تفاوت‌های EPON و GPON

با افزایش تقاضا برای ظرفیت‌های بالاتر، خصوصی سازی و تنوع بیشتر سرویس‌ها، تنوع ظرفیت و دسترسی به شبکه نیازمند توسعه است. در سال‌های اخیر بسیاری از تولیدکنندگان تجهیزات و اپراتورهای شبکه تمرکز خود را بر روی تکنولوژی دسترسی به شبکه‌های نوری قرار داده‌اند. شبکه FTTH سرآمد شبکه‌های ارتباطی خواهد شد. شبکه تجهیزات PON) Passive)، به عنوان بخش اعظم تکنولوژی FTTH، شبکه ارتباطی Point to Multi Point) P2MP) را با هزینه نصب و نگهداری کمتر ارائه می‌‌دهد. در حال حاضر،  Gigabit Passive Optical Network) GPON) و Etherne Passive Optical Network) EPON) پرکابردترین ورژن‌های PON هستند. این دو شبکه دارای مزایای رقابتی نسبت به هم بوده و در عین حال مکمل یکدیگر هستند. در این مقاله تفاوت‌های EPON و GPON را بررسی می‌کنیم.

پیش زمینه:

PON، شبکه پسیو نوری، از اواسط دهه 1990 مورد استفاده قرار گرفت. سیستم PON اساسا شامل یک Optical Line Terminal) OLT)  در مرکز و تعدادی Optical Network Unit) ONU) در سمت مشترکین است. همچنین از اسپلیترهای نوری -که قابلیت تقسیم یک فیبر نوری ورودی به چندین فیبر نوری در خروجی، جهت انتقال اطلاعات به چند نقطه را دارند- در این شبکه استفاده می‌‌شود.

فعالیت‌های چشمگیری در دهه‌ 2000، برای توسعه نرخ Gigabit  جهت ارائه سرویس‌های Ethernet و IP service انجام شد. دو راه حل بسیار متفاوت توسط IEEE وITU-T  به نام GPON وEPON   توسعه یافت. درحالی‌که مفهوم کلی (عملکرد PON، چهارچوب ODN، طول موج و کاربردها) در هر دو شبکه یکی است، اما عملکردشان از جمله ویژگی‌ها و خدماتی که پشتیبانی می‌‌کنند بسیار متفاوت است.

EPON ویژگی‌ها، قابلیت‌ها و اجرای پروتکل اترنت را ارتقا می‌‌دهد، در حالیکه GPON از طریق تکنیک‌های SONET/SDH و پروتکل GFP (Generic Framing Protocol)  اطلاعات را انتقال می‌دهد.GPON  یا Gigabit-capable PON از یک پروتکل IP Based و همچنین از رمزنگاری ATM یا (GPON encapsulation method) GEM  استفاده می‌‌کند. نرخ داده با توجه به اینکه چه ترافیکی را حمل می‌‌کند، تا 2.5 Gbps قابل تغییر است. GPON قابلیت (voice-data-video) "triple play" را داراست و امکان انتقال صدا، داده و فیلم را دارد و اساس بیشتر کاربردهای برنامه ریزی شده FTTP (Fiber to the Premises) در آینده نزدیک است.

EPON یا Ethernet PON بر اساس استاندار IEEE برای اترنت در مایل اول است (به ارتباط میان کاربر نهایی و شبکه عمومی مایل اول یا First mile گفته می‌‌شود(. با استفاده از انتقال بسته‌ای (packet-based) سرعت Gbps 1 تا Gbps 10 را دارا است. معماری سیستم شبیه به GPON است اما با پروتکل‌های داده متفاوت.EPON  به طور وسیعی در آسیا توسعه یافته است.

سیر تکاملی PON در تصویر زیر قابل مشاهده است.

بیشتر بخوانید: اجزا و معماری شبکه GPON FTTH

مقایسه GPON و EPON

EPON و GPON به عنوان مهمترین نسخه‌های تکنولوژی PON همواره موضوع بحث هستند. EPON و GPON با معماری یکسان و پروتکل‌ها و کاربردهای متفاوت و با مزیت‌های خاص خود با یکدیگر رقابت می‌‌کنند. به هرحال اغلب اوقات مکمل یکدیگر هستند. در ادامه به مقایسه آنها از جهات مختلف می‌‌پردازیم.

نرخ داده - Data Rate

EPON از فریم‌های استاندارد 802.3 اترنت (Ethernet data frames) استفاده می‌‌کند:

UpStream و DownStream در EPON متقارن است.

GPON در هر پروتکل از bit rate متنوعی پشتیبانی می‌‌کند. DownStream، 2.5 Gbps و UpStream 1.25 Gbps نرخ داده‌ای است که بطور معمول در سیستم GPON پشتیبانی می‌‌شود. بنابراین بسته به نیازمندی می‌‌توانیم نرخ داده UpStream و DownStream و سپس ماژولoptical transceiver  متناظر با نرخ داده را انتخاب کنیم.

GPON نسبت به EPON انعطاف پذیرتر است.

نتیجه گیری: نرخ داده GPON بهتر از EPON است.

نسبت تقسیم - Split Ratio

Split Ratio به معنی تعداد کاربرانی است که به وسیله PON سرویس دهی می‌‌شوند. بطور معمول طراحی بر مبنای 32 مشترک است اما میتواند 64،16 و یا حتی 128 نیز باشد.

در EPON استاندارد حداقلی 32 است (یعنی 1:32). در واقع EPON، Split Ratio را محدود نمی‌‌کند. به این معنی که در EPON، 1:64 و 1:128 نیز قابل دسترسی است. تأمین کنندگان می‌‌توانند Split Ratio را بر اساس سرویس و پهنای باندی که می‌‌خواهند پشتیبانی کنند، تعریف نمایند. در مقابل GPON حد بالایی در Split Ratio را تعیین می‌‌کند. GPON تا 128 را می‌‌تواند پشتیبانی کند و Split Ratio معمول 64 است. چند Split Ratio متداول GPON، 1:32، 1:64 و 1:128 هستند. GPON، Split Ratio متعددی را ارائه می‌‌دهد اما مزیت چندانی با توجه به هزینه ندارد. از آنجا که در EPON، Split Ratio به 128 نمیرسد، هزینه کمتری در ONU صرف می‌شود.

تأثیر کارایی (optical transceiver) ترنسیور نوری بر روی Split Ratio بسیار بیشتر است. Split Ratio بالا، هزینه ماژولoptical transceiver  را به طور قابل ملاحظه‌ای افزایش داده، علاوه بر این مسافت انتقال را هم کاهش می‌‌دهد. وقتی کهSplit Ratio 1:16 باشد، حداکثر مسافت انتقال، می‌‌تواند 20 کیلومتر باشد. در 1:32 حداکثر مسافت انتقال 10 کیلومتر است. EPON و GPON از این منظر شبیه به هم هستند، خصوصا در سرعت 10Gbps همه چیز در EPON و GPON تقریبا یکسان است. به این معنی که یک پهنای باند یکسان را به تعداد یکسانی مشترک ارائه می‌‌دهند.

نتیجه گیری: EPON و GPON از این نظر در یک سطح هستند.

لایه بندی و سرویس دسترسی: Layering & Access Service

درEPON مدل لایه بندی، مدیریت ارتباط و خدمات همگی از طریق اترنت (مستقیم یا از طریق IP) ترسیم می‌‌شوند. به منظور دستیابی به همان کار در GPON، دو لایه محصورسازی (encapsulation) لازم است. ابتدا، فریم TDM و اترنت درون قاب‌های (GTC Encapsulation Method) GEM که دارای فرمت GFP مانند هستند (برگرفته از Generic Frame Procedure ITU G.7401) پیچیده می‌‌شوند. در مرحله دوم ، فریم‌های ATM و GEM هر دو در قاب‌های GTC محصور شده و در نهایت از طریق PON حمل می‌‌شوند. همان‌طور که در شکل زیر نشان داده شده است.

هدف اصلی قاب GEM (GEM frame) ارائه یک سرویس فریم محور، به عنوان یك جایگزین برای ATM است تا بتواند فریم‌های اترنت و TDM را به صورت کارآمد تنظیم کند. در مقایسه با مدل ساده EPON، مشخص می‌‌گردد که روش‌های GEM / GTC Encapsulation و ATM پیچیدگی غیرضروری را برای حل مسئله یکسان به وجود می‌آورند.

EPON به وضوح یک راه حل ساده‌تر از GPON ارائه می‌‌دهد. پشتیبانی از ATM و کپسوله‌سازی مضاعفِ GPON مزیتی ندارد. EPON برای سرویس‌های داده و GPON برای سرویس‌های سه گانه (صدا، داده و ویدیو) مناسب است. EPON از ویژگی‌ها، سازگاری و عملکرد پروتکل اترنت بهره می‌‌برد، در حالی که GPON از تکنیک‌های SONET / SDH و Generic Framing Protocol (GFP) برای انتقال اترنت استفاده می‌‌کند.

نتیجه گیری: برای مقایسه لایه بندی، EPON از GPON بهتر است. برای سرویس ، GPON بهتر از EPON است.

(Quality of Service) QoS کیفیت خدمات

EPON قابلیت QoS ذاتی ندارد. از آنجا که یک سیستم PON بدون QoS قابل استفاده نیست فروشندگان با استفاده از تگ‌های VLAN (شبکه محلی مجازی) آن را تهیه می‌‌کنند. این کار مشکل QoS را حل می‌‌کند اما با هزینه زیاد. از آنجا که تدارک خودکار تگ‌های VLAN امکان ندارد، اغلب قسمت‌ها به صورت دستی تأمین می‌‌شوند. GPON دارای یکپارچه سازی QoS است که باعث می‌‌شود آن را بهتر از EPON کند، زیرا EPON QoS هزینه بالایی نسبت به GPON دارد. (شکل زیر)

نتیجه گیری: در این مقایسه GPON از EPON بهتر است.

(Operation Administration and Maintenance) OAM مدیریت عملیات و نگهداری

در GPON سه نوع مختلف پیام کنترلی وجود دارد: OMCI (ONT Management Control Interface)  OAM  و PLOAM (لایه فیزیکی OAM). جزییات در جدول زیر نشان داده شده است.

در عوض، EPON توجه زیادی به OAM نمی‌‌کند. EPON از پیام‌های OAM IEEE 802.3ah استفاده می‌‌کند. برای تهیه، جداسازی خطا و نظارت بر عملکرد در رابطه با SNMP (پروتکل مدیریت ساده شبکه)، از طریق IETF (Internet Engineering Task Force) و MIBs (Management Information Bases) (مدیریت پایگاههای اطلاعاتی) تنظیم و آن را دریافت می‌‌کند. پیام‌های کنترل اضافی MPCP GATE/REPORTS  برای اعطای پهنای باند هستند.

نتیجه گیری: از این دید، GPON از EPON بهتر است.

هزینه‌ها:

هزینه اجرای GPON یا EPON به هزینهOLT ، ONU/ONT و تجهیزات پسیو نوری بستگی دارد.

ODN متشکل از کابل فیبر، کابینت، اسپلیتر نوری، کانکتور و ... است. برای تعداد کاربر مشخص، هزینه فیبر و کابینت در EPON مشابه با GPON است. هزینه OLT و ONT به ماژول‌های ASIC (Application Specific Integrated Circuit) و transceiver بستگی دارد. تراشه‌های GPON موجود دربازار بیشتر مبتنی بر (Field Programableable Gate Array) FPGA است که گرانتر از تراشه‌های EPON (Media Access Control) MAC, لایه ASIC است. فقط چندین تولید کننده چیپست وجود دارند که می‌‌توانند تراشه‌های GPON را تولید کنند و این احتمال وجود ندارد که قیمت تجهیزات GPON به سرعت کاهش یابد. transceiver مربوط به GPON نیز گرانتر از EPON است. هنگامی‌‌که GPON به مرحله اجرا می‌‌رسد، هزینه تخمینی یک GPON OLT 1.5 تا 2 برابر بالاتر از یک EPON OLT، و هزینه تخمینی یکGPON  ONT 1.2 تا 1.5 برابر بیشتر از یک EPON ONT است.

نتیجه گیری: EPON بسیار مقرون به صرفه تر از GPON است!

خلاصه

با توجه به مطالب فوق، می‌‌بینیم که EPON وGPON  مزایا و معایب خاص خود را دارند. در مقایسه عملکرد، GPON از EPON بهتر است، در حالی که EPON از نظر زمان و هزینه مزایای زیادی دارد. در حال حاضر، EPON هنوز جریان اصلی PON است، و GPON در حال رقابت جهت رسیدن به EPON. در عرصه دسترسی به پهنای باند، شاید تفاوتی بین EPON و GPON نباشد و اینطور به نظر می‌‌رسد که هر دو مکمل یکدیگر هستند. برای کاربرهایی که تقاضای سرویس‌های چندگانه، QoS بالا و امنیت دارند (مانند Backbone Network (ATM به نظر می‌‌رسد GPON ایده‌آل است. برای مواردی که توجه به هزینه اولویت بیشتری نسبت به نیازهای امنیتی را داراست ، EPON گزینه مناسب‌تری است.