Co to jest GEPON?

GEPON (Gigabit Ethernet Passive Optical Network) to technologia sieci zapewniającej dostęp do usług triple-play – Internet, Telewizja, Telefon - bezpośrednio w lokalu abonenta (FTTH - Fiber To The Home). Najważniejsze zalety rozwiązania to:

• stosunkowo niska cena
• wysoka skalowalność
• jasna, hierarchiczna struktura sieci
• bezpieczeństwo
• energooszczędność
• Ethernet jako protokół łącza danych
• prędkość 1Gbps (symetrycznie) per port

Jedną z najważniejszych decyzji projektowych podjętych przez twórców standardu GEPON, jest zastosowanie Ethernetu jako protokołu warstwy drugiej. Nie ma więc konieczności by ramka z danymi była obudowana innym, natywnym dla technologii typem ramek jak to ma miejsce w innych, konkurencyjnych rozwiązaniach. Przykładem może być GPON gdzie stosowane są natywne ramki GEM co wprowadza dodatkowe zamieszanie. Ethernet przez ponad 30 lat swojej obecności na rynku zdążył już udowodnić, że jest protokołem niezwykle skalowalnym (w końcu już dawno jego domeną przestały być sieci LAN) i dojrzałym. Natywny Ethernet ma niebagatelne znaczenie jeśli chodzi o prostotę implementacji, przejrzystość czy tak prozaiczną kwestię, jak narzut czasowy związany z koniecznością przyswojenia sobie przez administratorów nowej technologii. Sieć GEPON pracuje na dwóch długościach fali 1310nm oraz 1490nm (opcjonalnie 1550nm używana do transmisja TV), wykorzystywany jest światłowód jednomodowy.

Systemy SUN Telecom oraz GW Delight

Inter Projekt posiada w ofercie dwa systemy GEPON. Naszym zamierzeniem było przygotowanie oferty spełniające wymagania jak najszerszej grupy klientów. System SUN Telecom, to głównie niewielkie koncentratory obsługujące do 64 lub 128 urządzeń klienckich. Biorąc pod uwagę niską cenę rozwiązania, sprawdzi się ono przede wszystkim w miejscach gdzie nie ma konieczności instalacji urządzeń o wyższej pojemności (jak np. tereny słabiej zurbanizowane). Dodatkową zaletą w tego typu instalacjach mogą być koncentratory wyposażone w zasilanie o prądzie stałym 48V.

Drugi oferowany przez nas system to rozwiązanie GW Delight. System skaluje się od małych koncentratorów o pojemności 256 końcówek klienckich po duże, wyposażone w dziesiątki portów OLT GFA6700 lub 6900. W przypadku GW Delight, poza standardowymi ONU dedykowanymi do rozwiązań FTTH (1,2 lub 4 porty LAN) dostępne są także bardziej rozbudowane modele będące de facto switchami zarządzalnymi – tego typu rozwiązania idealnie sprawdzą się w przypadku rozwiązań FTTB (Fiber To The Building), gdzie sieć PON przechodzi w sieć miedzianą. Urządzenia klienckie OPTIC oferowane przez Inter Projekt są kompatybilne z systemem GW Delight , ich atrakcyjna cena sprawia, że system jest jednym z najtańszych rozwiązań tego typu.

Przepustowość - Symetryczny GEPON vs asymetryczny GPON

Warto dokładniej rozważyć kwestię przepustowości portu PON. W przypadku GEPON przepustowość jednego portu to 1Gbps symetrycznie (w zasadzie 1,25Gbps jednak 250Mbps zużywane jest na niskopoziomowe procedury protokołu), w przypadku konkurencyjnego rozwiązania jakim jest GPON w kierunku do klienta jest to prędkość 2.5Gbps czyli teoretycznie dwa razy szybciej. Oczywiście natura sieci PON sprawia iż przepustowość pojedynczego portu jest współdzielona przez wszystkich podłączonych do niego użytkowników, siłą rzeczy należy więc tą wartość traktować raczej jako pojemność portu (czy też ich sumę, jako pojemność całego systemu). W takim kontekście „przewaga” choćby rozwiązań GPON oferujących 2.5Gbps (i to tylko w kierunku downstream, upstream to nadal 1,25Gbps) nie wygląda już tak zachęcająco, a już na pewno nie wydaje się rekompensować różnicy w cenie. Przy typowym splicie zyskujemy tak na prawdę kilka Mbps per użytkownik.

Czy różnica pomiędzy 31,25Mbps per ONU w przypadku GEPON a 39,06 w przypadku GPON uzasadnia kilkudziesięcio procentową różnicę w cenie? Wydaje się, że ta kwestia wyraźnie wskazuje na nieco wirtualną zaletę teoretycznie „szybszego” a w praktyce droższego rozwiązania. Koniec końców uzasadnione jest pytanie czy nie lepiej zainwestować w dodatkowe porty – tym bardziej, że przy wysokim współczynniku podziału dają się we znaki znaczne spadki mocy optycznej, co z kolei ogranicza zasięg sieci.

Vlany, multicast i zarządzanie

Warto wspomnieć o tym, że GEPON jako technologia ostatniej mili, to kilka dodatkowych funkcji, które ciężko znaleźć w tradycyjnych przełącznikach Ethernet. Na myśl przychodzi przede wszystkim możliwość zarządzania końcówką kliencką ONU bezpośrednio z koncentratora OLT (aktywacja/dezaktywacja urządzenia, konfiguracja, aktualizacje oprogramowania) czy zarządzanie pasmem już na poziomie końcówki klienckiej. Standard 802.3ah wprowadza specjalne ramki OAM (Operation, Administration and Maintenance) wykorzystywane właśnie do zarządzania ONU oraz w niskopoziomowych procedurach automatyczne wykrywania ONU czy detekcji jego awarii (Tak, sieci GEPON to sieci Plug-and-Play!)

Niestety każdy z producentów stosuje swoje własne rozwiązania jeśli chodzi o OAM i tu pojawiają się niezgodności (nie inaczej wygląda to w przypadku GPON). Dobranie współpracujących urządzeń różnych producentów jest nie lada wyzwaniem. Często spotykana jest sytyacja gdy brak kompatybilności uwidacznia się dopiero w mniej typowych sytuacjach np. działają Vlany jednak tagowane ramki multicast już nie są obsługiwane, stąd konieczna jest ostrożność w przypadku urządzeń pochodzących od różnych producentów. Istnieje co prawda nieoficjalny standard CTC jednak ze względu na mnogość wersji, zapewnienie zgodności nadal nie jest rzeczą prostą. Jedynym wyjściem jest więc ścisła współpraca z producentami sprzętu. Właśnie w ten sposób światło dzienne ujrzały ONU OPTIC będące doskonałym uzupełnieniem oferty GW Delight. Najważniejsze wspomnieć, że za bardziej niż przystępną cenę, otrzymujemy bramkę oferującą wszystkie niezbędne funkcje, jak choćby obsługa Vlanów (zarówno jako access jak i przeźroczysta transmisja ramek tagowanych) oraz oczywiście wparcie dla IPTV (poprawna implementacja IGMP Snooping).

Jak wygląda przyszłość GEPON, w końcu wymagania odnośnie dostępnego pasma wciąż rosną? W 2009 roku został zatwierdzony standard IEEE 802.3av – 10G-EPON. Producenci, w większości przypadków (dobrym przykładem może być GW Delight), już posiadają gotowe układy, stąd wkrótce można spodziewać się działających implementacji. Niezwykle istotną jest kwestia kompatybilności wstecznej – koniec końców niedopuszczalna byłby sytuacja gdzie, aby skorzystać w wyższej przepustowości, konieczna byłaby wymiana całej części aktywnej (nie mówiąc już o części pasywnej). Właśnie dlatego inżynierowie z IEEE przygotowując nowy standard bardzo duży nacisk kładli na zapobiegnięcie takiej sytuacji - w efekcie kompatybilność taka zostanie zachowana i jedynym miejscem gdzie konieczna będzie ingerencja to OLT. W tej samej sieci ODN mogą działać zarówno urządzenia GEPON jak i 10G-EPON, co umożliwia stopniową migrację a tym samym nie wymaga wysiłku inwestycyjnego, jaki byłby konieczny w przypadku niekompatybilnych rozwiązań.

Struktura sieci GEPON

Budowa sieci GEPON opiera się na przynajmniej dwóch głównych topologiach – drzewiastej oraz magistrali. Część pasywna sieci nazywana jest ODN (Optical Distribution Network).W skład ODN poza samym, jednomodowym włóknem optycznym wchodzą także tzw. pasywne splittery optyczne (POS) rozdzielające sygnał optyczny z jednego włókna na włókna, do których podłączone są ONU. To właśnie dzięki splitterom sieci GEPON mają charakter P2MP. W przypadku transmisji downstream (od OLT do ONU) ramka wysyłana jest do wszystkich ONU w danym segmencie, przy czym ramka akceptowana jest jedynie przez ONU, do którego była adresowana. W przeciwnym przypadku stosowana jest technika TDM dzięki czemu nie dochodzi do kolizji ramek, POS multipleksuje dane, które następnie, za pomocą jednego włókna trafiają do portu OLT. Typowe splittery stosują podział 1:N (w pewnych przypadkach stosowane są 2:N) np. 1:2, 1:4, 1:8, 1:16 oraz 1:32.

Struktura sieci GEPON

Aktywne elementy sieci GEPON

Koncentrator OLT - Optical Line Terminal - to centralny element topologii. Upraszczając jest to przełącznik wyposażony w dodatkowe interfejsy i funkcje związane z GEPON. Już na tym poziomie widać ogromną skalowalność rozwiązania GEPON – od niewielkich, dedykowanych dla małych sieci OLT jak choćby SUN GE8100R (jeden port PON) po duże urządzenia GW Delight wyposażone w dziesiątki portów PON. Maksymalny tzw. split portu to 1:64, co oznacza, że możemy podłączyć do jednego portu do 64 ONU. Standard 802.3ah, na którym bazuje GEPON, definiuje dwa standardy okablowania 1000BASE-PX10 (przepustowość 1Gbps symetrycznie, zasięg do 10km) oraz najpopularniejszy 1000BASE-PX20, gdzie maksymalny dystans wzrasta do 20km (Wszystkie oferowane przez nas rozwiązania zgodne są z 1000BASE-PX20)

GW Delight GFA6100

ONU jest urządzeniem CPE (urządzeniem klienckim - Customer-premises equipment)wyposażonym w jeden port PON oraz jeden lub więcej interfejsów LAN, POTS (telefoniczne złącze RJ11) lub CATV (złącze do transmisji TV). Najpopularniejszymi modelami są te z jednym lub czterema portami LAN. Przykładami mogą być GT816, GT811 w przypadku GW Delight lub 8200 lub 8204 w przypadku SUN Telecom. Jako, że GEPON jest technologią warstwy pierwszej oraz drugiej, to ONU najczęściej działa przeźroczyście w warstwie łącza danych. Mimo dość prostej funkcjonalności ONU mogą mieć przypisane oddzielne Vlany do poszczególnych portów, dzięki czemu można separować ruch do Internetu, IPTV czy też VoIP. Wszystkie oferowane przez nas rozwiązania wspierają także IGMP Snooping, co jest warunkiem koniecznym w przypadku IPTV.

GW Delight GT816 Optical Network Unit'

GW Delight GT811 Optical Network Unit

• GT816 – ONU z jednym portem Gigabit Ethernet
• GT811 – ONU z czterema portami Fast Ethernet – dzięki możliwości przypisania każdego z portów do osobnego Vlana terminal idealnie sprawdzi się jako końcówka FTTH i pozwoli bezpiecznie korzystać z Internetu, IPTV oraz telefonii VoIP, każdą z trzech usług separując od pozostałych
• OPTIC FCP 1004 – zamiennik GT811 – bramka wyposażona w cztery porty Fast Ethernet, podobnie jak GT811 pozwala korzystać z Vlanów oraz wspiera mechanizm IGMP Snooping, wszystko to przy znacznie niższej cenie

Odpowiedniki powyższych w przypadku systemu SUN Telecom, to:

• GE8200 – ONU wyposażone w jeden port Fast Ethernet
• GE8200G – podobnie jak GE8200 wyposażona w jeden port, w tym przypadku Gigabit Ethernet
• GE8204 – ONU wyposażone w cztery porty Fast Ethernet

Triple-play - Telefonia IP, IPTV, Internet

Usługi Triple-play to szerokopasmowy dostęp do Internetu, telefonia IP oraz telewizja. Obsługa wszystkich trzech elementów wpisana jest niejako w sam protokół. Najciekawiej wygląda kwestia telewizji – mamy możliwość wykorzystania zarówno rozwiązań IPTV opartych o Multicast (zarówno urządzenia SUN Telecom, jak i GW Delight były skrupulatnie testowane z platformą Jambox TV, platformą telewizji IP, z której korzysta ponad 100 operatorów w całej Polsce) jak i rozwiązanie oparte o transmisję telewizji cyfrowej na dodatkowej fali 1550nm . Rzeczywiście działające wsparcie dla IPTV jest warunkiem koniecznym dla każdego urządzenia dostępowego mającego działać we współczesnej sieci zapewniającej szerokopasmowy dostęp do Internetu, GEPON spełnia ten warunek.

Do prawidłowej współpracy z jakąkolwiek platformą IPTV konieczne są przynajmniej dwa elementy – bez prawidłowej implementacji IGMP nie ma mowy o wdrożeniu IPTV, funkcjonalność IGMP Snooping/IGMP Proxy jest więc tutaj nieodzownym elementem. Jeśli chodzi o drugi warunek - praktyka pokazuje, że jedynym sensownym sposobem przesłania strumienia multicast jest wykorzystanie specjalnie wydzielonego Vlana, siłą rzeczy więc, konieczna jest prawidłowa obsługa tagowanych ramek, oraz możliwość przypisania danych Vlanów do poszczególnych portów ONU . W przypadku obu oferowanych przez nas rozwiązań funkcje te są realizowane prawidłowo - by wykluczyć ewentualne problemy związane z prawidłową obsługą telewizji multicast przeprowadziliśmy szereg testów w realnych warunkach przy ścisłej współpracy z naszymi klientami.