Сравнение EPON и GPON

Растущий спрос на более высокую пропускную способность, большее разнообразие и большую персонализацию услуг требует расширения пропускной способности и универсальности сетей доступа. В последние годы всё больше производителей оборудования и сетевых операторов обращают внимание на технологии оптического доступа. Сети FTTH (оптоволокно до дома) становятся трендом для сетей доступа будущего. Пассивная оптическая сеть (PON), являясь основной технологией FTTH, обеспечивает сетевой доступ типа «точка-многоточка» (P2MP) с более низкими затратами на установку и обслуживание. EPON (пассивная оптическая сеть Ethernet) и GPON (гигабитная пассивная оптическая сеть) являются популярными версиями PON в настоящее время. Обе они конкурентоспособны и дополняют друг друга, имея свои преимущества. Данное руководство в основном посвящено их сравнению в различных аспектах.

Фон

Пассивная оптическая сеть (PON) существует с середины 1990-х годов. Система PON обычно состоит из оптического линейного терминала (OLT) в центральном офисе поставщика услуг и нескольких оптических сетевых устройств (ONU) вблизи конечных пользователей. Кроме того, для обеспечения обслуживания нескольких помещений одним оптоволоконным кабелем используются оптические разветвители.

В начале 2000-х годов были проведены значительные работы по разработке решений с гигабитной скоростью, предназначенных для предоставления услуг Ethernet и IP. IEEE и ITU-T разработали два совершенно разных решения — EPON и GPON соответственно. Хотя общие концепции (работа PON, структура ODN, план распределения длин волн и применение) для EPON и GPON одинаковы, их принцип работы, как и поддерживаемые ими функции и услуги, существенно различаются. EPON — это собственное решение Ethernet, использующее функции, совместимость и производительность протокола Ethernet, в то время как GPON использует технологии SONET/SDH и Generic Framing Protocol (GFP) для передачи Ethernet.

GPON , или PON с поддержкой гигабитных скоростей, использует протокол на основе IP и кодирование ATM или GEM (метод инкапсуляции GPON). Стандартная скорость передачи данных составляет до 2,5 Гбит/с, и технология обеспечивает высокую гибкость в выборе типов передаваемого трафика. GPON обеспечивает «триплетную игру» (голос-данные-видео) и является основой большинства запланированных приложений FTTP (оптоволокно до объекта) в ближайшем будущем.

Технология EPON или Ethernet PON основана на стандарте IEEE для Ethernet на первой миле. Она использует пакетную передачу данных со скоростью 1 Гбит/с, в настоящее время обсуждается возможность перехода на скорость 10 Гбит/с. EPON широко распространена в Азии. Архитектура системы аналогична GPON, но протоколы передачи данных отличаются.

Эволюцию PON можно увидеть на следующем рисунке (рисунок 1).

Рисунок 1. Эволюция PON

Сравнение EPON и GPON

Будучи основными версиями PON в настоящее время, EPON и GPON всегда являются предметом горячих обсуждений. Они имеют одинаковую архитектуру, но используют разные протоколы и приложения. Обладая собственными преимуществами, они конкурируют друг с другом. Однако чаще всего они дополняют друг друга. Поэтому в следующих материалах мы хотели бы сравнить их с разных точек зрения:

Скорость передачи данных

EPON использует стандартные кадры данных Ethernet 802.3: стандарт IEEE 802.3, ратифицированный как 802.3ah-2004, для скорости 1,25 Гбит/с (1,0 Гбит/с до кодирования 8B/10B) и стандарт IEEE 802.3av для скорости 10 Гбит/с (10G-EPON). Скорость передачи данных в восходящем и нисходящем направлениях в EPON симметрична.

GPON поддерживает различные варианты скорости передачи данных, используя один и тот же протокол, включая симметричную скорость передачи данных 622 Мбит/с в нисходящем и восходящем потоках, симметричную скорость передачи данных 1,25 Гбит/с в обоих потоках, а также скорость передачи данных 2,5 Гбит/с в нисходящем и 1,25 Гбит/с в восходящем потоках. Типичные системы GPON поддерживают скорость передачи данных 2,5 Гбит/с в нисходящем и 1,25 Гбит/с в восходящем потоках. Таким образом, мы можем определить скорость передачи данных в восходящем и нисходящем потоках в зависимости от требований, а затем выбрать соответствующие оптические модули приёмопередатчика. Этот протокол более гибок, чем EPON.

Вывод: в этом раунде GPON лучше EPON.

Коэффициенты разделения

Коэффициенты разделения (Split Ratios) означают количество пользователей, которых должна обслуживать данная PON-сеть. Обычно они составляют 32, но могут быть и 16, 64 или даже 128.

В EPON стандарт обычно поддерживает минимальное значение 32 (т.е. 1:32). Фактически, EPON не ограничивает коэффициент разделения. Это означает, что в EPON также доступны коэффициенты 1:64 и 1:128. Провайдеры могут определять коэффициент разделения в зависимости от услуг и пропускной способности, которые они хотят поддерживать. В отличие от этого, GPON определяет верхний предел коэффициента разделения. GPON обещает поддержку 128, а типичный коэффициент разделения составляет 64. Существует несколько распространённых коэффициентов разделения GPON — 1:32, 1:64 или 1:128. GPON предлагает множество коэффициентов разделения, но не даёт существенных преимуществ с точки зрения стоимости. EPON позволяет развернуть более дешёвую оптику в ONU, поскольку ему не требуется достигать коэффициента разделения 128.

Однако коэффициент разделения гораздо сильнее зависит от производительности оптических приёмопередающих модулей. Большой коэффициент разделения существенно увеличит стоимость оптических приёмопередающих модулей. Кроме того, большой коэффициент разделения уменьшит дальность передачи. Использование полосы пропускания слишком большим количеством пользователей также является причиной высокого коэффициента разделения. При коэффициенте разделения 1:16 максимальная дальность передачи может достигать 20 км. При 1:32 максимальная дальность передачи составляет 10 км. В этом отношении EPON и GPON практически одинаковы. В частности, 10 Гбит/с практически идентичны, а именно, они предоставляют одинаковую полосу пропускания одинаковому количеству абонентов.

Заключение: в этом раунде EPON и GPON идут ноздря в ноздрю.

Служба наслоения и доступа

В EPON кадры Ethernet передаются по PON в своём собственном формате. Это значительно упрощает модель многоуровневого распределения и связанное с ней управление. Все сервисы отображаются через Ethernet (напрямую или через IP). Для достижения того же в GPON требуется два уровня инкапсуляции. Во-первых, кадры TDM и Ethernet инкапсулируются в кадры метода инкапсуляции GTC (GEM), имеющие формат, подобный GFP (основанный на рекомендациях ITU G.7401). Во-вторых, кадры ATM и GEM инкапсулируются в кадры GTC, которые затем передаются по PON. Как показано на рисунке 2.

Рисунок 2. Уровни EPON и GPON.
Основное назначение кадра GEM — предоставление кадрово-ориентированного сервиса в качестве альтернативы ATM для эффективной обработки кадров Ethernet и TDM. Режимы ATM и GEM обязательны для OLT, но ONT может быть настроен для поддержки одного из них или обоих. Однако при сравнении с простой моделью EPON становится очевидно, что инкапсуляция GEM/GTC и включение ATM добавляют ненужную сложность для решения той же проблемы.

EPON, очевидно, предлагает гораздо более простое и понятное решение, чем GPON. Поддержка ATM и двойная инкапсуляция GPON не дают никаких реальных преимуществ по сравнению с чистой схемой передачи данных Ethernet.

Для доступа к сервисам EPON подходит только для услуг передачи данных, а GPON — для услуг Triple Play. EPON — это собственное решение Ethernet, использующее функции, совместимость и производительность протокола Ethernet, в то время как GPON использует технологии SONET/SDH и Generic Framing Protocol (GFP) для передачи Ethernet.

Вывод: С точки зрения многоуровневого сравнения EPON лучше GPON. С точки зрения обслуживания GPON лучше EPON.

Протокол Ethernet QoS (качество обслуживания)
не имеет встроенной функции QoS. Поскольку система PON нежизнеспособна без QoS, большинство поставщиков обеспечивают её с помощью тегов VLAN (виртуальной локальной сети). Хотя это и решает проблему QoS, это достигается за счёт больших затрат. Поскольку автоматическое выделение тегов VLAN отсутствует, они, как правило, выделяются вручную. GPON имеет встроенную поддержку QoS, что делает его более выгодным по сравнению с EPON, поскольку QoS в EPON обходится дороже, чем в GPON. (Рис. 3)

Рис. 3 Архитектура QOS EPON и GPON

Вывод: в этом раунде GPON лучше EPON.

OAM (Оперативное администрирование и обслуживание).
В GPON существует три типа управляющих сообщений: OMCI (интерфейс управления и контроля ONT), OAM и PLOAM (ОАМ физического уровня). Их функции показаны в таблице ниже.

Напротив, EPON не уделяет особого внимания OAM. EPON использует сообщения OAM IEEE 802.3ah для подготовки, локализации неисправностей и мониторинга производительности в сочетании с протоколом SNMP (Simple Network Management Protocol), который устанавливает и получает базы MIB (Management Information Bases) IETF (Internet Engineering Task Force). Дополнительными управляющими сообщениями являются MPCP GATE/REPORTs для предоставления полосы пропускания.

Вывод: в этом раунде GPON лучше EPON.

Расходы

Стоимость развертывания GPON или EPON зависит от стоимости OLT, ONU/ONT и пассивных оптических компонентов.

ODN состоит из оптоволоконного кабеля, шкафа, оптического разветвителя, разъема и т. д. Для того же количеств