В чем разница между оптоволоконными сетями EPON и GPON?

EPON и GPON — популярные версии пассивных оптических сетей (PON). Эти оптоволоконные сети малой протяженности используются для доступа в интернет, передачи голоса по интернет-протоколу (VoIP) и цифрового телевидения в мегаполисах. Они также используются для организации транзитных соединений между базовыми станциями сотовой связи, точками доступа Wi-Fi и даже распределенными антенными системами (DAS). Основные различия между ними заключаются в протоколах, используемых для передачи данных по нисходящему и восходящему каналам.

 

PON — это оптоволоконная сеть, в которой используются только оптоволокно и пассивные компоненты, такие как разветвители и сумматоры, а не активные компоненты, такие как усилители, повторители или схемы формирования сигнала. Такие сети стоят значительно дешевле сетей с активными компонентами. Главным недостатком является меньшая дальность покрытия, ограниченная силой сигнала. В то время как активная оптическая сеть (AON) может охватывать расстояние около 100 км (62 мили), PON обычно ограничена оптоволоконными кабелями длиной до 20 км (12 миль). PON также называют сетями «оптоволокно до дома» (FTTH).

 

Термин FTTx используется для обозначения расстояния прокладки оптоволокна. В FTTH буква x означает «дом». Вы также можете встретить название FTTP или «волокно до помещения». Другой вариант — FTTB (волокно до здания). Эти три версии определяют системы, в которых оптоволокно проходит от поставщика услуг до клиента. В других вариантах оптоволокно не прокладывается полностью до клиента. Вместо этого оно прокладывается до промежуточного узла в районе. Это называется FTTN (волокно до узла). Другой вариант — FTTC (волокно до коммутационного узла). Здесь оптоволокно также не доходит до дома. Сети FTTC и FTTN могут использовать неэкранированную медную телефонную линию клиента на основе витой пары (UTP) для расширения услуг с меньшими затратами. Например, быстрая линия ADSL передает данные по оптоволокну на устройства клиента.

 

Типичная схема PON представляет собой сеть типа «точка-многоточка» (P2MP), в которой центральный оптический линейный терминал (OLT) на объекте провайдера услуг распределяет услуги телевидения или интернета между 16–128 абонентами по одной оптоволоконной линии (см. рисунок). Оптические разветвители, пассивные оптические устройства, разделяющие один оптический сигнал на несколько равных, но маломощных сигналов, распределяют сигналы между пользователями. Оптический сетевой блок (ONU) завершает PON в доме абонента. ONU обычно взаимодействует с оптическим сетевым терминалом (ONT), который может представлять собой отдельный блок, соединяющий PON с телевизорами, телефонами, компьютерами или беспроводным маршрутизатором. ONU/ONT может быть одним устройством.

 

В базовом методе работы при нисходящем распределении на одной длине волны света от OLT к ONU/ONT все клиенты получают одни и те же данные. ONU распознаёт данные, предназначенные для каждого пользователя. Для восходящего потока от ONU к OLT используется метод временного мультиплексирования (TDM), при котором каждому пользователю выделяется временной интервал на разной длине волны света. При такой схеме разветвители действуют как сумматоры мощности. Передачи восходящего потока, называемые операциями в пакетном режиме, происходят случайным образом по мере необходимости для пользователя. Система выделяет интервал по мере необходимости. Поскольку метод TDM предполагает передачу данных несколькими пользователями, скорость передачи восходящего потока всегда ниже скорости нисходящего потока.

 

GPON

 

За прошедшие годы были разработаны различные стандарты PON. В конце 1990-х годов Международный союз электросвязи (МСЭ) создал стандарт APON, который использовал асинхронный режим передачи (ATM) для передачи пакетов на большие расстояния. Поскольку ATM больше не используется, была создана новая версия, получившая название широкополосной PON (BPON). Этот стандарт, получивший обозначение ITU-T G.983, обеспечивал скорость передачи данных 622 Мбит/с в нисходящем направлении и 155 Мбит/с в восходящем направлении.

 

Хотя в некоторых системах всё ещё может использоваться BPON, большинство современных сетей использует GPON (Gigabit PON). Стандарт ITU-T — G.984. Он обеспечивает скорость 2,488 Гбит/с в нисходящем направлении и 1,244 Гбит/с в восходящем направлении.

 

В GPON используется оптическое мультиплексирование по длине волны (WDM), что позволяет использовать одно волокно как для нисходящего, так и для восходящего потока данных. Для передачи нисходящего потока данных используется лазер с длиной волны (λ) 1490 нм. Восходящий поток данных передается на длине волны 1310 нм. Для передачи телевизионных сигналов используется длина волны 1550 нм.

 

В то время как каждый ONU получает полную скорость нисходящего канала 2,488 Гбит/с, GPON использует формат множественного доступа с временным разделением каналов (TDMA) для выделения каждому пользователю определённого временного интервала. Это разделяет полосу пропускания таким образом, что каждый пользователь получает свою часть, например, 100 Мбит/с, в зависимости от способа распределения, установленного поставщиком услуг.

 

Скорость восходящего потока данных меньше максимальной, поскольку она используется совместно с другими ONU в схеме TDMA. OLT определяет расстояние и временную задержку для каждого абонента. Затем программное обеспечение выделяет временные интервалы для восходящего потока данных каждому пользователю.

 

Типичное разделение одного волокна составляет 1:32 или 1:64. Это означает, что каждое волокно может обслуживать до 32 или 64 абонентов. В некоторых системах возможны коэффициенты разделения до 1:128.

 

Что касается формата данных, пакеты GPON могут напрямую обрабатывать пакеты ATM. Напомним, что ATM упаковывает всё в 53-байтовые пакеты, из которых 48 байт отводится на данные и 5 байт – на служебные данные. GPON также использует универсальный метод инкапсуляции для передачи других протоколов. Он может инкапсулировать Ethernet, IP, TCP, UDP, T1/E1, видео, VoIP и другие протоколы в зависимости от условий передачи данных. Минимальный размер пакета составляет 53 байта, максимальный – 1518. Шифрование AES используется только в нисходящем направлении.

 

Последняя версия GPON — это 10-гигабитная версия, называемая XGPON, или 10G-PON. В связи с ростом спроса на видеоуслуги и услуги OTT-телевидения, возрастает потребность в повышении пропускной способности линий связи для обработки больших объёмов видео высокой чёткости. XGPON служит этой цели. Стандарт МСЭ — G.987.

 

Максимальная скорость XGPON составляет 10 Гбит/с (9,95328) в нисходящем направлении и 2,5 Гбит/с (2,48832) в восходящем направлении. Используются различные длины волн WDM: 1577 нм в нисходящем направлении и 1270 нм в восходящем направлении. Это позволяет предоставлять услуги со скоростью 10 Гбит/с по одному волокну со стандартным GPON. Оптическое разделение составляет 1:128, а формат данных такой же, как у GPON. Максимальная дальность передачи данных по-прежнему составляет 20 км. XGPON пока не получил широкого распространения, но предоставляет отличный путь для модернизации для операторов связи и клиентов.

 

Большинство сетей PON настроены таким образом. Количество разветвителей и уровни разделения зависят от поставщика и системы. Коэффициенты разделения обычно составляют 1:32 или 1:64, но могут быть и выше.