GPON と EPON: どちらのパッシブ光ネットワーク テクノロジーを導入する必要がありますか?

GPON (ITU-T G.984) は、ダウンストリーム 2.5 Gbps、組み込み QoS、最大 1:128 - の分割比を提供し、北米とヨーロッパでの大規模な FTTH 展開を支配しています。 EPON (IEEE 802.3ah) は、ネイティブ イーサネット フレーム上で対称 1 Gbps を実行し、ポートあたりのコストが低く、既存の LAN インフラストラクチャに直接接続できます -。東アジアおよびエンタープライズ キャンパス ネットワークをリードします。適切な選択は、加入者の密度、アップストリームの帯域幅のニーズ、バックホールの既存の状況によって異なります。

 

分かりやすく言えばプロトコルの違い

GPON と EPON はどちらもパッシブ光スプリッターを使用して、1 つのファイバーを多数のエンドポイントにファンアウトします。分割も同じように起こります。変化するのは、各テクノロジーがファイバー上にデータをパッケージ化する方法です。

 

GPON は、ITU{0}}T G.984 で定義された GEM (GPON Encapsulation Method) フレーミングを使用します。 GEM は可変長パケットを固定サイズのコンテナに分割するため、OLT は音声、ビデオ、データ トラフィックを 1 つのストリームに混合し、サービス クラスごとに帯域幅を割り当てることができます。- EPON は、IEEE 802.3ah と MPCP（マルチポイント コントロール プロトコル）によって管理されるエンドツーエンドの標準イーサネット フレームを使用して、アップストリーム スケジューリングを行います。-コア ネットワークがすでにイーサネットを使用している場合、- ほとんどのエンタープライズ LAN は使用可能です - EPON は、追加のカプセル化手順を完全に回避します。

 

このフレーミングの違いにより、スループット効率、QoS 機能、機器コスト、アップグレード パスなど、両者の間のあらゆる実際的なギャップが生じます。

 

帯域幅: 各規格が勝てる場所

GPON は下り 2.488 Gbps、上り 1.244 Gbps を実現します。 EPON は各方向に 1.25 Gbps を提供します (8b/10b エンコード後は約 1 Gbps が有効)。生のダウンロード速度では、GPON が 2 倍で勝利します。

 

ただし、実際の速度は、帯域幅がどのように使用されるかよりも重要です。 GEM フレーミングは短いパケットをパディングしないため、使用率が 90% を超えるトラフィックをパックします。 EPON は、ペイロードが小さい場合でも、最低 64- バイトのイーサネット フレームを送信する必要があります - VoIP パケットを考えてください -。これにより、OLT ポートあたり数百の加入者にサービスを提供する高密度の住宅用リンクの容量が無駄になります。音声トラフィックが多い 1:64 分割では、その効率の差は測定可能です。

 

EPON の利点は対称性です。クラウド バックアップ、IP 監視カメラ、ホスト型アプリケーションにより、大量のアップストリーム トラフィックが発生します。 GPON の非対称設計は、これらのワークロードのボトルネックになる可能性があります。デプロイメントがダウンと同量のデータをアップに送信する場合、EPON は回避策なしでその制約を削除します。

したがって、新しいアクセス ネットワークの仕様を検討する場合、帯域幅だけでは分野が急速に狭まってしまいます。 1 つの OLT ポートからビデオ--、ライブ IPTV、インターネットを 300+ 世帯に配信する住宅用 FTTH 事業者には、2.5 Gbps のダウンストリーム ヘッドルーム - GPON が最適です。 1:64 に分割した場合でも、各加入者は、全員が同時にストリーミングする夜のピーク時に、ダウンストリーム容量の有意義なシェアにアクセスできます。 EPON の 1 Gbps の上限は、特にエンコードのオーバーヘッドと短いパケット トラフィックのパディングの無駄を考慮すると、このような状況では厳しくなります。{11}}

 

シナリオを、一元化されたクラウド ストレージ、200 台のカメラの IP 監視システム、VoIP PBX を実行している企業のキャンパスに置き換えます。{7}}上流のトラフィックは下流に匹敵するか、下流を上回ります。 GPON の 1.244 Gbps アップストリームの上限が制限要因となり、強力なダウンストリームではありません。 EPON の対称 1 Gbps は、アップストリームの輻輳を防ぐために OLT でトラフィック シェーピングの回避策を必要とせずに、両方向で一貫したパフォーマンスを提供します。イーサネット-のネイティブ フレーミングにより、アクセス レイヤとキャンパス コア スイッチ間のプロトコル変換ステップが減り、午前 2 時にトラブルシューティングを行う必要が 1 つ減ります。

 

 

QoSとトラフィック管理

GPON はプロトコルに QoS を組み込みます。 3 つの管理チャネル - に組み込まれた OAM、PLOAM、OMCI - は、暗号化、エラー監視、帯域幅割り当て、リモート ONT プロビジョニングをネイティブに処理します。専用の T- (送信コンテナ) は、データ ユーザー間で残りの容量を動的に共有しながら、音声の最小帯域幅を保証できます。ブロードバンド、IPTV、および VoIP をバンドルしている ISP にとって、これは - にとって非常に重要です。

EPON には QoS が組み込まれていません。-トラフィックの優先順位は、802.1Q VLAN タグ、DiffServ マーキング、またはベンダー固有の拡張機能を通じて強制されます。{3}}これは機能しますが、構成レイヤが追加され、混合トラフィック加入者ベース全体で一貫した SLA を維持するために、より高価な OLT スイッチング ハードウェアが必要になる場合があります。-純粋なデータ サービス - インターネット-のみの住宅用または企業用イーサネット - の場合、余分なオーバーヘッドが正当化されることはほとんどなく、EPON のシンプルさが勝ります。多くのエンタープライズ EPON 展開では、QoS は完全にレイヤ 3 エッジ ルータで処理され、PON レイヤは完全にバイパスされます。

 

ビジネス モデルが 1 つのファイバーで 3 つ以上のサービス タイプを提供することに依存している場合、- ブロードバンド、リニア TV、音声は古典的な組み合わせです - GPON の TCONT アーキテクチャは複雑になります。各サービス クラスに、帯域幅の下限が保証された独自のコンテナを割り当てると、DBA (動的帯域幅割り当て) エンジンが未使用の容量をリアルタイムで再配分します。つまり、加入者が大きなファイルをダウンロードしても、スプリットが読み込まれている場合でも、フレームの途中で隣接するビデオ ストリームの品質が低下することはありません。- EPON で同じ分離を実現しようとすると、OLT で、場合によってはすべての中間スイッチで外部 QoS ポリシーをスタックする必要があり、これにより資本支出と維持しなければならない構成表面積の両方が増加します。

 

一方、多くのネットワークは単一サービス - インターネット アクセス - を伝送しており、PON レイヤでフローごとの帯域幅を保証する必要はありません。-自治体のブロードバンド プロジェクト、キャンパスのイーサネット拡張、産業用 IoT バックホールはすべてこのバケットに分類されます。このような導入の場合、EPON に QoS が組み込まれていないことは欠陥ではありません。-無関係な複雑さが取り除かれます。プロトコル スタックがシンプルであればあるほど、トラブルシューティング中の障害モードが少なくなり、運用チームのトレーニングへの投資が少なくなります。

 

 

スプリット率、リーチ、および実際の制限事項

GPON は最大 1:128 の分割をサポートします。 1:32 と 1:64 は標準の製品構成です。 EPON は通常 1:16 ～ 1:32 で実行されます。どちらのテクノロジーも、通常の分割比では、OLT と最も遠い ONT の間で約 20 km に到達します。 GPON の光パワー バジェットがわずかに高いため、高スプリットや長時間の実行でより優れたマージンが得られます。

 

規格によって上限がわかります。実際に何が得られるかはフィールドでわかります。実際のスプリット パフォーマンスは、ファイバ タイプ (G.652D 対 G.657A)、コネクタの研磨グレード (APC 対 UPC)、スプリッタの挿入損失、および設置作業員がエンクロージャを閉じる前にすべてのコネクタ面を清掃したかどうかによって異なります。 2 つの SC/APC コネクタが汚れていて、実行中のどこかでファイバが最小半径を下回っている場合、紙の上では 1:64 GPON スプリットは 18 km で断続的なエラーになります。

 

分割比を決定する前に、遠端の校正済みパワー メーターを使用して実際の光パワー バジェットを測定します。あなたのGPON ONU端末受信機の感度には、すべてのスプリッター、コネクタ、およびケーブルの損失後にリンクが提供する感度より少なくとも 2 ～ 3 dB のマージンがあります。このマージンは、コンポーネントの経年劣化、将来の接続、およびファイバの減衰を変化させる季節的な温度変動を考慮しています。

 

最も遠い加入者が中央局から 5 km 以内に位置する密集した都市部の FTTH 構築では、GPON と EPON は両方とも 1:32 で快適に動作します。光パワーの予算は豊富で、コネクタの損失は許容範囲内であり、将来の接続点に備えて余裕があります。そのシナリオにおけるテクノロジーの選択は、物理層ではなく他の要素 - 帯域幅、QoS、コスト - によって決まります。

 

分割比の問題は、距離が 15 ～ 20 km に達し、加入者密度が 1:64 に達する郊外や半田舎の建物でより興味深いものになります。- GPON のより高い電力バジェットは、余分なスプリッター損失を吸収し、いくつかの汚れたコネクタや完全ではないスプライスに対してもマージンを残します。-- 18 km で 1:64 の EPON は技術的には仕様の範囲内ですが、ほとんど余裕のない状態で動作しています。- ファイバー プラントの劣化 (げっ歯類の噛み傷、構造上の傷、風化したコネクタ) により、リンクがしきい値を下回る可能性があります。離れた場所で高スプリットを実行する予定がある場合、GPON の光ヘッドルームはオプションではありません - これは、安定したネットワークと、温度が変化するたびに断続的なアラームを生成するネットワークとの違いです。

 

 

OLT 価格だけではない実際のコスト変数

GPON チップセットが高価な FPGA に依存している場合、古いルール -「EPON のほうが安い」- は真実でした。現在、統合型 GPON SoC により、ポートごとのギャップが解消されました。-単価だけを比較すると、実際の TCO の全体像が見えなくなります。 4 つの要素がより重要です。

 

1. OLTとONUの単価：現在ほぼ同等です。 GPON の規模の利点が発揮されない 200 加入者未満の小規模な展開では、EPON が依然としてわずかに優位に立っています。
2. モジュールの互換性:トランシーバーが一致しないとリンク フラップが発生し、トラック ロールが発生します。購入前に、フォーム ファクター、波長 (PON の場合は 1310/1490/1550 nm)、ホスト ファームウェアのコーディング、および DDM サポートを確認してください。明確なトランシーバー選択チェックリスト最も一般的な調達ミスを防ぎます。
3. ファイバーとコネクタの選択:G.652D シングル-モードは標準的な走行用、G.657A は急カーブの屋内ルーティング用-です。 PON 用の APC コネクタ (腰部反射-)。屋内プレナムスペース用のLSZHジャケット。これらの決定により、- の間違ったコネクタの研磨だけでも、嵌合ペアごとに 0.5 dB のコストがかかり、マージナル リンクを故障に追い込むのに十分です。
4. 進行中の業務:GPON の OMCI および TR-069 サポートにより、技術者を派遣することなく、リモートでのファームウェアのアップグレード、パフォーマンスの監視、障害の切り分けが可能になります。 EPON の SNMP- ベースの管理はシンプルですが、粒度は低くなります。大規模な加入者ベースの場合、GPON のリモート管理により、5 ～ 7 年のライフサイクルにわたって加入者あたりの OPEX が削減されます。

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100 ～ 200 の施設を 1 台の OLT で接続する小規模な ISP またはコミュニティ ブロードバンド協同組合にとって、EPON のより低い導入コストは依然として経済的に合理的です。購入する OLT カードの枚数が減り、加入者数が 1:64 の分割に見合わず、サービスの提供がインターネット-のみ - であるため、GPON の QoS と管理機能では、わずかに高い機器コストを相殺するのに十分な運用節約が実現できません。スタックをシンプルにし、予算を抑えてください。

 

加入者が約 500 人を超えるか、バンドル サービスの提供を開始すると、計算は変わります。その規模では、GPON が 1:64 分割を実行できるということは、同じサービス エリアをカバーするための OLT ポートとフィーダ ファイバーが少なくなることを意味します。その OMCI と TR-069 リモート管理により、加入者あたりの年間トラック ロール数が削減されます。-これは、あらゆるアクセス ネットワークの OPEX を支配する指標です。また、ブロードバンドと並行して IPTV を販売している場合、T-CONT の帯域幅保証により、ピーク時のビデオ品質の低下に起因する顧客からの苦情や解約を回避できます。 5 ～ 7 年の資産ライフサイクルにわたって、これらの節約額は初期の機器価格の差をはるかに超えて増加します。

 

 

地域市場の現実

GPON は北米とヨーロッパを支配しています。 AT&T、ドイツテレコム、オレンジは、トリプルプレイ配信と既存の TDM/ATM トランスポート投資との互換性を実現するために、FTTH ネットワークを構築しました。{1}

 

EPON は東アジアをリードしています。 NTT、KT、China Telecom は、国内チップメーカーの低コスト EPON シリコンを使用して大規模な FTTH の構築を推進しました。-アジアの企業ネットワークにおけるイーサネットの優位性は、その選択を強化しました。東南アジアでの導入に向けて機器を調達している場合は、ONU 在庫のリードタイムが短く、より深い EPON サプライ チェーンを見つけることができます。アメリカやヨーロッパで構築している場合、GPON ベンダーのエコシステムはより成熟しており、相互運用テストのドキュメントは簡単に入手できます。

 

アフリカと南米の新興市場では、グリーンフィールド FTTH に GPON を採用するところが増えています。これは、ファイバー トレンチングが予算上の最大の単一項目である場合、分割比が高いほど OLT あたりの加入者数が増えるため、決定的な利点となるためです-。これらの地域の一部の通信事業者は、デュアル モード XPON ONU ハードウェアを導入し、初期展開中にオプションをオープンにし、特定の地区でどの OLT ベンダーが落札したかに応じて GPON モードと EPON モードを切り替えます。

 

 

再構築せずに 10G にアップグレードする

どちらの規格にも 10 ギガビットの後継規格があり、波長オーバーレイを介して同じファイバ上で従来の機器と共存できます。フォークリフトによるアップグレードは必要ありません。

GPON は、XG-PON (下り 10G / 上り 2.5G) と XGS-PON (10G 対称、ITU-T G.9807.1) に進化します。 EPON は、非対称モードと対称モードの両方で 10G- EPON (IEEE 802.3av) に移行します。どちらのパスでも、加入者を一度に 1 人ずつ移行し、既存のユーザーが接続したままで ONT を徐々に置き換えることができます。計画の重要なステップは、既存の ODN - スプリッター、パッチ パネル、トランク ファイバー - が 10G シグナリングに必要なより厳しい光バジェットを満たしていることを確認することです。現在の GPON リンクがわずか 1 dB のマージンで実行されている場合、同じスプリット上の 10G オーバーレイは閉じません。

 

10G アップグレード中に実際に変更されるコンポーネントは、OLT と ONT の両方の光モジュールです。デュアル-モードのデバイスXPON ONU スティックトランシーバー1 つの SFP で GPON と EPON をサポートするため、混合ネットワークや移行中を実行している通信事業者のインベントリが簡素化されます。{0}}

 

 

導入経験からこの比較が行われる理由

これは規格文書の概要ではありません。- FB-LINK は 2012 年以来、300 名を超えるエンジニアと深センに 1,600 平方メートルのクリーンルーム生産施設を擁し、光ネットワーク機器を製造してきました。この製品ラインは、FTTx アクセス チェーン全体をカバーしています。GPON OLTシャーシ8 個と 16 個の PON ポート、WiFi を介した 1GE の GPON および EPON ONU ターミナル-統合モデル、XPON デュアルモード ONU スティック、およびそれらを接続する光トランシーバとパッチコードを備えています。-製品は CE、RoHS、ISO 9001、ISO 14001 認証を取得しており、東南アジアとアフリカに地域サービス ポイントがあります。

 

 

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