Was ist der Unterschied zwischen EPON- und GPON-Glasfasernetzen?

EPON und GPON sind gängige Varianten passiver optischer Netzwerke (PONs). Diese Kurzstreckennetze aus Glasfaserkabeln werden für Internetzugang, Voice over Internet Protocol (VoIP) und digitale Fernsehübertragung in Ballungsräumen genutzt. Weitere Einsatzgebiete sind Backhaul-Verbindungen für Mobilfunkbasisstationen, WLAN-Hotspots und sogar verteilte Antennensysteme (DAS). Die Hauptunterschiede liegen in den Protokollen für die Downstream- und Upstream-Kommunikation.

 

Ein PON ist ein Glasfasernetz, das ausschließlich Glasfaser und passive Komponenten wie Splitter und Combiner anstelle von aktiven Komponenten wie Verstärkern, Repeatern oder Formschaltungen verwendet. Solche Netze sind deutlich günstiger als solche mit aktiven Komponenten. Der Hauptnachteil ist die geringere Reichweite, die durch die Signalstärke begrenzt ist. Während ein aktives optisches Netz (AON) eine Reichweite von bis zu 100 km abdecken kann, ist ein PON typischerweise auf Glasfaserkabellängen von bis zu 20 km beschränkt. PONs werden auch als Fiber-to-the-Home-Netze (FTTH) bezeichnet.

 

Der Begriff FTTx gibt die Länge einer Glasfaserleitung an. Bei FTTH steht x für „Home“ (Haus). Es gibt auch die Bezeichnungen FTTP (Fiber to the Premises). Eine weitere Variante ist FTTB (Fiber to the Building). Diese drei Versionen definieren Systeme, bei denen die Glasfaser vom Dienstanbieter bis zum Kunden reicht. Bei anderen Formen wird die Glasfaser nicht bis zum Kunden, sondern zu einem Zwischenknoten in der Nachbarschaft verlegt. Dies wird als FTTN (Fiber to the Node) bezeichnet. Eine weitere Variante ist FTTC (Fiber to the Curb). Auch hier reicht die Glasfaser nicht bis zum Haus. FTTC- und FTTN-Netze können die ungeschirmte Twisted-Pair-Kupfertelefonleitung (UTP) eines Kunden nutzen, um die Dienste kostengünstiger zu erweitern. Beispielsweise überträgt eine schnelle ADSL-Leitung die Glasfaserdaten an die Geräte des Kunden.

 

Die typische PON-Konfiguration ist ein Punkt-zu-Mehrpunkt-Netzwerk (P2MP), bei dem ein zentrales optisches Leitungsterminal (OLT) in der Einrichtung des Dienstanbieters Fernseh- oder Internetdienste an bis zu 16 bis 128 Kunden pro Glasfaserleitung verteilt (siehe Abbildung). Optische Splitter, passive optische Geräte, die ein einzelnes optisches Signal in mehrere gleich starke, aber schwächere Signale aufteilen, verteilen die Signale an die Benutzer. Eine optische Netzwerkeinheit (ONU) schließt das PON beim Kunden zu Hause ab. Die ONU kommuniziert üblicherweise mit einem optischen Netzwerkterminal (ONT), einer separaten Box, die das PON mit Fernsehgeräten, Telefonen, Computern oder einem WLAN-Router verbindet. ONU/ONT können ein Gerät sein.

 

Bei der grundlegenden Funktionsweise der Downstream-Verteilung auf einer Lichtwellenlänge vom OLT zum ONU/ONT empfangen alle Kunden dieselben Daten. Die ONU erkennt die für jeden Benutzer bestimmten Daten. Für den Upstream vom ONU zum OLT wird ein Zeitmultiplexverfahren (TDM) verwendet, bei dem jedem Benutzer ein Zeitschlitz auf einer anderen Lichtwellenlänge zugewiesen wird. Bei dieser Anordnung fungieren die Splitter als Leistungskombinierer. Die Upstream-Übertragungen, sogenannte Burst-Mode-Übertragungen, erfolgen zufällig, je nachdem, wie ein Benutzer Daten senden muss. Das System weist einen Zeitschlitz nach Bedarf zu. Da beim TDM-Verfahren mehrere Benutzer an einer einzigen Übertragung beteiligt sind, ist die Upstream-Datenrate immer langsamer als die Downstream-Rate.

 

GPON

 

Im Laufe der Jahre wurden verschiedene PON-Standards entwickelt. Ende der 1990er Jahre entwickelte die Internationale Fernmeldeunion (ITU) den APON-Standard, der den Asynchronous Transfer Mode (ATM) für die Paketübertragung über große Entfernungen nutzte. Da ATM nicht mehr verwendet wird, wurde eine neuere Version namens Breitband-PON (BPON) entwickelt. Dieser Standard mit der Bezeichnung ITU-T G.983 ermöglichte 622 Mbit/s Downstream und 155 Mbit/s Upstream.

 

Während BPON in einigen Systemen noch verwendet wird, verwenden die meisten aktuellen Netzwerke GPON (Gigabit-PON). Der ITU-T-Standard ist G.984. Er liefert 2,488 Gbit/s Downstream und 1,244 Gbit/s Upstream.

 

GPON nutzt optisches Wellenlängenmultiplexverfahren (WDM), sodass eine einzige Faser sowohl für Downstream- als auch Upstream-Daten verwendet werden kann. Ein Laser mit einer Wellenlänge (λ) von 1490 nm überträgt Downstream-Daten. Upstream-Daten werden auf einer Wellenlänge von 1310 nm übertragen. Für die Übertragung von Fernsehsignalen wird eine Wellenlänge von 1550 nm verwendet.

 

Während jede ONU die volle Downstream-Rate von 2,488 Gbit/s erhält, verwendet GPON ein Time Division Multiple Access (TDMA)-Format, um jedem Benutzer einen bestimmten Zeitschlitz zuzuweisen. Dadurch wird die Bandbreite aufgeteilt, sodass jeder Benutzer je nach Zuteilung durch den Dienstanbieter einen Bruchteil, beispielsweise 100 Mbit/s, erhält.

 

Die Upstream-Rate liegt unter dem Maximum, da sie in einem TDMA-Schema mit anderen ONUs geteilt wird. Das OLT ermittelt die Entfernung und die Zeitverzögerung jedes Teilnehmers. Anschließend ermöglicht die Software die Zuweisung von Zeitschlitzen für Upstream-Daten für jeden Benutzer.

 

Die typische Aufteilung einer einzelnen Faser beträgt 1:32 oder 1:64. Das bedeutet, dass jede Faser bis zu 32 bzw. 64 Teilnehmer versorgen kann. In einigen Systemen sind Aufteilungsverhältnisse von bis zu 1:128 möglich.

 

Was das Datenformat betrifft, können GPON-Pakete ATM-Pakete direkt verarbeiten. ATM verpackt alles in 53-Byte-Paketen, davon 48 Byte für Daten und 5 Byte für Overhead. GPON verwendet außerdem eine generische Kapselungsmethode für die Übertragung anderer Protokolle. Es kann Ethernet, IP, TCP, UDP, T1/E1, Video, VoIP oder andere Protokolle kapseln, je nach Bedarf der Datenübertragung. Die minimale Paketgröße beträgt 53 Byte, die maximale 1518 Byte. AES-Verschlüsselung wird nur im Downstream verwendet.

 

Die neueste Version von GPON ist eine 10-Gigabit-Version namens XGPON oder 10G-PON. Mit der steigenden Nachfrage nach Video- und Over-the-Top-TV-Diensten (OTT) steigt der Bedarf an höheren Übertragungsraten, um die enormen Datenmengen hochauflösender Videos verarbeiten zu können. XGPON erfüllt diese Funktion. Der ITU-Standard ist G.987.

 

Die maximale Übertragungsrate von XGPON beträgt 10 Gbit/s (9,95328) im Downstream und 2,5 Gbit/s (2,48832) im Upstream. Es werden unterschiedliche WDM-Wellenlängen verwendet: 1577 nm im Downstream und 1270 nm im Upstream. Dies ermöglicht die Koexistenz von 10-Gbit/s-Diensten auf derselben Glasfaser wie Standard-GPON. Der optische Split beträgt 1:128, und die Datenformatierung ist identisch mit GPON. Die maximale Reichweite beträgt weiterhin 20 km. XGPON ist noch nicht flächendeckend implementiert, bietet aber Serviceanbietern und Kunden hervorragende Upgrade-Möglichkeiten.

 

Die meisten PONs sind so konfiguriert. Die Anzahl der Splitter und Split-Level variiert je nach Anbieter und System. Split-Verhältnisse liegen üblicherweise bei 1:32 oder 1:64, können aber auch höher sein.EPON und GPON sind gängige Varianten passiver optischer Netzwerke (PONs). Diese Kurzstreckennetze aus Glasfaserkabeln werden für Internetzugang, Voice over Internet Protocol (VoIP) und digitale Fernsehübertragung in Ballungsräumen genutzt. Weitere Einsatzgebiete sind Backhaul-Verbindungen für Mobilfunkbasisstationen, WLAN-Hotspots und sogar verteilte Antennensysteme (DAS). Die Hauptunterschiede liegen in den Protokollen für die Downstream- und Upstream-Kommunikation.

 

Ein PON ist ein Glasfasernetz, das ausschließlich Glasfaser und passive Komponenten wie Splitter und Combiner anstelle von aktiven Komponenten wie Verstärkern, Repeatern oder Formschaltungen verwendet. Solche Netze sind deutlich günstiger als solche mit aktiven Komponenten. Der Hauptnachteil ist die geringere Reichweite, die durch die Signalstärke begrenzt ist. Während ein aktives optisches Netz (AON) eine Reichweite von bis zu 100 km abdecken kann, ist ein PON typischerweise auf Glasfaserkabellängen von bis zu 20 km beschränkt. PONs werden auch als Fiber-to-the-Home-Netze (FTTH) bezeichnet.

 

Der Begriff FTTx gibt die Länge einer Glasfaserleitung an. Bei FTTH steht x für „Home“ (Haus). Es gibt auch die Bezeichnungen FTTP (Fiber to the Premises). Eine weitere Variante ist FTTB (Fiber to the Building). Diese drei Versionen definieren Systeme, bei denen die Glasfaser vom Dienstanbieter bis zum Kunden reicht. Bei anderen Formen wird die Glasfaser nicht bis zum Kunden, sondern zu einem Zwischenknoten in der Nachbarschaft verlegt. Dies wird als FTTN (Fiber to the Node) bezeichnet. Eine weitere Variante ist FTTC (Fiber to the Curb). Auch hier reicht die Glasfaser nicht bis zum Haus. FTTC- und FTTN-Netze können die ungeschirmte Twisted-Pair-Kupfertelefonleitung (UTP) eines Kunden nutzen, um die Dienste kostengünstiger zu erweitern. Beispielsweise überträgt eine schnelle ADSL-Leitung die Glasfaserdaten an die Geräte des Kunden.

 

Die typische PON-Konfiguration ist ein Punkt-zu-Mehrpunkt-Netzwerk (P2MP), bei dem ein zentrales optisches Leitungsterminal (OLT) in der Einrichtung des Dienstanbieters Fernseh- oder Internetdienste an bis zu 16 bis 128 Kunden pro Glasfaserleitung verteilt (siehe Abbildung). Optische Splitter, passive optische Geräte, die ein einzelnes optisches Signal in mehrere gleich starke, aber schwächere Signale aufteilen, verteilen die Signale an die Benutzer. Eine optische Netzwerkeinheit (ONU) schließt das PON beim Kunden zu Hause ab. Die ONU kommuniziert üblicherweise mit einem optischen Netzwerkterminal (ONT), einer separaten Box, die das PON mit Fernsehgeräten, Telefonen, Computern oder einem WLAN-Router verbindet. ONU/ONT können ein Gerät sein.

 

Bei der grundlegenden Funktionsweise der Downstream-Verteilung auf einer Lichtwellenlänge vom OLT zum ONU/ONT empfangen alle Kunden dieselben Daten. Die ONU erkennt die für jeden Benutzer bestimmten Daten. Für den Upstream vom ONU zum OLT wird ein Zeitmultiplexverfahren (TDM) verwendet, bei dem jedem Benutzer ein Zeitschlitz auf einer anderen Lichtwellenlänge zugewiesen wird. Bei dieser Anordnung fungieren die Splitter als Leistungskombinierer. Die Upstream-Übertragungen, sogenannte Burst-Mode-Übertragungen, erfolgen zufällig, je nachdem, wie ein Benutzer Daten senden muss. Das System weist einen Zeitschlitz nach Bedarf zu. Da beim TDM-Verfahren mehrere Benutzer an einer einzigen Übertragung beteiligt sind, ist die Upstream-Datenrate immer langsamer als die Downstream-Rate.

 

GPON

 

Im Laufe der Jahre wurden verschiedene PON-Standards entwickelt. Ende der 1990er Jahre entwickelte die Internationale Fernmeldeunion (ITU) den APON-Standard, der den Asynchronous Transfer Mode (ATM) für die Paketübertragung über große Entfernungen nutzte. Da ATM nicht mehr verwendet wird, wurde eine neuere Version namens Breitband-PON (BPON) entwickelt. Dieser Standard mit der Bezeichnung ITU-T G.983 ermöglichte 622 Mbit/s Downstream und 155 Mbit/s Upstream.

 

Während BPON in einigen Systemen noch verwendet wird, verwenden die meisten aktuellen Netzwerke GPON (Gigabit-PON). Der ITU-T-Standard ist G.984. Er liefert 2,488 Gbit/s Downstream und 1,244 Gbit/s Upstream.

 

GPON nutzt optisches Wellenlängenmultiplexverfahren (WDM), sodass eine einzige Faser sowohl für Downstream- als auch Upstream-Daten verwendet werden kann. Ein Laser mit einer Wellenlänge (λ) von 1490 nm überträgt Downstream-Daten. Upstream-Daten werden auf einer Wellenlänge von 1310 nm übertragen. Für die Übertragung von Fernsehsignalen wird eine Wellenlänge von 1550 nm verwendet.

 

Während jede ONU die volle Downstream-Rate von 2,488 Gbit/s erhält, verwendet GPON ein Time Division Multiple Access (TDMA)-Format, um jedem Benutzer einen bestimmten Zeitschlitz zuzuweisen. Dadurch wird die Bandbreite aufgeteilt, sodass jeder Benutzer je nach Zuteilung durch den Dienstanbieter einen Bruchteil, beispielsweise 100 Mbit/s, erhält.

 

Die Upstream-Rate liegt unter dem Maximum, da sie in einem TDMA-Schema mit anderen ONUs geteilt wird. Das OLT ermittelt die Entfernung und die Zeitverzögerung jedes Teilnehmers. Anschließend ermöglicht die Software die Zuweisung von Zeitschlitzen für Upstream-Daten für jeden Benutzer.

 

Die typische Aufteilung einer einzelnen Faser beträgt 1:32 oder 1:64. Das bedeutet, dass jede Faser bis zu 32 bzw. 64 Teilnehmer versorgen kann. In einigen Systemen sind Aufteilungsverhältnisse von bis zu 1:128 möglich.

 

Was das Datenformat betrifft, können GPON-Pakete ATM-Pakete direkt verarbeiten. ATM verpackt alles in 53-Byte-Paketen, davon 48 Byte für Daten und 5 Byte für Overhead. GPON verwendet außerdem eine generische Kapselungsmethode für die Übertragung anderer Protokolle. Es kann Ethernet, IP, TCP, UDP, T1/E1, Video, VoIP oder andere Protokolle kapseln, je nach Bedarf der Datenübertragung. Die minimale Paketgröße beträgt 53 Byte, die maximale 1518 Byte. AES-Verschlüsselung wird nur im Downstream verwendet.

 

Die neueste Version von GPON ist eine 10-Gigabit-Version namens XGPON oder 10G-PON. Mit der steigenden Nachfrage nach Video- und Over-the-Top-TV-Diensten (OTT) steigt der Bedarf an höheren Übertragungsraten, um die enormen Datenmengen hochauflösender Videos verarbeiten zu können. XGPON erfüllt diese Funktion. Der ITU-Standard ist G.987.

 

Die maximale Übertragungsrate von XGPON beträgt 10 Gbit/s (9,95328) im Downstream und 2,5 Gbit/s (2,48832) im Upstream. Es werden unterschiedliche WDM-Wellenlängen verwendet: 1577 nm im Downstream und 1270 nm im Upstream. Dies ermöglicht die Koexistenz von 10-Gbit/s-Diensten auf derselben Glasfaser wie Standard-GPON. Der optische Split beträgt 1:128, und die Datenformatierung ist identisch mit GPON. Die maximale Reichweite beträgt weiterhin 20 km. XGPON ist noch nicht flächendeckend implementiert, bietet aber Serviceanbietern und Kunden hervorragende Upgrade-Möglichkeiten.

 

Die meisten PONs sind so konfiguriert. Die Anzahl der Splitter und Split-Level variiert je nach Anbieter und System. Split-Verhältnisse liegen üblicherweise bei 1:32 oder 1:64, können aber auch höher sein.