EPON vs. GPON
Technologia wyboru do świadczenia usług nowej generacji W Ameryce Północnej usługi transmisji danych o przepustowości 100 megabitów plus symetryczne prędkości były tradycyjnie dostępne tylko dla dużych klientów korporacyjnych ze względu na wysokie koszty budowy światłowodów i sprzętu do danych dla przedsiębiorstw. Klienci z małych i średnich przedsiębiorstw zostali zdegradowani do technologii kablowych o niższej wydajności lub technologii DSL, które okazały się niezdolne do ekonomicznego zapewnienia wysokiej symetrycznej przepustowości. Teraz, gdy klienci małych i średnich przedsiębiorstw wdrażają aplikacje wymagające dużej przepustowości, takie jak usługi w chmurze, zapotrzebowanie na dedykowaną wydajność światłowodów Ethernet w punkcie DSL lub cenie modemu kablowego gwałtownie rośnie. To z kolei motywuje operatorów do badania technologii, które pozwolą im w opłacalny sposób zaspokoić potrzeby tego bardzo lukratywnego rynku. Istniejące dedykowane rozwiązania Ethernet dla przedsiębiorstw, mimo że są w stanie sprostać wymaganiom technologicznym, są zbyt drogie, aby skutecznie spełniać oczekiwania cenowe małych i średnich klientów biznesowych. Pasywne sieci optyczne (PON) oferują obiecujące możliwości zarówno pod względem jakości usług, jak i ceny. Operatorzy mają do wyboru dwa ważne rozwiązania technologiczne: EPON i GPON. Chociaż GPON jest obecnie szeroko wdrażany w Ameryce Północnej, ma zostać zastąpiony przez EPON, który jest doskonałą inwestycją technologiczną w dostarczanie usług Ethernet dla gospodarstw domowych oraz małych i średnich przedsiębiorstw. Niniejszy artykuł analizuje powody, dla których EPON jest technologią z wyboru dla dostarczania wysokiej jakości usług Ethernet dla małych i średnich przedsiębiorstw oraz klientów indywidualnych po cenie, którą są skłonni zapłacić. Przezwyciężanie ograniczeń infrastruktury DOCSIS®
Operatorzy kablowi od dawna obsługują małych i średnich klientów biznesowych korzystających z urządzeń DOCSIS. Jednak uważają, że operacja i finansowo niepraktyczne jest dokonywanie radykalnych zmian w istniejącej infrastrukturze DOCSIS, niezbędnych do nadążenia za popytem klientów na usługi symetryczne o wyższej prędkości. Zapewnienie symetrycznej przepustowości za pomocą DOCSIS zawsze było wyzwaniem ze względu na ograniczoną liczbę dostępnych kanałów wysyłających, jak określono w oryginalnym standardzie DOCSIS. Ograniczenie to spowodowało, że usługi modemów kablowych ewoluowały w kierunku faworyzowania dużej przepustowości pobierania danych, często przekraczającej 100 Mb, podczas gdy możliwości wysyłania danych przez większość operatorów były ograniczone do 10 Mb lub mniej. To prawda, że standard DOCSIS 3.0 definiuje dodatkowe kanały RF, które pozwalają na zwiększenie przepustowości, ale usuwanie filtrów z istniejącej infrastruktury kablowej w celu obsługi nowych zakresów częstotliwości jest kapitałochłonnym ćwiczeniem, którego większość operatorów kablowych nie jest entuzjastycznie nastawiona. Aby poprawić wydajność sieci przy jednoczesnym obniżeniu kosztu zapewnienia wyższych prędkości i symetrycznej przepustowości, operatorzy kablowi szukają rozwiązań, które łączą wydajność dedykowanego Ethernetu z niskimi kosztami inwestycyjnymi i operacyjnymi urządzeń DOCSIS. PON staje się atrakcyjną alternatywą ze względu na zastosowanie taniego sprzętu w celu zapewnienia symetrycznych prędkości gigabitowych, wsparcie dla wielu ofert usług oraz odporność na zakłócenia częstotliwości radiowej, które mogą zakłócać jakość doświadczenia klientów i zwiększać koszty operacyjne.
Rywalizujące standardy: EPON kontra GPON
Główne zastosowanie PON w usługach abonenckich jest stosunkowo nowe w Stanach Zjednoczonych. Verizon po raz pierwszy oferuje swoją usługę FiOS od 2005 r., A Google Fiber w Kansas City w 2012 r. Z drugiej strony, w chwili pisania tego artykułu Azja ma ponad trzydzieści milionów Wdrożone porty EPON. Początkowo ujednolicony przez ITU jako PON lub APON pod koniec lat 90. XX wieku, PON przekształcił się w dwie obecnie konkurujące implementacje standardów międzynarodowych od ITU (GPON) i IEEE (EPON). Zaletą standardu GPON jest wyczucie rynku w Ameryce Północnej; standardy serii ITU-T G.984.x zostały ratyfikowane w 2003 r., a IEEE ratyfikowało standard 802.3ah dopiero w 2004 r., rok później. Czas ratyfikacji standardu GPON, a także jego zdolność do przenoszenia natywnych usług TDM, prawdopodobnie przyczyniły się do jego wyboru jako platformy dla wdrożeń FiOS firmy Verizon, co wyjaśnia, dlaczego GPON odpowiada obecnie za większość wdrożeń FTTH w Ameryka północna.
Początkowo GPON miał techniczną przewagę rynkową, ponieważ jej warstwa konwergencji transmisji natywnie obejmowała nie tylko enkapsulację natywnych ramek Ethernet, ale także komórki ATM i usługi TDM. Dzięki tej możliwości jest to idealny wybór dla przewoźników, którzy chcą świadczyć jednoczesne usługi głosowe i transmisji danych dla swoich klientów. Ponieważ usługi telefoniczne zostały przeniesione z tradycyjnego TDM na IP, ta techniczna przewaga GPON nad EPON straciła obecnie większość swojego znaczenia.
Względne zalety ekonomiczne i techniczne EPON i GPON
Koszty optycznego sprzętu dystrybucyjnego (typu światłowodu, rozgałęźników, złączy itp.) Są podobne zarówno dla GPON, jak i EPON. Główną różnicę techniczną, a zatem i różnicę kosztów między tymi dwoma standardami, można znaleźć w OLT i ONU. Podstawowymi różnicami między komponentami OLT i ONU dla GPON i EPON są ASIC / FPGA i moduły optyczne. Większość produktów GPON dostępnych na rynku jest oparta na układach FPGA, podczas gdy produkty EPON wykorzystują głównie tańsze układy ASIC. Chociaż zbudowanie ASIC jest znacznie droższe, po dokonaniu tej wstępnej inwestycji koszty produkcji są znacznie niższe niż w przypadku chipsetów FPGA, a koszty są dalej zmniejszane proporcjonalnie do ilości produkowanych układów. Wysoki popyt na EPON w Azji, gdzie do tej pory wdrożono dziesiątki milionów sztuk, pozwolił producentom amortyzować początkową inwestycję ASIC, jednocześnie obniżając koszt komponentów w miarę wzrostu popytu, a tym samym wolumenu. Większe korzyści skali przy wyższych wolumenach dla producentów ASIC sugerują, że jest mało prawdopodobne, że ceny GPON spadną tak gwałtownie, jak do tej pory chipsety EPON (i będą nadal rosły wraz ze wzrostem popytu). Ponadto moduły optyczne dla GPON są również droższe niż EPON ze względu na szybszą modulację włączania i wyłączania lasera oraz wielokrotne wyrównywanie mocy lasera wymagane przez standard ITU-T. Ponadto szybkość 2,4 Gb / s stosowana przez wielu producentów GPON jest niestandardowa dla branży optycznej, co ogranicza wielkość popytu niezbędnego do obniżenia kosztów produkcji tych urządzeń. Jest bardzo wątpliwe, czy koszt sprzętu GPON może być kiedykolwiek tak niski jak w przypadku EPON w perspektywie długoterminowej.
EPON ma wyraźną przewagę techniczną w sieci, w której usługi są definiowane jako Ethernet lub IP przez Ethernet, ponieważ ramki Ethernet są przenoszone natywnie w pasywnej sieci optycznej. GPON wymaga dwóch warstw enkapsulacji do przenoszenia tego samego ruchu. W GPON dane Ethernet i ramki TDM muszą być najpierw enkapsulowane w ramki GEM, które następnie są następnie enkapsulowane wraz z ramkami ATM w ramki GTC do transportu na PON. Chociaż to podejście działało dobrze tam, gdzie była wymagana potrzeba przenoszenia natywnego ruchu TDM i ATM, w sieci obejmującej cały Ethernet włączenie enkapsulacji GEM i GTC zwiększa niepotrzebną złożoność i nie przynosi rzeczywistych korzyści w transporcie ramek czystego Ethernetu.
GPON jest zaprojektowany specjalnie do obsługi połączeń punkt-punkt; dlatego tam, gdzie wymagane jest mostkowanie Ethernet lub obsługa LAN / VLAN, należy to zrobić przed OLT za pomocą sprzętu do nakładania. I odwrotnie, dostarczanie usług zdefiniowanych przez MEF to standardowe możliwości systemów EPON.
Ponieważ EPON jest oparty na standardach Ethernet IEEE 802.3, dziedziczy standardowe MIB Ethernet, które są dobrze obsługiwane przez systemy OSS już wdrożone do zarządzania sieciami operatorów. Dodatkowo, obsługa specyfikacji CableLabs® DPoE ™, która jest teraz wbudowana w sprzęt EPON, umożliwia wykorzystanie istniejących standardowych interfejsów API do łatwego dostarczania, zarządzania i konserwacji instalacji EPON. DPoE zostało zaprojektowane w celu pośredniczenia między istniejącymi systemami zapewniania i zarządzania DOCSIS operatora, aby powodować, że urządzenia OLT i ONU w sieci PON będą wyglądać, jakby były DOCSIS CMTS i modemem kablowym. Należy zauważyć, że DPoE zachęca producentów urządzeń do budowania możliwości w swoich systemach, aby mogli wspierać znormalizowany w branży zestaw interfejsów API do świadczenia usług. Pozwala to nie tylko operatorom kablowym zautomatyzować dostarczanie usług Ethernet w powtarzalny i wydajny sposób przy użyciu ich istniejącego zaplecza, ale także zapewnia wbudowany znormalizowany mechanizm udostępniania i konserwacji dla wszystkich firm telekomunikacyjnych. Ta korzyść nie jest dostępna w produktach GPON.
Chociaż znormalizowane ramy udostępniania zaczynają być dopiero wdrażane przez dostawców kablowych, możliwość korzystania z dobrze zrozumiałego procesu zaopatrzenia i instalacji niezależnie od tego, kto wyprodukował sprzęt, będzie nadal napędzać zwiększone wykorzystanie wdrożeń EPON w Ameryce Północnej. Wynika to z faktu, że operacje sieciowe są „tam, gdzie guma styka się z drogą” w tym sensie, że jest to jeden z najważniejszych czynników przyczyniających się do kontrolowania kosztów oraz poprawy wydajności i wydajności. Większość istniejących systemów OSS jest napisana z myślą o określonych typach sprzętu, a nie sprzętu zaprojektowanego tak, aby był zgodny z zestawem standardowych interfejsów API. Przyjęcie wspólnych standardów oprogramowania, a nie obecna dominacja zastrzeżonych interfejsów OSS, ułatwi interoperacyjność i usprawni procesy świadczenia i świadczenia usług. Ostatecznie znormalizowane interfejsy API OSS poprawią wybór operatora na rynku, umożliwiając mu wybór sprzętu na podstawie ekonomicznych i technicznych zalet, a nie powiązania z jednym dostawcą, co jest powszechne w sieciach większości operatorów. Potencjalne korzyści z tego rozwoju są oczywiste.
GPON ma pewne marginalne zalety w stosunku do EPON, na które należy zwrócić uwagę w celu zapewnienia uczciwości. Jedną z zalet jest wykorzystanie przez GPON kodowania linii NRZ w porównaniu z wykorzystaniem przez EPON kodowania linii 8B10B, co zapewnia pewną marginalną wydajność przepustowości. Właśnie dlatego szybkość łącza EPON wynosi 1,2 Gb / s, ale maksymalna przepustowość wynosi 1 Gb / s, podczas gdy maksymalna przepustowość GPON to szybkość łącza 1,2 lub 2,4 Gb / s. Ponieważ oba systemy obsługują obecnie alternatywę 10 Gb / s, ta zaleta stała się w dużej mierze nieistotna. Ponadto standard GPON określa przełączanie zabezpieczeń, dynamiczny przydział przepustowości i mechanizm wyrównywania mocy ONU. Wszystkie są opcjonalne lub niezdefiniowane w standardzie EPON, a wszelkie ich implementacje będą specyficzne dla dostawcy i mogą nie współpracować z instancjami OLT / ONU wielu dostawców.
Obecne prace nad opracowaniem standardów EPON jeszcze bardziej poszerzą jego atrakcyjność, szczególnie dla operatorów kablowych. Pierwszym z nich jest opracowanie standardu EPoC, obecnie podejmowane przez IEEE. Pozwala to na wykorzystanie istniejącej infrastruktury kabli koncentrycznych jako medium fizycznego dla EPON, eliminując w ten sposób wymóg budowy światłowodu ostatniej mili dla każdego klienta. Ze względu na wyraźną korzyść kosztową rozwój ten z pewnością będzie miał duży wpływ na rynek, ponieważ operatorzy kablowi wykorzystują go do rozszerzenia usług biznesowych i wdrożeń mieszkaniowych EPON. Drugim opracowaniem jest dodanie WDM do PON. WDM PON da operatorom możliwość przydzielania długości fal określonym klientom, eliminując obawy związane z EPON jako wspólnym medium. WDM PON sprawi, że EPON stanie się realnym rozwiązaniem zarówno dla komórkowej sieci dosyłowej, jak i dużych przedsiębiorstw, w których nadmierna subskrypcja wspólnego medium nie jest pożądana.
Całkowity koszt przewagi własnościowej EPON
Pod koniec lat 90. XX wieku, kiedy ATM i SONET zdominowały sieci transportowe przewoźników, niewielu przewidziałoby dominację, jaką dziś ma Carrier Ethernet. W ciągu 40 lat od wprowadzenia Ethernet zyskał swoją obecną pozycję jako dominująca technologia transportu dzięki swojej elastyczności, prostocie i korzyściom skali, które w naturalny sposób obniżyły jego koszty w porównaniu z alternatywnymi rozwiązaniami na rynku. Te same możliwości techniczne i dynamika rynku będą nadal zapewniać EPON całkowity koszt przewagi własności w stosunku do GPON. Oczywiście EPON szybko zyskuje zarówno techniczne, jak i ekonomiczne korzyści, które dodatkowo zachęcą operatorów do wyboru go zamiast GPON. Tak jak transport Ethernet zyskał przewagę nad SONET i ATM, gdy EPON nabiera rozpędu na rynku północnoamerykańskim, jego koszty produkcji będą z czasem gwałtownie spadać, podobnie jak transport Ethernet w sieciach metra. Ostatecznie produkty o lepszych właściwościach i niższych kosztach dominują na rynku, a EPON ma wyraźnie dobrą pozycję, aby stać się dominującym mechanizmem dostarczania włókien ostatniej mili.
Akronimy
Interfejs API do programowania aplikacji
APON-ATM PON
Układ scalony ASIC - specyficzny dla aplikacji
ATM - tryb transferu asynchronicznego
System terminacji modemów kablowych CMTS
DOCSIS - Dane dotyczące specyfikacji interfejsu usługi kablowej
DPoE -DOCSIS Provisioning EPON
EPoC -EPON przez kabel koncentryczny
EPON -Ethernet Pasywna sieć optyczna
FPGA -Field-Programable Gate Array
FTTH - Światłowód do domu
Metoda enkapsulacji GEM-GPON
GTC -GPON Konwergencja transmisji
IEEE -Institute of Electrical and Electronic Engineers
Protokół internetowy IP
ITU - Międzynarodowy Związek Telekomunikacyjny
LAN - sieć lokalna
LTE - Ewolucja długoterminowa
MIB - Baza informacji o zarządzaniu
NRZ - Brak powrotu do zera
OLT - Optyczny terminator linii
ONU - Optyczna jednostka sieciowa
OSS - System wsparcia operacji
PON-Pasywna sieć optyczna
SONET - synchroniczna sieć optyczna
TDM-Multipleksowanie z podziałem czasu
VLAN - Wirtualna sieć lokalna
WDM-Multipleksowanie z podziałem długości fal
