Ladda ner den här artikeln i PDF-format
EPON och GPON är populära versioner av passiva optiska nätverk (PON). Dessa kortdistansnät av fiberoptiska kablar används för Internetåtkomst, röst över Internetprotokoll (VoIP) och digital-TV-leverans i storstadsområden. Andra användningsområden är backhaul-anslutningar för basstationer för mobiltelefoni, Wi-Fi-hotspots och till och med distribuerade antennsystem (DAS). De främsta skillnaderna mellan dem ligger i de protokoll som används för kommunikation nedströms och uppströms.
Passiva optiska nät
Ett PON är ett fibernät som endast använder fiber och passiva komponenter som splittare och kombinatorer i stället för aktiva komponenter som förstärkare, repeater eller formningskretsar. Sådana nät kostar betydligt mindre än de som använder aktiva komponenter. Den största nackdelen är ett kortare täckningsområde som begränsas av signalstyrkan. Medan ett aktivt optiskt nät (AON) kan täcka en räckvidd på omkring 100 km (62 miles) är ett PON vanligtvis begränsat till fiberkabelsträckor på upp till 20 km (12 miles). PON kallas också för FTTH-nät (fiber to the home).
Uttrycket FTTx används för att ange hur långt en fibersträcka är. I FTTH står x för hem. Du kan också se att det kallas FTTP eller fiber to the premises. En annan variant är FTTB för fiber till byggnaden. Dessa tre versioner definierar system där fibern löper hela vägen från tjänsteleverantören till kunden. I andra former går fibern inte hela vägen till kunden. I stället går den till en tillfällig nod i grannskapet. Detta kallas FTTN för fiber to the node (fiber till noden). En annan variant är FTTC eller fiber to the curb (fiber till trottoaren). Inte heller här går fibern hela vägen till hemmet. FTTC- och FTTN-nät kan använda kundens koppartelefonledning (UTP, unshielded twisted-pair) för att utöka tjänsterna till en lägre kostnad. Till exempel överför en snabb ADSL-linje fiberdata till kundens enheter.
Det typiska PON-arrangemanget är ett P2MP-nät (point to multi-point) där en central optisk linjeterminal (OLT) vid tjänsteleverantörens anläggning distribuerar TV- eller internettjänster till så många som 16 till 128 kunder per fiberlinje (se figuren). Optiska delare, passiva optiska anordningar som delar upp en enda optisk signal i flera lika stora men mindre kraftfulla signaler, distribuerar signalerna till användarna. En optisk nätverksenhet (ONU) avslutar PON i kundens hem. ONU kommunicerar vanligtvis med en optisk nätverksterminal (ONT), som kan vara en separat box som ansluter PON till TV-apparater, telefoner, datorer eller en trådlös router. ONU/ONT kan vara en enhet.
I den grundläggande driftsmetoden för nedströmsdistribution på en ljusvåglängd från OLT till ONU/ONT får alla kunder samma data. ONU känner igen data som är riktade till varje användare. För uppströmsdistribution från ONU till OLT används en TDM-teknik (Time Division Multiplex) där varje användare tilldelas en tidslott på en annan ljusvåglängd. Med detta arrangemang fungerar splitterna som kraftkombinerare. Överföringarna uppströms, som kallas burst-mode-operationer, sker slumpmässigt när en användare behöver skicka data. Systemet tilldelar en tidslucka efter behov. Eftersom TDM-metoden innebär att flera användare deltar i en enda överföring är datahastigheten uppströms alltid lägre än hastigheten nedströms.
GPON
Under årens lopp har olika PON-standarder utvecklats. I slutet av 1990-talet skapade Internationella teleunionen (ITU) APON-standarden, som använde ATM (Asynchronous Transfer Mode) för långväga paketöverföring. Eftersom ATM inte längre används skapades en nyare version som kallas bredbands-PON eller BPON. Denna standard, som kallas ITU-T G.983, ger 622 Mbits/s nedströms och 155 Mbits/s uppströms.
Bland BPON kan fortfarande användas i vissa system, men de flesta nuvarande nät använder GPON, eller Gigabit PON. ITU-T-standarden är G.984. Den levererar 2,488 Gbits/s nedströms och 1,244 Gbits/s uppströms.
GPON använder optisk våglängdsmultiplexering (WDM) så att en enda fiber kan användas för både nedströms- och uppströmsdata. En laser med en våglängd (λ) på 1490 nm överför nedströmsdata. Uppströmsdata överförs på en våglängd på 1310 nm. Om TV distribueras används en våglängd på 1550 nm.
Men medan varje ONU får hela nedströmshastigheten på 2,488 Gbits/s använder GPON ett TDMA-format (Time Division Multiple Access) för att tilldela varje användare en specifik tidslott. Detta delar upp bandbredden så att varje användare får en bråkdel, t.ex. 100 Mbits/s, beroende på hur tjänsteleverantören fördelar den.
Den uppströmshastigheten är mindre än den maximala eftersom den delas med andra ONUs i ett TDMA-schema. OLT fastställer avståndet och tidsfördröjningen för varje abonnent. Därefter tillhandahåller programvaran ett sätt att tilldela timeslots till uppströmsdata för varje användare.
Den typiska uppdelningen av en enskild fiber är 1:32 eller 1:64. Det innebär att varje fiber kan betjäna upp till 32 eller 64 abonnenter. Uppdelningsförhållanden upp till 1:128 är möjliga i vissa system.
När det gäller dataformat kan GPON-paketen hantera ATM-paket direkt. Minns att ATM paketerar allt i 53-byte-paket med 48 för data och 5 för overhead. GPON använder också en generisk inkapslingsmetod för att överföra andra protokoll. Den kan kapsla in Ethernet, IP, TCP, UDP, T1/E1, video, VoIP eller andra protokoll beroende på vad dataöverföringen kräver. Den minsta paketstorleken är 53 byte och den största är 1518 byte. AES-kryptering används endast nedströms.
Den senaste versionen av GPON är en 10-gigabitversion som kallas XGPON eller 10G-PON. I takt med att efterfrågan på video och OTT-tjänster (over the top) har ökat finns det ett ökande behov av att öka linjehastigheterna för att hantera den massiva datamängden av högupplöst video. XGPON tjänar detta syfte. ITU-standarden är G.987.
XGPON:s maximala hastighet är 10 Gbits/s (9,95328) nedströms och 2,5 Gbits/s (2,48832) uppströms. Olika WDM-våglängder används, 1577 nm nedströms och 1270 nm uppströms. Detta gör det möjligt för 10 Gbit/s-tjänster att samexistera på samma fiber som standard-GPON. Den optiska uppdelningen är 1:128 och dataformateringen är densamma som för GPON. Den maximala räckvidden är fortfarande 20 km. XGPON är ännu inte allmänt implementerat men erbjuder en utmärkt uppgraderingsväg för tjänsteleverantörer och kunder.
De flesta PON:er är konfigurerade så här. Antalet splitters och splitnivåer varierar med leverantören och systemet. Splitförhållandena är vanligtvis 1:32 eller 1:64 men kan vara högre.
EPON
Institutet för elektrotekniska och elektroniska ingenjörer (IEEE) har utvecklat en annan nyare PON-standard. EPON 802.3ah bygger på Ethernet-standarden 802.3 och specificerar ett liknande passivt nätverk med en räckvidd på upp till 20 km. Den använder WDM med samma optiska frekvenser som GPON och TDMA. Datahastigheten för den råa linjen är 1,25 Gbits/s i både nedströms- och uppströmsriktningen. Ibland hör man att nätverket kallas Gigabit Ethernet PON eller GEPON.
EPON är helt kompatibelt med andra Ethernet-standarder, så ingen konvertering eller inkapsling är nödvändig när man ansluter till Ethernet-baserade nätverk i båda ändar. Samma Ethernetram används med en nyttolast på upp till 1518 byte. EPON använder inte CSMA/CD-åtkomstmetoden som används i andra versioner av Ethernet. Eftersom Ethernet är den primära nätverkstekniken som används i lokala nätverk (LAN) och nu även i metronät (MAN) behövs ingen protokollkonvertering.
Det finns även en 10 Gbit/s Ethernet-version som benämns 802.3av. Den faktiska linjemängden är 10,3125 Gbits/s. Det primära läget är 10 Gbits/s uppströms såväl som nedströms. I en variant används 10 Gbit/s nedströms och 1 Gbit/s uppströms. Versionerna med 10 Gbit/s använder olika optiska våglängder på fibern, 1575 till 1580 nm nedströms och 1260 till 1280 nm uppströms, så att 10 Gbit/s-systemet kan våglängdsmultiplexeras på samma fiber som ett standard 1 Gbit/s-system.
Sammanfattning
Telekommunikationsföretagen använder PON:s för att tillhandahålla trippel-play-tjänster, inklusive TV-, VoIP-telefon- och internettjänster till abonnenterna. Fördelen är mycket högre datahastigheter som är viktiga för videodistribution och andra internettjänster. Den låga kostnaden för passiva komponenter innebär enklare system med färre komponenter som går sönder eller kräver underhåll. Den främsta nackdelen är den kortare räckvidden, vanligtvis inte mer än 20 km eller 12 miles. PONs ökar i popularitet i takt med att efterfrågan på snabbare Internettjänster och mer video ökar. GPON är det mest populära i USA, till exempel Verizons Foist-system. EPON-system är vanligare i Asien och Europa.
Ladda ner den här artikeln i .PDF-format
1. Frenzel, Louis, Principles of Electronic Communications Systems, McGraw Hill, 2008.Referenser
2. Lippis, Nicholas, GPON vs. Gigabit Ethernet in Campus Networking, februari 2012.
3. Trots, Joe, An Overview of GPON in the Access Network, presentation för Ericsson, november 2008.
Caption
De flesta PON:er konfigureras på detta sätt. Antalet splitters och splitnivåer varierar med leverantören och systemet. Splitförhållandena är vanligtvis 1:32 eller 1:64 men kan vara högre.