Vergleich von EPON und GPON aus verschiedenen Blickwinkeln

Vergleich von EPON und GPON

Mit der steigenden Nachfrage nach höherer Kapazität, größerer Vielfalt und stärkerer Personalisierung von Diensten müssen Kapazität und Vielseitigkeit der Zugangsnetze erweitert werden. In den letzten Jahren haben immer mehr Gerätehersteller und Netzbetreiber ihren Fokus auf optische Netzzugangstechnologien gerichtet. FTTH-Netze (Fiber to the Home) werden zum Trend der zukünftigen Zugangsnetze. Passive optische Netzwerke (PON) als wichtige FTTH-Technologie bieten Punkt-zu-Mehrpunkt-Netzwerkzugang (P2MP) bei geringeren Installations- und Wartungskosten. EPON (Ethernet Passive Optical Network) und GPON (Gigabit Passive Optical Network) sind derzeit beliebte Versionen von PON. Sie sind beide konkurrenzfähig und ergänzen sich mit ihren eigenen Vorteilen. Dieses Tutorial befasst sich hauptsächlich mit dem Vergleich verschiedener Aspekte.

PON (Passive Optical Network) ist seit Mitte der 1990er Jahre verfügbar. Ein PON-System besteht in der Regel aus einem Optical Line Terminal (OLT) in der Vermittlungsstelle des Dienstanbieters und mehreren Optical Network Units (ONUs) in der Nähe der Endnutzer. Zusätzlich werden optische Splitter eingesetzt, um die Versorgung mehrerer Standorte mit einer einzigen Glasfaser zu ermöglichen.

In den frühen 2000er Jahren fanden umfangreiche Entwicklungsaktivitäten zur Entwicklung von Gigabit-Lösungen für Ethernet- und IP-Dienste statt. IEEE und ITU-T entwickelten zwei sehr unterschiedliche Lösungen: EPON und GPON. Während die allgemeinen Konzepte (PON-Betrieb, ODN-Framework, Wellenlängenplan und Anwendung) für EPON und GPON identisch sind, unterscheiden sich ihre Funktionsweise und die jeweils unterstützten Funktionen und Dienste erheblich. EPON ist eine native Ethernet-Lösung, die die Funktionen, Kompatibilität und Leistung des Ethernet-Protokolls nutzt, während GPON die Techniken von SONET/SDH und Generic Framing Protocol (GFP) zur Übertragung von Ethernet nutzt.

GPON (Gigabit-fähiges PON) verwendet ein IP-basiertes Protokoll und entweder ATM- oder GEM-Kodierung (GPON Encapsulation Method). Datenraten von bis zu 2,5 Gbit/s sind spezifiziert und die Übertragungsart ist sehr flexibel. GPON ermöglicht „Triple Play“ (Sprache, Daten, Video) und bildet die Grundlage für die meisten geplanten FTTP-Anwendungen (Fiber to the Premises) der nahen Zukunft.

EPON oder Ethernet PON basiert auf dem IEEE-Standard für Ethernet in der ersten Meile. Es nutzt paketbasierte Übertragung mit 1 Gbit/s, wobei 10 Gbit/s diskutiert werden. EPON ist in Asien weit verbreitet. Die Systemarchitektur ist die gleiche wie bei GPON, die Datenprotokolle unterscheiden sich jedoch.

Vergleich von EPON und GPON

Als die wichtigsten PON-Varianten sind EPON und GPON heutzutage immer wieder ein heiß diskutiertes Thema. Sie haben die gleiche Architektur, verwenden aber unterschiedliche Protokolle und Anwendungen. Mit ihren eigenen Vorteilen konkurrieren sie miteinander. Häufig ergänzen sie sich jedoch. Daher möchten wir sie im Folgenden aus verschiedenen Blickwinkeln vergleichen:

Datenrate

EPON verwendet standardmäßige 802.3-Ethernet-Datenrahmen: IEEE 802.3-Standard, ratifiziert als 802.3ah-2004 für 1,25 Gbit/s (1,0 Gbit/s vor der 8B/10B-Kodierung) und IEEE 802.3av-Standard für 10 Gbit/s (10G-EPON). Die Upstream- und Downstream-Datenrate von EPON ist symmetrisch.

GPON unterstützt verschiedene Bitratenoptionen mit demselben Protokoll, darunter eine symmetrische Datenrate von 622 Mbit/s im Downstream und Upstream, eine symmetrische Datenrate von 1,25 Gbit/s in beiden Streams sowie eine Datenrate von 2,5 Gbit/s im Downstream und 1,25 Gbit/s im Upstream. 2,5 Gbit/s Downstream-Bandbreite und 1,25 Gbit/s Upstream-Bandbreite sind die von typischen GPON-Systemen unterstützten Datenraten. Somit können wir die Upstream- und Downstream-Datenrate je nach Bedarf festlegen und dann die entsprechenden optischen Transceiver-Module auswählen. Es ist flexibler als EPON.

Fazit: GPON ist in dieser Runde besser als EPON.

Split-Verhältnisse

Split Ratios bezeichnet die Anzahl der Benutzer, die von einem bestimmten PON bedient werden sollen. Normalerweise liegt der Wert bei 32, kann aber auch 16, 64 oder sogar 128 betragen.

Bei EPON unterstützt der Standard im Allgemeinen mindestens 32 (also 1:32). Tatsächlich begrenzt EPON das Split-Verhältnis nicht. Das bedeutet, dass bei EPON auch 1:64 und 1:128 verfügbar sind. Anbieter können das Split-Verhältnis entsprechend den Diensten und der Bandbreite festlegen, die sie unterstützen möchten. Im Gegensatz dazu definiert GPON eine Obergrenze für das Split-Verhältnis. Es wird versprochen, dass GPON 128 unterstützt und das typische Split-Verhältnis 64 beträgt. Es gibt mehrere gängige Split-Verhältnisse bei GPON – 1:32, 1:64 oder 1:128. GPON bietet eine Vielzahl von Split-Verhältnissen, aber keine großen Kostenvorteile. EPON kann an der ONU günstigere Optiken einsetzen, da kein Split-Verhältnis von 128 erreicht werden muss.

Das Split-Verhältnis wird jedoch viel stärker von der Leistung der optischen Transceiver-Module beeinflusst. Ein hohes Split-Verhältnis erhöht die Kosten der optischen Transceiver-Module erheblich. Darüber hinaus verringert ein hohes Split-Verhältnis die Übertragungsdistanz. Zu viele Benutzer teilen sich die Bandbreite, was ebenfalls zu Kosten eines hohen Split-Verhältnisses führt. Bei einem Split-Verhältnis von 1:16 kann die maximale Übertragungsdistanz 20 km erreichen. Bei 1:32 beträgt die maximale Übertragungsdistanz 10 km. EPON und GPON sind in dieser Hinsicht identisch. Insbesondere bei 10 Gbit/s ist alles nahezu identisch, d. h. sie bieten der gleichen Anzahl von Teilnehmern die gleiche Bandbreite.

Fazit: EPON und GPON liegen in dieser Runde Kopf an Kopf.

Layering- und Zugriffsservice

Schichtenmodell und die zugehörige Verwaltung. Alle Dienste werden über Ethernet (direkt oder über IP) abgebildet. Um dies in GPON zu erreichen, sind zwei Kapselungsebenen erforderlich. Zunächst werden TDM- und Ethernet-Frames in GTC Encapsulation Method (GEM)-Frames verpackt, die ein GFP-ähnliches Format haben (abgeleitet vom Generic Frame Procedure ITU G.7401). Zweitens werden ATM- und GEM-Frames beide in GTC-Frames gekapselt, die schließlich über das PON transportiert werden.

Der Hauptzweck des GEM-Frames besteht darin, einen rahmenorientierten Dienst als Alternative zu ATM bereitzustellen, um Ethernet- und TDM-Frames effizient zu nutzen. Sowohl ATM- als auch GEM-Modi sind am OLT obligatorisch, ein ONT kann jedoch so konfiguriert werden, dass es entweder einen oder beide unterstützt. Im Vergleich zum einfachen EPON-Modell wird jedoch deutlich, dass die GEM/GTC-Kapselung und die Einbindung von ATM unnötige Komplexität verursachen, um dasselbe Problem zu lösen.

EPON bietet eindeutig eine viel einfachere und unkompliziertere Lösung als GPON. Die Unterstützung von ATM und die doppelte Kapselung von GPON bieten keinen wirklichen Vorteil gegenüber einem reinen Ethernet-Transportschema.

Für den Zugriff auf den Dienst eignet sich EPON nur für reine Datendienste und GPON für Triple-Play. EPON ist eine native Ethernet-Lösung, die die Funktionen, Kompatibilität und Leistung des Ethernet-Protokolls nutzt, während GPON die Techniken von SONET/SDH und Generic Framing Protocol (GFP) für den Ethernet-Transport nutzt.

Fazit: Beim Schichtvergleich ist EPON besser als GPON. Beim Service ist GPON besser als EPON.

QoS (Dienstqualität)

Das Ethernet-Protokoll verfügt nicht über eine integrierte QoS-Funktion. Da ein PON-System ohne QoS nicht funktionsfähig ist, bieten die meisten Anbieter QoS über VLAN-Tags (Virtual Local Area Network) an. Dies löst zwar das QoS-Problem, ist jedoch mit hohen Kosten verbunden. Da VLAN-Tags nicht automatisch bereitgestellt werden, werden sie größtenteils manuell bereitgestellt. GPON verfügt über eine integrierte QoS-Verwaltung, die es gegenüber EPON überlegen macht, da EPON-QoS im Vergleich zu GPON mit höheren Kosten verbunden ist.

Fazit: GPON ist in dieser Runde besser als EPON.

OAM (Betriebsverwaltung und -wartung)

In GPON gibt es drei verschiedene Arten von Steuernachrichten: OMCI ( ONT Management and Control Interface ), OAM und PLOAM (Physical Layer OAM). Ihre Rollen sind in der folgenden Tabelle aufgeführt.

Steuerkanalformat Verwendet für

OMCI Ethernet oder ATM Bereitstellung von ONT-Diensten, die Schichten über dem GTC definieren (z. B. über EMS)

Eingebetteter OAM-Header-Overhead, BW-Granting, Verschlüsselungsschlüsselwechsel und DBA

PLOAM ATM Automatische Erkennung und alle anderen PMD- und GTC-Verwaltungsinformationen. PLOAM-Nachrichten werden für Übertragungen an ONTs oder FF weitergeleitet

Im Gegensatz dazu legt EPON nicht allzu viel Wert auf OAM. EPON nutzt IEEE 802.3ah OAM-Nachrichten für Bereitstellung, Fehlerisolierung und Leistungsüberwachung in Verbindung mit SNMP-Sets (Simple Network Management Protocol) und nutzt MIBs (Management Information Bases) der IETF (Internet Engineering Task Force). Zusätzliche Steuernachrichten sind MPCP GATEs/REPORTS zur Bandbreitenzuweisung.

Fazit: GPON ist in dieser Runde besser als EPON.

Kosten

Die Kosten für die GPON- oder EPON-Bereitstellung hängen von den Kosten für OLT, ONU/ONT und passive optische Komponenten ab .

Ein ODN besteht aus Glasfaserkabel, Gehäuse, optischem Splitter, Stecker usw. Bei gleicher Benutzerzahl sind die Kosten für Glasfaser und Gehäuse bei EPON ähnlich wie bei GPON. Die Kosten von OLT und ONT werden durch ASIC (Application Specific Integrated Circuit) und optische Transceiver-Module bestimmt. Die auf dem Markt erhältlichen GPON-Chipsätze basieren meist auf FPGA (Field Programmable Gate Array), das teurer ist als der EPON-ASIC auf MAC-Ebene (Media Access Control). Es gibt nur wenige Chipsatzanbieter, die GPON-Chipsätze bereitstellen können, und es ist unwahrscheinlich, dass der Preis für GPON-Geräte schnell sinken wird. Das optische Modul von GPON ist ebenfalls teurer als EPON. Wenn GPON die Bereitstellungsphase erreicht, sind die geschätzten Kosten eines GPON-OLT 1,5- bis 2-mal höher als die eines EPON-OLT, und die geschätzten Kosten eines GPON-ONT werden 1,2- bis 1,5-mal höher sein als die eines EPON-ONT.

Fazit: EPON ist viel kostengünstiger als GPON, da die Kosten für GPON derzeit noch hoch sind.

Zusammenfassung

Aus den obigen Ausführungen geht hervor, dass EPON und GPON jeweils ihre Vor- und Nachteile haben . Im Leistungsvergleich schneidet GPON besser ab als EPON, während EPON deutliche Zeit- und Kostenvorteile bietet. EPON ist derzeit noch die Hauptvariante von PON, während GPON aufholt. Im Breitbandzugangsmarkt werden EPON und GPON wahrscheinlich nicht als Ersatz dienen. Vielmehr ergänzen sie sich. Für Nutzer mit Anforderungen an Multiservice, hohe Servicequalität und Sicherheit sowie ein ATM-Backbone-Netzwerk scheint GPON ideal zu sein. Für Nutzer mit geringen Sicherheitsanforderungen und geringeren Kosten ist EPON möglicherweise die bessere Wahl.

Über FIBER-MART (Fiber-MART.COM)