EPON versus GPON
De technologie van keuze voor de levering van nieuwe generatieservices Binnen Noord-Amerika zijn datadiensten met 100 megabit plus symmetrische tarieven traditioneel alleen beschikbaar voor grote zakelijke klanten vanwege de hoge kosten van vezelconstructie en zakelijke gegevensapparatuur. Midden- en kleinbedrijfsklanten zijn gedegradeerd naar kabelmodem met lagere prestaties of DSL-technologieën die economisch niet in staat zijn gebleken een hoge symmetrische bandbreedte te leveren. Nu klanten in het midden- en kleinbedrijf bandbreedte-intensieve toepassingen zoals cloudservices gebruiken, neemt de vraag naar specifieke glasvezel-ethernetprestaties tegen een DSL- of kabelmodemprijs snel toe. Dit motiveert op zijn beurt operators om technologieën te onderzoeken waarmee ze winstgevend kunnen voldoen aan de servicevereisten van deze zeer lucratieve markt. Bestaande toegewijde enterprise Ethernet-oplossingen, hoewel in staat om te voldoen aan de technologische vereisten, zijn te duur om de prijsverwachtingen van de kleine tot middelgrote zakelijke klant effectief te ondersteunen. Passief optisch netwerken (PON) biedt veelbelovende mogelijkheden op het gebied van zowel servicekwaliteit als prijs. Operators hebben twee geldige technologiekeuzes om deze markt te bedienen: EPON en GPON. Hoewel GPON momenteel breed wordt geïmplementeerd in Noord-Amerika, zal het worden vervangen door EPON, een superieure investering in technologie voor het leveren van Ethernet-services voor residentiële en kleine tot middelgrote ondernemingen. Dit artikel onderzoekt de redenen waarom EPON de voorkeurstechnologie is voor het leveren van Ethernet-services van grote ondernemingen aan kleine of middelgrote ondernemingen en particuliere klanten tegen een prijs die zij bereid zijn te betalen. De beperkingen van de DOCSIS®-infrastructuur overwinnen
Kabelexploitanten bedienen klanten van kleine tot middelgrote ondernemingen al lang met DOCSIS-apparaten. Ze vinden het echter operationeel en financieel onpraktisch om de radicale wijzigingen in de bestaande DOCSIS-infrastructuur door te voeren die nodig zijn om de vraag van klanten naar symmetrische diensten met hogere snelheid bij te houden. Het leveren van symmetrische bandbreedte met behulp van DOCSIS is altijd een uitdaging geweest vanwege het beperkte aantal beschikbare upstream-kanalen zoals gedefinieerd in de originele DOCSIS-standaard. Deze beperking heeft ertoe geleid dat kabelmodemservices evolueren om grote downstream-bandbreedte te bevorderen, vaak meer dan 100 Mbs, terwijl de upstream-mogelijkheden van de producten van de meeste operators beperkt zijn tot 10 Mbs of minder. Het is waar dat de DOCSIS 3.0-standaard aanvullende RF-kanalen definieert die uitbreiding van stroomopwaartse capaciteit mogelijk maken, maar het verwijderen van filters uit bestaande kabelinfrastructuur ter ondersteuning van de nieuwe frequentiebereiken is een kapitaalintensieve oefening die de meeste kabeloperators niet graag ondernemen. Om de netwerkprestaties te verbeteren en tegelijkertijd de kosten van het leveren van hogere snelheden en symmetrische bandbreedte te verlagen, zoeken kabelbedrijven naar oplossingen die de prestaties van speciaal Ethernet combineren met de lage kapitaalkosten en operationele kosten van DOCSIS-apparaten. PON is in opkomst als een aantrekkelijk alternatief vanwege het gebruik van goedkope apparatuur om symmetrische gigabit-snelheden te leveren, de ondersteuning voor meerdere serviceaanbiedingen en zijn immuniteit voor radiofrequentiestoornissen die de klantkwaliteit van ervaring kunnen verstoren en operationele kosten kunnen opblazen.
Rivaliserende normen: EPON versus GPON
Het reguliere gebruik van PON voor abonneeservices is relatief nieuw in de Verenigde Staten, met Verizon die haar FiOS-service voor het eerst aanbiedt vanaf 2005 en het Kansas City Google Fiber-aanbod in 2012. Omgekeerd heeft Azië vanaf het moment van schrijven meer dan dertig miljoen EPON-poorten ingezet. Aanvankelijk gestandaardiseerd als ATM-gebaseerde PON, of APON, door de ITU in de late jaren 1990, is PON geëvolueerd naar wat nu twee concurrerende internationale standaardimplementaties zijn van de ITU (GPON) en de IEEE (EPON). De GPON-standaard heeft een voordeel van markttiming in Noord-Amerika; de normen van de ITU-T G.984.x-serie werden in 2003 geratificeerd, terwijl de IEEE de 802.3ah-norm pas in 2004, een jaar later, ratificeerde. De timing van de ratificatie van de GPON-standaard, evenals het vermogen om native TDM-services te bieden, droegen waarschijnlijk bij aan de selectie als platform voor Verizons FiOS-implementaties, wat verklaart waarom GPON momenteel verantwoordelijk is voor het grootste deel van de FTTH-implementaties in Noord Amerika.
Oorspronkelijk had GPON een technisch marktvoordeel doordat de transmissieconvergentielaag niet alleen de inkapseling van native Ethernet-frames, maar ook ATM-cellen en TDM-diensten bevatte. Deze mogelijkheid maakte het een ideale keuze voor vervoerders die tegelijkertijd spraak- en datadiensten willen leveren aan hun klanten. Aangezien telefoniediensten van traditionele TDM naar IP zijn gemigreerd, heeft dit technische voordeel van GPON ten opzichte van EPON nu het grootste deel van zijn relevantie verloren.
De relatieve economische en technische verdiensten van EPON en GPON
De kosten van de optische distributieapparatuur (vezeltype, splitters, connectoren, enzovoort) zijn vergelijkbaar voor zowel GPON als EPON. De primaire technische en dus kostenvariatie tussen de twee normen is te vinden in de OLT en de ONU. De belangrijkste componentverschillen in de OLT en ONU voor GPON en EPON zijn de ASIC / FPGA en optische modules. De meeste GPON-producten die op de markt beschikbaar zijn, zijn op FPGA gebaseerd, terwijl EPON-producten overwegend goedkopere ASIC's gebruiken. Hoewel het aanzienlijk duurder is om een ASIC op te bouwen, zijn de productiekosten, zodra deze investering vooraf is gedaan, veel lager dan voor FPGA-chipsets en worden de kosten verder evenredig verlaagd met het geproduceerde volume chips. De grote vraag naar EPON in Azië, waar tot op heden tientallen miljoenen eenheden zijn ingezet, stelde fabrikanten in staat om de initiële ASIC-investering af te schrijven terwijl de kosten van de componenten bleven dalen naarmate de vraag en daarmee het volume groeide. De betere schaalvoordelen bij hogere volumes voor ASIC-fabrikanten suggereren dat het onwaarschijnlijk is dat GPON-producten net zo snel in prijs zullen dalen als EPON-chipsets tot nu toe hebben gedaan (en zullen blijven doen als de vraag toeneemt). Bovendien zijn de optische modules voor GPON ook duurder dan EPON vanwege de snellere aan-uit lasermodulatie en de meervoudige lasernivellering vereist door de ITU-T-standaard. Bovendien is de snelheid van 2,4 Gbps die door veel GPON-fabrikanten wordt gebruikt, niet-standaard voor de optische industrie, waardoor het benodigde volume wordt beperkt om de productiekosten voor die apparaten te verlagen. Het is zeer twijfelachtig dat de kosten van GPON-apparatuur op de lange termijn ooit zo laag kunnen zijn als die voor EPON.
EPON heeft een duidelijk technisch voordeel in een netwerk waar services worden gedefinieerd als Ethernet of IP via Ethernet, doordat Ethernet-frames native worden gedragen op het passieve optische netwerk. GPON vereist twee lagen inkapseling om hetzelfde verkeer te vervoeren. In GPON moeten Ethernet-gegevens en TDM-frames eerst worden ingekapseld in GEM-frames die vervolgens samen met ATM-frames verder worden ingekapseld in GTC-frames voor transport op de PON. Hoewel deze aanpak goed werkte waar de noodzaak van native TDM- en ATM-verkeer vereist was, voegt in een all-Ethernet-netwerk de opname van GEM- en GTC-inkapseling onnodige complexiteit toe en heeft het geen echt voordeel bij het transport van pure Ethernet-frames.
GPON is specifiek ontworpen om point-to-point-verbindingen te ondersteunen; dus, waar Ethernet-bridging of LAN / VLAN-ondersteuning vereist is, moet dit stroomopwaarts van de OLT met overlay-apparatuur worden gedaan. Omgekeerd zijn levering van door MEF gedefinieerde services standaardmogelijkheden van EPON-systemen.
Omdat EPON is gebouwd op de IEEE 802.3 Ethernet-standaarden, neemt het de standaard Ethernet-MIB's over die goed worden ondersteund door de OSS-systemen die al zijn ingezet voor het beheer van carriernetwerken. Bovendien maakt de ondersteuning van de CableLabs® DPoE ™ -specificatie die nu in EPON-apparatuur wordt ingebouwd, het gebruik van bestaande gestandaardiseerde API's mogelijk om eenvoudig EPON-installaties te leveren, beheren en onderhouden. DPoE is ontworpen om te bemiddelen tussen de bestaande DOCSIS-voorzieningen en beheersystemen van een operator om ervoor te zorgen dat de OLT- en ONU-apparaten binnen het PON-netwerk verschijnen alsof ze een DOCSIS CMTS en kabelmodem zijn. Het is belangrijk op te merken dat DPoE fabrikanten van apparatuur aanmoedigt om capaciteiten in hun systemen in te bouwen, zodat ze een gestandaardiseerde set API's voor het leveren van services ondersteunen. Hierdoor kunnen kabeloperators niet alleen de levering van Ethernet-diensten op een herhaalbare en efficiënte manier automatiseren met behulp van hun bestaande backoffice, maar biedt het ook een ingebouwd gestandaardiseerd voorzieningen- en onderhoudsmechanisme dat alle telecommunicatiebedrijven kunnen gebruiken. Dit voordeel is niet beschikbaar in GPON-producten.
Hoewel dit gestandaardiseerde voorzieningenkader pas door kabelaanbieders wordt aangenomen, zal de mogelijkheid om een goed begrepen voorzieningen- en installatieproces te gebruiken, ongeacht wie de apparatuur heeft vervaardigd, de verhoogde opname van EPON-implementaties in Noord-Amerika blijven stimuleren. Dit komt omdat netwerkactiviteiten "waar het rubber de weg ontmoet" is, in die zin dat het een van de belangrijkste bijdragende factoren is bij het beheersen van de kosten en het verbeteren van de efficiëntie en productiviteit. De meeste bestaande OSS-systemen zijn geschreven om specifieke soorten hardware aan te pakken, in plaats van dat de hardware is ontworpen om te voldoen aan een reeks industriestandaard API's. Het gebruik van gemeenschappelijke softwarestandaarden in plaats van de huidige dominantie van bedrijfseigen OSS-interfaces zal de interoperabiliteit vergemakkelijken en de processen van levering en levering van diensten vergemakkelijken. Uiteindelijk zullen gestandaardiseerde OSS API's de keuze van de exploitantenmarkt verbeteren, waardoor ze apparatuur kunnen selecteren op basis van economische en technische verdienste in plaats van te worden opgesloten bij één leverancier, zoals gebruikelijk is in de netwerken van de meeste exploitanten. De potentiële voordelen van deze ontwikkeling zijn duidelijk te zien.
GPON heeft enkele marginale voordelen ten opzichte van EPON die in het belang van billijkheid moeten worden opgemerkt. Een voordeel is het gebruik door GPON van NRZ-lijncodering versus EPON's gebruik van 8B10B-lijncodering, wat zorgt voor enige marginale bandbreedte-efficiëntie. Daarom heeft EPON een lijnsnelheid van 1,2 Gbps maar een maximale capaciteit van 1 Gbps, terwijl de maximale capaciteit van GPON de lijnsnelheid van 1,2 of 2,4 Gbps is. Aangezien beide systemen nu een alternatief voor 10 Gbps ondersteunen, is dit voordeel grotendeels irrelevant geworden. Bovendien definieert de GPON-standaard beveiligingsomschakeling, dynamische bandbreedtetoewijzing en een ONU-vermogensnivelleringsmechanisme. Al deze zijn optioneel of ongedefinieerd in de EPON-standaard en eventuele implementaties hiervan zijn leverancierspecifiek en werken mogelijk niet samen in OLT / ONU-instanties van meerdere leveranciers.
De huidige werkzaamheden voor de ontwikkeling van normen met betrekking tot EPON zullen de aantrekkingskracht alleen maar vergroten, vooral voor kabelbedrijven. De eerste daarvan is de ontwikkeling van de EPoC-standaard, die momenteel wordt uitgevoerd door de IEEE. Dit maakt het gebruik van bestaande coaxkabelinfrastructuur als fysiek medium voor EPON mogelijk, waardoor de noodzaak om last-mile glasvezel voor elke klant te bouwen, wordt geëlimineerd. Vanwege het duidelijke kostenvoordeel, zal deze ontwikkeling zeker een brede impact op de markt hebben, aangezien kabelexploitanten het gebruiken om zowel zakelijke diensten als residentiële implementaties van EPON uit te breiden. De tweede ontwikkeling is de toevoeging van WDM aan PON. WDM PON geeft operators de mogelijkheid om golflengten aan specifieke klanten te wijden, waardoor de bezorgdheid over EPON als gedeeld medium wordt weggenomen. WDM PON zal van EPON een haalbare oplossing maken voor zowel mobiele backhaul- als grote bedrijfsinstallaties waarbij overinschrijving op een gedeeld medium niet wenselijk is.
EPON's Total Cost of Ownership Advantage
In de late jaren 1990, toen ATM en SONET carrier-transportnetwerken domineerden, zouden weinigen de dominantie hebben overwogen die Carrier Ethernet vandaag bezit. In de 40 jaar sinds zijn introductie heeft Ethernet zijn huidige positie als dominante transporttechnologie verworven vanwege zijn flexibiliteit, eenvoud en schaalvoordelen die zijn kosten natuurlijk hebben verlaagd in vergelijking met alternatieven op de markt. Dezelfde technische mogelijkheden en marktdynamiek zullen EPON een voordeel van totale eigendomskosten blijven geven ten opzichte van GPON. Het is duidelijk dat EPON snel zowel technische als economische voordelen verkrijgt die operators verder zullen aanmoedigen om het te verkiezen boven GPON. Net zoals Ethernet-transport SONET en ATM heeft gewonnen, terwijl EPON aan kracht wint in de Noord-Amerikaanse markt, zullen de fabricagekosten in de loop van de tijd exponentieel blijven dalen, net als Ethernet-transport in metronetwerken. Uiteindelijk domineren producten met betere functies en lagere kosten op de markt en is EPON duidelijk goed gepositioneerd om het dominante last-mile vezelafgiftemechanisme te worden.
Acroniemen
API-applicatie-programmeerinterface
APON -ATM PON
ASIC - Toepassingsspecifiek geïntegreerd circuit
ATM - Synchrone overdrachtsmodus
CMTS-kabelmodemsysteem
DOCSIS -Data Over Cable Service Interface Specificatie
DPoE -DOCSIS Levering van EPON
EPoC -EPON over Coax
EPON - Ethernet passief optisch netwerk
FPGA-veld-programmeerbare Gate Array
FTTH -Fiber to the Home
GEM-GPON inkapselingsmethode
GTC-GPON-transmissieconvergentie
IEEE - Instituut voor elektrische en elektronische ingenieurs
IP-internetprotocol
ITU - Internationale Telecommunicatie-unie
LAN-lokaal netwerk
LTE-evolutie op lange termijn
MIB-managementinformatiebasis
NRZ - Niet - Terug naar nul
OLT - Optische lijnafsluiter
ONU - Optische netwerkeenheid
OSS -bedieningsondersteuningssysteem
PON-passief optisch netwerk
SONET - Synchroon optisch netwerk
TDM-Tijd-Divisie Multiplexing
VLAN - Virtueel Local Area Network
WDM-Golflengte-Divisie Multiplexing
