EPON与GPON网络技术对比

2020-04-27 16:28:05 云杰通信 105

EPON与GPON网络技术对比

  随着人们对传输容量的需求越来越高,以及服务的多样性和个性化,接入网络的容量和功能多样性亟待提高。

  最近几年,越来越多的设备供应商和网络运营商逐渐将注意力集中到了光纤网络接入技术上,光纤到户(FTTH,fiber to the home)网络无疑将成为未来接入网络的潮流。无源光网络(PON,passive optical network)是FTTH的主要技术,它能够以一种低安装成本和低维护成本的方式提供点到多点的网络接入服务。

  现在,主流的PON包括以太网无源光网络(EPON,Ethernet passive optical network)和千兆无源光网络(GPON,Gigabit passive optical network)。EPON和GPON各有千秋,优势互补。

  PON从20世纪90年代中期开始兴起,一个PON网络系统通常由一个位于局端的光线路终端(OLT,optical line terminal)和多个在终端用户附近的光网络单元(ONU,optical network unit)组成。此外,光分路器也在PON网络系统中起着重要作用,它实现了多个用户共享一根光纤。

  EPON是基于以太网的PON技术,在物理层采用PON技术,在数据链路层使用以太网协议,利用PON的拓扑结构实现以太网接入。EPON和GPON的基础架构一模一样,但是,它们的数据协议完全不同。EPON在亚洲地区十分普遍。

  GPON使用基于IP技术的协议和异步传输模式(ATM,asynchronous transfer mode)或GPON封装方式(GEM,GPON encapsulation mode)编码。GPON的数据传输速率能达到2.5Gbps,能提供足够大的带宽来满足未来日益增长高带宽需求。使用GPON能同时进行供语音、数据、视频同时传输,是未来光纤到驻地(FTTP,fiber to the premises)应用的基本技术。

  EPON VS EPON

  作为两种不同的PON技术,EPON和GPON在基础架构上基本相同,但是其协议和应用却各不相同,它们各有千秋,但更多情况下是优势互补。下面,我们就从不同的方面来比较EPON和GPON。

  数据速率

  EPON采用IEEE802.3标准的以太网数据帧,其中IEEE802.3ah标准采用8B/10B线路编码和标准的上下行对称1Gbps数据速率提供1.25Gbps的线路速率,IEEE802.3av标准提供10Gbps的线路速率。EPON的上/下行数据速率对称。

  GPON支持多种数据速率等级,可以支持上下行对称的速率,也可以支持上下行不对称的速率,例如,上/下行速率均为622Mbps、上/下行速率均为1.25 Gbps或下行速率为2.5Gbps,上行速率为1.25Gbps。其中,下行速率为2.5Gbps,上行速率为1.25Gbps是GPON网络系统可支持的主要速率。因此,在使用GPON网络系统时,我们可以根据具体需求,选择合适的上/下行速率,然后购买相应速率的光模块即可。从这点上看,GPON要比EPON灵活。

  结论:从数据速率来看,GPON要优于EPON。

  分路比

  分路比是指一个PON网络系统可以支持的用户数量,通常为1:32,也可以是1:16、1:64甚至是1:128。

  EPON的标准定义分路比为1:32。事实上,技术上EPON系统也可以做到更高的分路比,例如1:64和1:128,网络供应商可以根据其支持的带宽和服务来确定具体的分路比。而GPON的标准定义分路比有1:32、1:64和1:128。从这点来看,GPON可以提供多种标准的分路比。

  但是从成本上看,GPON并没有多大优势。分路比主要受光模块性能指标的影响,大的分路比会造成光模块成本大幅上升。此外,大的分路比还会降低传输距离,例如,当分路比为1:16时,可以支持的传输距离为20km,而当分路比为1:32时,可以支持的传输距离为10km。不仅如此,大的分路比还会造成过多用户分享带宽。

  结论:从分路比上看,EPON和GPON不相上下。

  链路层和接入服务

  EPON沿用了简单的以太网数据格式,极大地简化了链路层和相关管理过程,EPON可以在以太网之上提供多种业务。而GPON要提供与EPON相同的业务,必须要要基于GEM帧和ATM信元。首先,TDM和以太网以太网帧共同形成GEM帧,GEM帧与GFP帧(一种通用的适用于多种业务的链路层规程)类似;其次,ATM和GEM帧一起被封装成GTC帧。

  EPON和GPON链路层比较

  GEM是一种在GPON上封装数据的方式,GEM可以实现多种数据的简单、高效的适配封装,将变长或者定长的数据分片进行统一的适配处理,并提供端口复用功能,提供和ATM一样的面向连接的通信。

  与GPON相比,EPON要更为简单和直接,在纯以太网传输上,GPON的两种封装方式和ATM支持并不会起到多大的作用。

  但是,在接入网服务中,EPON只适合只有数据传输的服务,而GPON则能提供三合一的服务。EPON是一种全以太网解决方案,完全符合以太网协议的特性、 性和性能,而GPON则利用同步光纤网络(SONET,synchronous optical network)/同步数字体系(SDH,synchronous digital hierarchy)技术和通用成帧协议来进行以太网传输。

  结论:从链路层来看,EPON的链路层更简单,而从服务上看,GPON能提供更优的服务。

  服务质量(QoS,quality of service)

  以太网协议本身并没有处理QoS的能力,因此,为了使EPON为用户服务,一种虚拟局域(VLAN,virtual local area network)网的概念被提出,VLAN提出了可以通过修改接收到的帧的优先级标识为QOS打下基础,但是因为VLAN是通过人工实现,成本极高。而GPON则具本身有优秀的QoS服务能力。

  结论:从QoS上看,GPON要优于EPON。

  成本

  EPON或GPON网络系统的成本主要受OLT、ONU/ONT和其他光无源器件的成本影响。

  一个光分配网络包括光缆、配线箱、光分路器、光连接器等光器件。如果EPON和GPON网络系统的用户数量相等,那么EPON和GPON网络系统中的光缆和配线箱的成本类似。而OLT和ONT的成本是由专用集成电路(ASIC,Application Specific Integrated Circuit)和光模块的成本决定。市场上可用的GPON芯片组大多是由现场可编程门阵列(FPGA,Field Programmable Gate Array)技术制造,而EPON使用的是媒体访问控制层的专用集成电路,这比GPON的专用集成电路要便宜的多。此外,由于只有几个供应商能供应GPON的芯片组,GPON的设备价格也不太可能大幅下降。不仅如此,GPON网络系统中所使用的光模块也比EPON中使用的光模块要昂贵许多。据统计,敷设一个GPON OLT网络的成本比敷设EPON OLT的成本要高出1.5至2倍,而敷设GPON ONT的成本要比敷设EPON ONT的成本高出1.2至1.5倍。

  结论:从成本上看,EPON要比GPON节省成本得多。

  总结

  综上所述,EPON和GPON各有优缺点,从性能上看,GPON要优于EPON,但是EPON在时间和成本上都占有较大的优势。到目前为止,EPON仍然是PON网络技术的主流,但是GPON也正在迎头赶上。展望未来的宽带接入市场,也许EPON和GPON之间并非是谁替代谁的问题,而应该是共存互补的关系,GPON更适合有多业务需求、QoS和安全性要求较高以及ATM技术作为骨干网的用户,而EPON则更适合对成本有要求、QoS和安全性要求不高的用户。