvoorbeeld de glasvezelgegevens naar de apparaten van de klant.
De typische PON-regeling is een punt-tot-meerpuntnetwerk (P2MP) waarbij een centrale optische lijnterminal (OLT) in de faciliteit van de dienstverlener TV- of internetdiensten distribueert naar niet minder dan 16 tot 128 klanten per glasvezellijn (zie de figuur). Optische splitters, passieve optische apparaten die een enkel optisch signaal verdelen in meerdere gelijke maar minder krachtige signalen, distribueren de signalen naar de gebruikers. Een optische netwerkeenheid (ONU) sluit de PON af bij de klant thuis. De ONU communiceert gewoonlijk met een optisch netwerkterminal (ONT), die een afzonderlijk kastje kan zijn dat de PON verbindt met televisietoestellen, telefoons, computers of een draadloze router. De ONU/ONT kan één apparaat zijn.
In de basiswerkwijze voor downstream-distributie op één golflengte van licht van OLT naar ONU/ONT, ontvangen alle klanten dezelfde gegevens. De ONU herkent de gegevens gericht op elke gebruiker. Voor de upstream van ONU naar OLT wordt een time division multiplex (TDM) techniek gebruikt waarbij elke gebruiker een timeslot krijgt toegewezen op een verschillende golflengte van licht. Bij deze opstelling fungeren de splitters als vermogenscombineerders. De upstream-transmissies, burst-mode operaties genoemd, vinden willekeurig plaats wanneer een gebruiker gegevens moet verzenden. Het systeem wijst een slot toe wanneer dat nodig is. Omdat bij de TDM-methode meerdere gebruikers bij één transmissie zijn betrokken, is de upstream-datasnelheid altijd lager dan de downstream-snelheid.
GPON
In de loop der jaren zijn verschillende PON-normen ontwikkeld. Eind jaren negentig heeft de Internationale Telecommunicatie-unie (ITU) de APON-norm ontwikkeld, die gebruik maakte van de Asynchronous Transfer Mode (ATM) voor de transmissie van pakketten over lange afstand. Aangezien ATM niet langer wordt gebruikt, werd een nieuwere versie gecreëerd, de breedband-PON, of BPON. Deze norm, ITU-T G.983, voorzag in 622 Mbits/s downstream en 155 Mbits/s upstream.
Terwijl BPON nog in sommige systemen wordt gebruikt, maken de meeste huidige netwerken gebruik van GPON, of Gigabit PON. De ITU-T standaard is G.984. Deze levert 2,488 Gbits/s downstream en 1,244 Gbits/s upstream.
GPON maakt gebruik van optische golflengtedivisie multiplexing (WDM), zodat een enkele vezel kan worden gebruikt voor zowel downstream- als upstream-gegevens. Een laser met een golflengte (λ) van 1490 nm zendt downstreamgegevens uit. Upstream-gegevens worden verzonden op een golflengte van 1310 nm. Als TV wordt gedistribueerd, wordt een golflengte van 1550 nm gebruikt.
Terwijl elke ONU de volledige downstream-snelheid van 2,488 Gbits/s krijgt, maakt GPON gebruik van een time division multiple access (TDMA) formaat om een specifiek timeslot aan elke gebruiker toe te wijzen. Dit verdeelt de bandbreedte zodat elke gebruiker een fractie krijgt, zoals 100 Mbits/s, afhankelijk van hoe de service provider deze toewijst.
De upstream snelheid is lager dan het maximum omdat deze wordt gedeeld met andere ONU’s in een TDMA schema. De OLT bepaalt de afstand en de tijdvertraging van elke abonnee. Vervolgens biedt de software een manier om timeslots toe te wijzen aan upstream data voor elke gebruiker.
De typische verdeling van een enkele vezel is 1:32 of 1:64. Dat betekent dat elke vezel tot 32 of 64 abonnees kan bedienen. Splitsingsverhoudingen tot 1:128 zijn in sommige systemen mogelijk.
Wat het dataformaat betreft, kunnen de GPON-pakketten rechtstreeks ATM-pakketten verwerken. ATM verpakt alles in pakketten van 53 bytes, waarvan 48 voor data en 5 voor overhead. GPON gebruikt ook een generieke inkapselingsmethode om andere protocollen te vervoeren. Het kan Ethernet, IP, TCP, UDP, T1/E1, video, VoIP of andere protocollen inkapselen, afhankelijk van de datatransmissie. De minimum pakketgrootte is 53 bytes, en het maximum is 1518. Alleen downstream wordt AES-encryptie gebruikt.
De nieuwste versie van GPON is een 10-Gigabit-versie die XGPON, of 10G-PON wordt genoemd. Aangezien de vraag naar video en over the top (OTT) TV-diensten is toegenomen, is er een toenemende behoefte om de lijnsnelheden te verhogen om de massale gegevens van high-definition video te verwerken. XGPON dient dit doel. De ITU-norm is G.987.
XGPON’s maximumsnelheid is 10 Gbits/s (9,95328) downstream en 2,5 Gbits/s (2,48832) upstream. Er worden verschillende WDM-golflengten gebruikt, 1577 nm downstream en 1270 nm upstream. Hierdoor kunnen 10-Gbit/s-diensten naast standaard GPON bestaan op dezelfde vezel. Optische splitsing is 1:128, en de gegevensopmaak is dezelfde als GPON. Het maximale bereik is nog steeds 20 km. XGPON is nog niet op grote schaal geïmplementeerd, maar biedt een uitstekend upgradepad voor serviceproviders en klanten.
De meeste PON’s zijn als volgt geconfigureerd. Het aantal splitters en splitsingsniveaus varieert met de leverancier en het systeem. De splitsingsratio’s zijn gewoonlijk 1:32 of 1:64, maar kunnen hoger zijn.
EPON
Het Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE) heeft een andere, nieuwere PON-norm ontwikkeld. EPON 802.3ah is gebaseerd op de Ethernet-norm 802.3 en specificeert een soortgelijk passief netwerk met een bereik van maximaal 20 km. Het maakt gebruik van WDM met dezelfde optische frequenties als GPON en TDMA. De ruwe lijn datasnelheid is 1,25 Gbits/s in zowel de downstream als de upstream richting. Soms wordt het netwerk aangeduid als Gigabit Ethernet PON of GEPON.
EPON is volledig compatibel met andere Ethernet-normen, zodat aan beide zijden geen conversie of inkapseling nodig is bij aansluiting op op Ethernet gebaseerde netwerken. Hetzelfde Ethernet-frame wordt gebruikt met een payload van maximaal 1518 bytes. EPON maakt geen gebruik van de CSMA/CD-toegangsmethode die in andere versies van Ethernet wordt gebruikt. Aangezien Ethernet de primaire netwerktechnologie is die in local-area networks (LAN’s) en nu ook in metro-area networks (MAN’s) wordt gebruikt, is er geen protocolomzetting nodig.
Er is ook een 10-Gbit/s Ethernet-versie die 802.3av wordt genoemd. De werkelijke lijnsnelheid is 10,3125 Gbits/s. De primaire modus is 10 Gbits/s zowel upstream als downstream. Een variant gebruikt 10 Gbit/s downstream en 1 Gbit/s upstream. De 10 Gbit/s-versies gebruiken verschillende optische golflengten op de vezel, 1575 tot 1580 nm downstream en 1260 tot 1280 nm upstream, zodat het 10 Gbit/s-systeem op dezelfde vezel kan worden gemultiplext met golflengten als een standaard 1 Gbit/s-systeem.
Samenvatting
Telecommunicatiebedrijven gebruiken PON’s om triple-play-diensten, waaronder TV, VoIP-telefoon en internet, aan abonnees aan te bieden. Het voordeel is veel hogere datasnelheden die essentieel zijn voor videodistributie en andere internetdiensten. De lage kostprijs van passieve componenten betekent eenvoudigere systemen met minder componenten die defect raken of onderhoud vergen. Het belangrijkste nadeel is het kleinere bereik dat mogelijk is, gewoonlijk niet meer dan 20 km of 12 mijl. PON’s worden steeds populairder naarmate de vraag naar snellere internetdiensten en meer video toeneemt. GPON is het populairst in de V.S., zoals het Foist-systeem van Verizon. EPON-systemen komen meer voor in Azië en Europa.
Download dit artikel in .PDF-formaat
1. Frenzel, Louis, Principles of Electronic Communications Systems, McGraw Hill, 2008.References
2. Lippi’s, Nicholas, GPON vs. Gigabit Ethernet in Campus Networking, februari 2012.
3. Trots, Joe, An Overview of GPON in the Access Network, presentatie voor Ericsson, november 2008.
Caption
De meeste PON’s zijn als volgt geconfigureerd. Het aantal splitters en splitsingsniveaus varieert naargelang de leverancier en het systeem. De splitsingsratio’s zijn meestal 1:32 of 1:64, maar kunnen hoger zijn.