EPON ist eine Ethernet-Zugangstechnologie mit großer Reichweite, die auf einem Glasfaser-Transportnetzwerk basiert. EPON verwendet eine Punkt-zu-Mehrpunkt-Architektur, bei der eine einzelne Faser Upstream- und Downstream-Datensignale überträgt und nach dem 1:N-Splitter das optische Signal in N Kanäle aufgeteilt wird, wodurch mehrere Zugangspunkte oder Zugangsbenutzer mit optischen Zweigen abgedeckt werden.
EPON Netzwerkarchitektur
EPON wird traditionell auch GEPON genannt, ohne dass eine irreführende Absicht vorliegt. Die ersten EPON-Geräte der Branche basierten auf dem FE-Bus (Fast Ethernet). Nach der Einführung von EPON-Geräten, die auf dem GE-Bus (Gigabit Ethernet) basieren, wurden sie zur Unterscheidung jedoch GEPON genannt. Derzeit basieren die meisten EPON-Geräte in der Branche grundsätzlich auf dem GE-Bus. Derzeit werden sie allgemein als EPON bezeichnet.
Ein typisches EPON-System besteht aus OLT, ONU und ODN. Die Netzwerkstruktur von EPON ist in Abbildung 1 dargestellt.
OLT wird im zentralen Serverraum platziert, der als L2-Switch oder L3-Routing-Switch betrachtet werden kann. In Downstream-Richtung stellt das OLT Glasfaserschnittstellen für passive optische Netzwerke (ODN) bereit; In der Upstream-Richtung wird das OLT optische/elektrische Schnittstellen von GE bereitstellen, und in Zukunft, wenn der 10-Gbit/s-Ethernet-Technologiestandard fertiggestellt ist, wird das OLT auch ähnliche Hochgeschwindigkeitsschnittstellen unterstützen. Um einen Multi-Service-Zugang bereitzustellen, kann OLT auch E1- und OC3-Schnittstellen unterstützen, um herkömmliche Sprachzugangs- oder Circuit-Trunking-Dienste zu realisieren.
Im Hinblick auf die EPON-Netzwerkverwaltung fungiert das OLT als Hauptkontrollzentrum mit integriertem OAMP-Agenten, der die von ihm kontrollierten ONU-Endgeräte verwalten und die fünf Funktionen der Netzwerkverwaltung ausführen kann. Es kann auch eine effektive Benutzerisolation bieten.
ODN ist ein optisches Verteilungsnetz, das aus passiven Glasfasersplittern und Glasfasern besteht. Ein passiver Glasfasersplitter ist ein passives Gerät, das OLT und ONU verbindet. Seine Funktion besteht darin, Downstream-Daten zu verteilen und Upstream-Daten zu zentralisieren. Der Einsatz passiver Splitter ist äußerst flexibel und kann aufgrund ihrer passiven Natur an nahezu alle Umgebungen angepasst werden. Die allgemeinen passiven Glasfasersplitter haben Aufteilungsverhältnisse von 1:2, 1:4, 1:8, 1:16, 1:32, 1:64 usw. Es wird im Allgemeinen empfohlen, eine Aufteilungsebene zu verwenden, und zwar höchstens , nicht mehr als zwei Aufteilungsebenen.
Die ONU ist ein Endgerät, das auf der Seite des Teilnehmers platziert wird. Die ONU in EPON nutzt das Ethernet-Protokoll, um eine kostengünstige Ethernet-Layer-2-Switching-Funktionalität zu erreichen. Durch den Einsatz des Ethernet-Protokolls ist keine Protokollkonvertierung während des Kommunikationsprozesses mehr erforderlich, um eine transparente Übertragung von Benutzerdaten von einer ONU zur anderen zu erreichen. Darüber hinaus wird zwischen OLT und ONU ein Verschlüsselungsprotokoll verwendet, um die Sicherheit der Benutzerdaten zu gewährleisten.
Der Vorteil von EPON-basiertem FTTH liegt in seiner starken Abdeckungsfähigkeit, die bis zu 20 km (Aufteilungsverhältnis 1:32) vom Endbüro abdeckt und jeden optischen Zugangspunkt über das ODN verbindet. In herkömmlichen optischen Zugangsnetzen ist die Reichweite der Glasfaserverlängerung typischerweise auf den Netzwerkzugangspunkt beschränkt. Um Glasfaser bis ins Haus zu erreichen, muss am Zugangspunkt eine große Anzahl teurer Access-Layer-Switches für optische Ports konfiguriert werden. Mit dem Aufkommen und der Weiterentwicklung der passiven optischen Netzwerktechnologie, insbesondere der aktuellen EPON-Technologie, kann sie eine wirtschaftlich sinnvolle Lösung für die direkte Bereitstellung von Glasfasern bis zum Ende des Benutzers bieten und FTTH zu einer effizienten Zugangsmethode machen. Bei EPON-basierten FTTX-Lösungen ist die Lösung der Einführung von Glasfaserkabeln in die Gebäude, die OLT-Planung in der Gemeinde, der ODN-Einsatz und die Glasfaserkonnektivität zu Indoor-Benutzerterminals (OUN) von entscheidender Bedeutung.
Die Upstream- und Downstream-Technologien von EPON
EPON verwendet eine einzelne Glasfaser zwischen OLT und ONU, um eine symmetrische Bandbreite von 1.25 Gbit/s bereitzustellen. Aufgrund der Einschränkungen der physischen Schnittstelle bietet es tatsächlich eine Bandbreite von 1 Gbit/s für die Übertragung von Daten-, Sprach- und Videodiensten. EPON nutzt die Wellenlängenmultiplex-Technologie auf einer Single-Core-Faser, wodurch die Upstream- und Downstream-Datenströme in unterschiedlichen Frequenzbändern übertragen werden können. Unter ihnen sind die
Downlink 1490 nm;
Uplink 1310 nm;
1550 nm ist für CATV optional.
Der Downlink-Datenstrom wird ausgestrahlt, und das OLT überträgt den Ethernet-Frame-Datenstrom im 802.3-Format über Unicast-Replikation an alle ONUs. Die ONUs bestimmen, ob die Frames empfangen werden sollen, indem sie die vom OLT im Ethernet-Frame-Header zugewiesene LLID (Logical Link ID) beurteilen. Sie erhalten die Datenrahmen, die ihnen gehören, und verwerfen diejenigen, die nicht dazu gehören. Dies ist in Abbildung 2 dargestellt.
Der Uplink-Datenstrom nutzt die Time Division Multiple Access (TDMA)-Technologie, die die Uplink-Zeit in mehrere Zeitschlitze aufteilt. Basierend auf der zugewiesenen Bandbreite und Dienstpriorität jeder ONU werden ihren jeweiligen Uplink-Datenströmen unterschiedliche Zeitschlitze zugewiesen. In jedem Zeitschlitz wird nur der Uplink-Datenstrom einer ONU über die Glasfaser übertragen. Durch die Aushandlung zwischen OLT und ONU werden Konflikte zwischen Uplink-Datenströmen von verschiedenen ONUs vermieden, sodass kein Datenverlust auftritt. Wie in Abbildung 3 dargestellt.
Vergleich von EPON und ADSL
Nach mehreren Jahren intensiver Entwicklung hat sich ADSL zur beliebtesten Breitbandzugangsmethode für Chinas Festnetzbetreiber entwickelt. Durch die Übertragung von Breitbanddaten nutzt ADSL die Kupferkabelressourcen von Festnetzbetreibern vollständig aus, was es zu einer der besten Optionen für Betreiber wie China Telecom und China Netcom in der frühen Phase des Breitbandzugangs macht.
Der ADSL/ADSL2+-Dienst ist eine Breitbandzugangstechnologie mit asymmetrischer Übertragung und einer begrenzten Uplink-Bandbreite von weniger als 1 Mbit/s und einer maximalen Downlink-Bandbreite von bis zu 26 Mbit/s. Im tatsächlichen kommerziellen Einsatz deckt es eine Entfernung von nicht mehr als 3 km ab, bietet im Allgemeinen eine Downlink-Bandbreite von 512 Kbit/s bis 2 Mbit/s und wird hauptsächlich für den öffentlichen Internetzugang verwendet.
Mit dem Aufkommen verschiedener neuer Dienste, insbesondere Videodienste, steigen jedoch die Bandbreitenanforderungen der Benutzer. Das schnelle Wachstum von Anwendungen wie Blogging, Online-Gaming, Instant Messaging, Breitbandtelefonie, Videotelefonie und der gemeinsamen Nutzung persönlicher Fotoalben hat zu einer erhöhten Nachfrage der Benutzer nach Uplink-Bandbreite geführt.
In der Breitbandnetzplanung von China Telecom und China Netcom wird die zukünftige bidirektionale Bandbreite für einzelne Benutzer 10 bis 20 Millionen erreichen. Die Bandbreite von ADSL ist streng durch die Übertragungsentfernung begrenzt, und die höhere Bandbreite kann nur über kurze Entfernungen erreicht werden. Selbst mit der Umstellung von „Glasfaser auf Kupfer“ und der Verkürzung der Abdeckung von ADSL kann es die Bandbreitenanforderungen nur bis zu einem gewissen Grad erfüllen bestimmten Umfang und für einen bestimmten Zeitraum. Auch nach der Umstellung von „Glasfaser auf Kupfer“ und der Reduzierung des ADSL-Versorgungsgebiets kann der Bandbreitenbedarf nur innerhalb eines bestimmten Zeitraums und in einem bestimmten Umfang gedeckt werden.
Die Bandbreite glasfaserbasierter Zugangsnetze ist theoretisch unbegrenzt skalierbar. Angesichts der ausgereiften EPON-Technologie, ihrer hohen Bandbreite und der Abdeckung großer Entfernungen ist EPON daher eine unvermeidliche Wahl für die Technologieentwicklung und ersetzt die ADSL-Technologie.
Im Vergleich zu ADSL fallen bei EPON höhere anfängliche Baukosten an, einschließlich der Vorkosten für die Ausrüstung und der Kosten für die Glasfaserverlegung. Aufgrund der Verwendung passiver optischer Netzwerktechnologie für die Netzwerkkonnektivität weist die glasfaserbasierte PON-Technologie jedoch im Vergleich zu ADSL und Kupferkabel deutlich geringere Betriebs- und Wartungskosten auf.
Die Möglichkeit, durch niedrigere Nachbetriebs- und Wartungskosten eine höhere Bandbreite und eine Serviceabdeckung über größere Entfernungen bereitzustellen, ermöglicht die Bereitstellung zusätzlicher neuer Dienste, die zu höheren Geschäftseinnahmen führen, und kann die Investitionen in Ausrüstung und Leitungskosten relativ ausgleichen. Die Kosten für Glasfaser sind bereits niedrig, FTTX befindet sich in einer Phase schnellen Wachstums und die Kosten für die Ausrüstung werden während des Baus weiter sinken. Daher können Betreiber durch den Einsatz von EPON die Wettbewerbsfähigkeit des gesamten Leistungsspektrums, einschließlich des Breitbandzugangs, verbessern und so die Abonnentenressourcen stabilisieren und sogar verlorene Abonnenten zurückgewinnen, was den Betreibern höhere Geschäftseinnahmen bescheren und ihnen langfristig zugute kommen wird.
Technische Vorteile von EPON
Mit der Reife der EPON-Technologie haben die Mainstream-Carrier der Branche damit begonnen, EPON-Systeme in großem Umfang einzusetzen, um FTTX-Anwendungen zu starten. Ziel ist es, auf dieser Basis Triple Play (Triple Play, Bereitstellung von Sprach-, Daten- und Videodiensten) zu realisieren und eine Triple-Play-Zugangsplattform aufzubauen.
Seit 2004 wird die EPON-Technologie in großem Umfang in reifen FTTH-Märkten wie Japan, Korea sowie den USA und Europa eingesetzt, was den Wohlstand des IPTV-Geschäfts weiter vorantreibt. Auf dem chinesischen Markt wurden EPON-Produkte in Pilotversuchen getestet und sind in allen Provinzen kommerziell erhältlich.
Die EPON-Technologie nutzt die Wellenlängenmultiplex-Technologie (WDM), um eine symmetrische Bandbreite von 1 Gbit/s auf einer einzelnen Glasfaser zu erreichen, und ermöglicht die Downstream-Aufteilung in unmittelbarer Nähe zum Kundensegment, wodurch viele Backbone-Glasfaserressourcen eingespart werden. Ein weiterer Vorteil des EPON-Systems ist seine starke Abdeckungsfähigkeit mit einer maximalen Abdeckung von 20 km bei einem Teilungsverhältnis von 1:32 und 10 km bei einem Teilungsverhältnis von 1:64. Dies gewährleistet eine zuverlässige Gerätekonvergenz. Bei einem Teilungsverhältnis von 1:32 kann die durchschnittliche Bandbreite jedes ONU-Benutzers mehr als 30 MB erreichen, was eine ausreichende Bandbreitengarantie für Videodienste bietet.
Durch den Einsatz passiver optischer Splitter in EPON-Systemen werden erhebliche Wartungsressourcen eingespart, einschließlich der Einsparung von Serverräumen und Stromversorgungspaketen, wodurch die gesamten Bau- und Wartungskosten von FTTX-Netzwerken gesenkt werden. Die in den letzten Jahren sinkenden Kosten für Glasfasern haben zur Kostensenkung der Kabelinfrastruktur bei FTTX-Einsätzen beigetragen.
Derzeit werden von den Betreibern hauptsächlich zwei Arten von Breitbandzugangsdiensten angeboten: ADSL- und LAN-Zugang. Darüber hinaus wird mit der steigenden Nachfrage nach Bandbreite nach und nach auch VDSL zu einer Option. Andere Zugangsmethoden wie Kabelmodem oder Stromleitungszugang haben aufgrund von Ressourcenbeschränkungen in der Branche nur begrenzte Marktanteile.
