EPON и GPON – преглед на различните видове пасивни оптични мрежи

ЕПОН (англ. EPON) и ГПОН (англ. GPON) са най-популярните варианти за изграждане на Пасивна Оптична Мрежа - ПОН. Тези мрежи се използват на къси разстояния (дължина на оптичния кабел до 20 км) за осигуряване на интернет достъп, гласови услуги VoIP и цифрова телевизия в градски условия. Други приложения, които имат, са при изграждане на съоръжения за пренос на данни към мобилни базови станции, безжични точки за достъп, и дори DAS - distributed antenna systems. Основната разлика между тях е в протоколите, които използват за даунлоуд и ъплоуд.

Съдържание

• Пасивни оптични мрежи - ПОН
• Gigabit PON - ГПОН
• Ethernet PON - ЕПОН
• Обобщение

Пасивни оптични мрежи - ПОН

ПОН е оптична мрежа, която използва само оптичен кабел и пасивни компоненти, като сплитери и обединители, по-често от активни устройства, като усилватели, ретранслатори и др. Стойността на тези мрежи е значително по-ниска от тези, които използват активни компоненти. Основният недостатък е краткото разстояние на покритие, което се лимитира от силата на сигнала. Докато активните оптични мрежи могат да покриват разстояния до 100 км, ПОН мрежите са обикновено ограничени до максимална дължина на оптичния кабел от 20 км. ПОН мрежите също така се наричат Оптика до дома (FTTH) мрежи.

Терминът „Оптика до …“ (англ. FTTx) се използва за да определи докъде стига оптичното влакно. При FTTH, x е за дома (англ. HOME). Можете също да го срещнете като „Оптика до помещението“ (англ. FTTP - fiber to the premises). Друга разновидност е „Оптика до сградата“ (англ. FTTB - fiber to the building). Тези три версии определят системите, където оптиката е по цялото трасе от доставчика на услуги до крайния потребител. При други видове, оптиката не е по цялото трасе до клиента. Вместо това тя е до междинен възел в квартала. Това се нарича „Оптика до възел“ (англ. FTTN - fiber to the node). Друга разновидност е „Оптика до бордюра“ (англ. FTTC - fiber to the curb). Тук оптиката не е по цялото трасе до дома. FTTC и FTTN мрежите могат да използват неекраниран телефонен кабел по усукана двойка, за да разширят услугите на ниска цена. Например, ADSL линията пренася данните от оптичния кабел до клиентските устройства.

Типичната ПОН архитектура е мрежа от типа точка до множество точки (англ. Point to multi-point - P2MP), където централно ОЛТ (англ. OLT - optical line terminal) при доставчика на услуги, разпределя телевизионни и интернет услуги на 16 до 128 абоната по една оптична линия. Оптичните сплитери (пасивни оптични устройства, които разделят един оптичен сигнал на множество еднакви, но по-слаби по мощност сигнали), разпръскват сигнала до потребителите. Клиентското устройство ОНУ (англ. Optical network unit - ONU) е завършекът на ПОН-а в дома на клиента. ОНУ-то обикновено комуникира с Оптичен мрежови терминал (англ. optical network terminal - ONT), което може да бъде отделно устройство, свързващо ПОН-а към телевизори, телефони, компютри или безжични рутери. ONU/ONT може да бъде и едно устройство.

В общия случай начинът на предаване на информация е по една честота да се изпращат данните от OLT-то към ONU/ONT-тата. При този начин всички абонати получават една и съща като вид информация. ОНУ-то разпознава информацията, която е предназначена за съответния потребител. За ъплоуда от ОНУ-то към ОЛТ-то се използва времево мултиплексиране (англ. time division multiplex - TDM), където на всеки потребител му се присвоява времеви интервал, в който може да изпрати информация. Това се осъществява на различна честота от тази на правия канал. При тази схема, сплитерите играят роля на обединители в обратния канал. Ъпстрийм предаването по обратния канал се осъществява, когато потребителя има данни за изпращане. При необходимост системата му осигурява необходимия времеви интервал. Тъй като методът за времево мултиплексиране TDM включва множество потребители да излъчват едновременно, скоростта на ъплоуд е винаги по-бавна от тази за даунлоуд.

GPON

През годините различни ПОН стандарти са били разработвани. В края на 90-те години, Международната Телекомуникационна Организация (International Telecommunications Union - ITU) създаде APON стандарта, който използва Асинхронен режим на предаване (англ. Asynchronous Transfer Mode - ATM) за предаване на пакети на дълго разстояние. Тъй като ATM не се използва вече, беше създадена по-нова версия, наречена broadband PON или BPON. Обозначен като ITU-T G.983, този стандарт предоставя скорост на даунлоуд от 622 Mbits/s и 155 Mbits/s на обратния канал.

Докато BPON може би все още се ползва в някои системи, повечето днешни системи използват ГПОН, или Гигабит ПОН. ITU-T стандартът е G.984. Той осигурява 2.488 Gbits/s скорост на сваляне и 1.244 Gbits/s скорост на качване.

GPON използва мултиплексиране по различни честоти на вълната през оптичното влакно (англ. Wave Division Multiplexing - WDM), така че едно влакно може да се използва едновременно за правия (англ. Downstream) и обратния (англ. Upstream) канал. Лазерът на честота (λ) от 1310 nm при правия канал /даунлоуд/. Обратният канал /ъплоуд/ е на дължина на вълната от 1490 nm. Когато се предлага и телевизионна услуга, използваната честота е 1550 nm.

Докато всяко ОНУ (ONU) получава пълната скорост за даунлоуд от 2.488 Gbits/s, GPON използва времево мултиплексиране (англ. time division multiple access (TDMA), за да разпредели на всеки потребител специфичен интервал от време. Това разделя честота, така че всеки потребител получава част от общия канал, например 100 Mbits/s, която част се определя от това, което доставчикът му е предоставил като услуга.

Ъплоуд скоростта е по-ниска от максималната, защото е споделена с други ОНУ-та при същото това времево мултиплексиране. ОЛТ-то определя разстоянието и времевото закъснение до всеки потребител. След това софтуер изчислява и предоставя времеви отрязък за ъплоуд на всеки отделен потребител.

Обикновено разделянето на едно влакно е на 1:32 или 1:64. Това означава, че всяко едно влакно може да обслужва до 32 или 64 абоната. При някои системи е възможно деление до 1:128.

Последната версия на GPON е 10-гигабитова версия, наречена XGPON, или 10G-PON. Тъй като предоставянето на видео и over the top (OTT) TV услуги нараства, се наблюдава нужда от разширяване на скоростите за пренос на видео с висока резолюция. XGPON е способен да обслужи тези нужди, като стандарта му е ITU G.987.

Максималната скорост на XGPON е 10 Gbits/s (9.95328) даунлоуд и 2.5 Gbits/s (2.48832) ъплоуд. Използват се различни дължини на вълната, 1577 nm за даунлоуд и 1270 nm за ъплоуд. Това позволява услугата от 10-Gbit/s да „съжителства“ успешно по едно влакно със стандартната GPON. Оптичното разделяне е 1:128, и формата на данните е същията като при ГПОН. Максималното разстояние все още е 20 км. XGPON все още не е широко разпространен, но предлага отличен ъпгрейд за доставчиците на услуги и техните абонати.

Повечето ПОН мрежи използват конфигурация като тази. Броят на сплитерите и нивата на разделяне варира при различните доставчици и системи. Нивата на разделяне са обикновено 1:32 или 1:64, но също така могат да бъдат и повече.

EPON

Институтът на Електрическите и Електронни Инженери (Institute of Electrical and Electronic Engineers - IEEE) разработи друг, по-нов ПОН стандарт. Опирайки се на Ethernet стандарта 802.3, EPON 802.3ah определя подобна пасивна мрежа с обхват до 20 километра. Той използва честотно мултиплексиране на същите оптични честоти като GPON и TDMA. Скоростта е 1.25 Gbits/s едновременно на правия и обратния канал. Също така ще чуете да бъде наричан Gigabit Ethernet PON или ГЕПОН (GEPON).

ЕПОН е напълно съвместим с други Ethernet стандарти, така че не се налага никакво преобразуване, когато се свързва с други Ethernet базирани мрежи. Тъй като Ethernet е базова мрежова технология използвана в локалните мрежи (англ. local-area networks - LANs) а сега и в metro-area networks (MANs), не е нужно никакво преобразуване на протокола.

Съществува също така и 10-Gbit/s Ethernet версия, обозначена като 802.3av. Точната скорост на линията е 10.3125 Gbits/s. Основният режим е 10 Gbits/s прав и обратен канал. Има вариант, който използва 10 Gbits/s даунлоуд и 1 Gbit/s ъплоуд. 10 Гигабитовата версия използва различни дължини на вълната, 1575 до 1580 nm при правият и 1260 tдо 1280 nm при обратният канал, така че 10-Gbit/s система може да бъде честотно мултиплексирана на същото влакно със стандартна 1-Gbit/s система.

Обобщение

Телекомуникационните фирми и интернет доставчиците използват ПОН, за да осигурят тройна услуга на своите абонати – интернет, телефония и телевизия. Ползите са много по-висока скорост, които са съществени при преноса на видео данни и други интернет услуги. Ниската цена на пасивните компоненти означава по-прости мрежи, с по-малко компоненти, които могат да откажат или изискват поддръжка. Основният недостатък е малкото разстояние на покритие, обикновено не повече от 20 км. ПОН мрежите набират все по-голям популярност, тъй като расте нуждата от по-бърз интернет. GPON е най-разпространен в САЩ, като Foist системата на Verizon. EPON системите са преобладаващи в Азия и Европа.