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无源光纤网络中EPON和GPON的区别

EPON和GPON是两种典型的光无源网络(Passive Optical Networks, PONs),属于短距离光缆,常被用于都市范围内实现上网冲浪、网络语音和数字电视信号的传输,也可用于蜂窝基站的回程连接、Wi-Fi热点通讯,甚至是分布式天线阵列,两者最大的区别在于下载和上行的通讯协议不同。

无源光网络(PONs)

无源光网络只包含光纤和分路器、合路器这样的无源光器件,因此成本比含有放大器、中继器和整形电路的有源光网络要低得多。相比于传输距离能达到100km的有源光网络(AON),无源光网络(PON)的最大传输距离只有20km,这也是它的主要劣势,也因此通常称之为光纤到户(FTTH)的光网络。

在光通信领域,我们经常会遇到FTTx的术语,x依据光网络的覆盖面而变化。比如FTTH中的x指代的是Home,有时候也会写作FTTP,即光纤到驻地(Fiber To The Premises)。再比如,FTTB中表示光纤到大楼(B=Building),这三种都可以用来表示从服务商到终端用户的光网络。如果光纤的传输终点不是用户,而是传输网络中的某个节点,则称为光纤到节点(FTTN,N=Node),同样地,还有光纤到路边(Fiber To The Curb,FTTC)。事实上,现在大部分接入网都还没有光纤化,还是采用成本较低的非屏蔽双绞型铜线去实现光网络与终端用户设备连接的方式,比如常用的ADSL线。

典型的无源光网络分发机制采取“一对多”的形式,由某个光线路终端的中心点,通常是运营商的设备,对数字电视数据和网络服务进行分发,传输网络上的光分路器能将光信号分成不同频率的光信号,使得一根光纤连接的用户数从16到128不等。光无源网络靠近终端用户的一侧称为光网络单元(Optical
Network Unit,ONU)或光网络终端(Optical Network Terminal,ONT),也就是我们常说的光猫,连接到用户的各种设备。

对于基本的OLT到ONU/ONT的下行传输而言,所有用户端的ONU接收到的是同一种波长的光信号。但是,反过来由多个ONU向OLT上传数据时,需要用到时分复用(Time Division Multiplex,TDM)技术,即把传输时间分成周期性的帧,每一帧再分割出不同的时隙,不同终端在每帧内只能按指定的时隙向基站发射信号,这种突发模式使得用户发送的数据是不连续的,因此相比于下行传输,上传的速率往往会更慢。

GPON

过去多年,PON的标准几经变化,先是上世纪90年代末,国际电信联盟提出用非同步传输模式(Asynchronous Transfer Mode,ATM)进行分组通信的APON。后来ATM不用了,他们又提出了宽带无源光网络(BPON)的概念,传输协议命名为G.983,下载和上传的标准速率分别为622Mbits/s和155Mbits/s。

时至今日,虽然BPON在少部分系统中还有用,但是大多数光网络都开始采用吉比特光网络(Gigabit PON,GPON),对应的传输协议是G.984,可以实现2.488Gbits/s的下载速率和1.244Gbits/s的上传速率。

GPON利用波分复用(Wavelength Division Multiplexing,WDM)技术使得上传和下载可以同时进行,通常下载用1490nm的光载波,与此同时上传选择1310nm的光载波,如果需要传输电视信号,还会采用1550nm的光载波。

尽管每个ONU可以获得2.488Gbits/s的下载速度,不过GPON同样会采用时分多址(Time Division Multiple Access,TDMA)来为每个用户在周期性信号中分配其中某段时隙。因此,反映到各个用户端的下载速率只是总速率的一部分,比如100Mbits/s,具体取决于光通信运营商如何分配。

随着视频和OTT电视服务需求的增加,越来越需要提高线路速率来处理高清视频的海量数据,于是,最新一代的GPON应运而生,称之为XGPON或10G-PON,对应的ITU协议是G.987。XGPON的最大下载速率高达10Gbits/s,上传速率也有2.5Gbits/s,同样采用WDM技术,上行和下载的光载波的波长分别是1270nm和1577nm。由于传输速率提高了,按照同样的数据格式,可以分路到更多的ONUs,最大覆盖距离可达20km。虽然XGPON还没有被广泛采用,但是为光通信运营商提供了一个很好的升级路径。

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EPON

除了国际电信联盟,IEEE基于以太网802.3标准,也制定了PON规范——EPON 802.3ah,最大覆盖距离也达到了20km,它选择了与GPON一样的光载波,以及WDM和TDMA技术,原始数据的上行和下行速率均为1.25Gbits/s。有时,我们也会听到吉比特以太网PON,即GEPON。

EPON与其他以太网标准完全兼容,所以当连接到基于以太网的网络时,不需要转换或封装,有效载荷最大为1518字节。 EPON并不需要用到某些以太网版本中的CSMA/CD访问方式。另外,由于以太网传输是局域网传输的主要方式,在升级到城域网的过程中并不需要网络协议的转换。

还有一个指定为802.3av的10-Gbit/s以太网版本。 实际线路速率是10.3125 Gbits/s。主要模式是10 Gbits/s的上下行速率,也有些使用10 Gbits/s下行和1 Gbit/s上行。 10 Gbit/s版本在光纤上使用不同的光波长,下行1575-1580nm,上行1260-1280nm,因此10 Gbit/s系统与标准的1Gbit/s系统可以在同一条光纤上进行波长复用。

总结

现在,几乎所有的电信公司都在使用PON为用户同时提供各种播放服务,包括电视,VoIP电话和互联网服务。这样做的好处是数据速率要高得多,使得视频分发和其他对数据量和传输速率要求高的Internet服务变得可行。无源光器件的低成本意味着更简单的系统,也降低了组件的故障维修费和日常维护费。但是,它的主要缺点是传输距离较短,一般不超过20公里或12英里。 随着终端用户对更快更多流媒体服务的需求不断增长,PON将越来越普及。现在,GPON在美国是最受欢迎的,例如Verizon的Foist系统,而EPON系统在亚洲和欧洲更为普遍。

 

作者:Hubery_Lee
链接:https://www.jianshu.com/p/2e364947f447
來源:简书

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